ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2012, № 6, с. 23-33
УДК 550.34 550.38
ЯВЛЕНИЕ СИНХРОНИЗМА В ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МАГНИТОСФЕРА-ТЕХНОСФЕРА-ЛИТОСФЕРА
© 2012 г. А. В. Гульельми1, О. Д. Зотов2
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва E-mail: guglielmi@mail.ru 2Геофизическая обсерватория "Борок" ИФЗ РАН, пос. Борок (Ярославская обл.)
E-mail: ozotov@inbox.ru Поступила в редакцию 25.10.2011 г.
Исследование синхронизма геофизических событий было начато во второй половине прошлого века практически одновременно в СССР и в США. После 20-летнего перерыва интерес к данному явлению возродился в последние годы. Это связано с успешным использованием метода синхронного детектирования для анализа больших массивов цифровой информации об электромагнитных волнах в магнитосфере и о землетрясениях. В результате обнаружены признаки синхронного строго периодичного воздействия техносферы на режим электромагнитных колебаний космической плазмы и на сейсмическую активность. Явление синхронизма электромагнитных и сейсмических событий проявляется в форме так называемых эффектов часовых меток и выходных дней. Эффект часовых меток возникает на 24-й, 48-й и 96-й гармонике, а эффект выходных дней на 7-й субгармонике цир-кадного ритма. Оба эффекта свидетельствуют о нетривиальном воздействии техносферы на магнитосферу и литосферу. Цель данного обзора состоит в том, чтобы представить морфологию явления и обратить внимание исследователей на сложную проблему физической интерпретации эффектов синхронизма. Подчеркнуто принципиальное и прикладное значение проблемы. В частности, высказано предположение о том, что изучение антропогенной модуляции естественных волновых процессов будет стимулировать развитие энергосберегающих технологий.
Ключевые слова: электромагнитные волны, землетрясения, индустриальная активность.
1. ВВЕДЕНИЕ
Обычно логика исследований влияния солнечных и космических факторов на околоземную среду и на землю сводится к следующей схеме. Возмущения на Солнце переносятся излучениями и потоками плазмы (солнечным ветром) в магнитосферу и ионосферу, где они вызывают каскад геофизических явлений (магнитные бури, ионосферные возмущения, УНЧ волны, полярные сияния и т.д.), влияющих на техносферу и, возможно, на биосферу. Изучаются отдельные звенья этой цепи и их роль в общей картине солнечного воздействия на среду обитания человека (см. например [Ьап2егоШ, 1979]). При этом обычно игнорируется возможность обратного влияния техногенных процессов на околоземную среду. Исключением являются так называемые активные эксперименты, но их задача — изучение влияния целенаправленных искусственных воздействий на ионосферу и магнитосферу с целью моделирования естественных элементов солнечно-земных связей. Между тем, сравнительно недавно было обнаружено, что нецеленаправленные техногенные процессы также оказывают заметное воздействие на режим протекания геофизических про-
цессов. Это открыло новую грань в изучении проблемы взаимодействия различных геосфер.
Явление синхронизма, о котором пойдет речь в данном обзоре, проявляется в форме так называемого эффекта часовых меток (ЧМ) и эффекта выходных дней (ВД). Оба эффекта наблюдаются в активности геофизических процессов, протекающих в магнитосфере и в литосфере. Это довольно слабые эффекты. Их отличительные особенности — синхронность и строгая периодичность. Важной характеристикой эффектов ЧМ и ВД является их глобальность. Именно эти свойства позволили обнаружить явление синхронизма на фоне бурной электромагнитной активности магнитосферы и сейсмической активности литосферы.
Начало исследованиям явления синхронизма было положено во второй половине прошлого века практически одновременно в СССР [Гульельми и др., 1978; Зотов, Калишер, 1979] и в США [Fraser-Smith, 1979] (см. также [Гульельми, 1979; Fraser-Smith, 1981; Samadani et al., 1981; Menk, 1985; Гульельми, Зотов, 1986]). Повышенный интерес к явлению возродился в последние годы в связи с успешным использованием метода синхронного детектирования для анализа больших
Мощность, МВт 30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Час
Рис. 1. Эффект часовых меток в усредненной суточной вариации абсолютной величины скачков потребляемой электрической мощности в одном из крупнейших промышленных регионов планеты.
Число пусков 180 160 140 120 100 80 60 40 20
(а)
Долгота
50 0-50-
(б)
15
30
45 мин
-150 -100 -50 0 50 100 150
Широта
Рис. 2. Распределение по минутам в пределах часа моментов пуска космических аппаратов (а) и расположение космодромов (б).
0
массивов цифровой информации о волнах Рс1 в магнитосфере [Гульельми, 2007; Guglielmi, 2о1оу, 2007; 2008; 2о1:оу, 2010; Гульельми, Зотов, 2010а; 2о1оу, Guglielmi, 2010; Гульельми и др., 2011] и о землетрясениях [Зотов, 2007; Довбня и др., 2008; Зотов, Гульельми, 2010].
Из общих соображений очевидно, что своеобразным метрономом, задающим часовой и недельный темпы геофизическим процессам, является индустриальная активность человечества. Тем не менее, для большей ясности нами было проведено специальное исследование по выявлению признаков часовой и недельной скрытой периодичности функционирования техносферы. Один из результатов показан на рис. 1. Ясно видны резкие пики потребляемой электрической мощности, ассоциированные с часовыми метками. Существует также 15-минутная и недельная цикличности функционирования технологиче -ских систем (подробнее об этом см. в работе [Зотов, Гульельми, 2010]).
Вполне понятно, что пульсации, показанные на рис. 1, создаются спонтанно многими миллионами потребителей энергии, живущих по часам и неосознанно формирующих эффект ЧМ в техносфере. Но можно указать и на случаи, когда решение о выборе определенной минуты для включения больших мощностей принимается сознательно ответственными представителями человечества. Речь идет о мощных взрывах и о пусках космических аппаратов. К вопросу о взрывах мы вернемся в разделе 5. Здесь же приведем рис. 2, на котором слева показано распределение по минутам в пределах часа моментов пуска космических аппаратов, а справа — расположение космодромов. Видно, что запуск осуществляются чаще всего в нулевую и в тридцатую минуту часа по мировому времени. Результат получен нами методом синхронного детектирования временных рядов, содержащихся в каталоге пусков космических аппаратов с различных стартовых пло-
щадок земного шара в период с 1957 по 1999 годы (см. сайт http://www.zabor.com/launch/).
В данном обзоре мы представим морфологию явления синхронизма и укажем на сложную проблему физической интерпретации эффектов ЧМ и ВД. Основное внимание мы уделим эффектам, наблюдающимся в активности магнитосферных волн Рс1 и в сейсмической активности. Указанные эффекты свидетельствуют о том, что мы живем в эпоху мощной, но незрелой цивилизации. Изучение явления синхронизма дает нам возможность увидеть новые, неожиданные стороны взаимодействия геосфер с техносферой.
Гц
1.5
1.0 ■
Гц
0200
0230
ит
1200
2400
ит
5
3
1
2. ЭФФЕКТ ЧАСОВЫХ МЕТОК
В АКТИВНОСТИ МАГНИТОСФЕРНЫХ ВОЛН Рс1
Ультранизкочастотные электромагнитные волны Рс1 спорадически возбуждаются в магнитосфере Земли в диапазоне 0.2—5 Гц в результате неустойчивости внешнего радиационного пояса [Гульельми, 1979]. Они распространяются вдоль геомагнитных силовых линий, проникают через ионосферу, достигают земной поверхности и наблюдаются повсеместно в виде серий колебаний продолжительностью 0.5—1 ч. Глобальность распространения Рс1 принято объяснять тем, что волны Альвена, падающие на ионосферу сверху, частично трансформируются в магнитозвуковые волны, которые распространяются вдоль земной поверхности на большие расстояния в ионосферном МГД волноводе.
Пример магнитосферных колебаний Рс1 (так называемых "жемчужин") показан на рис. 3 вверху. Внизу показаны ионосферные колебания в диапазоне 0.2—5 Гц (их сокращенно называют ИАР — ионосферные резонансы Альвена). Основное внимание мы уделим "жемчужинам", поскольку явление синхронизма в активности этих колебаний изучено значительно более полно, чем в активности ИАР.
Итак, Рс1 представляют собой естественные колебания космической плазмы. Режим колебаний зависит от текущего состояния магнитосферы, которое контролируется параметрами солнечного ветра перед фронтом околоземной ударной волны. Посмотрим, однако, на рис. 4. На нем показаны динамические спектры Рс1. Колебания выглядят как квазигоризонтальные полоски с ребристой структурой. Вертикальные линии на рисунке отмечают начало очередного часа по мировому времени. Глядя на рисунок трудно освободиться от впечатления, что "бой часов" самым парадоксальным образом стимулирует или подавляет возбуждение Рс1. Временами эффект возникает также в пятнадцатую, тридцатую и в сорок пятую минуты часа. Связь начал и окончаний Рс1 с
Рис. 3. Динамические спектры естественных электромагнитных колебаний, зарегистрированных в ГО Бо-рок ИФЗ РАН 29.10.1984 (вверху) и 18-19.09.1985 (внизу).
часовыми метками и другими указанными здесь моментами наблюдается редко, но она настолько выразительна, что трудно поверить в простые совпадения. Заметим, что нечто подобное наблюдается и в активности ИАР (см. рис. 5).
Следует сказать, что эффект ЧМ обнаружен ценой самых усердных поисков, в ходе которых были проанализировал данные наблюдений Рс1 на обсерваториях Борок, Восток, Колледж, Мирный, Соданкюля и Тикси. На основе анализа была сформулирована гипотеза о том, что начало каждого часа по мировому времени и другие выделенные моменты служат своего рода стартовы-
0200 0300ит
Рис. 4. Динамические спектры Рс1. Колебания зарегистрированы в обс. Борок 22.11.1984 (вверху) и 04.08.1985 (внизу).
Гц
2000
2400
UT
Рис. 5. Динамический спектр ИАР (Борок, 08.09.1988).
ми сигналами, глобально синхронизирующими функционирование энергетических установок таким образом, что вырабатываются достаточно мощные электромагнитные импульсы, проникающие в околоземное пространство и, время от времени, воздействующие на колебательный режим магнитосферы.
Информация об эффекте ЧМ была представлена в обзорах и монографиях (см. наприм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.