УДК 550.510.535
ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРОЯВЛЕНИИ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ИОНОСФЕРЕ И ПРИЗЕМНЫХ АТМОСФЕРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ НА КАМЧАТКЕ
© 2013 г. Л. П. Корсунова1, В. В. Хегай1, Ю. М. Михайлов1, С. Э. Смирнов2
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН),
г. Троицк (Московская обл.) 2Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН,
п. Паратунка (Камчатская обл.)
e-mail: lpkors@rambler.ru Поступила в редакцию 05.05.2011 г. После доработки 27.01.2012 г.
Проведен анализ данных ежечасных измерений ряда ионосферных параметров в Петропавловске-Камчатском за 1998—2002 гг., для которых ранее были обнаружены предвестники землетрясений в вертикальной компоненте приземного атмосферного квазистатического электрического поля (Ег) — аномальные отрицательные "бухты" в Еz. В ряде случаев одновременно с аномальными отрицательными "бухтами" в Ег наблюдался аномально высокий спорадический слой Ея, отвечающий критериям идентификации его как ионосферного предвестника землетрясения. Со всеми такими случаями были сопоставлены землетрясения разной мощности со значительным временным запаздыванием после появления предвестника (более 5 сут). Представлены эмпирические зависимости, связывающие время упреждения предвестником момента землетрясения, магнитуду землетрясения и расстояние от пункта наблюдения до эпицентра по всей совокупности имеющихся данных (в том числе и для одновременных измерений параметров Ея и Ег). Показано, что эти зависимости близки к полученным ранее для долгосрочных предвестников землетрясений в наземных геофизических полях в этом же сейсмоактивном регионе. Приведены оценки времен упреждения этими предвестниками моментов землетрясений на границах зон подготовки.
БО1: 10.7868/80016794013020089
1. ВВЕДЕНИЕ
К настоящему времени выделено большое количество предвестников землетрясений, представляющих собой значимые отклонения в параметрах различных геофизических полей в литосфере, нижней атмосфере и ионосфере Земли [Зубков и Мигунов,1975; Сидорин, 1979; 1992; Зубков, 1983, 1987; Липеровский и др., 1992; Гу-фельд и Гусев, 1998; Korsunova and Khegai, 2006; Исмагилов и др., 2006; Копылова и Серафимова, 2010]. Анализ мировых данных по предвестникам землетрясений в различных приземных геофизических полях позволил установить, что почти все они обнаруживают долгосрочные (годы—десятки лет для магнитуд М> 6), среднесрочные (недели-месяцы) и краткосрочные (часы-сутки) аномальные вариации, отражающие различные стадии подготовки сейсмических событий [Зубков, 1987]. Также было показано, что времена упреждения моментов землетрясений долго- и среднесрочными предвестниками в эпицентральной области находятся в тесной корреляционной связи с магнитудой землетрясения, увеличиваясь с ее ростом. Однако с удалением от эпицентра забла-
говременность появления предвестников зависит не только от энергии готовящегося землетрясения, но и от расстояния пункта наблюдения до будущего эпицентра. Так, в статье [Сидорин, 1979] было получено, что при учете удаленности пункта наблюдения от эпицентра землетрясения все предвестники можно подразделить на две большие группы, которые автор назвал соответственно долгосрочными и краткосрочными. Оказалось, что некоторые предвестники, появляющиеся непосредственно перед землетрясениями, на самом деле относятся к группе долгосрочных предвестников, проявляющихся в точке наблюдения, удаленной от эпицентра соответствующего землетрясения на значительное расстояние. Эти группы характеризуются вполне определенными, но разными зависимостями вида 1§(ДТ х х К) = аМ + Ь, где М — магнитуда землетрясения, К — расстояние от эпицентра до точки наблюдения, ДТ — промежуток времени от момента появления предвестника до момента землетрясения (время упреждения). В литературе приводятся и другие зависимости такого рода [Гуфельд и Гусев, 1998], но большая часть их получена по
данным наземных измерений. Существенные подвижки в изучении закономерностей появления предвестников землетрясений в нижней (включая приземный слой) и верхней атмосфере произошло в последнее десятилетие [Hao et al., 2000; Корсунова и Хегай, 2005; 2010; Liu et al., 2006; Korsunova et al., 2010]. В указанных работах получены эмпирические зависимости как времен упреждения предвестниками моментов землетрясений, так и вероятности обнаружения предвестника от магнитуд последовавших землетрясений и расстояний от эпицентров до пунктов наблюдений. Зависимости времени появления предвестника от магнитуды и эпицентрального расстояния получены не только по ионосферным измерениям, но и по наблюдениям атмосферных электрических полей [Korsunova et al., 2010]. По литературным данным заблаговременность появления предвестников зависит также от глубины гипоцентра готовящегося землетрясения [Mikhailov, 2007; Бахмутов и др., 2007; Xia et al., 2011].
Анализ многолетних ионосферных наблюдений в сейсмоактивных зонах позволил выделить аномалии в ионосферных параметрах, соответствующие разным стадиям подготовки землетрясений, которые были идентифицированы как долгосрочные и среднесрочные предвестники землетрясений [Korsunova and Khegai, 2006; Perrone et al., 2010; Korsunova et al., 2010]. Оказалось, что закономерности появления этих аномалий в ионосфере соответствуют результатам наземных измерений. Несомненно, что эмпирические зависимости, связывающие заблаговременность появления предвестника землетрясения с его магнитудой и эпицентральным расстоянием до точки наблюдения представляют большой интерес, но все они получены в эпигнозе. Возникает естественный вопрос — всегда ли в реальном времени за выделенными предвестниками следуют землетрясения? Действительно, в ряде случаев это не так [Смирнов, 2005; Perrone et al., 2010]. Поэтому важно различать реальные предвестники, за которыми по истечении некоторого времени следуют землетрясения, и "ложные", т.е. аналогичные аномалии, не сопровождающиеся землетрясениями. Ранее, на нескольких примерах, нами было показано, что если при измерениях в одном и том же пункте предвестники появляются в атмосферном квазистатическом электрическом поле и в ионосфере, то за ними, как правило, следуют землетрясения [Korsunova et al., 2010]. Если этот вывод будет подтвержден и для других землетрясений, то это будет означать, что реальные предвестники можно выделять по одновременным измерениям ионосферных параметров и Ez-компоненты приземного атмосферного квазистатического электрического поля в одном и том же пункте.
С этой целью были рассмотрены результаты измерений Ez-компоненты приземного атмосферного квазистатического электрического поля, полученные одним из авторов настоящей статьи, и ионосферных параметров в п. Паратунка Камчатской обл. за 1998—2002 гг. Ежечасные данные ионосферных измерений для исследуемого периода были взяты из ресурса NOAA National Geophysical Data Center (NGDC), USA.
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ДАННЫХ
В работе [Смирнов, 2005] по наблюдениям градиента потенциала электрического поля в условиях "хорошей погоды" было выделено 103 отрицательные "бухты" в ^-компоненте приземного атмосферного квазистатического электрического поля, которые обычно связывают с предвестниками землетрясений. Однако только в 37% случаев за ними последовали землетрясения с энергетическим классом K = 11—15 (М = 4.7—6.7) на эпицентральных расстояниях R = 100—1000 км в течение последующих ближайших суток. По-видимому, именно эти случаи относятся к краткосрочным предвестникам землетрясений. Возможно, что некоторая часть оставшихся отрицательных аномалий в Ez принадлежит к группе предвестников с большим временем упреждения момента землетрясения, как это было обнаружено в Китае [Hao et al., 2000]. Если это так, то в дни появления этих предвестников в Ez могут проявляться и предвестники в ионосфере, в частности в спорадическом слое E (Es), как это следует из публикации [Korsunova et al., 2010]. Для проверки этого предположения были обработаны данные ежечасных ионосферных измерений, проведенных в том же пункте для тех же месяцев и лет, когда наблюдались предвестники землетрясений в приземных электрических полях, уже выделенные ранее в работе [Смирнов, 2005].
В связи с тем, что в ионосфере до сих пор не обнаружено специфических аномалий, связанных исключительно с подготовкой землетрясений, а не с другими геофизическими событиями, например, магнитными бурями, к их предвестникам относят обычно статистически значимые изменения того или иного из ионосферных параметров: критической частоты регулярного слоя F2 (foF2), предельной частоты отражения от спорадического слоя Е (fEs), частоты экранирования (fbEs) и др. [Липеровский и др., 1992; Гуфельд и Гусев, 1998; Ondoh, 2003; Pulinets and Boyarchuk, 2004; Hobara and Parrot, 2005; Liu et al., 2006; Oya-ma et al., 2011]. Нами [Korsunova and Khegay, 2006; Корсунова и Хегай, 2008] была предложена методика выделения ионосферного предвестника землетрясений не по одному параметру, а по определенному набору морфологических признаков,
выявленных в результате длительных наблюдений ионосферы перед землетрясениями разного энергетического класса в различных сейсмоактивных регионах. Согласно этой методике для ионосферных предвестников землетрясений характерны:
— появление аномально высокого спорадического слоя Е (Ез), превышающего фоновые значения действующих высот (КЕл) в спокойных геофизических условиях для конкретного времени суток не менее чем на 10 км в течение 1—3 ч;
— увеличение частот Ез не менее чем на 20%, сопровождающееся повышением /оЕ2 такой же продолжительности в пределах суточного интервала времени ±12 ч относительно момента появления аномально высокого Ез.
Эта методика была апробирована для коровых землетрясений (глубина гипоцентра не более 60 км) с использованием данных вертикального зондирования ионосферы в таких сейсмо-актив-ных регионах как Япония, Камчатка, Прибайкалье, Италия [Корсунова и Хегай, 2008; Когзипоуа й а1., 2010; Корсунова и др., 2010; Реггопе й а1., 2010], что позволило обнаружить предвестники землетрясений с различн
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.