Мониторинг процессов в ядре Земли по импульсным электромагнитным полям

УДК 550.3:537.811

Ю.П. Малышков, С.Ю. Малышков

Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск

МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ В ЯДРЕ ЗЕМЛИ ПО ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЯМ

Y.P. Malyshkov, S.Y. Malyshkov

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Tomsk, Russia

MONITORING OF PROCESSES IN EARTH CORE BY PULSE ELECTROMAGNETIC FIELDS

Occurrence of daily and annual rhythms of a natural pulse electromagnetic field of the Earth (NPEMFE) and seismicity are explained by pressure of an internal solid core upon the lower mantle as a result of eccentric rotation of the Earth's core and shell with different angular velocities. Displacement of the Earth's core relative the geometrical centre of a planet should lead to occurrence of zones of high and low pressure in the melt of a liquid core. Pressure differences will be transferred into the lower mantle, and spread in the form of stress waves reaching surfaces of the Earth. Due to the daily rotation of the Earth points on an earth crust surface will start to move relative zones of disturbances created by the displaced core. There will be daily rhythms of movement of earth crust. The annual movement of a core will cause occurrence of annual rhythms. Accordingly, there will be daily and annual rhythms of many geophysical fields and seismicity of the Earth. On the basis of such hypothesis by parameters of long-term observations for NPEMFE the route of annual movement of the Earth's core is identified. It is shown, that the inner core never occurs in the geometrical centre of a planet. It makes pulsing movement near to the planet centre on some closed orbit. The plane of the core orbit is perpendicular to the plane of the equator and makes 450 to the direction of the Sun and to the direction of orbital movement of the Earth round the Sun. The average angular velocity of rotation of the core at 1.1 degrees per year exceeds the angular velocity of rotation of the Earth. The obtained results by the movement of the core are compared with the known facts of the Earth's rotation instabilities. It is shown, that these facts do not contradict each other.

Суточные вариации ЕИЭМПЗ в диапазоне ОНЧ традиционно связывают с двумя факторами: улучшенными условиями распространения атмосфериков в ночное время суток, и с послеполуденным повышением грозовой активности летом в наиболее жаркое время суток. В диапазоне СНЧ волн СНЧ-вспышки и СНЧ-всплески также считают порождением грозовых разрядов. К основным аргументам в пользу таких представлений относят наличие суточного хода. В качестве модели явления используют модель постоянного по амплитуде мирового грозового центра, расположенного на экваторе в точке, соответствующей 17-18 ч местного времени. В течение суток этот центр, следуя за Солнцем, обегает землю по экватору. Такие представления об электромагнитных шумах мало изменились до настоящего времени. Однако тщательный анализ временных вариаций ЕИЭМПЗ указывает, что

существующие представления не соответствуют экспериментально наблюдаемым фактам.

Послеполуденный максимум, который связывают с местными грозами, начинает устойчиво проявляться в Прибайкалье, а по нашим данным и в других регионах Сибири (Томская область, Алтай, Саяны и др.), уже во второй декаде марта. В тоже время, первые грозы в этих регионах регистрируются обычно не ранее середины мая, то есть только спустя два месяца после появления послеполуденного максимума. Даже в мае гроза в Сибири достаточно большая редкость, а для марта это практически невероятное событие.

Это же можно сказать и о моменте исчезновения послеполуденного максимума. Грозовой период в Сибири заканчивается в конце августа, а послеполуденный максимум сохраняется, по крайней мере, до первой декады октября. Работает единый механизм, управляющий процессами генерации ЕИЭМПЗ в любое время суток и в любое время года. И зимой и летом мы видим не только точное (с точностью до минут) совпадение времени проявления основных максимумов и минимумов интенсивности ЕИЭМПЗ. Совпадают даже незначительные нюансы в поведении кривых.

Одной из причин возникновения высокостабильных ритмов многих геофизических процессов могут являться процессы суточного и годового вращения Земли. В частности в работах [Коровяков и Никитин, 1998; Авсюк и др., 2001; Сидоренков, 2002] обсуждается возможность гравитационного смещения ядра Земли относительно геометрического центра планеты. Смещение должно приводить к появлению давления со стороны ядра на оболочку Земли. За счет суточного вращения Земли точки на поверхности земной коры начнут перемещаться относительно зоны возмущения, созданной смещенным ядром. Появятся суточные ритмы движения земной коры. Такой механизм возникновения суточных и годовых вариаций ЕИЭИПЗ и сейсмичности достаточно подробно мы проанализировали в работе [Малышков, Малышков, 2009]. Анализ позволил сделать следующие выводы:

Выявленные нами периодичности в вариациях ЕИЭМПЗ и сейсмичности Прибайкалья имеют неприливное, и, возможно, негравитационное происхождение.

Существует ранее не обнаруженный глубинный механизм формирования внутрисуточных и годовых вариаций геофизических процессов, управляющий вариациями ЕИЭМПЗ и провоцирующий землетрясения.

Наиболее вероятно, что выявленные ритмы вариаций электромагнитных полей и сейсмичности каким-то образом связаны с суточным и годовым вращением Земли.

- Для возникновения именно таких ритмов, которые мы обнаружили в электромагнитных полях и в землетрясениях необходимо, как минимум, наличие двух условий:

1) Суточное и годовое вращение Земли;

2) Наличие какого-то одностороннего воздействия на Земли либо извне, либо изнутри.

Очевидно, что каждое из этих условий в отдельности не может привести к ритмичности процессов. Обнаруженные ритмы могут возникнуть только при совместном действии обоих процессов.

Не найдя причин для обнаруженных нами ритмов вне Земли, попытаемся отыскать их внутри самой Земли. Обратимся к обсуждаемой в науке мысли о возможности смещения твердого внутреннего ядра Земли либо за счет воздействия гравитационных полей Солнца, Космоса, Луны либо, как нам представляется более вероятным, за счет каких-то других не гравитационных механизмов. В результате эксцентричного, суточного вращения оболочки Земли вокруг смещенного ядра возникнет давление со стороны ядра и окружающего его расплава на мантию, выдавливающее оболочку изнутри.

В других областях планеты, наоборот, возникнут силы сжимающие оболочку, втягивающие ее внутрь к ядру. Следует пояснить, что воздействие на мантию и оболочку Земли будет создаваться не только в процессе самого акта смещения ядра, но и за счет эффекта «перекачки» вещества жидкого ядра при эксцентричном вращении ядра относительно нижней мантии. При медленном смещении и последующей остановке ядра возникшие напряжения должны быстро релаксировать за счет перетекания расплава жидкого ядра, имеющего низкую вязкость. В предлагаемом же нами механизме поведение системы со смещенным и вращающимся ядром напоминает работу роторного насоса. Эксцентрично вращающееся относительно мантии твердое ядро-ротор будет перекачивать вещество жидкого расплава. Поэтому при различиях в угловых скоростях вращения ядра и нижней мантии перекачка расплава приведет к появлению зон повышенного давления и зон разряжения. Эти зоны с перепадом давления уже не могут релаксировать, и будут поддерживаться до тех пор, пока существует разница в угловых скоростях вращения и смещение ядра.

На основании такой гипотезы по параметрам многолетних наблюдений за ЕИЭМПЗ выявлена трасса годового движения ядра внутри Земли. Показано, что внутреннее ядро никогда не бывает в геометрическом центре планеты. Оно совершает пульсирующее движение вблизи центра планеты по некоторой замкнутой орбите. Плоскость орбиты ядра перпендикулярна к плоскости экватора и составляет 45° к направлению на Солнце и к направлению орбитального движения Земли вокруг Солнца. Средняя угловая скорость вращения ядра на 1,1 градуса в год превышает угловую скорость вращения Земли. Полученные результаты по движению ядра сопоставлены с известными фактами нестабильностей вращения Земли. Показано, что эти факты не противоречат друг другу.

Если наша интерпретация верна, то следует вывод о чрезвычайно важной роли ядра в движении Земли. Ядро то ускоряет движение Земли по орбите вокруг Солнца, то тормозит такое движение. Оно удерживает равновесные расстояния от Солнца, перемещаясь относительно геометрического центра то в сторону Солнца, то в противоположном направлении. Взаимодействуя с нижней мантией, ядро периодически раскручивает Землю, поддерживая скорость суточного вращения. Возможно именно ядро, смещаясь, то в Северное, то в Южное полушарие, удерживает постоянным наклон оси вращения Земли 23°27'.

Совершенно не очевидна гравитационная причина смещения ядра, на базе которой делаются все теоретические оценки. Во-первых, во всех полученных нами спектрах ЕИЭМПЗ и сейсмической активности нет влияния Луны. Что это? Инерционность ядра, не реагирующего на высокочастотное воздействие Луны, или что-то принципиально другое? Во-вторых, в течение года ядро, по нашим данным, может находиться как ближе к Солнцу, чем геометрический центр планеты, так и дальше от него. Это не гравитация, или и здесь причина -инерционность ядра?

Вероятнее всего, движение ядра по своей годовой орбите носит пульсирующий характер. Ядро то начинает смещаться относительно центра планеты при достижении определенного разбаланса каких-то сил, то замедляет такое движение в вязком расплаве, после «ликвидации» имевшегося разбаланса. Период модуляции колеблется от нескольких суток до месяца и хорошо заметен в записях ЕИЭМПЗ в любой месяц года. Наличие процессов с такими периодами видно и в спектрах ЕИЭМПЗ. Однако они также не совпадают с главными лунными приливами (13,65 и 27,55 суток). Их связь с гравитационным воздействием Луны маловероятна.

Как показали наши оценки, основными направлениями движения ядра по шкале времени является линия (2-16) часов солнечного времени. Такая ориентация годового движения ядра относительно Солнца и определяет положение ночного и послеполуденного максимумов в суточных вариациях очень многих геофизических процессов их сезонные вариации. Сложное, пульсирующее перемещение и вращение ядра внутри жидкой полости должно приводить к достаточно сложным процессам циркуляции вещества жидкого ядра Земли. Этими циркуляциями, по-видимому, объясняется существование других менее значимых максимумов и минимумов в суточных вариациях ЕИЭМПЗ и числа землетрясений.

В опубликованных в литературе данных по временным вариациям различных по своей природе геофизических полей можно найти достаточно много других доказательств существования выявленных нами ритмов движения земной коры. На них просто не обращают внимания. Например, высокочастотные сейсмические шумы на дне океана имеют ярко выраженную суточную и полусуточную периодичность. Максимум интенсивности шума приходится на полдень и полночь по местному времени. Эффект имеет явно выраженные сезонные изменения. В спектрах сейсмоакустической эмиссии в глубоких скважинах наиболее значима, также как и в нашем случае, суточная волна. Так корреляция между характеристиками подземного фонового звука и солнечными компонентами приливных сил составляет 0,6-0,8, тогда как лунные компоненты не обнаруживаются. Этот странный, по мнению авторов [Беляков и др., 1999, 2002], факт не находит приемлемого объяснения. Более того, в работе [Гаврилов и др, 2006] показано не только наличие идентичного суточного хода ЕИЭМПЗ и подземного фонового звука, но и исчезновение суточного хода накануне близких землетрясений. «Эффект затишья», с исчезновением суточного хода ЕИЭМПЗ перед землетрясениями обнаруженный нами ранее на Северном Тянь-Шане, в Прибайкалье и Бурятии, обнаружен так же на Камчатке

[Дружин, 2002]. С позиций предлагаемого нами механизма этот факт находит простое объяснение [Малышков Ю.П., Малышков С.Ю., 2002]. Зацепление блоков земной коры на заключительных стадиях подготовки землетрясения, образование массивной консолидированной системы уменьшает способность системы реагировать на внутрисуточные колебания земной коры. Чем больше размеры такой системы, тем меньше ее реакция на подобные колебания. Поэтому длительность и степень нарушения суточного хода позволяют оценивать размеры консолидированной области, могут использоваться для оперативного прогноза параметров землетрясения [Малышков Ю.П., и др., 2004].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Авсюк Ю.Н., Адушкин В.В, Овчинников В.М. Комплексное исследование подвижности внутреннего ядра Земли // Физика Земли. - 2001. - № 8. - С. 64-75.

2. Беляков А.С., Лавров В.С., Николаев А.В., Худзинский Л.Л. Подземный фоновый звук и его связь с приливными деформациями // Физика Земли. - 1999. - № 12. - С. 39-46.

3. Беляков А.С., Лавров В.С., Николаев А.В., Худзинский Л.Л. Подземный фоновый звук и его энергетическая модель как компоненты системы прогноза землетрясений // Физика Земли. - 2002. - № 8. - С. 57-64.

4. Гаврилов В.А., Морозова Ю.В., Сторчеус А.В. Вариации уровня геоакустической эмиссии в глубокой скважине Г-1 (Камчатка) и их связь с сейсмической активностью // Вулканология и сейсмология. - 2006. - № 1. - С. 52-67.

5. Дружин Г.И. Опыт прогноза Камчатских землетрясений на основе наблюдений за электромагнитным ОНЧ излучением // Вулканология и сейсмология. - 2002. - № 6. - С. 51-62.

6. Коровяков Н.И., Никитин А.Н. Закономерность эксцентрического вращения ядра и оболочки Земли в суточном и годовом периоде // Сознание и физическая реальность. - 1998. -Т. 3 (2). - С. 23-30.

7. Малышков Ю.П., Малышков С.Ю. Суточные ритмы движения земной коры и их роль в подготовке землетрясений // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород: Материалы 1-й Междунар. школы-семинара (9-15 сент., 2001, г. Красноярск) / ред. В.А. Мансуров, Красноярск, СибГАУ, 2002, с. 316-323.

8. Малышков Ю.П., Джумабаев К.Б., Малышков С.Ю., Гордеев В.Ф., Шталин С.Г., Масальский О.К. Способ прогноза землетрясений. Патент РФ № 2238575, выдан 20.10.2004, Бюл. № 29.

9. Малышков Ю.П., Малышков С.Ю. Периодические вариации геофизических полей и сейсмичности, их возможная связь с движением ядра земли. // Геология и геофизика. - 2009. -№ 2. - С. 152-172.

10. Сидоренков Н.С. Физика нестабильностей вращения Земли. - М.: Наука, Физматлит, 2002. - 384 с.

© Ю.П. Малышков, С.Ю. Малышков, 2009