Об ионосферном отклике землетрясений на Филиппинах с ноября по декабрь 2023 г.

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Земная ионосфера является чувствительным индикатором различного рода возмущений в литосфере и гидросфере Земли как природного, так и антропогенного происхождения. К естественным источникам возмущений относят землетрясения, цунами, извержения вулканов, тропические циклоны [Ясюкевич и др., 2013; Шалимов и др., 2019; Спивак и др., 2020; Спивак, Рябова, 2020; Соловьева и др., 2022], а к искусственным – промышленные и ядерные взрывы, запуски космических ракет [Гохберг, Шалимов, 2008; Ozeki, Heki, 2010]. Основным посредником, связывающим такие источники с ионосферой, считаются акустико-гравитационные волны (АГВ). Как правило, регистрация ионосферных возмущений проводится с использованием современных методов дистанционного зондирования верхней атмосферы, например, методом радиопросвечивания посредством глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

В частности, с помощью ГНСС достаточно хорошо изучены ионосферные отклики, сопровождающие сильные землетрясения. Показано, что они имеют многомодовую структуру и содержат сигналы от прохождения сейсмической волны Релея, атмосферных акустической и внутренней гравитационной мод [Гохберг, Шалимов, 2008]. Если отклик ионосферы на землетрясения регистрируется вблизи эпицентра через 10–15 мин после основного толчка, то он имеет N-образную форму, которая соответствует классической форме ударной волны. Вместе с тем, используя методы ГНСС-радиопросвечивания, не удается уверенно зарегистрировать вариации полного электронного содержания (Total Electron Content, TEC) для землетрясений с магнитудой меньше 6.5 [Perevalova et al., 2014]. Считается, что вероятность регистрации ионосферного отклика на землетрясения с магнитудами, близкими к указанному порогу, сильно зависит от механизма очага и гелио-геофизической обстановки в момент землетрясения.

В то же время в ряде работ по исследованию отклика TEC на мощные подземные взрывы, включая ядерные, показана возможность детектирования событий, имеющих меньшую магнитуду (см., например, работу [Park et al., 2014], где зарегистрирован волновой отклик TEC на два подземных ядерных взрыва в Северной Корее – 2009 г. с магнитудой 4.7 и 2006 г. с магнитудой 4.3). Кроме того, по данным низкоорбитальной радиотомографии зафиксированы ионосферные возмущения после промышленных взрывов на Кольском полуострове с магнитудами 2.4 и 3, которые интерпретировались как долгоживущие искусственные возмущения, связанные с геострофической адаптацией возмущений во вращающейся атмосфере [Гохберг, Шалимов, 2008].

Таким образом можно ожидать, что при использовании метода ГНСС-радиопросвечивания будут наблюдаться некоторые отличия в характеристиках ионосферных возмущений для землетрясений и взрывов. Подтверждением этого факта являются результаты кросс-вейвлет анализа волновых форм вариаций TEC, выделенных после северокорейских подземных ядерных взрывов 2006 и 2009 гг. и после землетрясения Тохоку 2011 г. [Park et al., 2014], показавшие высокую когерентность между волновыми откликами на оба ядерных взрыва и значительную разницу между откликами на взрывы и землетрясение. Далее, проведенный с использованием плотных сетей ГНСС-приемников анализ ионосферных откликов на искусственные литосферные возмущения (взрывы) различной природы и достаточно малой магнитуды показал, что при регистрации этих откликов необходимо учитывать возможную анизотропию распространения атмосферных возмущений на ионосферных высотах как из-за крупномасштабных ветровых структур, так и из-за наклонения геомагнитного поля [Падохин, Шалимов, 2023].

В связи с этим дальнейшее исследование ионосферных откликов на мощные литосферные возмущения представляет значительный интерес. В настоящей работе с помощью наземных магнитометров исследованы ионосферные возмущения, наблюдаемые после десяти достаточно сильных землетрясений в районе Филиппинских островов, шесть из которых имеют магнитуду меньше 6.5.

ОПИСАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ

Рассматриваемый при выполнении настоящих исследований регион, Филиппинские острова, находится в тихоокеанском “огненном кольце” и является одним из наиболее сложных в тектоническом отношении районов Земли, где происходит тройное сочленение Австралийской тектонической плиты и океанических Тихоокеанской и Филиппинской тектонических плит [Qin, Yin, 2011]. Относительно небольшая Филиппинская плита движется на северо-запад по направлению к Евразийской плите со скоростью 6–8 см в год. Дополнительное механическое напряжение в регионе создает Тихоокеанская тектоническая плита, которая движется в том же направлении [Zhang et al., 2022]. Получается, что Филиппинские острова, да и весь индонезийский регион находятся в зажатом состоянии, что выражается в сбросе напряжения через многочисленные землетрясения.

В настоящей работе рассматриваются землетрясения, которые были зарегистрированы в Филиппинском институте вулканологии и сейсмологии (PHIVOLCS)¹. Предполагалось, что геомагнитный эффект будет наблюдаться при достаточно сильных сейсмических событиях [Рябова, Шалимов, 2022; Спивак, Рябова, 2019а; 2019б], поэтому при выполнении исследований выбирались землетрясения моментной магнитудой (т.е. магнитудой, основанной на сейсмическом моменте землетрясения) больше или равной 6. С целью отбора событий был проанализирован каталог PHIVOLCS² за период с ноября по декабрь 2023 г.

Самое мощное землетрясение за рассматриваемый интервал времени произошло 02.12.2023 г. в 22:37 по Тихоокеанскому времени (14:37 UT) у острова Минданао. По оценкам геологической службы США, магнитуда землетрясения составила 7.6³, а по оценкам PHIVOLCS его магнитуда составила 7.4. Эпицентр события располагался в 110 км от города Бутуан провинции Агусан-дель-Норте⁴ и 29 км севернее города Хинатуана в провинции Суригао-дель-Сур⁵. Географические координаты эпицентра: 8.487° с.ш. 126.351° в.д. Глубина гипоцентра: 40 км⁶.

Это сейсмическое событие произошло в результате неглубокого разлома наклонного надвига, вероятно, вдоль границы субдукции Филиппинского желоба⁷. В этом месте Филиппинская океаническая плита перемещается с запада на северо-запад со скоростью около 103 мм в год по отношению к Зондской плите. На основе модели конечного разлома⁸ предполагается, что разрыв произошел вокруг эллиптической области размером 80 × 80 км. Максимальное смещение было сосредоточено вокруг эпицентра, хотя и с небольшим наклоном, его величина была оценена в 1.8 м.

После основного толчка регистрировалась афтершоковая активность к юго-востоку от основного толчка⁹. На 16:00 по тихоокеанскому времени 16.12.2023 г. PHIVOLCS зафиксировала 8403 афтершока¹⁰, а по данным Геологической службы США по состоянию на 29.12.2023 г. после землетрясения было зарегистрировано 425 афтершоков моментной магнитудой более 4.5¹¹. Самый крупный афтершок магнитудой 6.9 произошел 4 декабря к северу от афтершоковой последовательности¹². PHIVOLCS выделил это событие как отдельное землетрясение¹³. Подземные толчки были зарегистрированы в 03:49 4 декабря на глубине около 30 км в Филиппинском море у северо-восточного побережья острова Минданао (недалеко от побережья муниципалитета Кагвейта в провинции Суригао-дель-Сур)¹⁴. Эпицентр находился примерно в 35 км к востоку-северо-востоку от населенного пункта Арас-асана¹⁵.

За период с 2 по 31 декабря 2023 г. кроме землетрясения 4 декабря были зарегистрированы следующие афтершоки моментной магнитудой больше или равной 6: афтершок магнитудой 6 (0:03 LT 03.12.2023 г.), афтершок магнитудой 6.1 (1:40 LT 03.12.2023 г.), афтершок магнитудой 6.3 (2:09 LT 03.12.2023 г.), афтершок магнитудой 6 (4:52 LT 03.12.2023 г.), афтершок магнитудой 6.6 (18:35 LT 03.12.2023 г.), афтершок магнитудой 6 (22:35 LT 03.12.2023 г.)¹⁶. Месторасположение эпицентров афтершоков, их географические координаты представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Параметры землетрясений с моментной магнитудой больше или равной 6, произошедших в Филиппинском регионе в период с ноября по декабрь 2023 г. (указано тихоокеанское время (UTC+8 часов))

№	Число	Магнитуда	Время	Широта, с.ш., град.	Долгота, в.д., град.	Место
1	17.11.2023	6.8	16:14	5.38	125.24	28 км южнее острова Сарангани (муниципалитет Сарангани, провинция Западный Давао)
2	22.11.2023	6.1	10:48	2.01	126.97	413 км южнее острова Балут (муниципалитет Сарангани, провинция Западный Давао)
3	02.12.2023	7.4	22:37	8.44	126.59	29 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
4	03.12.2023	6.4	00:03	8.5	126.95	73 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
5	03.12.2023	6.1	01:40	8.42	126.9	63 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
6	03.12.2023	6.3	02:09	8.51	127.43	122 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
7	03.12.2023	6	04:52	8.4	127.12	86 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
8	03.12.2023	6.6	18:35	8.49	126.95	69 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
9	03.12.2023	6	22:35	8.76	127.46	131 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)
10	04.12.2023	6.8	03:49	8.96	126.91	67 км севернее города Хинатуана (провинция Суригао-дель-Сур)

 

После землетрясения 2 декабря были зарегистрированы волны цунами. На острове Мавес (Филиппины) наблюдалось цунами высотой 64 см¹⁷. В городе Давао (Филиппины) высота цунами достигла 8 см, а в населенном пункте Лоугане (Филиппины) высота цунами достигла 18 см¹⁸. Цунами высотой 2 см также было зафиксировано в городе Легаспи (Филиппины)¹⁹. В Японии высота цунами достигла 40 см на острове Хатидзе-дзиме и 20 см в поселке Кусимото в префектуре Вакаяма и в городе Тосасимидзу в префектуре Коти²⁰. Цунами также достигло высоты 1 см на острове Малакал (микронезийское государство Палау)²¹.

За две недели до землетрясения 2 декабря, произошедшего в регионе провинции Суригао-дель-Сур, было зарегистрировано землетрясение в соседнем регионе в муниципалитете Сарангани в провинции Западный Давао²². Подземные толчки этого подводного сейсмического события наблюдались в 16:14 LT 17.11.2023 г.²³ По оценкам PHIVOLCS магнитуда землетрясения составила 6.8²⁴. Эпицентр располагался в 60 км южнее города Генерал-Сантос в провинции Южный Котабато²⁵. Географические координаты эпицентра: 5.38 с.ш., 125.24 в.д. Глубина гипоцентра: 78 км²⁶. По состоянию на 12:00 UT 22.11.2023 г. PHIVOLCS зафиксировала 113 афтершоков²⁷.

Еще одно из рассматриваемых событий – это подводное землетрясение магнитудой 6.1, произошедшее у острова Балут в муниципалитете Сарангани в провинции Западный Давао в 10:48 LT 22.11.2023 г.²⁸ Эпицентр землетрясения находился в 413 км южнее острова Балут в провинции Сарангани и в 115 км от Тернате (Молуккские острова, Индонезия)²⁹. Географические координаты эпицентра: 2.01° с.ш. 126.97 в.д.³⁰. Очаг землетрясения находился на средней глубине 100 км.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДЫ

При анализе последствий рассматриваемых сейсмических событий привлекались данные системы сбора магнитных данных в реальном времени Тихоокеанской магнитометрической сети (MAGDAS/CPMN), управляемой Международным Центром по науке и образованию в области космической погоды Университета Кюсю, Япония (ICSWSE) [Yumoto, 2007]. Использовались данные реального времени, представленные на сайте [http://magdas2.serc.kyushu-u.ac.jp/].

В ходе исследований использовались результаты инструментальных наблюдений за вариациями магнитного поля Земли, выполненных на станции Давао (географические координаты: 7° с.ш., 125.4° в.д.; геомагнитные координаты 2.22 с.ш., 197.9° в.д.) с помощью магнитометрической системы MAGDAS-9 с временным разрешением 1 мин.

Блок MAGDAS-9 [Abe et al., 2013] состоит из магнитного датчика (магнитометра) с 7-метровым кабелем, предварительного усилителя (предусилителя), антенны GPS (система глобального позиционирования) с кабелем, регистратора данных для контроля данных и 70-метрового кабеля. Геомагнитный датчик представляет собой трехкомпонентный феррозонд с кольцевым сердечником, динамическим диапазоном ±70 000 нТл/32 бита и разрешением 0.01 нТл. Данные о магнитном поле получаются с частотой дискретизации 16 Гц, а затем усредненные данные передаются в ICSWSE в реальном времени. Данные регистрации представляются в виде следующих магнитных компонент: H (геомагнитное направление на север), D (геомагнитное направление на восток) и Z (вертикально вниз).

Результаты наших предыдущих исследований анализа частотного состава геомагнитных вариаций, зарегистрированных в период сейсмических событий и извержений вулканов, визуально-сопоставительного анализа и оценки вейвлет-когерентности вариаций Bz-компоненты межпланетного магнитного поля и компонент геомагнитного поля [Рябова и др., 2023] показали, что в период высокоэнергетических событий записи геомагнитных вариаций искажены вариациями магнитного поля, вызванными источниками солнечного происхождения, за исключением восточной горизонтальной компоненты магнитного поля. Такой вывод вполне соответствует данным, полученным при измерениях в низких широтах [Kelley, 1989]. Отметим, что геомагнитное поле на станции Давао приблизительно горизонтально (станция Давао расположена недалеко от магнитного экватора). В настоящей работе при исследовании геомагнитных вариаций в период сильных землетрясений анализируются вариации D (восточно–западной) компоненты магнитного поля.

В качестве основного метода исследования геомагнитных вариаций был выбран вейвлет-анализ, показавший в частности свою эффективность при анализе геомагнитных вариаций [Рябова, Спивак, 2017; Adhikari et al., 2017; Riabova, 2022]. Вейвлет-анализ позволяет выявить временные свойства изучаемого сигнала, а также позволяет получить информацию о том, в какой момент времени появились те или иные компоненты сигнала [Meyer, 1993]. В настоящей работе использовалось непрерывное вейвлет-преобразование [Torrence, Compo, 1998], а в качестве базисного вейвлета использовался вейвлет Морле [Grossmann, Morlet, 1984]. При непрерывном вейвлет-преобразовании на границе области (конус влияния) появляются искажения (так называемые “краевые эффекты”), обусловленные тем, что базисная вейвлет-функция не полностью локализована по времени [Torrence, Compo, 1998; Riabova, 2018]. В настоящей работе представление результатов вейвлет-преобразования оформлено в виде скалограмм (локальный спектр энергии) с учетом “краевых” эффектов (конус влияния) [Riabova, 2018].

ГЕОМАГНИТНОЙ ОТКЛИК

Отбор сейсмических событий по геомагнитной обстановке

На первом этапе выполнения настоящих исследований была проанализирована геомагнитная обстановка в период, включающий время основного толчка. В табл. 2 приведены значение трехчасового геомагнитного планетарного Kp-индекса в момент основного толчка и максимальное значение Kp-индекса (Kp_max) за период 9 ч до и 9 ч после землетрясения, а также значение геомагнитного ap-индекса в момент основного толчка и максимальное значение ap-индекса (ap_max) за период 9 ч до и 9 ч после землетрясения. Значения планетарных индексов, используемых в настоящей работе, представлены на сайте [https://isgi.unistra.fr/]. Анализ данных табл. 2 показал, что событие 22.11.2023 г. (Kp ≥ 4+, Kp_max ≥ 5+) можно исключить из дальнейшего рассмотрения, поскольку запись в период этого землетрясения будет искажена вариациями магнитного поля, вызванными источниками солнечного происхождения.

 

Таблица 2. Значения геомагнитного Kp-индекса в момент основного толчка и максимальные значения Kp-индекса за 9 ч до и 9 ч после землетрясений, геомагнитного ap-индекса в момент основного толчка и максимальные значения ap-индекса за 9 ч до и 9 ч после землетрясений из списка, представленного в табл. 1

№	Kp	Kpmax	ap	apmax
1	20	1+	7	5
2	4+	5+	32	56
3	1+	3–	5	12
4	2+	3–	9	12
5	2+	3–	9	12
6	2+	3–	9	12
7	3–	3–	12	12
8	2–	30	6	15
9	20	30	7	15
10	3–	3–	12	12

 

Результаты выделения геомагнитного отклика

С целью поиска геомагнитных вариаций, связанных с сейсмическими событиями, и получения информации об их частотном составе в настоящей работе выполнялся спектральный анализ на основе вейвлет-преобразования. Данные настоящей работы свидетельствуют о том, что землетрясения, магнитудой более или равной 6, сопровождались аномальными геомагнитными вариациями. Существенные помехи при анализе временных вариаций геомагнитного поля, сопутствующих конкретному землетрясению, могут вносить также геомагнитные вариации от афтершоков, которые близки по времени к моменту основного толчка рассматриваемого события, но разделение эффектов от них на данном этапе исследований не представлялось возможным.

Данные в виде скалограммы вариаций D (восточно-западной) компоненты геомагнитного поля на станции Давао после основного толчка землетрясения с магнитудой Мw = 6.8 17.11.2023 г., представленные за период ∼ 1 ч до и ∼ 2 ч после основного толчка (рис. 1), свидетельствуют о сложном составе вызванных геомагнитных вариаций. Как видно из рис. 1, в скалограмме геомагнитных вариаций присутствуют две спектральные гармоники. Первая аномалия с периодом ∼ 2–6.5 мин появляется спустя ∼ 6 мин после основного толчка землетрясения в 16:20 LT (LT = UTC + 8 ч), а примерно через 12 мин в 16:31 LT наблюдается аномалия с периодом ∼ 7–14 мин. Продолжительность короткопериодной аномалии составляет ∼ 15 мин, а длиннопериодной аномалии – ∼ 21 мин.

 

Рис. 1. Скалограмма геомагнитных вариаций (D-компонента) на станции Давао в период основного толчка землетрясения с M_w = 6.8, произошедшего 17.11.2023 г.; здесь и далее: белые пунктирные линии – конус влияния.

 

Рассмотрим геомагнитный эффект мощного землетрясения, произошедшего 02.12.2023 г. и его афтершоков, магнитуда которых превышала или была равна 6.

На рис. 2 представлена скалограмма вариаций D (восточно-западной) компоненты геомагнитного поля на станции Давао после основного толчка землетрясения и его трех афтершоков с магнитудой М_w = 6.4 (00:03 LT 03.12.2023 г.), М_w = 6.1 (1:40 LT 03.12.2023 г.) и М_w = 6.3 (2:09 LT 03.12.2023 г.). Как видно из рис. 2, скалограмма геомагнитных вариаций характеризуется рядом спектральных гармоник. Первая аномалия с периодом ∼ 3–6.5 мин появляется спустя ∼ 6 мин после основного толчка в 22:43 LT, а примерно через 19 мин после основного толчка в 22:56 LT наблюдается более длиннопериодная аномалия с периодом ∼ 10–19 мин. Продолжительность короткопериодной аномалии составляет ∼ 14 мин, а длиннопериодной аномалии – ∼ 48 мин. Спустя примерно 6 мин после сильного афтершока c М_w = 6.4 в 00:09 LT возникают колебания с периодом ∼ 2–4 мин, а еще через 10 мин после начала первой аномалии в 00:19 LT наблюдаются колебания с периодом ∼ 11–17 мин. Спустя примерно 6 мин после сильного афтершока c М_w = 6.1 в 1:46 LT возникают колебания с периодом ∼ 3.5–5 мин, а еще через 10 мин после начала первой аномалии в 1:56 LT наблюдаются колебания с периодом ∼ 9–16 мин. Спустя примерно 7 мин после сильного афтершока c М_w = 6.3 в 2:16 LT возникают колебания с периодом ∼ 3–4 мин, а еще через 10 мин после начала первой аномалии в 2:30 LT наблюдаются колебания с периодом ∼ 10–19 мин. Продолжительность короткопериодной аномалии после афтершока c М_w = 6.4 составляет ∼ 9 мин, после афтершока c М_w = 6.1 составляет ∼ 8 мин, после афтершока c М_w = 6.3 составляет ∼ 10 мин, а длительности длиннопериодных аномалий после этих афтершоков равны ∼ 24 мин, ∼ 28 мин и ∼ 40 мин соответственно. В скалограмме, представленной на рис. 2, присутствуют еще две аномалии с периодами ∼ 2.5–3.5 мин и ∼ 16–18 мин, возникающие примерно через 7 мин (2:02 LT) и 21 мин (2:16 LT) после афтершока c М_w = 5.9 (03.12.2023 г., 1:55 LT, 8,64 с.ш., 126,97 в.д., 76 км севернее города Хинатуана в провинции Суригао-дель-Сур, 251 км).

 

Рис. 2. Скалограмма геомагнитных вариаций (D-компонента) на станции Давао в период основного толчка землетрясения c M_w = 7.4, произошедшего 22:37 LT 02.12.2023 г., и трех ближайших по времени сильных афтершоков 03.12.2023 г. c M_w = 6.4 (0:03 LT), M_w = 6.1 (1:40 LT) и M_w = 6.3 (2:09 LT).

 

Кроме анализа геомагнитного эффекта ближайших трех афтершоков (магнитуда больше или равна 6) землетрясения, произошедшего 2 декабря, в настоящей работе были рассмотрены геомагнитные записи за 1 ч до и 2 ч после еще нескольких сильных афтершоков, произошедших 3 декабря: афтершоки магнитудами 6 (4:52 LT), 6.6 (18:35 LT) и 6 (22:35 LT). Как видно из скалограмм, представленных на рис. 3, наблюдается практически однотипная картина аномалий. В геомагнитных вариациях на станции Давао возникают аномалии через ∼ 6–7 мин после подземных толчков афтершоков и имеют периоды ∼ 2.5–4 мин. Продолжительность аномалий составляет ∼ 9–10 мин. После всех афтешоков возникают и длиннопериодные аномалии с периодами ∼ 10–23 мин, продолжительность этих аномалий ∼ 25–36 мин.

 

Рис. 3. Скалограммы геомагнитных вариаций (D-компонента) на станции Давао в период сильных афтершоков 03.12.2023 г. после мощного землетрясения c M_w = 7.4, произошедшего 02.12.2023 г.: (а) афтершок с M_w = 6 (4:52 LT); (б) афтершок M_w = 6.6 (18:35 LT); (в) афтершок M_w = 6 (22:35 LT).

 

На рис. 4 представлена скалограмма вариаций D-компоненты геомагнитного поля на станции Давао после основного толчка землетрясения магнитудой 6.8, произошедшего 04.12.2023 г. (PHIVOLCS выделил это событие как отдельное землетрясение). Как видно из рис. 4, картина аномалий похожа на картину аномалий землетрясения такой же магнитуды, произошедшего 17.11.2023 г. (см. рис. 1). Первая аномалия с периодом ∼ 2–7.5 мин появляется спустя ∼ 7 мин после основного толчка в 03:56 LT, а примерно через 22 мин после основного толчка в 04:11 LT наблюдается более длиннопериодная аномалия с периодом ∼ 13–22 мин. Продолжительность короткопериодной аномалии составляет ∼ 14 мин, а длиннопериодной аномалии – 36 мин.

 

Рис. 4. Скалограмма геомагнитных вариаций (D-компонента) на станции Давао в период основного толчка землетрясения c M_w = 6.8, произошедшего 04.12.2023 г. в 03:49 LT.

 

Параметры геомагнитного эффекта всех рассмотренных событий (расстояние от эпицентра землетрясения до станции Давао, рассчитанное методом гаверсинусов, время начала возмущения, диапазон его периодов и продолжительность возмущения) представлены в табл. 3 и табл. 4.

 

Таблица 3. Параметры короткопериодных геомагнитных аномалий после землетрясений из списка, представленного в табл. 1 (указано тихоокеанское время (UTC+8 ч))

№	Расстояние, км	Период, мин	Время начала возмущения	Продолжительность возмущения, мин
1	181	2–6.5	16:20	15
3	207	3–6.5	22:43	14
4	239	2–4	00:09	9
5	229	3.5–5	01:46	8
6	280	3–4	02:16	10
7	245	2–3.5	04:58	9
8	238	2–4	18:41	9
9	300	2–3.5	22:42	10
10	274	2–7.5	03:56	14

 

Таблица 4. Параметры длиннопериодных геомагнитных аномалий после землетрясений из списка, представленного в табл. 1 (указано тихоокеанское время (UTC+8 ч))

№	Расстояние, км	Период, мин	Время начала возмущения	Продолжительность возмущения, мин
1	181	7–14	16:31	21
3	207	10–19	22:56	48
4	239	11–17	0:19	24
5	229	9–16	01:56	28
6	280	10–19	02:30	40
7	245	11–20	05:11	25
8	238	10–19	18:56	27
9	300	10–23	22:59	36
10	274	13–22	04:11	36

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ

Приведенные в предыдущем разделе результаты позволяют сделать вывод о том, что геомагнитный отклик, регистрируемый наземными магнитометрами после достаточно сильных сейсмических событий (в данном случае – это землетрясения в районе Филиппинских островов), состоит из короткопериодных и длиннопериодных вариаций. При этом можно определить, что они обусловлены волнами, генерируемыми непосредственно землетрясением: сейсмическими волнами Релея и атмосферными внутренними волнами соответственно. Это заключение основано на свойствах волн и известных расстояниях от эпицентров событий до станции наблюдения. Напомним, что регистрируемые наземными магнитометрами вариации обусловлены возмущением токовых систем нижней ионосферы (на высоте около 100 км).

Действительно, зная скорости волн Релея ∼ 3 км/c и расстояния эпицентров событий до станции Давао (второй столбец табл. 3), нетрудно определить время распространения волны до станции и, с учетом распространения до ионосферы акустического сигнала, генерируемого волной Релея, получить время начала регистрации возмущения (четвертый столбец табл. 3). Заметим, что периоды волн (третий столбец табл. 3) вполне соответствуют акустическому диапазону атмосферных волн, который в данном случае назван короткопериодным.

Длиннопериодные вариации соответствуют диапазону атмосферных внутренних гравитационных волн – ВГВ (третий столбец табл. 4). Оценить основной период колебаний T можно по известной формуле T = T_gL / h [Госсард, Хук, 1978], где T_g – период Брента–Вяйсяля; L, h – расстояние от источника до пункта наблюдения (второй столбец табл. 4) и высота регистрации сигнала соответственно. Зная расстояния эпицентров событий до станции Давао (второй столбец табл. 4) и время начала регистрации возмущения от момента землетрясения (четвертый столбец табл. 4 и четвертый столбец табл. 1 соответственно) можно оценить скорость распространения длиннопериодных возмущений, которая оказывается в диапазоне 200–300 м/c. Такие скорости характерны для ВГВ.

Устойчивая картина появления ионосферных возмущений от события к событию с различными магнитудами, а также естественная интерпретация этих возмущений в терминах волн Релея и акустико-гравитационных волн (АГВ) позволяет исключить предположение о случайном совпадении времени наблюдения и периодов возмущений со скоростями и периодами волн Релея и АГВ.

Далее, проведенный с использованием наземного магнитометра на станции Давао анализ ионосферных откликов на землетрясения с магнитудой меньше 6.5 показал, что сама возможность их регистрации позволяет надеяться на снижение порога (по сравнению с тем, что установлен посредством ГНСС-радиопросвечивания для землетрясений [Perevalova et al., 2014]) энергии импульсных литосферных источников (включая взрывы, вулканические эксплозии), отклик на которые еще может быть зарегистрирован в ионосфере.

Подчеркнем, что вывод о пороговой магнитуде М_w = 6.5 для землетрясений относился к методу ГНСС-радиопросвечивания, который является интегральным. Между тем, ионосферный отклик на импульсные источники (включая землетрясения) может быть зарегистрирован посредством ионосферного или доплеровского зондирования (см., например, [Гохберг, Шалимов, 2008]), а также использованного в настоящей работе наземного магнитометра. Иными словами, при использовании других инструментов наблюдения пороговая магнитуда события не обязана быть выше 6.5 для того, чтобы ионосферный отклик наблюдался, что и продемонстрировано в настоящей работе.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Экспериментальные исследования выполнены в рамках государственного задания ИДГ РАН № 122032900185-5 “Проявление процессов природного и техногенного происхождения в геофизических полях”, интерпретация результатов выполнена в рамках государственного задания ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН.

¹ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

² https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

³ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lff4/executive

⁴ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lff4/executive

⁵ https://www.ndbcnews.com.ph/news/magnitude-74-quake-rocks-mindanao-over-370-aftershocks-recorded

⁶ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

⁷ https://newsinfo.inquirer.net/1869737/phivolcs-movement-in-ph-trench-caused-7-4-magnitude-quake-in-hinatuan

⁸ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lff4/executive

⁹ https://www.volcanodiscovery.com/earthquakes/8042630/2023-12-02/14h37/magnitude6-Philippines.html.

¹⁰ https://monitoring-dashboard.ndrrmc.gov.ph/

¹¹https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/?extent=6.52819,123.35449&extent=10.79554,129.77051&range=search&baseLayer=terrain&timeZone=utc&search=%7B%22name%22:%22Search%20Results%22,%22params%22:%7B%22endtime%22:%222025-12-23T14:37:03.945Z%22,%22latitude%22:8.5266,%22longitude%22:126.4487,%22maxradiuskm%22:250,%22minmagnitude%22:4.5,%22maxmagnitude%22:7.5,%22starttime%22:%222023-12-01T14:37:03.945Z%22%7D%7D

¹² https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lfxx/executive

¹³ https://www.cnnphilippines.com/news/2023/12/4/Surigao-del-Sur-separate-quake.html

¹⁴ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

¹⁵ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lfxx/executive

¹⁶ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

¹⁷ https://www.phivolcs.dost.gov.ph/index.php/tsunami/tsunami-advisory-and-warning3

¹⁸ https://www.tsunami.gov/events/PHEB/2023/12/02/23336002/3/WEPA40/WEPA40.txt; https://www.philstar.com/headlines/2023/12/03/2316134/tsunami-warning-lifted-after-magnitude-74-quake-strikes-surigao-del-sur

¹⁹ https://www3.nhk.or.jp/news/html/20231203/k10014276341000.html

²⁰ https://www.aljazeera.com/news/2023/12/2/powerful-7-5-magnitude-earthquake-strikes-southern-philippines; https://www.japantimes.co.jp/news/2023/12/03/japan/science-health/quake-philippines-aftershocks/

²¹ https://www.tsunami.gov/events/PHEB/2023/12/02/23336002/3/WEPA40/WEPA40.txt

²² https://reliefweb.int/report/philippines/m68-earthquake-davao-occidental-philippines-flash-update-1-17-nov-2023-1930-hrs-utc-7

²³ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000lp12/executive

²⁴ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

²⁵ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000lp12/executive

²⁶ https://www.volcanodiscovery.com/earthquakes/8017795/2023-11-17/08h14/magnitude6-Philippines.html

²⁷ https://www.pna.gov.ph/articles/1214093

²⁸ https://www.cnnphilippines.com/news/2023/11/22/6.1-quake-Sarangani.html

²⁹ https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000lpyx/executive

³⁰ https://earthquake.phivolcs.dost.gov.ph/

Об авторах

С. А. Рябова

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН; Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва, 119334; Москва, 123242

С. Л. Шалимов

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: ryabovasa@mail.ru
Россия, Москва, 123242

Список литературы

Дополнительные файлы