Диссертация (1149487), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В 25 случаях из 29 рассмотренных былизарегистрированы изменения электрического поля на величины 1,5-16 мВ/м (в среднем 10мВ/м) как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения (рис. 1.2).Сообщается также об изменениях электронной концентрации, концентрации ионовO+, скоростей вертикального дрейфа ионов, модификациях экваториальной аномалии,реже об изменениях ионной и электронной температур (Ryu et al., 2014a, 2014b, 2014c).Примечательно, что возмущения регистрируются в периоды спокойных геомагнитныхусловий.Помимо землетрясений возмущения электрического поля регистрировалисьспутником DEMETER над областями повышенной вулканической активности (Zlotnicki etal., 2010, 2013), причем в течение значительно большего промежутка времени – за 30суток до извержения и в течение 15 суток после.Аномально высокие отклонения напряженности электрического поля от фоновыхзначений были также выявлены над районами грозовой активности.
Так, по даннымспутника Космос-1809 (высота орбиты 950 км) напряженность электрического поля надобластями развития тропических циклонов и штормов достигала 20 мВ/м (Isaev et al.,2002), а ракетные измерения на высотах 20-25 км на расстоянии примерно 100 км отобластеймощнойгрозовойактивностипоказалинапряженностьпостоянногоэлектрического поля, достигающую значений 80 мВ/м (Kelley et al., 1985; Holzworth et al.,1985). Схожесть характеристик возникающих в ионосфере электрических полей в связи сгрозовой, сейсмической и вулканической активностью указывает на единый механизм ихформирования.16 Рис.
1.2. Временные вариации компонент электрического поляпо данным спутника DEMETER ночью 26.02.2010 и 11.01.2010 (Zhang et al., 2014).17 1.3. Возмущения электронной концентрации и полного электронного содержанияионосферыК настоящему времени накоплен большой массив данных измерений вариацийпараметров ионосферы перед сильными землетрясениями.На первых этапах экспериментального изучения и мониторинга состоянияионосферы наиболее распространенным методом являлось вертикальное зондирование,позволившие получить сведения о суточных, сезонных и широтных вариацияхэлектронной концентрации в E, F1 и F2-слоях ионосферы.
Метод основан на отражениирадиосигналов наземных станций (ионозондов) от ионосферы и определении высотыотражения от частоты передатчика по времени прохождения сигнала до точки отраженияи обратно. Анализ результатов зондирования – ионограмм – позволяет восстанавливатьвертикальные профили электронной концентрации в районе наземной станции,определить высоты максимумов электронной концентрации. С развитием спутниковыхтехнологийпопулярнымметодомизмеренийпараметровионосферысталорадиозндирование сверху, с помощью ионозонда, находящегося на спутнике ипозволяющего получить распределение электронной концентрации вдоль его орбиты.Анализ данных наземного и спутникового зондирования ионосферы за несколькодней до землетрясений показал формирование, в основном в ночное время, спорадическихслоев на высотах E-области (90–150 км), изменения критических частот регулярного Eслоя (Гохберг и др., 1984, 1988; Alimov et al., 1989; Parrot and Mogilevsky, 1989; Silina et al.,2001; Liperovskaya et al., 2003, 2006a, 2006b; Liperovsky et al., 2000, 2005; Корсунова иХегай, 2008; Корсунова и др., 2013), критических частот и высоты максимума F2-слояионосферы, модификаций экваториальной аномалии в виде смещения горбов илиуглубления провала между гребнями аномалии (Leonard and Barnes, 1965; Davies andBaker, 1965; Depueva and Ruzhin, 1995; Депуева и Ротанова, 2000; Depueva and Rotanova2001; Депуева и др., 2007; Depuev and Zelenova, 1996; Ruzhin et al., 1998; Liu et al., 2000,2006; Silina et al., 2001; Liperovskaya et al., 2006a, 2008, 2009; Pulinets, 1998; Pulinets et al.,2003; Pulinets and Davydenko, 2014), а также возмущений компонент электрических имагнитных полей (Moore, 1964; Chmyrev et al., 1989; Hayakawa et al., 1996; Bhattacharya etal., 2009); появление термальных аномалий (Filizzola et al., 2004; Genzano et al., 2007,2009; Ouzounov, 2004; Ouzounov et al., 2006, 2007, 2011; Saradjian and Akhoondzadeh, 2011a,2011b; Tramutoli et al., 2005, 2013; Tronin et al., 2002, 2004; Tronin, 2006).
Установлено,что указанные атмосферные и ионосферные аномалии фиксируются за часы, дни илинедели до землетрясения в зависимости от вида вариации.18 Наземное и спутниковое радиопросвечивание ионосферы обладает существеннымнедостатком: оно позволяет получить профили электронной концентрации либонепосредственно в районе наземной станции, либо вдоль траектории спутника. Выход изстроя наземных станций и постепенное сокращение сети ионозондов усугубляет проблемуи затрудняет получение глобальных распределений параметров ионосферы по всемуглобусу.Новая эра мониторинга состояния ионосферы открылась в связи с развитиемглобальных спутниковых навигационных систем. Развернутые группировки спутниковGPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС вместе с наземными приёмными станциямиобеспечивают непрерывное и глобальное покрытие земного шара.
По времени задержки иизменению фазы сигналов между спутниками и наземными приемниками определяютглобальное распределение полного электронного содержания ионосферы (Total ElectronContent, сокр. TEC) – интегральное количество электронов в столбе единичного сечения иизмеряемого в единицах TECU (1 TECU = 1016 электронов/м2).Наиболее часто используемые для анализа данные предоставляет InternationalGNSS (Global Navigation Satellite Systems) Service, который включает около 200 агентств,занимающихся обработкой GPS и ГЛОНАСС сигналов по всему миру.
Данныепредоставляются в виде глобальных карт TEC с пространственным разрешением 2,5 на 5градусов по широте и долготе, соответственно, с часовым шагом по времени (Dow et al.,2009).Применительно к процессам подготовки землетрясений карты вариаций полногоэлектронного содержания по данным GPS и ГЛОНАСС позволили выявить особенностивозмущений электронной концентрации, неизвестные ранее.На основе анализамножества случаев был определён ряд морфологических особенностей в вариацияхполного электронного содержания, наблюдавшихся перед сильными землетрясениями (M≥ 6) (Liu et al., 2001, 2004; 2006a, 2006b, 2011; Pulinets and Boyarchuk, 2004; Pulinets andDavydenko, 2014; Romanovskaya et al., 2012; Le et al., 2011; Zakharenkova et al., 2006, 2007a,2007b, 2008; Захаренкова, 2007; Золотов и др., 2011, 2013; Золотов, 2015; Романовская,Намгаладзе, 2014 и ссылки в них).
Они представляют собой положительные иотрицательные отклонения (увеличения или уменьшения) порядка 30-90% и болееотносительно фоновых значений. Пространственные размеры областей возмущенийсоставляют более 1500 км по широте и 3500 км по долготе. Их формирование происходитнад эпицентром или вблизи него от нескольких дней и часов до 1-2 недель до моментаземлетрясения. Время жизни сейсмогенного возмущения составляет 4-6 часов и может19 достигать 12 часов в случаях сильных землетрясений.
При этом, в отличие отвозмущений, связанных с геомагнитной и солнечной активностью, возмущения остаютсястабильными, практически не меняют свой формы и остаются неподвижными. С восходомСолнца происходит значительное уменьшение возмущений, часто вплоть до их полногоисчезновения с последующим восстановлением в ночное время.
Аналогичные эффектычасто наблюдаются в магнитосопряженной области. В случае сильных низкоширотныхземлетрясений наблюдаются эффекты, связанные с перестройкой экваториальнойаномалии F2-области ионосферы (Depueva and Ruzhin, 1995; Depuev and Zelenova,1996;Депуева и Ротанова, 2000; Depueva and Rotanova, 2001; Пулинец и Легенька, 2002; Депуеваи др., 2007; Pulinets, 2012; Ryu et al., 2014b).Подобные возмущения полного электронного содержания ионосферы такжерегистрируются при извержении вулканов, пылевых бурях и ядерных взрывах (Pulinetsand Davydenko, 2014).Примерыионосферыотносительныхпередсильнымивозмущенийземлетрясениямиполногопоэлектронногоданнымсистемсодержанияглобальногопозиционирования представлены на рис.1.3-1.6 (Романовская и Намгаладзе, 2014).На рис.
1.3 и 1.4 приведены наиболее типичные примеры относительныхвозмущенийполногоэлектронногоземлетрясениямивИранехарактеристики.Рис.1.5исодержанияИндонезии,нагляднопередчетырьмядемонстрирующиеиллюстрируетданныеразличнымиперечисленныенаблюденийпередземлетрясением, произошедшем у островов Лоялти при повышенной геомагнитнойактивности (Kp > 6). Наглядно видно присутствие возмущений разных типов.Интенсивные возмущения, перемещающиеся с высоких широт к низким в течение всехсуток, связаны геомагнитной активностью, а сейсмические возмущения проявляютсявблизи эпицентра в ночное время и остаются стабильными. Два других примераприведены на рис.
1.6 для землетрясений вблизи Японии. Для данных случаев характернопроявление отклонений только в одном полушарии, в одном случае вблизи эпицентра, вдругом – вблизи магнитосопряженной области. Значительное количество другихпримеров относительных возмущений полного электронного содержания представлено вдиссертационном исследовании (Золотов, 2015).20 Рис. 1.3. Пример GPS наблюдений относительных возмущений TEC перед землетрясениями в Иране 22.02.2005 и в Индонезии26.02.2005 г.
Звездой обозначено положение эпицентра, ромбом – магнитосопряженная точка, черной линией – линия терминатора,оранжевым кругом – подсолнечная точка (Романовская и др., 2014).21 Рис. 1.4. Пример GPS наблюдений относительных возмущений TEC перед землетрясениями в Индонезии 05.07.2005 и 19.11.2005 г.Звездой обозначено положение эпицентра, ромбом – магнитосопряженная точка, черной линией – линия терминатора, оранжевым кругом– подсолнечная точка (Романовская и др., 2014)22 Рис.
1.5. Пример Пример GPS наблюдений относительных возмущений TEC перед землетрясением вблизи острова Лоялти 11.04.2005 г.Звездой обозначено положение эпицентра, ромбом – магнитосопряженная точка, черной линией – линия терминатора, оранжевым кругом– подсолнечная точка (Романовская и др., 2014).23 Рис. 1.6. Пример GPS наблюдений относительных возмущений TEC перед землетрясениями вблизи Японии 23.07.2005и 02.12.2005 г. Звездой обозначено положение эпицентра, ромбом – магнитосопряженная точка, черной линией – линия терминатора,оранжевым кругом – подсолнечная точка.
Для первого случая возмущения наблюдались только в окрестности магнитосопряженнойобласти, во – втором – только вблизи эпицентра (Романовская и др., 2014).24 1.4. Волновой механизм формирования ионосферных возмущенийС появлением первых исследовательских работ по изучению ионосферныхпроявленийсейсмическойактивностиволновоймеханизмихформированиярассматривался в качестве единственного (Shalimov and Gokhberg, 1998; Mareev et al.,2002; Гохберг и Шалимов, 2004; Molchanov et al., 2004). Он основан на передаче энергииот подвижек земной коры в виде генерации атмосферных акустико-гравитационных волн(АГВ) с периодами от нескольких минут до нескольких часов, распространяющихся вверхи под углом к горизонтали и доходящих до ионосферных высот, где соударениянейтральных компонент с заряженными частицами могут вызывать возмущенияионосферной плазмы (Брюнелли и Намгаладзе, 1988).
Возможным дополнительнымфактором в формировании АГВ является локальный нагрев атмосферы от нестабильныхтермальных аномалий над разломом. Время распространения волн составляет порядка отнескольких минут до нескольких часов и зависит от длины волны. Для волн с периодами2-3 часа ионосферные возмущения проявляются на расстояниях около 1000 км отэпицентра (Липеровская и др., 1994), а для периодов 30-60 минут на расстояниях до 500км (Liperovsky et al., 2000).Основанием для данного механизма служат измерения фаз распространения натрассах радиосигналов, а также обнаружение спутниками OGO-6, AE-C, ISIS-2, AUREOL3, Alouette, ИНТЕРКОСМОС-18, -19, КОСМОС-1809, МИР, DEMETER и др. аномальныхвсплесков электромагнитного излучения в УНЧ/КНЧ/ОНЧ диапазонах (от несколькихединиц Гц до десятков кГц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
