Автореферат (1149486), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Авторпринимал участие в обсуждении и подготовке публикаций с описаниемполученных результатов и выводов диссертации.Апробация работы и публикацииРезультаты работы были представлены и обсуждались намеждународных конференциях «Атмосфера. Ионосфера. Безопасность»(Калининград, 2012, 2014) и «Проблемы геокосмоса» (Санкт-Петербург,2012, 2014), ежегодных семинарах «Физика авроральных явлений»(Апатиты, 2013, 2014), региональных конференциях «Высокоширотныегеофизические исследования» (Мурманск, 2012, 2013, 2015), конференции«Радиофизические исследования ионосферы» (Харьков, Украина, 2013), нагенеральных ассамблеях Европейского союза наук о Земле (Вена, Австрия,2013, 2014), Международного научного радиосоюза (Пекин, Китай, 2014),Американского геофизического союза (Сан-Франциско, США, 2013) иКомитета по космическим исследованиям (Москва, 2014), а также насеминарах в Бернском международном институте космическихисследований в 2014 и 2015 г.По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числечетыре статьи в журналах из перечня научных изданий Высшейаттестационной комиссии РФ, в которых должны быть опубликованыосновные научные результаты диссертаций на соискание ученой степеникандидата наук, две статьи в других реферируемых журналах и 15 работ втрудах и материалах научных конференций.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обосновывается актуальность научной проблемы,сформулированы цель исследования и задачи, которые решались вдиссертации для ее достижения, описаны методы исследования, а такженаучная новизна, практическая значимость работы и положения,выносимые на защиту.В первой главе представлен обзор представлений о глобальнойэлектрической цепи (ГЭЦ) и описаны основные данные наблюдениймезомасштабных (от нескольких сот до 1000-3000 км по горизонтали)7возмущений ГЭЦ и связанных с ними ионосферных возмущений.Наиболееяркимипроявлениямиявляютсявозмущенияквазистационарного электрического поля, наблюдаемые спутниками вионосфере над областями подготовки землетрясений, и создаваемые имивозмущения электронной концентрации и полного электронногосодержания ионосферы.
По данным измерений спутников IntercosmosBulgaria 1300 и DEMETER возмущения электрического поля за несколькодней (в некоторых случаях за несколько недель) до сильных землетрясенийимеют магнитуду 1,5-16 мВ/м, в среднем составляя 10 мВ/м. Размерывозмущенной области составляют от нескольких сотен до тысячикилометров по горизонтали (Gousheva et al., 2009; Zhang et al., 2014).Одновременно регистрируются изменения электронной концентрации,концентрации ионов O+, скоростей вертикального дрейфа ионов,модификации экваториальной аномалии в виде заполнения или углубленияпровала, реже об изменениях ионной и электронной температур (Ryu et al.,2014).
Возмущения регистрируются в периоды спокойных геомагнитныхусловий. Аналогичные по интенсивности возмущения электрического полябыли обнаружены в периоды сильной вулканической активности (до ипосле извержения), а также над областями развития тропических циклонови штормов (Zlotnicki et al., 2013; Isaev et al., 2002), что указывает на общиймеханизм возникновения ионосферных возмущений в случаеземлетрясений и гроз.Анализ данных наземного и спутникового зондирования ионосферыза несколько дней до землетрясений показал формирование, в основном вночное время, спорадических слоев на высотах E-области, изменениякритических частот регулярного E-слоя, критических частот и высотымаксимума F2-слоя ионосферы, модификаций экваториальной аномалии ввиде смещения горбов или углубления провала между гребнями аномалии.Особое внимание уделено вариациям полного электронногосодержания ионосферы (Total Electron Content, сокр. TEC), измеряемого сиспользованием глобальных навигационных спутниковых систем.Обобщенный анализ глобальных карт TEC для сильных землетрясенийпоказывает формирование характерных аномалий, трактуемых какионосферные предвестники землетрясений.
Они представляют собойположительные и отрицательные отклонения (увеличения илиуменьшения) TEC порядка 30-90% и более относительно фоновыхзначений. Пространственные размеры областей возмущений составляютболее 1500 км по широте и 3500 км по долготе. Их формированиепроисходит над эпицентром или вблизи него в течение времени отнескольких дней и часов до 1-2 недель до момента землетрясения.
Времяжизни составляет 4-6 часов и может достигать 12 часов в случаях сильныхземлетрясений. При этом, в отличие от возмущений, связанных с8геомагнитной и солнечной активностью, сейсмогенные возмущенияпрактически не меняют своей формы и остаются неподвижными. Свосходом Солнца происходит значительное уменьшение возмущений,часто вплоть до их полного исчезновения с последующимвосстановлением в ночное время.
Аналогичные эффекты частонаблюдаются в магнитосопряженной области (Pulinets and Boyarchuk,2004; Liu et al., 2006; Zakharenkova et al., 2008; Romanovskaya et al., 2014;Золотов, 2015). Подобные возмущения TEC ионосферы такжерегистрируются при извержении вулканов, пылевых бурях и ядерныхвзрывах (Pulinets and Davydenko, 2014).На первоначальном этапе изучения ионосферных предвестниковземлетрясений в качестве причины их формирования рассматривалсяволновой механизм, заключающийся в распространении колебанийвоздуха от подвижек земной коры через атмосферу в вышележащие слои ввиде акустико-гравитационных волн (Molchanov et al., 2004). Колебанияэлектронной концентрации регистрируются при сейсмических толчках инекоторое время после них, однако они не могут рассматриваться вкачестве основного механизма генерации возмущений TEC за дни и часыдо землетрясений, поскольку АГВ распространяются от источника во всестороны, и возмущения TEC в таком случае должны представлять собойволновые колебания, "бегущие" в горизонтальной плоскости от источника.Данный механизм также не способен объяснить магнитную сопряженностьнаблюдаемых ионосферных эффектов.В настоящей диссертационной работе в качестве основногорассматривается электромагнитный механизм формирования возмущенийTEC под действием сейсмогенного электрического поля (Namgaladze et al.,2009).
Вертикальный электромагнитный дрейф (дрейф в скрещенныхэлектрическом и магнитном полях со скоростью v = [Е х В]/В2) плазмы F2слоя ионосферы, созданный восточной компонентой электрического поляпереносит плазму вверх, в области с меньшими концентрацияминейтральных молекул и, соответственно, с меньшими скоростями потерь вионно-молекулярных реакциях доминирующих в этой области ионов O+,что приводит к увеличению электронной концентрации максимума F2-слояи, соответственно, к положительным возмущениям TEC. Дрейф плазмывниз, создаваемый западным электрическим полем, движет ее в области сбольшими скоростями потерь ионов O+, т.е.
к противоположному эффектув NmF2 и TEC. Электрическое поле, формируемое над эпицентром,передается вверх вдоль идеально проводящих силовых линийгеомагнитного поля и далее в противоположное полушарие, создаваявозмущения в магнитосопряженной точке. С восходом Солнца, когдаэлектрическая проводимость ионосферы возрастает на несколькопорядков, поле "снимается", что приводит к уменьшению и исчезновению9возмущений.Данный механизм был успешно подтвержден численными расчетамисейсмогенных возмущений TEC в работах (Namgaladze et al., 2009;Золотов, 2015), в которых зональное электрическое поле искусственносоздавалось на нижней границе (на высоте 80 км) модели верхнейатмосферы Земли (Upper Atmosphere Model) в уравнении дляэлектрического потенциала, которое решалось совместно с уравненияминепрерывности, движения и теплового баланса для основных заряженныхи нейтральных компонент верхней атмосферы.
Были воспроизведеныосновные особенности наблюдаемых возмущений TEC ионосферы,наблюдаемые над эпицентром землетрясений и магнитоспоряженной кнему точкой, однако, каким образом сейсмогенное электрическое полевозникает в ионосфере, авторы расчетов не поясняли.По мнению (Pulinets et al., 2015), эманирующий из разлома радонявляется причиной возникновения дополнительного вертикальногоэлектрического поля и проникновения его вверх в ионосферу вследствиеизменений электрической проводимости воздуха.
Однако, по расчетам(Densienko et al., 2013) результирующее электрическое поле в ионосферене превысит нескольких мкВ/м, что на три порядка меньше напряженностиэлектрических полей, наблюдаемых спутниками над сейсмическиактивными регионами. Это означает, что одними лишь изменениямиэлектрической проводимости атмосферы объяснить наблюдаемые эффектыв ионосфере невозможно.Принципиально другой механизм предложен в серии работ (Sorokinand Hayakawa, 2013; Сорокин и Ружин, 2015; и ссылки в них). Причинойформирования сейсмогенного электрического поля в ионосфере являетсягенерация вертикального электрического тока вследствие дополнительнойэлектродвижущей силы (ЭДС), возникающей в приземных слояхатмосферыприподготовкиземлетрясенийиобусловленнойконвекционным переносом и гравитационным оседанием заряженныхаэрозолей, инжектируемых в атмосферу вместе с радиоактивнымипочвенными газами. Разделение и перенос заряженных аэрозолейосуществляется посредством диффузионного переноса и гравитационногооседания, а возникающий при этом сторонний электрический токдостигает вблизи поверхности Земли значений порядка 10-8–10-6 А/м2.Результирующее электрическое поле в ионосфере оценивается ~10 мВ/м, ау поверхности Земли ограничено значением ~100 В/м, т.е.
согласуется сданными спутниковых и наземных наблюдений.Во второй главе дано описание численной глобальной моделиверхней атмосферы Земли UAM, использовавшейся в работе дляисследования термосферных и ионосферных эффектов мезомасштабныхэлектрическихполей.МодельUAM–версияглобальной10самосогласованной модели термосферы, ионосферы и протоносферы (ГСМТИП), разработанной в Калининградском отделении ИЗМИРАН имодифицированной в Полярном геофизическом институте и Мурманскомгосударственном техническом университете (Namgaladze et al., 1998).UAM охватывает околоземное пространство от высоты 60–80 км(переменная нижняя граница задается пользователем) до геоцентрическогорасстояния, равного 15 земным радиусам (около 100000 км) ирассчитывает трехмерное распределение концентрации нейтральных (O,O2, N2, H) и заряженных (O2+, NO+, O+, H+, электроны) частиц, температурнейтрального газа, ионов и электронов, скоростей движений частиц, атакже распределение электрического потенциала и компонент векторанапряженности электрического поля для любых геогелиофизическихусловий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
