Диссертация (1149487), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Наиболее полные обзоры данных измерений представлены вработах (Gokhberg et al., 1982; Hayakawa and Molchanov, 2002; Molchanov et al., 2004;Pulinets and Boyarchuk, 2004; Liperovsky et al., 2008 и ссылки в них).С развитием спутниковых систем глобального позиционирования GPS, ГЛОНАСС,Gallileo и применением их для мониторинга ионосферы были выявлены эффектыпроявлениясейсмическойактивностиипроцессовподготовкиземлетрясений,характеристики которых не подтверждают волновой канал воздействия. Как показановыше в настоящей главе, возмущения полного электронного содержания ионосферыпредставляют собой стабильные долгоживущие области с повышенной и/или пониженнойэлектронной концентрацией.
Создать такие аномалии, "запертые" на ограниченнойобласти с размерами от нескольких сотен до тысяч км, возмущениями нейтрального газаневозможно, поскольку АГВ распространяются от источника во все стороны, ивозмущения полного электронного содержания в таком случае должны представлятьсобой волновые колебания, "бегущие" в горизонтальной плоскости от источника, что ненаблюдается при анализе глобальных карт полного электронного содержания ионосферы. 25Вработе(KshevetskiiandKarpov,2014)былопоказано,чтостабильныенеперемещающиеся возмущения ионосферы можно создать источником с периодами волнменьше периода Брента-Вяйсяля, запертым на ограниченной области. В случаеземлетрясений присутствуют колебания гораздо более широкого диапазона длин волн, иподобные источники волн, распространяющихся в столбе с жесткими "стенками", вприроде не существуют.Непосредственно земные толчки, а также извержения вулканов, цунами, как,впрочем, и движения атмосферных фронтов, грозовая активность, ядерные взрывы идругие процессы действительно генерируют перемещающиеся ионосферные возмущения(ПИВ),обусловленныераспространениемакустико-гравитационныхволнчерезатмосферу.
В зависимости от периода волны (от 15-30 минут до 2-3 часов) ПИВраспространяются от источника с горизонтальной скоростью в диапазоне примерно от 300до 800 м/с, и амплитуда возмущений затухает в e раз на расстоянии от 500 до 5000 кмсоответственно (Брюнелли и Намгаладзе, 1988). Анализ глобальных карт вариацийполного электронного содержания в преддверии крупных землетрясений (за несколькодней до подземных толчков) показывает, что такие волновые характеристики отсутствуютустабильныхдолгоживущихвозмущенийполногоэлектронногосодержания,наблюдаемых в окрестности эпицентра. Данный физический механизм также не способенобъяснить магнитную сопряженность наблюдаемых ионосферных эффектов.
И, наконец,эффективность волнового механизма крайне низка, поскольку даже для катастрофическихцунами после землетрясений на Суматре в 2004 г. и в Японии в 2011 г. изменения полногоэлектронного содержания ионосферы составили не более 0,1-0,4 TECU и 0,5-1,5 TECU,соответственно (Liu et al., 2006b; Astafyeva and Afraimovich, 2006; Galvan et al., 2012).Такимобразом,очевидно,чтомеханизмы,основанныенаакустико-гравитационном канале передачи воздействия из земной коры в ионосферу в периодыподготовки землетрясений, не подходят для единого объяснения процессов в системелитосфера-атмосфера-ионосфера. Мы вернёмся к этому вопросу в главе 5.1.5. Электромагнитный механизм формирования ионосферных возмущенийВ настоящей диссертационной работе в качестве основного рассматриваетсяэлектромагнитный механизм формирования сейсмогенных возмущений ионосферы,которыйнаходитэкспериментальнымивозмущений полноговсебольшеданными.подтвержденийАнализэлектронногомодельнымиперечисленныхсодержания26признаковпоказывает,чторасчетамииотносительныхихсвойстванепротиворечиво объясняются воздействием на ионосферную плазму возмущенныхэлектрических полей, наблюдаемых спутниками.
Вертикальный электромагнитный дрейф(дрейф в скрещенных электрическом и магнитном полях со скоростью v = [Е х В]/В2)плазмы F2-слоя ионосферы, созданный восточным электрическим полем переноситплазму вверх, в области с меньшими концентрациями нейтральных молекул и,соответственно, с меньшими скоростями потерь в ионно-молекулярных реакцияхдоминирующих в этой области ионов O+, что приводит к увеличению электроннойконцентрации максимума F2-слоя и, соответственно, к положительным возмущениямполного электронного содержания. Дрейф плазмы вниз, создаваемый западнымэлектрическим полем, движет ее в области с большими скоростями потерь ионов O+, т.е.
кпротивоположному эффекту в NmF2 и полном электронном содержании ионосферы.Электрическое поле, формируемое над эпицентром, передается вверх вдоль идеальнопроводящих силовых линий геомагнитного поля и далее в противоположное полушарие,создавая возмущения в магнитосопряженной точке. С восходом Солнца, когдаэлектрическая проводимость ионосферы возрастает на несколько порядков, поле"снимается", что приводит к уменьшению и исчезновению возмущений.Данный механизм, предложенный в работе (Намгаладзе, 2007) был подтвержденрезультатами численных расчетов возмущений полного электронного содержания сиспользованием модели UAM (Upper Atmosphere Model) в работах (Namgaladze et al.,2009a, 2009b; Zolotov et al., 2012b).
Зональное электрическое поле в ионосфересоздавалось искусственно путем внесения дополнительных электрических зарядовпротивоположных знаков по обеим сторонам эпицентра в уравнении для электрическогопотенциала, которое решалось совместно с уравнениями движения, непрерывности итеплового баланса для основных компонент. Было получено удовлетворительное согласиемежду модельными возмущениями полного электронного содержания и данными GPSнаблюдений, однако, каким образом сейсмогенное электрическое поле возникает вионосфере, авторы расчетов не поясняли. На этот счет в научной литературе существуетдве основные точки зрения, а именно, сторонников механизма "проникновения"электрического поля снизу в связи с изменениями электрической проводимости воздуха(Pulinets, 2009; Kuo et al., 2011) и их противников (Denisenko et al., 2013; Harrison et al.,2010; Sorokin and Hayakawa, 2013; Сорокин и Ружин, 2015; Намгаладзе, 2013; Намгаладзеи Карпов, 2015).1.6.
Механизм проникновения электрического поля в ионосферуВ физическом механизме, основанном на возникновении электрического поля в 27приземном слое атмосферы и проникновении его вверх в ионосферу, главная рольотводится дополнительным источникам ионизации воздуха, в качестве которыхрассматриваются радиоактивные частицы и продукты их распада, попадающие ватмосферу из тектонического разлома вместе с почвенными газами (Pulinets andOuzhounov, 2011; Pulinets et al., 2015).Измерения показывают значительный рост концентрации радона, тория и др.
газовв приземном воздухе и подземных водах в преддверии землетрясений в несколько раз посравнению с фоновыми значениями (King, 1986; Alekseev and Alekseeva, 1992; Virk andSingh, 1994; Heincke et al., 1995; Igarashi et al., 1995; Yasuoka et al., 2006).
Например, в 300км от эпицентра землетрясения в Индии в октябре 1991 г. существенный ростконцентрации радона был зарегистрирован за неделю до события, при этом в воздухеувеличение концентрации составило 2,5 раза, в воде – более чем 1,5 раза (Virk and Singh,1994). Другой пример представлен на рис. 1.7 для землетрясения в Японии в январе 1995г., когда увеличение концентрации радона превысило средние фоновые значения в 3 раза(Omori et al., 2007). Всего из 300 рассмотренных в исследовании (Heincke et al., 1995)землетрясений заметные увеличения радиоактивности приземного воздуха былиотмечены в 75% случаев.Рис. 1.7. Изменения концентрации радона от средних фоновых значенийпо данным измерений на станции Кобе, Япония (Omori et al., 2007).Повышенная радиоактивность приземного воздуха способствует ускоренномуионообразованию и изменению электрической проводимости воздуха над разломом, чтоприводит, по мнению (Pulinets, 2009), к изменению разности потенциалов между 28эпицентром и ионосферой.
Однако, по расчетам (Kim et al., 1994, 2012) для заметногоизменения электрического поля в ионосфере, вертикальная компонента электрическогополя у Земли должна быть не менее 1 кВ/м, что на порядок больше значений, которыеобычно регистрируются наземными станциями в окрестности эпицентров (Kondo, 1968;Vershinin et al., 1999; Hao et al., 2000; Rulenko, 2000).Эффекты проникновения электрического поля также рассматривались с помощьютрехмерной модели электрической проводимости атмосферы и ионосферы (Denisenko etal., 2013), а также в работе (Xu et al., 2015), где было показано, что изменениеэлектрического поля в ионосфере в случае даже существенных изменений электрическойпроводимости при ионизации приземного воздуха радиоактивными газами не превышаетнескольких мкВ/м, т.е.
на три порядка меньше наблюдаемых спутниками значений. Такимобразом, физический механизм, в основе которых лежит изменение электрическойпроводимостиатмосферы,показываетсвоюнесостоятельностьвобъясненииформирования мощных электрических полей в ионосфере над областями сейсмическойактивности.1.7. Механизм вертикального переноса зарядов сторонним электрическим токомВ серии работ (Sorokin et al., 2001, 2003, 2005a, 2005b, 2006a, 2006b, 2006c, 2007a,2007b; Sorokin and Hayakawa, 2013; Сорокин и Ружин, 2015) развивается физическиймеханизм генерации возмущенного электрического поля в ионосфере, связанного не сизменением электрической проводимости атмосферы и, соответственно, электрическоготока проводимости, а с появлением стороннего электрического тока. Сорокин и соавт.считают, что причиной формирования сейсмогенного электрического поля в ионосфереявляется генерация вертикального электрического тока вследствие дополнительнойэлектродвижущей силы (ЭДС), возникающей в приземных слоях атмосферы приподготовке землетрясений.
По мнению Сорокина и соавт., дополнительная ЭДСобусловлена конвективным переносом и гравитационным оседанием заряженныхаэрозолей, инжектируемых в атмосферу вместе с радиоактивными почвенными газами.Расчеты в работах (Sorokin et al., 2001, 2005b, 2007b) показывают, что возникающий приэтом сторонний электрический ток достигает вблизи поверхности Земли значений порядка10-8–10-6 А/м2 и убывает с высотой, а электрический ток проводимости с высотойвозрастает, при этом полный электрический ток, равный сумме стороннего тока и токапроводимости, остается постоянным по высоте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
