Сейсмические эффекты в ионосфере по результатам мониторинга F-слоя над Новосибирском

УДК 550.388.2

А.Ю. Белинская, С.Ю. Хомутов, О.М. Грехов АСФ ГС СО РАН, Новосибирск

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В ИОНОСФЕРЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОНИТОРИНГА F-СЛОЯ НАД НОВОСИБИРСКОМ

Исследования последних лет убедительно свидетельствуют о существовании связи между процессами, протекающими в земной литосфере, и возмущениями в ионосфере. В представленной работе рассмотрены методики для выявления сейсмо-ионосферных вариаций по данным вертикального зондирования ионосферы. Используя результаты многолетнего мониторинга ионосферы на Геофизической обсерватории «Ключи» (Новосибирск), были исследованы возможные эффекты землетрясений (в том числе и в период подготовки) на ионосферу. Рассмотрены землетрясения с магнитудой М> 4 и удаленностью эпицентра от обсерватории не более 1000 км за 2000-2010 гг.

A. Belinskaya, S. Khomutov, O. Grekhov

Altay-Sayan Branch of Geophysical Survey of SB RAS

3 Koptuga pr., Novosibirsk, 630090, Russian Federation

THE STUDIES EFFECTS IN IONOSPHERE USING THE RESULTS OF SOUNDING OF F-LAYER OVER NOVOSIBIRSK

Recent researches demonstrate the effect of the processes in the Earth's lithosphere on the ionosphere. In this report the methods for detecting the seismo-ionospheric variations using data of vertical sounding of the ionosphere are considered. The results of long-term monitoring of the ionosphere at the Geophysical Observatory "Klyuchi" (Novosibirsk) are used for investigation of the effects of earthquakes to the ionosphere during preparation phase and under shock. We considered the earthquakes with magnitude M> 4 and the epicenter distance from the observatory no more than 1000 km in period from 2000 to 2010.

Исследования воздействия землетрясений на окружающую среду для выделения закономерностей процесса этого явления проводятся достаточно давно. Такая работа интересна с научной точки зрения, но, прежде всего, анализ каждого землетрясения необходим для нахождения предвестников землетрясений, поскольку наиболее мощные землетрясения сопровождаются природными катаклизмами, которые приводят к разрушению строений, коммуникаций, гибели людей, животных. В связи с проблемой прогноза землетрясений необходимо экспериментальное изучение вариаций ионосферной плазмы на различных фазах подготовки землетрясений.

Исследования последних лет убедительно свидетельствуют о

существовании связи между процессами, протекающими в земной литосфере, и возмущениями в ионосфере. Сейсмическая активность в земной коре сопровождается не только геодинамическими процессами, но и электромагнитным воздействием очага землетрясения на ионосферу: за несколько дней или часов до начала землетрясения возникают многочисленные аномальные изменения параметров среды и электромагнитного поля. Поэтому изучение воздействия землетрясений на ионосферу и поиск предвестников в параметрах ионосферы активно ведется учеными разных стран [1-4].

В первую очередь проводился анализ данных ионосферных станций вертикального зондирования (ВЗ). Обработка этих данных позволила выявить ряд эффектов землетрясений в геомагнитном поле и стандартных ионосферных параметрах, таких, как критические частоты foEs, АэЕ, foF2. Так в работе [5] говорится о том, что реакция высокоширотной ионосферы на сильное землетрясение при спокойных условиях в геомагнитном поле и при небольших вспышках класса А проявилась в основном в параметрах нижней ионосферы (Атт, foEs и h'Es). Было найдено, что за несколько суток перед землетрясением наблюдаются определенные эффекты в суточном ходе foF2, в частности, заметное повышение или понижение критических частот относительно медианы. Проведенный авторами [6] анализ поведения ионосферы по данным станций наземного вертикального зондирования, расположенных вблизи эпицентра землетрясений, позволил выделить следующие особенности вариаций критической частоты, регистрируемых в период подготовки сильных сейсмических событий:

1) Сейсмо-ионосферные вариации более кратковременны (3-4 часа), чем вариации, наблюдаемые во время магнитных бурь (8-36 часов);

2) Сейсмо-ионосферные вариации наблюдаются в течение нескольких суток (2-3 суток) до землетрясений в одно и то же местное время;

3) В широкой области ионосферы в период подготовки землетрясений происходит общее увеличение электронной концентрации в слое F2 за 2-3 суток до момента толчка. За сутки до начала землетрясения отмечается локальный минимум электронной концентрации над эпицентральной областью.

Приведенные результаты, связанные с модификациями ионосферной плазмы в периоды землетрясений, относятся, как правило, к землетрясениям с магнитудой М>5.

Для ионосферной станции Токио за период 1957-1990 гг. были рассмотрены землетрясения с магнитудой М>6.0, глубиной очага h<80 км и находившимся на расстоянии менее 1000 км от Токио. Используя метод наложенных эпох, авторы [7] показали что, в среднем, foF2 падает перед землетрясениями. За день до события уменьшение составляет приблизительно 5 %. Статистическая надежность полученных результатов 0.95.

На Геофизической обсерватории «Ключи» (Новосибирск) ионосферные наблюдения выполняются более 40 лет. В 1996 г. на станции был установлен цифровой ионозонд, благодаря чему был накоплен архив данных в цифровом

виде. Для исследования возможного эффекта сейсмоактивности в ионосфере нами был выбран период с 2000 по 2010 гг. Рассматривались землетрясения с магнитудой М>4 и удаленностью эпицентра от обсерватории не более 1000 км.

Оценка проводилась по нескольким методикам:

1. Вычислялись отклонения ежечасных значений критических частот слоев F2 и Es от скользящих медианных значений за 4 сут. до землетрясения и 2 сут. после. Оценивались время и величина этих отклонений относительно момента землетрясения (рис. 1).

Рис. 1. Примеры отклонений критической частоты слоя F2 от скользящего медианного значения. M - магнитуда по объемным волнам, R - расстояние от эпицентра землетрясения до обсерватории «Ключи».

2. Для каждого землетрясения вычислялись среднедневные значения foF2 для 4 сут. до и 2 сут. после. Затем эти значения нормализовались средним по всем 6 суткам. Таким образом были получены ряды Fi=(foF2)i /(ШР2)Ма1, где i -номер суток относительно дня землетрясения, (foF2)i - среднее значение foF2 за ьый день, (foF2)total - среднее за 6 сут. наблюдений. Затем применялся метод наложенных эпох для всех случаев землетрясений (рис. 2).

3. Для каждого землетрясения

рассматривалось поведение foF2, foEs и h,Es. В некоторых случаях отмечались вариации, которые можно принять как предвестники

землетрясения.

Проведенный анализ обнаружил эффекты появления локальных

аномалий в ионосфере, но неоднозначность выявленных

вариаций, как до землетрясения, так и во время и после него, не дают возможности говорить о предсказании землетрясения по данным

вертикального зондирования. Обладая знаниями по физике данного катастрофичного

1.02

Б

1.01

0.99

0.98

-4

-2

1 дни 2

Рис. 2. Метод наложенных эпох для землетрясений с М>4, R<1000, с 2000-2010 гг.

явления, на основании

статистических параметров ионосферы можно получить прикладные средства для краткосрочного прогнозирования землетрясений. Для их проверки необходимы специальные эксперименты.

Благодарности. Авторы благодарят операторов ионозонда обсерватории "Ключи" за своевременную и точную обработку ионограмм. Работа выполнена при частичной поддержке ИСЗФ СО РАН в рамках госконтракта №02-с/2010.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сорокин, В.М., Чмырев, В.М. Электродинамическая модель ионосферных предвестников землетрясений и некоторых видов катастроф. // Геомагнетизм и аэрономия. - 2002. - Т.42, № 6. - С.821-830.

2. Липеровский, В.А., Похотелов, О.А., Мейстер, К.-В., Липеровская, Е.В. Физические модели связей в системе литосфера-атмосфера-ионосфера перед землетрясениями // Геомагнетизм и аэрономия. - 2008. - Т. 48. - С. 831-843.

3. Nenovski, P., Spassov, Ch., Pezzopane, M., Villante, U. et al Ionospheric transients observed at mid-latitudes prior to earthquake activity in Central Italy // Nat. Hazards Earth Syst. Sci.- 2010. - 10. - P.1197-1208.

4. Hawlitschka, S. Travelling ionospheric disturbances (TIDs) and tides observed by a super-resolution HF direction finding system // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. - 2006. - V. 68. - P. 568-577.

5. Сергеева, Н.Г., Оглоблина, О.Ф., Черняков, С.М. Сильные землетрясения и их влияние на полярную нижнюю ионосферу. // Вестник МГТУ - 2009. - Т.12, №2. - С.328-337.

6. Пулинец, С.А., Легенька, А.Д., Зеленова, Т.И. Зависимость сейсмо-ионосферных вариаций в максимуме слоя F от местного времени. //Геомагнетизм и аэрономия. 1998, т.38, с.178-183.

7. Liperovskaya, E. V., Parrot, M., Bogdanov, V. V., Meister, C.-V. et al On variations of f oF2 and F-spread before strong earthquakes in Japan // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. - 2006 - 6. - P.735-739.

© А.Ю.Белинская, С.Ю. Хомутов, О.М. Грехов, 2011