Диссертация (1150499), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Звезда – положение эпицентра землетрясения (Гаити); ромб –магнитосопряжѐнная к эпицентру точка; чѐрная кривая – линия терминатора.116Рисунок 52. Карты модельных (слева) и наблюдавшихся по данным GPS (справа)возмущений ПЭС ионосферы для 08 UT 9 января 2010 г. Звезда – положение эпицентраземлетрясения. Ромб – магнитосопряжѐнная к эпицентру точка.Чѐрная кривая – линия терминатора.117Рисунок 53. Высотно-широтные вариации логарифма электронной концентрациивдоль геомагнитных меридианов: –20○ (верхний ряд); 0○ (средний ряд); +20○ (нижнийряд), рассчитанные для 11 января 2010 г 08 UT (03 LT).
В левой колонке представленамодельная спокойная невозмущѐнная вариация; в правой – возмущѐнная электрическимполем сейсмического происхождения (созданного вертикальными токами).1183.5.2 Заключение к п. 3.5 Главы 3Результаты численных экспериментов со сторонним электрическим током,текущим между нижней атмосферой и ионосферой, воспроизводят основные особенностивариаций ПЭС. Для представленного в п. 3.5.1 Mw7.0 землетрясения (Гаити, 12 января2010 г) получено следующее.
Как в наблюдениях, так и в модельных расчѐтах1) существуют области повышенной электронной концентрации, локализованные вблизиэпицентра;2) естьмагнитнаяв магнитосопряженнойположительныхобластивозмущенийсопряженностьсильнее,достигаетчем50%иэффектов;3) возмущенияв эпицентральной;более;ПЭС4) амплитуда5) присутствуютобластипониженных (отрицательных) значений относительных вариаций ПЭС ионосферы,расположенные западнее и экваториальнее областей положительных возмущений;6) приход терминатора и освещѐнной хорошо проводящей ионосферы приводитк смещениюипоследующейполнойдеструкциианомалийкаквэпицентре,так и в магнитосопряженной точке; 7) аномалии отсутствуют в околополуденные часы,времена их жизни согласуются с исследованием [Akhoondzadeh and Saradjian, 2011].Морфологические характеристики согласуются с работой [Пулинец и Цыбуля, 2010].При этом имеется ряд различий между наблюдениями и модельными расчетами.1) Модельные расчеты занижают величину сейсмогенных возмущений ПЭС ионосферыв северном полушарии и завышают в южном по сравнению с наблюдениями;2) отрицательныевозмущенияв модельномслучаебольшеповеличине,чем в наблюдениях; 3) площадь, занимаемая областями повышенного ПЭС в модельномслучае, меньше, чем в наблюдениях; 4) форма изолиний и величина возмущенийв модельном случае и наблюдениях совпадают не полностью, но и не слишком сильноразличаются: (а) размер аномальной области в северном полушарии на уровне ~30%составляет ~15○ × ~15○ (долгота × широта) в наблюдениях; в модельном случае –~10○ × ~10○; (б) в южном полушарии область возмущения составляет ~(7-15)○ × ~(7-20)○на уровне >50% в наблюдениях; в численном эксперименте – ~(5-13)○ × ~(7-15)○ на том жеуровне.Так как величина модельного возмущения, форма изолиний и занимаемая площадьзависят от интенсивности и конфигурации задаваемого тока, то расхождение расчетовс наблюдениями может быть обусловлено слишком упрощенным представлением —линейным — источника стороннего электрического тока, распределения его плотностии выбранным режимом действия.1193.6 Заключение к Главе 3Таким образом, в настоящей главе методом математического моделированияосуществлена проверка эффективности электромагнитного механизма формированияобластейповышеннойилипониженнойэлектроннойконцентрацииионосферыперед сильными сейсмическими событиями – электромагнитного дрейфа плазмы F2области ионосферы в скрещенных электрическом (E) и магнитном (B) полях.При помощи глобальной трѐхмерной нестационарной самосогласованной моделиверхней атмосферы Земли UAM проведены численные эксперименты двумя способами:1) путѐм«фиксации» дополнительного электрического потенциала сейсмическогопроисхождения; 2) путѐм задания вертикального сейсмогенного электрического токана нижней границе ионосферы.
На основе анализа результатов моделирования сделанвывод, что указанный механизм может приводить к наблюдаемым возмущениям в ПЭСионосферы, и были получены следующие оценки.С помощью метода «фиксации» дополнительного сейсмогенного потенциалабыло показано, что:1) ДлягенерациивозмущенийПЭС,аналогичныхнаблюдавшимсяперед рассмотренными сильными землетрясениями, требуются ионосферное зональноеполе 4-10 мВ/м на средних широтах и 2-4 мВ/м на низких и эваториальных широтах.Указанныевеличиныбольшетипичныхспокойныхзначений(1и0.2 мВ/мсоответственно), но значительно меньше высокоширотных электрических полеймагнитосферного происхождения (15-25 мВ/м) для тех же спокойныхПолученныеоценкивеличинысейсмогенногоэлектрическогополяусловий.согласуютсяс данными спутниковых наблюдений INTERCOSMOS-BULGARIA-1300 [Chmyrev et al.,1989; Gousheva et al., 2006a, 2006b, 2008a, 2008b, 2009], DEMETER [Zhang et al., 2012a,2012b], оценками по данным ионозондов [Xu et al., 2011a], также не превышают значенийэлектрически полей высокой интенсивности в Е-слое ионосферы по данным ракетныхизмерений [Yokoyama et al., 2002].2) Зависимость эффектов в ПЭС ионосферы от типа и конфигурации размещенияисточника дополнительного сейсмогенного электрического потенциала (т.е.
зарядов)на низких широтах слабая. Источники как дипольного, так и монопольного (состоящиеиз зарядов одного – положительного – знака) типа генерируют сходные по структуревозмущения, однако амплитуда возмущений от источников дипольного типа больше.3) ЗависимостьэффектоввПЭСионосферыоттипаиконфигурациипространственного размещения источника на средних широтах: источники монопольноготипа воспроизводят возмущения в ПЭС хуже, чем дипольные.120Полученные распределения вариаций относительных возмущений ПЭС ионосферыот этих полей согласуются как со «статистической картиной», так и для случаевконкретных сильных сейсмических событий. Величины требуемых сейсмогенныхэлектрических полей согласуются с результатами данных наблюдений и оценками другихисследователей.С помощью метода задания вертикального электрического тока, текущегомежду разломами и ионосферой, в качестве нижнего граничного условия для уравненияэлектрического потенциала, были получены следующие оценки:1) Ток плотностью 10-6А/м2 (точечный источник) порождает возмущения ПЭСионосферы,существенноземлетрясениями,апревосходящиетакжеприводиткнаблюдающиесяфизическипереднеоправданнымсильнымискоростямвертикального дрейфа.
Точечный источник величиной 10-9А/м2 приводит к формированияслабыхповеличиневозмущенийПЭСионосферы.Численныеэкспериментыдля сейсмического события 12 января 2010 г. (Гаити) показали, что для воспроизведениянаблюдавшихся в ПЭС ионосферы эффектов требуется линейно распределѐнныйисточник амплитудой 20 нА/м2.2) Токи (сейсмогенные источники) на низких и экваториальных широтах приводятк возникновению меньших по величине электрических полей и относительныхвозмущений ПЭС ионосферы, чем в случае таких же источников на средних широтах.Такая особенность связана с изменением угла наклона силовых линий геомагнитного поляпо мере «движения» от полюса в направлении экватора.3) Модельные эксперименты воспроизводят обнаруженные нами ранее эффектыночного доминирования аномалий и их ослабления с приходом восходного терминатораи подсолнечной точки.Эффектыночногодоминирования,наличиеоколополуденного«окнанесуществования», разрушение с приходом восходного терминатора положительныханомалий ПЭС могут быть объяснены изменением ионосферной проводимости,связанным с приходом освещенной Солнцем хорошо проводящей области ионосферы,приводящей к ослаблению генерированного сторонним током электрического поля.С учѐтом того, что использованная в модельных расчѐтах величина плотности тока(~10-8A/m2) на 4 порядка превосходит так называемый ток «хорошей погоды», требуемоевозмущение концентрации зарядов можно оценить как nd ~ 104nQ, где nd соответствуетсейсмовозмущѐнным значениям, nQ - концентрация зарядов в спокойных условиях(т.е.
с плотностью тока 2-3 пА/м2). Для такого увеличения количества зарядов требуетсяпоявление сильного источника ионизации в зоне разломов или уменьшение скорости121рекомбинации заряженной компоненты (ион-электронной и ион-ионной рекомбинации).В основном, рассматриваются два механизма –ионизация радиоактивными газамии аэрозолями и т.н. «положительные дыры». Не исключено совместное действие обоихуказанных механизмов.Величина плотности стороннего тока, заданная на нижней границе с амплитудой-82∙10 A/м2 на площади 200 км × 2000 км, значительно меньше, чем в работах Sorokin etal. [2005a, 2005b, 2007a], где задавались плотности тока величиной порядка 10-6 A/м2в области радиусом 200 км с экспоненциальным спаданием до нуля на ее границе, и такжесущественно меньше оценок 10-100 А/км2, приведенных в работе [Freund, 2011].Полученныеоценкивеличиныстороннеготокасейсмическогопроисхождения,требуемого для создания наблюдаемых возмущений ПЭС (>50%), близки к верхнимпределам измеренных вертикальных токов над грозовыми областями и тропическимилесами [Krider and Musser, 1982; Blakeslee et al., 1989; Davydenko et al., 2009; Le Mouel etal., 2010] и полного тока в глобальной электрической цепи.Очевидно,что(более 2-4 суток),такиеониинтенсивныесоответствуюттокинемогутэкстремальнымсуществоватьситуациямдолгоподготовкиочень сильных землетрясений, сопровождающимся появлением вблизи тектоническихразломов мощных источников ионизации (радон, положительные дыры) и большими(в десятки процентов) возмущениями ПЭС.
Их выявление затруднено отсутствиемдостаточногустойсетирегулярныхизмеренийименновертикальныхтоков,а не электрических (требующих знания проводимости) или магнитных (зашумлѐнныхполями от ионосферных и магнитосферных токов) полей. Но их существование косвенноподтверждаетсястабильныхнаблюдениямивблизимагнитосопряжѐнныхэпицентроввозмущенийготовящихсяПЭС,неземлетрясенийперемещающихсявдоль меридиана, и соответствующими модельными расчѐтами.Полагая сторонний электрический ток в качестве основной причины наблюдаемыханомалий, можно предложить феноменологическую схему развития аномалий ПЭСионосферы перед землетрясениями: 1) появление локализованной аномалии в ПЭСи ее существование как минимум в течение >2-4 ч ночью в околоэпицентральной областии магнитосопряженной к ней; 2) аномалии противоположного знака должны наблюдатьсяпо соседству с возмущенной областью; 3) приход терминатора должен приводитьк смещению и последующему уничтожению аномалии; 4) с уходом терминатораи освещенной ионосферы эффект в ПЭС должен восстанавливаться.122Предложенныймеханизмосуществлениялитосферно-ионосфернойсвязипозволяет объяснить все представленные особенности предсейсмических вариаций ПЭСионосферы:Магнитная сопряженность сейсмо-ионосферных эффектов: электрическиеполя,еслипоявляютсяв противоположноеводномполушариеизполушарий,вследствиелегкораспространяютсяэквипотенциальностисиловыхлинийгеомагнитного поля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
