Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений

Содержание

Введение

.        Аналитический обзор

.1 Источники электромагнитного излучения

.2 Связь ОНЧ излучения и глобальной сейсмической активности по наблюдениям вдали от локальных источников возмущения

.3 О возмущениях в F-области ионосферы перед сильными землетрясениями

.        Экспериментальные исследования

.1 Аппаратура и методы

.2 Суточные зависимости

.3 Спектральный анализ вариаций ОНЧ излучения

.4 Анализ временных вариаций ОНЧ излучений и их возможная связь с сейсмической активностью

.5 Ионосферные возмущения

Заключение

Список литературы

Введение

Землетрясения относятся к тем явлениям природы, которые мы лишены возможности не только воспроизвести в натурном эксперименте, но также и наблюдать с желаемой подробностью за их подготовкой и протеканием непосредственно в недрах Земли.

Одним из важнейших достижений сейсмологии является понимание того, что землетрясение - не внезапное событие, а процесс, который готовится более или менее продолжительное время и обнаруживает себя в разнообразных физических проявлениях. Это обусловило открытие предвестников землетрясений. Они играют большую роль в понимании процесса подготовки и протекания землетрясений и создают реальную основу для прогноза землетрясений.

Землетрясение - это явления, которые мы наблюдаем как на поверхности Земли, так и на некоторой глубине в шахтах и скважинах в процессе подготовки землетрясения (предвестники) и во время землетрясения. Многие представления о глубинных процессах возникли непосредственно из анализа поведения предвестников.

Предвестники определяются как аномальное поведение каких-либо физических параметров или физических полей в период, предшествующий землетрясению. Возмущения этих полей локализуются вблизи очага будущего землетрясения в пространстве и времени. Факт локального возмущения свидетельствует о возникновении некоторой неоднородности физико-механических свойств на фоне исходного состояния среды, и с этой точки зрения процесс подготовки - это процесс возникновения, развития и распада неоднородности. Среди эмпирических формул, полученных из теории работ [1, 2], имеются следующие:

, (1)

, (2)

где , - прочностные параметры породы в очаговой области готовящегося землетрясения, v - скорость относительного движения блоков земной коры, в зоне контакта которых развивается очаг,  - предельная (разрушающая) деформация породы в этой зоне, - модуль сдвига породы вокруг очага, L - характерный линейный размер очаговой области, Е - энергия землетрясения,  - полное время его "созревания", т.е. интервал времени между моментом начала накопления механических напряжений в очаговой области и моментом возникновения землетрясения, а  - часть интервала , примыкающая к концу этого интервала, на протяжении которого наблюдаются предвестниковые явления. Важно, что отношение  к  постоянная (не зависящая от мощности будущего землетрясения) величина, к моменту t =  -  в массиве горных пород в очаговой области и вокруг нее напряжения и деформации достигают величин, соответствующих началу возникновения там явлений микроразрушений, растрескивания, появления необратимых сдвиговых деформаций, приводящих к изменению объема трещинной пористости пород. Развитие этих процессов и их наблюдаемые в виде предвестниковых эффектов внешние проявления протекают в интервале времени . Из этого становится ясным, что если по результатам наблюдения предвестниковых эффектов мы смогли бы уловить момент, когда они начали проявляться, определить локализацию области, где они наблюдаются, и характерный размер этой области L, то по формулам (1) и (2) легко найти энергию землетрясения Е и время его возникновения, ибо  - это и есть интервал времени от начала проявления предвестниковых событий до момента возникновения землетрясения.

Понятно, что величина L по результатам регистрации предвестниковых явлений не может определяться очень точно - этот параметр можно оценить правильно лишь по порядку величины. Для определения параметра Е этого достаточно.

Точно так же и начало интервала времени  может регистрироваться с такой точностью, с какой можно фиксировать эти предвестниковые явления. Сама же величина  определяемая по формуле (2) через L, конечно, будет содержать как ошибку определения L, так и влияние разброса параметра  в этой формуле, обусловленного региональными и тектоническими факторами. Поэтому и точность предсказания момента возникновения землетрясения будет в этом отношении также невысокой - это будет грубое визирование, т.е. определение порядка величины . Точное визирование, т.е. определение момента возникновения землетрясения с точностью в недели и дни, следует осуществлять по теоретическим и эмпирическим критериям, связанным с характером изменения динамики, интенсивности и ритма предвестниковых событий [1, 2].

1. Аналитический обзор

.1 Источники электромагнитного излучения

В атмосфере регистрируется электромагнитное излучение (ЭМИ) от искусственных и естественных источников в широком частотном диапазоне. К источникам искусственного происхождения относятся промышленные объекты и радиотехнические средства коммуникаций, к источникам естественного происхождения - грозовая деятельность, процессы в атмосфере и ионосфере, вызванные действием различных внешних факторов. Поэтому изучение вариаций ЭМИ в связи с сейсмическими событиями должно предшествовать исследование морфологических особенностей излучения от естественных и искусственных источников в пунктах наблюдения.

1.2 Связь естественного импульсного электромагнитного излучения и глобальной сейсмической активности по наблюдениям вдали от локальных источников возмущения

В последнее время актуальными являются исследования физических процессов, сопровождающих подготовку землетрясений на различных фазах, и разработка методов и средств прогноза. Проведены экспериментальные и теоретические работы, значительно продвинувшие решение этой проблемы. Также обнаружены предвестники электромагнитной природы.

Процесс подготовки землетрясения на заключительной его стадии сопровождаются световыми явлениями, возмущениями атмосферного электрического потенциала и электротеллурического поля, а также аномалиями естественного импульсного электромагнитного излучения (ЕИЭМИ) в широком диапазоне частот.

Достаточно сильным источником фоновых вариаций импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ) являются промышленные установки и средства связи, которые, как правило, тесно привязаны к периодам производственной активности (рабочая смена, рабочая неделя).

Аномалии ЕИЭМИ, связанные с сейсмической активностью, обычно проявляются за несколько недель - несколько часов до события, как правило, в виде увеличения интенсивности регистрируемого сигнала в 1,5 - 4 раза в широком диапазоне частот ~ 5 - 150 кГц, в том числе за пределами максимальной амплитуды атмосфериков 7 - 12 кГц [3, 4, 5]. Землетрясение начинается либо на спаде (более сильные землетрясения), либо после окончания аномального увеличения ЕИЭМИ (более слабые землетрясения). Аномальное увеличение ЕИЭМИ начинается тем раньше, чем больше магнитуда предстоящего землетрясения. Как измерения ЕИЭМИ, так и других параметров проводились на расстояниях десятки - сотни км от гипоцентра землетрясения, т.е. в пределах области, которую определяют как область проявления предвестников землетрясения. Ее радиус составляет

, (3)

где М - магнитуда землетрясения [6], что примерно в 30 раз больше, чем размер самого очага землетрясения, определяемый по наличию поверхностных деформаций.

Отмечается, что аномалии ЕИЭМИ более отчетливы при регистрации числа импульсов, чем для огибающей интенсивности сигнала. Спектр ЕИЭМИ достаточно устойчивый, [5]. Аномалии ЕИЭМИ накануне землетрясения проявляются также в виде искажения типичного суточного хода ЕИЭМИ [3, 4].

Одним из основных источников электрического поля является поле, связанное с процессами в литосфере. Это импульсное электромагнитное поле, вызванное напряжением горных пород, а также изменение проводимости приземной атмосферы за счет газов, выходящих по микротрещинам на поверхность. Оба указанных источника рассматриваются возможные механизмы литосферно-атмосферных явлений, выдвинутые для объяснения предвестников землетрясений в ОНЧ и СНЧ диапазонах.

Важное место среди методов прогноза землетрясений занимают методы краткосрочного и оперативного прогноза, когда предвестники землетрясений проявляются на этапе разрушения консолидированных горных пород. Этот этап подготовки землетрясения характеризуется высокой скоростью деформирования среды, появляются предвестники с малым временем релаксации [10]. К одним из таких предвестников можно отнести и аномальное поведение ЭМИ Земли, связанное с усилением интенсивности механоэлектрических преобразователей различной природы [7, 8, 9].

Предвестники на стадии разрушения по физическому смыслу относятся к типу краткосрочных. Деформирование охватывает объем, значительно превышающий консолидированную область, и инициирует вторичные явления немеханической природы. Особенностью фазы консолидации является то, что на ней ведущим процессом является рост размеров неоднородностей, а не изменение ее свойств при постоянном объеме. Темп роста неоднородностей для землетрясений разных магнитуд примерно одинаков, и соответственно землетрясение большой магнитуды должно готовиться дольше.

Форма неоднородности принимается в виде эллипсоида, образованного вращением эллипса магистрального разрыва вокруг большой оси с максимальным объемом

. (4)

Удобным геометрическим параметром является средний диаметр включения d, т. е. диаметр шара, равного по объему неоднородности

. (5)

 (6)

 (7)

В формулах (6) и (7) Отсутствует магнитуда М в явном виде [10].

Кроме устойчивых пространственно-временных особенностей регистрируемых аномалий ЕИЭМИ, серьезным подтверждением его связи с изменениями напряженно-деформированного состояния горных пород являются регистрации импульсного ЕИЭМИ в шахтах, при этом интенсивность сигнала в 2 - 4 раза больше, чем на поверхности [5, 11].

В целом, измерения ЕИЭМИ являются эпизодическими, несмотря на то, что аномалии электромагнитной природы могут быть более надежными предвестниками землетрясений. Они отражают уже начавшийся процесс разрушения горных пород, заканчивающийся магистральным разрывом; предвестники деформационного типа в большей мере отражают процесс консолидации, который может быть прерван серией слабых событий [5]. Рассматривают влияние на принимаемый сигнал только относительно близких землетрясений (десятки - сотни километров), тогда как, судя по устойчивому проявлению в записях глобальной грозовой активности, источник излучения может находиться на любом расстоянии от приемника. Сравнение регистраций проводится только с наиболее сильными землетрясениями в данном регионе, сейсмический же процесс является непрерывным и проявляется в том числе и в виде слабых землетрясений. Исходя из сказанного, представляет интерес сравнение вариаций интенсивности ЕИЭМИ с изменениями как региональной, так и глобальной сейсмической активностей, оцениваемых по числу землетрясений любой магнитуды, кроме, может быть, самых слабых, данные о которых менее надежны, а распределение по времени близко к случайному.

Целью данного исследования является выделение и анализ ЕИЭМИ тектонического происхождения на фоне вариаций, обусловленных постоянно действующими факторами планетарного масштаба.

1.3 О возмущениях в F-области ионосферы перед сильными землетрясениями

Ионосферные возмущения в области F обычно принято связывать с эффектами развития магнитосферных суббурь [12, 13]. В ряде случаев аномальный ход параметров F-слоя отмечался в периоды относительно спокойной геомагнитной области [13], но причины ионосферных возмущений, происходивших без магнитных бурь, не были ясны.

Исследования, проведенные [14], показали, что поведения ночной F-области ионосферы вблизи эпицентральных областей предстоящего землетрясения позволили выделить ряд ионосферных возмущений, связанных не с суббуревой [14], а по-видимому, с сейсмической активностью. Возмущения развивались на магнитосферном фоне; они возникали примерно за 1 сутки до землетрясения и кончались после него. Эти наблюдения послужили основанием для вывода о существовании связи между процессами в земной коре и изменениями структуры на заключительной стадии подготовки землетрясения. Гипотеза о существовании такой связи выдвигалась и ранее.

По совокупности экспериментальных данных об аномалиях электромагнитного поля Земли, коррелирующих с процессами подготовки землетрясения, в [14] выдвинута гипотеза о возбуждении в ионосфере переменных электрических полей и токов, модифицирующих ионосферную плазму. При этом источником таких полей являются крупномасштабные токовые системы механоэлектрической природы, возникающие в ходе процессов трещинообразования в земной коре. Электрические поля и токи в ионосфере появляются либо вследствие «просачивания» через атмосферу крупномасштабных электромагнитных полей сейсмической природы с ослаблением их на 5 - 6 порядков, либо за счет эффекта возбуждения колебательного контура земля - атмосфера - ионосфера с собственной частотой порядка 1 кГц и достаточно большой добротностью (~).

В F-области под воздействием электрических полей сейсмического происхождения возможно изменение высоты слоя, его плотности и температуры заряженных частиц. В каждой конкретной ситуации результирующий эффект определяется ориентацией и величиной среднего электрического поля, скоростью нагрева плазмы и ее конвекции из области повышенного давления. Следует указать на еще один возможный эффект электрических полей сейсмического происхождения в F-области - на образование у границ областей разреженной плазмы мелкомасштабных неоднородностей электронной плотности в диапазоне размеров менее 1 м [14]. Такие неоднородности могут приводить к появлению аномальных сигналов в верхней атмосфере, что и было зарегистрировано в ряде спутниковых экспериментов [14]

Для понимания связей в земной коре и в ионосфере необходимы комплексные сейсмологические, деформационные и электромагнитные исследования, учитывающие гелиофизическую и геомагнитную обстановку на большой части земного шара. В ходе выполнения программы таких исследований представляется важным определить пространственно-временные характеристики ионосферных возмущений в F-области.

Из проведенного анализа [14] следует, что образование мелкомасштабных неоднородностей в F-области вблизи и на значительном удалении от эпицентра сильных предстоящих землетрясений может происходить не только за часы, но и за несколько суток до момента толчка. Вместе с тем вопрос о четком разделении ионосферных эффектов подготовки землетрясений и эффектов от других возможных источников связан с проведением специальных экспериментов, также с более систематическим изучением обнаруженных аномалий.

2. Экспериментальные исследования

2.1 Аппаратура и методы

Для регистрации ОНЧ излучения использован приемник ОНЧ, который представляет собой измеритель числа импульсов с амплитудой выше заданного порога дискриминации. Аппаратура включает в себя широкополосную рамочную антенну (ось X ориентирована на север-юг, Y - на запад-восток, Z - в зенит), радиотракт и устройство сопряжения с компьютером для передачи данных. Предполагается, что принимаемый сигнал представляет собой стационарный гауссовский экспоненциально коррелированный процесс, прошедший предварительную фильтрацию в радиосистеме.

Измерения ОНЧ излучения проводились с 28 апреля 2007 года по 10 мая 2008 года в с. Фески Харьковской обл., Украина, интервал измерения - 1 минута. Для анализа длительных вариаций проводилось усреднение числа импульсов за 1 и 4 суток. Место измерения характеризуется отсутствием заметных разломов, трещин и других геологических образований, способных заметно повлиять на принимаемые сигналы, и отсутствием сильных искусственных источников электромагнитных помех.

Для поиска в сигналах ОНЧ излучения предвестников землетрясения проведено сопоставление полученных данных с глобальной сейсмической активностью. Данные о землетрясениях взяты из электронных каталогов USGS [15, 16]

2.2 Суточные зависимости

В основе регулярных вариаций электромагнитного излучения лежит суточная компонента. Суточные вариации ОНЧ излучения проявляются во все времена года, но форма вариации подвержена сезонным изменениям. В осенне-зимний период уровень сигнала имеет максимум в неосвещенное время суток. Для весенне-летнего и начала осеннего периодов характерны два максимума суточного хода ЭМИ: ночной и послеполуденный(см. рис. 3.1(а)).

Рис. 3.1. Суточные зависимости ОНЧ излучения: а - типичная; б - аномальная.

Характер суточного хода интенсивности ОНЧ излучения, в целом, однотипный для всего рассматриваемого периода, при значительном изменении амплитуды суточного хода ото дня ко дню. Наибольший максимум наблюдается около 5 - 7 LT.

В течение большинства дней суточные вариации были однотипными с сохранением соотношения интенсивностей ОНЧ излучения между отдельными компонентами.

В отдельные дни суточные вариации интенсивности ОНЧ излучений имели заметные и даже значительные особенности, наиболее явные из которых - изрезанность суточного хода, резкое изменение соотношения амплитуд локальных максимумов (см. рис. 3.1 (б)). Возможные причины таких искажений суточного хода будут рассмотрены ниже.

Хотя увеличение числа импульсов приходится на одни и те же периоды (дни), относительные амплитуды каждого из максимумов в разные часы суток могут заметно различаться.

2.3 Спектральный анализ вариаций ОНЧ излучения

На рис. 3.2 представлен типичный спектр естественного импульсного электромагнитного излучения по оси Х. Здесь мы видим выраженную суточную зависимость (период 1440 мин), полусуточную зависимость (720 мин). Также , рассматривая другие графики можно выделить периоды 2160 мин. (1,5 суток), 4320 мин. (3 суток) и ~10080 мин (7 суток)

Рис. 3.3. Спектр ОНЧ излучения по оси Z.

Рис. 3.4. Спектр ОНЧ излучения по оси Y.

На рис 3.3 представлено аномальное распределение естественного импульсного электромагнитного ОНЧ излучения по оси Z. Четко видно отклонение суточного максимума от нормы, но сохраняется максимум полусуточной зависимости, при этом появляется новый максимум - 2 суток (2880 мин.). На рис. 3.4 представлено аномальное распределение естественного импульсного электромагнитного ОНЧ излучения по оси Y. Здесь спектр имеет нетипичный вид: сохраняется полусуточная зависимости, но нарушается суточная зависимость, затем появляется максимум 2 суток. 3 суток - интенсивное возрастание, затем резкий спад. Такое поведение спектра ОНЧ излучения может свидетельствовать о предстоящем землетрясении. График соответствует 10.04.08. В этот период времени в мире наблюдался ряд землетрясений с магнитудой выше 7.

.4 Анализ временных вариаций ОНЧ излучений и их возможная связь с сейсмической активностью

Анализируемый период является подходящим для исследования связи между ЕИЭМИ и сейсмической активностью ввиду того, что на протяжении года происходило большое количество землетрясений, в том числе одно из наиболее сильных с магнитудой М = 8,5.

Распределение по магнитудам числа землетрясений, зарегистрированных за период наблюдений, заметно отличалось от теоретического, определяемого известным соотношением .

В то же время, уменьшение числа землетрясений с магнитудами 5.7<M<6.05 можно рассматривать как устойчивую особенностью сейсмической активности. Данная неравномерность, с высокой вероятностью, вызвана иерархией блокового строения земной коры, вследствие которой определенные размеры блоков встречаются заметно чаще. Как следствие, размеры области подготовки землетрясения (V) и, соответственно, их магнитуды (М ~ V) также должны быть неравномерны (должны иметь ранги).

Рис. 3.5. Сопоставление изменения числа землетрясений с М>5.0 с изменением интенсивности ОНЧ излучения в течение рассматриваемого интервала времени.

На рис. 3.5 приведены сведения о землетрясениях с магнитудой М ³ 5.0 и изменение интенсивности ОНЧ излучения. Распределение землетрясений по магнитуде не строго соответствует теоретической зависимости (Это связано с блоковым строением земной коры).

Связь изменения числа землетрясений с М>5.0 с изменением интенсивности ОНЧ излучения в течение рассматриваемого интервала времени проявляется. Видно, что сравнение различных значений ОНЧ излучения с числом землетрясений показывает сходство, для большей наглядности эти данные представлены на рис. 3.5 (есть определенное сходство). Планируется проведение более детального анализа.

Мы не рассматривали землетрясения с M < 3,0. Ввиду того, что изменение их числа близко к шуму.

Рис. 3.6. Сопоставление глобального изменения числа землетрясений с М>8.5 с изменением интенсивности ОНЧ излучения по трем направлениям в течение рассматриваемого интервала времени.

На рис. 3.6 представлен более подробный анализ сопоставления глобального изменения числа землетрясений с М>8.5 с изменением интенсивности ОНЧ излучения в течение рассматриваемого интервала времени. Теоретически, с помощью формулы , мы можем рассчитать, за какой период времени до самого события будут наблюдаться предвестники. По данным расчетов получается, что предвестники должны наблюдаться за 14 - 15 суток до события. На практике получается 18 суток. Затем, после землетрясений, наблюдаются заметные изменения интенсивности ОНЧ излучения. В данном случае через 4 дня после события. Из-за таких остаточных явлений иногда очень сложно понять, что мы наблюдаем, предвестник предстоящего землетрясения или последствия прошедшего события. В работе проведен подобный анализ для землетрясений с различными магнитудами.

В любом случае, связь принимаемых сигналов ОНЧ излучения с выбранного направления и сейсмической активности в этом же направлении является убедительным подтверждением возможности мониторинга сейсмической активности в любой точке земного шара по измерениям в одном пункте наблюдения.

Такие вариации, в целом, согласуются с полученными в ранее проведенных исследованиях в большинстве из которых в качестве антенны использовался вертикальный штырь. Прежде всего, следует отметить уменьшение почти на порядок числа счета импульсов на вертикальный элемент антенны для сигналов, приходящих с востока, после 9 сентября 2007 г., т.е. за 3 суток до наиболее сильного землетрясения 12 сентября, которое затем сменилось значительным снижением числа импульсов. Учитывая, что других сильных землетрясений сразу после 12 сентября в данном направлении не было, мы можем рассматривать данный всплеск как предвестник сильного землетрясений (или серии землетрясений).

Данный всплеск может быть отнесен к оперативным предвестникам землетрясений. Согласно [17], время появления предвестника оценивается как

DT [годы] = 10^{0.26M - 3.50} . (8)

Для М = 9,0 появление предвестника следовало бы ожидать примерно за 25 суток до землетрясения, что заметно больше, чем фактически (~ 14 суток). Тем не менее, соответствие теоретических и экспериментальных значений времени появления предвестника можно считать удовлетворительным. Неточность оценки может быть связана с малым числом очень сильных землетрясений.

Вопрос о связи предвестников с характеристиками землетрясений нуждается в дополнительном рассмотрении. В литературе отмечают, что, несмотря на наличие определенных закономерностей, четкой связи не наблюдается. Возможно, это связано с наложением эффектов от разных землетрясений, т.к. даже при измерении в сейсмоактивном регионе роль глобальной сейсмической активности в регистрируемых сигналах должна быть достаточно высокой. В то же время, для землетрясений с магнитудой заметно выше фоновой такая связь, по-видимому, может быть установлена.

Отмеченные выше особенности суточных вариаций интенсивности ОНЧ излучения, как правило, приходятся на периоды, когда отмечались наиболее сильные вариации сигнала ото дня ко дню накануне землетрясения. Возможно, что более значительная изрезанность суточного хода при сохранении соотношения между отдельными компонентами может быть связана и со значительным усилением фоновой сейсмической активности. Таким образом, анализ суточных вариаций ОНЧ излучения также может быть полезным для более надежного выявления предвестников землетрясений.

2.5 Ионосферные возмущения

Процессы подготовки землетрясений, проходящие в литосфере Земли, проявляются не только на ее поверхности, но и в ионосфере. Более того, ионосферные возмущения, связанные с литосферными процессами, гораздо доступнее для обнаружения и регистрации радиофизическими методами.

Ионосферными предвестниками землетрясения являются: изменение электронной концентрации (N) на всех ионосферных уровнях и высотах h, что обусловливает характерные вариации N(h)-профилей; изменение регулярных параметров волнового канала Земля-ионосфера; генерация слабых переменных электромагнитных полей в диапазоне частот от единиц до десятков килогерц; образование во всей толще ионосферы неоднородностей различных масштабов; усиление колебаний критических частот отдельных слоев ионосферы; импульсное и шумовое радиоизлучение в диапазоне частот 10 Гц ÷ 10 кГц и более.

Перечисленные предвестники характерны для землетрясений с магнитудой М > 4 и проявляются в период от нескольких суток до часов (десятков минут) до землетрясения на обширных территориях в сотни - тысячи километров. Качественно новые сведения, необходимые для прогноза землетрясений, можно получить, контролируя весь объем ионосферы, возмущенной предвестником, и оценивая его эволюцию, т. е. осуществляя мониторинг пространственно-временных параметров ионосферы в широком диапазоне высот и на большой площади [14].

Возмущения F2-слоя в основном определяются причинами гелиогеомагнитной и ионосферной природы. Достаточно большая часть статистически достоверных или почти достоверных сейсмоионосферных эффектов в последние годы была выявлена с помощью стандартного ионосферного вертикального зондирования [18].

На рис. 3.7 представлены вариации критической частоты  F2-слоя, полученные 24 октября 2007 года на станции в Боулдере (США). Этот период времени выбран не случайно, а потому что  именно в этот период имеет максимальное значение, достигающее приблизительно 11 МГц, тогда как  на протяжении всего октября приблизительно равно 7 МГц. Здесь увеличение критической частоты  наблюдается после захода Солнца (3 - 4 часа), затем после полудня. Рассмотрев более подробно участок с 14 LT до 16 LT наблюдаем возмущения, которые при нормальных условиях не наблюдаются. В конце октября произошло три крупных землетрясения: 15.10.07 г. М=6,8; 24.10.07 г. М=6,8 и 31.10.07 г. М=7,2. Однако всплески критической частоты  являются результатом магнитных бурь, подобные явления наблюдались не только на станции в Боулдере, но и на станциях в Гус Бее, Хабаровске, Миллстон Хилле.

С помощью подобных исследований возможно выделить изменения критической частоты ,связанные с сейсмической активностью, но они должны отличаться от нормальных условий на 10 - 20%. Для этого нужны дальнейшие исследования.

Рис. 3.7. Вариации критической частоты  F2-слоя, полученные 24.10.07 на станции в Боулдере.

Рис. 3.8. Вариации критической частоты  F2-слоя за весь рассматриваемый промежуток времени на станции в Боулдере.

На рис. 3.8 видно, что критическая частота  F2-слоя является практически одинаковой на протяжении всего рассматриваемого промежутка времени, кроме двух всплесков (18.10.07 и 24.10.07). Аналогичная картина в те же дни наблюдалась и на других станциях.

Рис. 3.9. Вариации критической частоты  F2-слоя за весь рассматриваемый промежуток времени на станции в Гус Бее.

Для поиска в ионосферных исследованиях предвестниковых явлений планируется дальнейший анализ.

В работе проведен анализ результатов измерений естественного импульсного электромагнитного ОНЧ излучения за время проведения эксперимента (28 апреля 2007 года - 10 мая 2008 года).

Проведен спектральный анализ ОНЧ излучения, анализ временных вариаций ОНЧ излучений и рассмотрена их возможная связь с сейсмической активностью.

Проанализированы вариации критической частоты  F2-слоя на станциях в Боулдере, Гус Бее, Хабаровске, Миллстон Хилле (период времени - с 01.10.07 по 31.10.07).

По данным эксперимента выявлены основные периоды вариаций ОНЧ, рассчитаны средние суточные зависимости интенсивности электромагнитного излучения. Проанализированы аномальные изменения интенсивности ОНЧ и их возможная связь с сейсмической активностью.

Ионосферные предвестники имеют сложную временную и пространственную структуру, максимальный эффект не всегда наблюдается в надэпицентральной области и амплитуда предвестников не всегда возрастает по мере приближения к моменту землетрясения.

электромагнитный сейсмический землетрясение возмущение

Заключение

В целом, с учетом анализа трехмерных вариаций ОНЧ излучения, можно утверждать, что одной из основных особенностей этих вариаций является изменение свойств сигнала, прежде всего, поляризации, тогда как изменения интенсивности, в том числе накануне землетрясения, более заметны для отдельных компонент сигнала. Увеличение интенсивности сигнала накануне землетрясения происходит только при приеме на вертикально расположенную антенну. Вариации сигнала по оси X имеют устойчивую связь с числом землетрясений. Следовательно, число слабых землетрясений в тектоноактивном регионе увеличивается по мере накопления напряжений, но сами они снимают незначительную часть напряжений. Данная связь подтверждается связью ОНЧ излучений и числа землетрясений для отдельных направлений.

Ранее уже неоднократно обращали внимание на то, что процесс подготовки землетрясения является длительным процессом, что нашло отражение в модели Добровольского. Исходя из полученных данных, роль "рядовых" тектонических событий представляется еще более важной и должна найти отражение в проводимых исследованиях. Вариации ОНЧ излучения, непрерывно отражающие эти процессы, могут быть существенным элементом комплексного подхода к анализу этой проблемы.

В имеющихся данных, предположительно, присутствуют предвестники землетрясений в виде увеличения сигнала на вертикальной антенне при одновременном уменьшении сигнала по оси Y, в которой в обычное время амплитуда сигнала максимальна. Для прогноза координат готовящегося землетрясения необходимы дальнейшие исследования.

До настоящего времени не существует общепринятой точки зрения, позволяющей интерпретировать все наблюдения возмущений в ионосфере, возникающие за несколько дней до сильных землетрясений, опираясь только на один механизм. Можно предполагать, что реально в природе имеет место совокупность механизмов, определение относительных вкладов этих механизмов - задача дальнейших исследований, и здесь необходимы новые комплексные наблюдения и новые теоретические исследования [18].

Список использованной литературы

1.       Григорян С. С. В сб.: Механика. Современные проблемы. М.: Узд-во МГУ, 1987.

.        Григорян С. С. - ДАН, 1980, т. 299, №5.

.        Воробьев А.А. О возможности электрических разрядов в недрах Земли // Геология и геофизика.- 1970.- № 12.- С. 3-13.

.        Воробьев А.А. Физические условия залегания и свойства глубинного вещества (Высокие электрические поля в земных недрах).- Томск, Изд-во Томского ун-та, 1975.- 296 с.

.        Электрические и магнитные предвестники землетрясений. - Ташкент, ФАН, 1983. 136 с

.        Добровольский И.П., Зубков С.И., Мячкин В.И. Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений // Моделирование предвестников землетрясений.- М., наука, 1980.- С. 7-.

.        Bogdanov Yu.A., Zakharov I.G., Tyrnov O.F., Hayakawa M. Electromagnetic effects Associated with Regional Seismic Activity in crimea during the Interval July-August 2002 // J. Atmospheric Electricity. 2003. Vol. 23, No. 2. P. 57-67.

.        Bogdanov, Yu. A., and I. G. Zakharov. Electromagnetic and acoustic emissions associated with seismic activity // Proceeding of the 6^th Int. Conference “Problem of Geocosmos”. St. Petersburg, Petrodvorets, May 23-27, 2006. P. 357-360.

9.       Богданов Ю.А., Буняк Б.Т., Воронин В.И., Уваров В.Н., Черняков А.М.. Электромагнитно-деформационное излучение недр в исследовании геологических объектов/ Нефтегазовые технологии, № 3, май-июнь 2001, Россия, с. 28-31

.        Айрумян О.Р. Краткосрочный электромагнитный предвестник землетрясений/ Физика Земли, №3, 1995, с. 46-52.

.        Мигунов Н.И., Соболев Г.А., Хромов А.А. Естественное электромагнитное излучение в сейсмоактивных районах // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1984.- № 7.- С. 55-63.

.        Данилов А. Д., Морозова Л. Д. Ионосферные бури в области F2. Морфология и физика (Обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25. №5. С. 705 - 721.

.        Хочолава Г. М. Аномальное повышение электронной концентрации области F ионосферы средних широт. Тбилиси: Мецниереба, 1982. 151 с.

.        Гохберг М. Б., Кустов А. В., Липеровский В. А., липеровская Р. Х, Харин Е. П., Шалимов С. Л. Физика Земли, 1988. № 4. С. 12-20.

15.     <http://neic.usgs.gov/neic/epic/>

.        <http://www.sec.noaa.gov>

.        Добровольский И.П. Теория подготовки тектонического землетрясения.- М., Наука, 1991.- 224 с.

18.     Липеровский В. А., Похотелов О. А., Мейстер К. -В., Липеровская Е. В. Физические модели связей в системе литосферна-атмосфера-ионосфера перед землетрясениями / Геомагнетизм и аэрономия. - 2008. - Т. 48, № 6. - С. 831 - 843.

.        Шуман В.Н. Электромагнитные сигналы литосферного происхождения в современных наземных и дистанционных зондирующих системах // Геофизический журнал - 2007. - Т. 29, № 2. - С. 3 - 16.

.        Левшенко В.Т. Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы литосферного происхождения: Автореферат диссертации … доктора физ.- мат. наук. - Москва: ОНФЗ РАН, 1995 - 36 с.

.        Гульельми А.В. Ультранизкочастотные волны в коре и в магнитосфере Земли // Успехи физических наук. - 2007. - Т. 177, № 12. - С. 1257 - 1276.

.        Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. - М.: Наука. - 1991. - 96 с.

.        Горькавый Н.Н., Дмитроца А.И., Левицкий Л.С. и др. Физика Земли, 1994. № 10. С. 33-38. (in Russian)

.        Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Герасимович Е.А., Матвеев И.В. Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений.- М., Наука, 1985.- 116 с.

.        Мячкин В.И. Процессы подготовки землетрясений.- М., Наука, 1978.- 232 с.

.        Предсказание землетрясений / Под ред. Саваренского.- М., Мир, 1968.- с. 213.