Электромагнитные триггерные эффекты в системе “ионосфера—атмосфера—литосфера” и их возможное использование для краткосрочного прогноза землетрясений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Выполненные ранее численные исследования влияния солнечных вспышек класса Х на сейсмическую активность показали, что поглощение рентгеновского излучения солнечной вспышки в ионосфере может вызвать пульсации геомагнитного поля до 100 нТ и соответствующую генерацию теллурических токов в разломах земной коры с плотностью до 10–6 А/м2, которая сопоставима с плотностью тока, создаваемого в земной коре искусственными импульсными источниками и приводящего к инициированию слабых землетрясений на Памире и Северном Тянь-Шане. Для проверки данных численных результатов проведен анализ возможного воздействия 50 сильнейших вспышек класса X (1997–2023 гг.) как на глобальную сейсмическую активность, так и на зоны подготовки землетрясений, расположенные только на освещенной части земного шара. Методом наложения эпох установлено повышение количества землетрясений с М ≥ 4.5 в течение 10 суток после солнечной вспышки, особенно в области с радиусом 5000 км вокруг подсолнечной точки (до 68% при классе вспышки >X5), по сравнению с аналогичным периодом до нее. Анализ афтершоковой активности сильного Суматра-Андаманского землетрясения (M = 9.1, 26.12.2004 г.) показал, что количество афтершоков с магнитудой M ≥ 2.5 возросло более чем в 17 раз после солнечной вспышки класса X10.1 (20.01.2005 г.) с задержкой 7–8 суток. Кроме того показано, что солнечные вспышки класса Х2.3 и M3.64, произошедшие после Дарфилдского землетрясения (M = 7.1, 03.09.2010 г., Новая Зеландия), в области подсолнечных точек которых находилась афтершоковая зона, вероятно, вызвали три сильных афтершока (M6.3, М5.2 и M5.9) с одной и той же задержкой 6 суток на разломе Port Hills, который является наиболее чувствительным к внешнему электромагнитному воздействию с точки зрения его электропроводности и ориентации. С учетом концепции прогноза землетрясений на основе триггерных воздействий, предложенной Г.А. Соболевым, обсуждается возможность использования полученных результатов для краткосрочного прогноза в качестве дополнительной информации наряду с известными предвестниками.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Новиков

Объединенный институт высоких температур РАН; Институт динамики геосфер РАН им. академика М.А. Садовского

Автор, ответственный за переписку.
Email: novikov@ihed.ras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва

В. М. Сорокин

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН им. Н.В. Пушкова

Email: sova@izmiran.ru
Россия, г. Москва

Список литературы

  1. Завьялов А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений: основы, методика, реализация. М.: Наука. 2006. 254 с.
  2. Закржевская Н.А., Соболев Г.А. О возможном влиянии магнитных бурь на сейсмичность // Физика Земли. 2002. № 4. С. 3–15.
  3. Зейгарник В.А., Богомолов Л.И., Новиков В.А. Электромагнитное инициирование землетрясений: полевые наблюдения, лабораторные эксперименты и физические механизмы (Обзор) // Физика Земли. 2022. № 1. С. 35–66. https://doi.org/10.31857/S0002333722010100
  4. Соболев Г.А., Закржевская Н.А., Харин Е.П. О связи сейсмичности с магнитными бурями // Физика Земли. 2001. № 11. С. 62–72.
  5. Соболев Г.А. Влияние больших магнитных бурь на возникновение больших землетрясений // Физика Земли. 2021. № 1. С. 24–40.
  6. Кочарян Г.Г., Виноградов Е.А., Горбунова Э.М., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. Гидрогеологический отклик подземных коллекторов на сейсмические колебания // Физика Земли. № 12. 2011. С. 50–62.
  7. Новиков В.А., Сорокин В.М., Ященко А.К., Мушкарев Г.Ю. Физическая модель и численные оценки теллурических токов, генерируемых рентгеновским излучением солнечной вспышки // Динамические процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 1. С. 23–44. https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_1_23
  8. Akhoondzadeh M., De Santis A. Is the Apparent Correlation between Solar-Geomagnetic Activity and Occurrence of Powerful Earthquakes a Casual Artifact? // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 1131. https://doi.org/10.3390/atmos13071131
  9. Anagnostopoulos G., Spyroglou I., Rigas A., Preka-Papadema P., Mavromichalaki H., Kiosses I. The sun as a significant agent provoking earthquakes // The European Physical Journal Special Topics. 2021. V. 230. P. 287–333. https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000266-2
  10. Day and Night World Map. Интернет-ресурс: https://www.timeanddate.com/worldclock /sunearth.html) (доступ 18.04.2024).
  11. Dzeboev B.A., Gvishiani A.D., Agayan S.M., Belov I.O., Karapetyan J.K., Dzeranov B.V., Barykina Y.V. System-Analytical Method of Earthquake-Prone Areas Recognition // Applied Sciences. 2021. № 11. P. 7972. https://doi.org/10.3390/app11177972
  12. Brodsky E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., Manga M. A mechanism for sustained ground water pressure changes induced by distant earthquakes // J. Geophys. Res. 2003. № 108. Р. 2390–2400.
  13. Brodsky E.E., Prejean S.G. New constraints on mechanisms of remotely triggered seismicity at Long Valley Caldera // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. B04302. 10.1029/2004JB003211' target='_blank'>https://doi: 10.1029/2004JB003211
  14. Ingham M., Brown C. A magnetotelluric study of the Alpine Fault, New Zealand // Geophysical Journal International. 1998. № 2. P. 542–552. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1998.00659.x
  15. INTERMAGNET Data Viewer. Интернет-ресурс: https://imag-data.bgs.ac.uk/GIN_V1 /GINForms2 (доступ 18.04.2024).
  16. Jones A.G., Kurtz R.D., Boerner D.E., Craven J.A., McNeice G.W., Gough D.I., DeLaurier J.M., Ellis R.G. Electromagnetic constraints on strike-slip fault geometry – The Fraser River fault system // Geology. 1992. № 20. P. 561–564. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1992)020<0561:ECOSSF> 2.3.CO2
  17. Lanzerotti L.J., Gregori G.P. Telluric currents: The natural environment and interaction with man-made systems. The Earth’s Electrical Environment. Washington D.C.: The National Academic Press. 1986. P. 232-257.
  18. Ledo J., Jones A.G.,Ferguson I.J. Electromagnetic images of a strike-slip fault: The Tintina fault-Northern Canadian // Geophysical Research Letters. 2002. № 29. P. 1225. https://doi.org/10.1029/2001GL013408
  19. Love J.J., Thomas J.N. Insignificant solar-terrestrial triggering of earthquakes // Geophysical Research Letters. 2013. № 40. P. 1165–1170. https://doi.org/10.1002/grl.50211
  20. Mackie R.L., Livelybrooks D.W., Madden T.R., Larsen J.C. A magnetotelluric investigation of the San Andreas Fault at Carrizo Plain, California // Geophysical Research Letters. 1997. № 24. P. 1847–1850. https://doi.org/10.1029/97GL01604
  21. Novikov V.A., Okunev V.I., Klyuchkin V.N., Liu J., Ruzhin Yu.Ya., Shen X. Electrical triggering of earthquakes: results of laboratory experiments at spring-block models // Earthquake Science. 2017. V. 30. № 4. P. 167–172. doi: 10.1007/s11589-017-0181-8
  22. Novikov V., Ruzhin Yu., Sorokin V., Yaschenko A. Space weather and earthquakes: possible triggering of seismic activity by strong solar flares // Annalls of Geophysics. 2020. № 63(5). P. A554. https://doi.org/10.4401/ag-7975
  23. Polyanskaya E.A., Solovieva M.S., Pilipenko V.A., Korkina G.M. Monitoring of the Solar Flare Impact on the Ionosphere with VLF Radio Sounding and Magnetometers / Kosterov A., Lyskova E., Mironova I., Apatenkov S., Baranov S. (eds.). Problems of Geocosmos-2022. ICS 2022. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2023. P. 361–373. https://doi.org/10.1007/978-3-031-40728-4_27
  24. Real-time data and plots auroral activity. Интернет-ресурс: https://www.spaceweatherlive.com/en/solar-activity/top-50-solar-flares.html (доступ 11.03.2024).
  25. Rebetsky Yu.L., Sim L.A., Marinin A.V. Algorithm for calculating neotectonic stresses in platform areas by the structural-geomorphological method // Geodynamics & Tectonophysics. 2022. V. 13. № 1. P. 0577. doi: 10.5800/GT-2022-13-1-0577
  26. Scoville J., Heraud J., Freund F. Pre-earthquake magnetic pulses // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2015. № 15. P. 1873–1880. https://doi.org/10.5194/nhess-15-1873-2015
  27. Search Earthquake Catalog. Интернет-ресурс: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ (доступ 18.04.2024).
  28. Sobolev G.A. Seismicity dynamics and earthquake predictability // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2011. № 11. P. 445–458. https://doi.org/10.5194/nhess-11-445-2011
  29. Sorokin V.M., Yashchenko A.K., Novikov V.A. A possible mechanism of stimulation of seismic activity by ionizing radiation of solar flares // Earthquake Sciences. 2019. V. 32. № 1. P. 26–34. https://doi.org/10.29382/eqs-2019-0026-3
  30. Sorokin V.M., Yashchenko A.K., Mushkarev G.Yu., Novikov V.A. Telluric Currents Generated by Solar Flare Radiation: Physical Model and Numerical Estimations // Atmosphere. 2023. V. 14. № 3. P. 458. https://doi.org/10.3390/atmos14030458
  31. Stanley W.D., Labson V.F., Nokleberg W.J., Csejtey B., Fisher M.A. The Denali fault system and Alaska Range of Alaska: Evidence for underplated Mesozoic flysch from magnetotelluric surveys // Bulletin of Geological Society of America. 1990. № 102. P. 160–173. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1990)102<0160:TDFSAA>2.3.CO2
  32. Tarasov N.T., Tarasova N.V. Spatial-temporal structure of seismicity of the Norh Tien Shan and its change under effect of high energy electromagnetic pulses // Annals of Geophysics. 2004. V. 47. № 1. P. 199–212. https://doi.org/10.4401/ag-3272
  33. Tarasov N.T., Tarasova N.V., Avagimov A.A., Zeigarnik V.A. The Effect of High Energy Electromagnetic Pulses on Seismicity in Central Asia and Kazakhstan // Volcanology and Seismology. 2000. V. 21. P. 627–639.
  34. Thomson A.W.P., McKay A.J., Viljanen A. A Review of Progress in Modelling of Induced Geoelectric and Geomagnetic Fields with Special Regard to Induced Currents // Acta Geophysics. 2009. V. 57. № 1. P. 209–219. https://doi.org/10.2478/s11600-008-0061-7
  35. Unsworth M.J., Malin P.E., Egbert G.D., Booker J.R. Internal Structure of the San Andreas Fault Zone at Parkfield, California // Geology. 1997. № 25. P. 359–362. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1997)025<0359:ISOTSA>2.3.CO2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вариации горизонтальной компоненты геомагнитного поля Bx (левые панели, все сутки) и ее производной dBx/dt (правые панели, интервал времени 15:00–17:00 UTC), зарегистрированные на различных геомагнитных обсерваториях (см. табл. 1) во время СВ класса X11.88, 10.09.2017 г. (а), (б) – KOU, R = 1059.897 км; (в), (г) – HUA, R = 2354.312 км; (д), (е) – BRD, R = 6137.714 км; (ж), (з) – PPT, R = 9878.412; (и), (к) – KDU, R = 18 166.438 км; R – расстояние от ПСТ до обсерватории. Длительность воздействия СВ показана заштрихованным прямоугольником (56 мин).

Скачать (919KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости: (а) – максимальных значений амплитуды горизонтальной компоненты геомагнитного поля dBxmax; (б) – модуля производной |dBx/tmax| за время СВ от расстояния R между геомагнитной обсерваторией и ПСТ СВ класса Х11.88 (2017.09.10 г.). Пунктирными кривыми представлены степенные аппроксимации зависимостей dBxmax и |dBx/dt|max от R.

Скачать (501KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сейсмическая активность (количество ЗТ в сутки) до и после СВ (вертикальная линия): (а) – для всей освещенной части земного шара; (б) – для зоны с радиусом 5000 км вокруг ПСТ.

Скачать (547KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Расположение эпицентра Суматра-Андаманского ЗТ (темно-серый кружок, координаты 3.295° N, 95.982° E) М9.1, 26.12.2004 г., и ПСТ (изображение Солнца на левой панели, координаты 20.083° S, 77.767° E) для СВ X10.18, 20.01.2005 г.; справа на врезке показана увеличенная афтершоковая зона основного толчка 26.12.2004 г.; темно-серый кружок – эпицентр ЗТ, расположенный на расстоянии 2717.6 км от ПСТ; светлые серые кружки обозначают эпицентры афтершоков (M ≥ 2.5).

Скачать (613KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вариации геомагнитного поля: (а) Bx и (б) dBx/dt, зарегистрированные на обсерватории PHU, расположенной на расстоянии 2933.4 км от ПСТ и 2248.2 км от эпицентра ЗТ M9.1 во время СВ класса X10.18, 20.01.2005 г. Длительность СВ (50 мин) обозначена заштрихованным прямоугольником (начало 6:36, максимальный поток излучения 7:01, окончание 7:26 UTC).

Скачать (892KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Суточное распределение количества афтершоков (M ≥ 2.5) Суматра-Андаманского ЗТ M9.1 с 26.12.2004 г. по 02.02.2005 г. Дата ЗТ обозначена слева черной вертикальной линией. Дата СВ класса X10.18 (20.01.2005 г.) обозначена черной пунктирной вертикальной линией.

Скачать (361KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024