Диссертация (1149487), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

5.1 для землетрясения в Китае в январе1999 г. 82Рис. 5.1. Термальные карты северо-западной части Китая по данным спутника NOAA(Tronin et al., 2002) 28.12.1998 (слева, спокойные условия) и 07.01.1999 (справа,аномальные условия). Аномалии указаны стрелками, эпицентр землетрясения – крестом.Рис. 5.2. Рассчитанные концентрации ядер конденсации (см-3) размерами более 3 нмв зависимости от скорости ионизации ГКЛ (см-3с-1)у поверхности Земли и на высотах 5 и 8 км (Yu, 2002). 835.2.

Землетрясения и формирование облаковНаличие восходящих потоков теплого, влажного и ионизованного воздуха,содержащего аэрозольные частицы, способствует формированию облачности.В работах (Svensmark and Friis-Christensen, 1997; Marsh and Svensmark, 2000a,2000b; Yu and Turco, 2001; Yu, 2002) обсуждались корреляция между вариациями потоковгалактических космических лучей (ГКЛ) и образованиями облаков. В частности, былополучено распределение концентрации ядер конденсации размерами более 3 нм взависимости от скорости ионизации для различных атмосферных условий (рис. 5.2).Расчеты показали, что с ростом скорости ионизации до 10–15 см-3с-1 количество ядерконденсации сначала резко увеличивается, затем с дальнейшим ростом скоростиионообразования – плавно уменьшается из-за уменьшения времени жизни ионов, котороестановитсянедостаточнымдляобразованиястабильногодолгоживущегоядраконденсации (Yu, 2002).

Максимальное увеличение концентрации ядер конденсации приувеличении потоков галактических космических лучей на 20% было получено в нижнейтропосфере (на высотах 3–5 км) и соответствовало данным наблюдений облаков на низкихи средних широтах (Clarke et al., 1999).Естественно предположить, что ускоренное ионообразование радиоактивнымипочвенными газами в приземном воздухе, которое достигает ~1–10 см-3с-1 (Omori et al.,2007, 2008), также должно способствовать формированию облаков как и увеличениепотоков галактических космических лучей. Данное утверждение подтверждаетсяизмерениями заряженных аэрозолей на высотах 0–70 м в районе эвкалиптовых лесов наюго-востоке Австралии (Suni et al., 2008), и причиной называлось именно повышенноесодержание радона вместе с аэрозолями органического происхождения.

Наиболее частоувеличения концентраций ядер конденсации регистрировались в январе-мае (летомосенью в южном полушарии), когда влажность и температура воздуха растет. При этомконцентрация отрицательных и положительных кластерных ионов (размерами 0,3–2 нм) всреднем составляла 2400 и 1700 см-3 соответственно, т.е. наблюдалась «ассиметрия» всоотношении зарядов разных знаков.Здесь уместно отметить эксперименты по измерению вертикальных электрическихтоков, текущих через стволы деревьях в тропических лесах Амазонки, которые, какизвестно, характеризуются наличием масс теплого влажного воздуха и являются одним изглавных районов грозовой активности.

Плотность электрических токов достигалазначений порядка 5 мкА/м2 (Le Mouel, 2010). К сожалению, измерения скоростиионизации, температуры и влажности воздуха авторы экспериментов своей задачей неставили, однако отмечали возможную связь генерации токов и облаков. 84Регулярные наблюдения облачности и сейсмической активности действительноподтверждают приведенные выше рассуждения (Морозова, 1993; Morozova, 2012). Так,согласно (Morozova, 2012), перед 58 из 85 рассмотренных землетрясений магнитудой 3.6 иболее были выявлены образования крупномасштабных линейнообразных облаков (см.пример на рис.

4.3), которые, в отличие от "обычных" облаков, гонимых ветром иизменяющихся по форме, остаются "привязанными" к тектоническому разлому. Востальных 27 рассмотренных случаях аномальные облачные структуры проявились послеподземных толчков. Теоретически, анализ спутниковых снимков облачности и выявлениеподобных линейных структур на фоне перемещающихся облаков может стать одним изсредств мониторинга землетрясений (Harrison et al., 2014), и подобные попыткипрогнозирования сейсмической активности предпринимались в работе (Guangmeng andJie, 2013) для землетрясений в Италии и Ираке.Рис. 4.3. Спутниковый снимок линейных облачных образований над Охотским морем,31.05.1999. Цифрами обозначены даты землетрясений.

(Morozova, 2012).5.3. Моделирование вертикального электрического токаТе же процессы, способствующие усилению стороннего электрического тока впериоды сейсмической активности, оказывают существенное влияние и на электрический 85ток проводимости. Дополнительная ионизации воздуха продуктами распада радона, содной стороны, увеличивает концентрацию зарядов, что приводит к увеличениюэлектрической проводимости воздуха в приземном слое.

С другой стороны, повышеннаяконцентрация крупных заряженных частиц приводит к увеличению частоты упругих инеупругих столкновений, и, соответственно, возрастает роль силы трения, уменьшающейпроводимость. Итоговый результат – увеличение или уменьшение интенсивности токапроводимости – будет зависеть от того, какой из двух процессов станет доминирующим.Денисенко и соавт. (Denisenko et al., 2013) показали, что одни лишь измененияэлектрической проводимости атмосферы, обусловленные ионизацией эманирующими изразлома радиоактивными газами, не могут изменять напряженность электрического поля вионосфере более чем на несколько мкВ/м.

Такие значения не согласуются с измерениямиспутниками DEMETER и Intercosmos-Bulgaria 1300 напряженности электрического полянад областями подготовки землетрясений, которые составляют порядка 5–15 мВ/м (см.главу 1). Несоответствие данных спутниковых измерений сейсмогенных электрическихполей с оценками, сделанными в работах (Denisenko et al., 2013; Xu et al., 2015), означает,что для корректного физико-математического описания электрических токов, текущих надтектоническими разломами, и моделирования соответствующих эффектов в ионосфере,помимо изменений электрической проводимости атмосферы, необходимо учитыватьпроцессы генерации стороннего электрического тока, обусловленного разделением ипереносом зарядов неэлектрическими силами, и токов, связанных с образованием облаков,которые вместе с грозовой активностью считаются источником, питающим глобальнуюэлектрическую цепь.Для расчета результирующего вертикального электрического тока, текущего междуЗемлей и ионосферой над тектоническими разломами, необходимо учитывать не толькопроцессы изменения электрической проводимости, но также все процессы образования ипотерь зарядов(ионизацию воздуха, рекомбинацию зарядов, их взаимодействие снейтралами, конденсацию водяных паров, коагуляцию капель, парообразование и т.д.), атакже все силы, действующие на них (силы тяжести и трения, градиенты давления, атакже действие фонового электрического поля).

Задача физико-математическогомоделирования результирующего тока усложняется тем, что многие из процессов вцепочке генерации атмосферных токов остаются недостаточно изученными, в первуюочередь из-за отсутствия регулярных экспериментальных данных. Построение моделивертикальных электрических токов потребует измерений состава, размеров и высотногораспределения аэрозолей в совокупности с профилями температуры, давления ивлажности воздуха над разломом, а также вариаций атмосферного электрического поля и 86проводимости.Величина вертикального сейсмогенного электрического тока между Землей иионосферой может быть оценена из следующих соображений.Результирующий ток будет определяться суммой токов заряженных частицразличных сортов, присутствующих в атмосфере:j   Zeni vi ,(4.1)iгде ni – концентрация заряженных частиц сорта i, vi – вектор скорости частицы, e –элементарный заряд, Zi - количество зарядов на частицах i -го сорта.Для нахождения концентрации каждого сорта частиц необходимо решитьуравнения непрерывности, которые из-за высокой плотности частиц в нижней атмосферезаписываются в фотохимическом приближенииni Q i  Li ,t(4.2)где Qi и Li – скорости образования и потерь:Qi    i dv, Li    i dv.Здесь i и i – интегралы столкновений, в которых частицы рождаются иисчезают, соответственно: ионизация воздуха, рекомбинации, химические реакции,конденсация и коагуляция.

Qi и Li зависят от концентраций принимающих участие вреакции газовых компонент и скорости протекания реакции:Qi = ∑k ninkrikLi = ∑k ninksikгде rik и sik - коэффициенты скоростей реакций образования и потерь i-ой и k-ой газовыхкомпонент.Для первичных ионов и электронов уравнение непрерывности имеет видni q  n i2   ni Z ,t(4.3)с решением в стационарном случае в видеn 2 Z 2  4q  Z,2(4.4)где q – скорость ионизации, α – коэффициент рекомбинации, β – коэффициентприсоединения к аэрозольным частицам, N – концентрация аэрозольных частиц.В работе (Omori et al., 2009) были измерены скорости ионизации приземного 87воздуха радоном для условий землетрясения в Кобе, произошедшего 17.01.1995 г., и поформуле(4.4)8рассчитаныконцентрациималыхионов,которыесоставили3(3,4–5,5) × 10 1/м , а рост электрической проводимости воздуха у поверхности составил40–50 %.Возникшие электроны быстро присоединяются к нейтральным молекулам, образуяотрицательные ионы, которые вместе с положительными ионами взаимодействуют смолекулами воды, и образуют легкие ионы (молекулярные кластеры; Морозов, 2011)вида:.

Характеристики

Список файлов диссертации