Вплив глобальної сейсмічної активності на процеси в атмосфері й іоносфері
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2021.05.019Ключові слова:
метод накладених епох, сейсмічна активність, тропосферні та іоносферні збуренняАнотація
В останні десятиліття сформувалися уявлення про землетруси (ЗТ) як про прояв фінальної стадії загальнопланетарного неперервного самоорганізованого тектонічного процесу з періодами накопичення та релаксації тектонічних напруг. Однак в науковій літературі, як і раніше, представлено дослідження відгуку атмосферних і іоносферних процесів на окремі сильні ЗТ. У цій роботі вперше розглянуто взаємозв’язок процесів у літосфері, тропосфері та іоносфері з урахуванням нових уявлень про сейсмічний процес як глобальне явище і на фоні процесів, зумовлених космічною погодою. Використано як загальнопланетарні дані (ЗТ, повний електронний вміст ПЕВ іоносфери), так і локальні дані (атмосферний тиск, критична частота шару F2 іоносфери) для широко рознесених пунктів спостережень у західній та східній півкулях. Для підвищення надійності статистичних результатів використано щоденні дані за 2007—2015 роки з чотирьох незалежних банків. Встановлено стійкі ефекти глобальної сейсмічної активності (ГСА) у розглянутих показниках. Так, критична частота області F2 при різкому посиленні ГСА збільшується на 0.4...0.5 МГц. Цей ефект доволі стійкий і проявляється майже одночасно на іоносферних станціях східної та західної півкуль, а також у планетарних значеннях ПЕВ. При цьому в іоносферних варіаціях, як і раніше, простежується вплив як тропосфери (особливо при низькому рівні сонячної активності), так і космічної погоди, характеристики якої у 75 % випадків також показують зв’язок з ГСА. Отже, космічна погода часто, але не завжди може виступати тригером ЗТ. В цілому у західній півкулі мінімум атмосферного тиску настає раніше, ніж у східному, що призводить до помітного збільшення різниці тисків між півкулями на 10 мм. рт. ст., що вказує на зв’язок глобальної сейсмічності та глобальної атмосферної циркуляції. Встановлені ефекти ГСА, як правило, мають характер не локального короткочасного сплеску, а стрибка з подальшим поступовим спаданням (збільшенням) показника до наступного активного періоду (пилкоподібна крива), тобто вплив літосфери на розташовані вище шари є неперервним і носить циклічний характер, зумовлений, ймовірно, циклічним характером тектонічних процесів. Найімовірніше, одночасно реалізуються кілька різних зв’язків між геосферами, частково синхронізованих змінами космічної погоди, які вимагають нових фізичних механізмів для їхнього пояснення.
Посилання
Bokov V. N. (2003). Variability of atmospheric circulation as initiator of strong earthquakes.Bull. of the Rus. Geograph. Soc.,135 (6), 54—65 [In Russian].
Boyarchuk K. A., Karelin A. V., Pulinets S. A., Tertyshnikov A. V., Uzunov D. P., Yudin I. A. (2012). A unified concept for detecting signs of impending strong earthquake in the framework of integrated system of lithosphere – atmosphere – iono-sphere –magnetosphere. Cosmonautics and Rocket Sci., 3 (68), 21—31 [In Russian].
Brownlee K. A. (1977). Statistical theory and methodology in science and Engineering. Moscow: Nauka [In Russian].
Vikulin A. V., Ivanishin A. G. (1998). Rotational model of seismic process. Pacific geology, 17(6), 95—103 [In Russian].
Voitov G. I. (1999). On the cold degassing of methane into the troposphere of the Earth. Theoretical and regional problems of geodynamics. Proc. of Geol. In-te of RAS. Is. 515. Moscow: Nauka, 242—251 [In Russian].
Gnedyshev M. N., Ol A. I. (1982). On the methodology of some heliobiological studies. Probl. Space Biology, 43, 216—219 [In Russian].
Gordiets B. F., Markov M. N., Shelepin L. A. (1980). Solar activity and the Earth. Moscow: Znanie [In Russian].
Gorkavy N. N., Trapeznikov Yu. A., Fridman A. M. (1994). On the global component of the seismic process and its rela- tionship with observed features of the Earth’s rotation. Reports of the Academy of Sciences. Geophysics,338(40), 525—527 [In Russian].
Dobrovolsky I. P. (1991). Theory of tectonic earthquake preparation. Moscow: Nauka [In Russian].
Kazachevskaya T. V., Nusinov A. A. (1986). Prognostic model of short-wave ultraviolet radiation of the Sun. Geomagnetism and aeronomy, 15(2), 593—596 [In Russian].
Letnikov F. A. (1992). Synergetics of geological systems. Novosibirsk: Science [In Russian].
Pulinets S. A., Uzunov D. P., Karelin A. V., Davidenko D. V. (2015). Physical basis for the generation of short-term earth-quake precursors. A complex model of geophysical processes in the lithosphere – atmosphere – ionosphere – magnetosphere, initiated by ionization. Geomagnetism and Aeronomy, 55(4), 521—538 [In Russian].
https://doi.org/10.1134/S0016793215040131
Pushcharovsky Yu. M. (2001). General problems of global tectonics. Moscow: Nauchnyj mir [In Russian].
Ruzmaikin A. (2014). Climate as a game of chance. Adv. in Phys. Sci., 184(3), 297—311 [In Russian].
https://doi.org/10.3367/UFNr.0184.201403f.0297
Sadovsky M. A., Pisarenko V. F. (1991). Seismic process in a block environment. Moscow: Nauka [In Russian].
Syvorotkin V. L. (2002). Deep degassing and global disasters. Moscow: Geoinformmark [In Russian].
Tertyshnikov A. V. (2013). Assessment of practical significance of geomagnetic precursors of strong earthquakes. Heliogeophys. Res., 3, 63—70 [In Russian].
Sytinsky A. D. (1989). On the relationship of earthquakes with solar activity. Phys. Earth, 2, 13—30 [In Russian].
Khomutov S. Yu. (1995). Investigation of dependence of global seismicity on of moon position.Geology and Geophys., 36(4), 88—102 [In Russian].
Chernogor L. F. (2008). On nonlinearity in nature and science. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv Nat. Univ. Publ. [In Russian].
Shestopalov I. P., Kharin E. P. (2006). Time variability of the Earth’s seismicity relationships with solar activity cycles of different durations. Geophys. J., 28(4), 59—70 [In Russian].
Shirokov V. A. (2001). Experience of short-term forecast of time, place and strength of Kamchatka earthquakes in 1996–2000 with magnitude M = 6–7.8 for a complex of seismological and geophysical data. Geodynamics and volcanism of the Kuril-Kamchatka island-arc system. Petropavlovsk-Kamchatsky: In-te of volcan. geology and geochim. of the RAS, 95—116 [In Russian].
Shuman V. N. (2015). Nonlinear dynamics, seismicity and aerospace sounding systems. Geophys. J.,37(2), 38—55 [In Russian].
https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v37i2.2015.111302
Sadovsky M. A. (Ed.) (1982). Electromagnetic earthquake precursors. Moscow: Nauka [In Russian].
Bak P. (1996). How nature works: The science of self-organized criticality. New York: Springer-Verlag.
https://doi.org/10.1007/978-1-4757-5426-1
Bogdanov Yu. A., Zakharov I. G., Tyrnov O. F., Hayakawa M. (2003). Electromagnetic effects Associated with Regional Seismic Activity in Crimea during the Interval July—August 2002. J. Atmosph. Electricity, 23(2), 57—67.
https://doi.org/10.1541/jae.23.57
Bogdanov Yu. A., Zakharov I. G. (2006). Electromagnetic and acoustic emissions associated with seismic activity. Proc. of the 6th Int. Conf.:Problem of Geocosmos. St. Petersburg, Petrodvorets, 357—360.
Chao B. F., Gross R. S. (1995). Changes in Earth’s rotational energy induced by earthquakes. Geophys. Int., 122, 776—783.
https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1995.tb06836.x
Chernogor L. F. (2011). The Earth — atmosphere — geospace system: main properties and processes. Int. J. Rem. Sens., 32(11), 3199—3218.
https://doi.org/10.1080/01431161.2010.541510
Costain J. K., Bollinger G. A. (1991). Correlations between streamflow and intraplate seismicity in the central Virginia, U.S.A., seismic zone: evidence for possible climatic controls. Tectonophysics, 186(1–2), 193—214.
https://doi.org/10.1016/0040-1951(91)90393-7
Gulyaeva T. (2014). Association of Seismic Activity with Solar Cycle and Geomagnetic Activity. Development in Earth Sci., 2, 14—19.
Hayakawa M. (2007). VLF/LF radio sounding of ionospheric perturbations associated with earthquakes. Sensors. 7 (7), 1141—1158.
https://doi.org/10.3390/s7071141
Jhuang H. K., Ho Y . Y., Kakinami Y., Liu J. Y., Oyama K.-I., Parrot M., Hattori K., Nishihashi M., Zhang D. (2010). Seismo-ionospheric anomalies of the GPS-TEC appear before the 12 May 2008 magnitude 8.0 Wenchuan Earthquake. Int. J. Remote Sens., 31, 3579—3587.
https://doi.org/10.1080/01431161003727796
Jin S., Occhipinti G., Jin R. (2015). GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics. Earth-Sci. Revs, 147, 54—64.
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.003
Korepanov V., Hayakawa M., Yampolski Yu., Lizunov G. (2009). AGW as a seismo-ionospheric coupling responsible agent. Phys. and Chem. of the Earth, 34(6–7), 485—495.
https://doi.org/10.1016/j.pce.2008.07.014
Liperovsky V. A., Pokhotelov O. A., Meister C.-V., Liperovskaya E. V. (2007). On recent physical models of lithosphere — atmosphere — ionosphere coupling before earthquakes. Natural Hazard and Earth System Sciences, 0000:0001.12. URL: https://pdfs.semanticscholar.org/796d/9cf121303f56f665cebba41df7427996cb. (Last accessed 17.02.2020).
Love J. J., Thomas J. N. (2013). Insignificant solar-terrestrial triggering of earthquakes.Geophys. Res. Lett., 40, 1165—1170.
https://doi.org/10.1002/grl.50211
Odintsova S., Boyarchuk K., Georgieva K., Kirov B., Atanasov D. (2006). Long-period trends in global seismic and geomagnetic activity and their relation to solar activity. Phys. and Chem. Earth, 31, 88—93.
https://doi.org/10.1016/j.pce.2005.03.004
Parrot M., Li M. (2015). DEMETER Results related to seismic activity. Radio Sci. Bul., 355, 18—25.
Sasorova E., Levin B. (2016). The relationship of the global seismic activity with variations in the angular velocity of the Earth’s rotation for 1720—2014 years. Proc. EGU General Assembly, 18, EGU2016–1687.
Sharma G., Champatiray P, K., Mohanty S., Kannaujiya S. (2017). Ionospheric TEC modelling for earthquakes precursors from GNSS data. Quatern. Internat., 462, 65—74.
https://doi.org/10.1016/j.quaint.2017.05.007
Shirley J. H. (1986). Lunar periodicity in great earthquakes, 1950–1965. Gerlands Beitr. Geophys., 95 (6), 509—515.
Yao Y. B., Chen P., Zhang S., Chen J. J., Yan F., Peng W. F. (2012). Analysis of pre-earthquake ionospheric anomalies before the global M = 7.0+ earthquakes in 2010. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 12, 575—585.
https://doi.org/10.5194/nhess-12-575-2012
Tanimoto T., Heki K., Artru-Lambin J. (2015). Interaction of Solid Earth, Atmosphere, and Ionosphere. Treatise on Geophysics, Oxford: Elsevier, 4, 421—443.
https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53802-4.00083-X
Tavares M., Azevedo A. (2011). Influences of solar cycles on earthquakes. Natural Sci., 3, 436—443.
https://doi.org/10.4236/ns.2011.36060
Veretenenko S. V., Ogurtsov M. G. (2015). Nature of long-term correlation between cloud state and variations in galactic cosmic rays flux. Geomagnetism and aeronomy, 55(4), 442—449.
https://doi.org/10.1134/S0016793215040143
Zakharov I. G. (2018). The Influence of Global Seismic Activity on Variations in VLF Emissions and Infrasound in a Seismically Quiet Area. Proc. of the XVIIth Int. Conf.: Geoinformatics: Theoretical and Applied Aspects. Kyiv, Ukraine. N 13800, 5 p.
https://doi.org/10.3997/2214-4609.201801826
Zakharov I. G., Chernogor L. F. (2018). Ionosphere as an Indicator of Processes in the Geospace, Troposphere, and Lithosphere. Geomagnetism and Aeronomy, 58(3), 430—437.
