Геофизические исследования: статья

ПОИСК ИМПУЛЬСНЫХ УЛЬТРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
В.А. Мартинес-Беденко 1, В.А. Пилипенко 1,2, К. Шиокава 3, В.А. Касимова 4
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Геофизический центр РАН
3 Институт исследований околоземного пространства, Нагойский Университет
4 Камчатский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”,
Журнал: Геофизические исследования
Том: 24
Номер: 2
Год: 2023
Страницы: 5-24
УДК: 550.344
DOI: 10.21455/gr2023.2-1
Ключевые слова: землетрясения, электромагнитные сигналы, предвестники землетрясений, грозы, магнитные импульсы, Шумановский резонатор.
Аннотация: В литературе появились многочисленные публикации, описывающие новый сейсмо-электромагнитный эффект – возникновение магнитных импульсов длительностью 1–40 с, которые обнаруживаются за первые минуты до землетрясений даже небольшой интенсивности на удалениях до 10 тыс. км. Было сделано предположение об универсальности процессов генерации импульсных предвестников и принципиальной возможности краткосрочного (за несколько минут) предупреждения о приближающемся землетрясении. В представленной статье исследована возможность появления ультранизкочастотных импульсов, предваряющих сейсмические события с магнитудами M ⩾ 5.0, по данным сети индукционных магнитометров на Дальнем Востоке. На записях этих высокочувствительных магнитометров постоянно встречаются импульсные возмущения, некоторые из которых наблюдаются синхронно на нескольких станциях, что исключает влияние локальных помех. Спектральный максимум порядка 7–8 Гц осцилляторной структуры, проявляющейся во многих им- пульсах, соответствует фундаментальной частоте Шумановского резонатора. Сопоставление магнитных наблюдений с данными сети регистрации молний WWLLN (World Wide Lightning Location Network) показало, что часть импульсов вызвана грозовыми разрядами в 650-километровой окрестности магнитной станции. Несмотря на то, что некоторые из импульсов наблюдаются непосредственно перед землетрясениями, говорить об их связи с сейсмической активностью с уверенностью нельзя. Подсчёт числа импульсов в пятиминутном интервале до и после сейсмического толчка показывает, что они распределены относительно момента землетрясения случайным образом. Видимо, импульсы преимущественно обусловлены ионосферным откликом на дальний грозовой разряд.
Список литературы: Белов С.В., Мигунов Н.И., Соболев Г.А. Магнитный эффект сильных землетрясений на Камчатке // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. T. 14, № 3. C.380–382.

Гохберг М.Б., Крылов С.М., Левшенко В.Т. Электромагнитное поле очага землетрясения // Докл.АН СССР. 1989. Т. 308, № 1. С.62–65.

Гошджанов М.Б., Муханов М.Б., Пилипенко В.А. Импульсные возмущения ионосферы, вызван- ные грозовой и сейсмической активностью // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. T. 31, № 6. C.1064–1069.

Гульельми А.В., Левшенко В.Т. Электромагнитные сигналы от землетрясений // Физика Земли. 1994. № 5. C.65–70.

Гульельми А.В., Левшенко В.Т. Электромагнитный импульс из очага землетрясения // Доклады РАН. 1996. T. 349, № 5. C.676–678.

Гульельми А.В., Левшенко В.Т. Электромагнитный сигнал из очага землетрясения // Физика Земли. 1997. № 9. C.22–30.

Довбня Б.В. Об эффектах землетрясений в геомагнитных пульсациях и их возможной природе // Геофизический журнал. 2011. Т. 33, № 1. С.72–79.

Довбня Б.В. Электромагнитные предвестники землетрясений и их повторяемость // Геофизический журнал. 2014. Т. 36, № 3. С.160–165. doi: 10.24028/gzh.02033100.v36i3.2014.116069

Довбня Б.В. О результатах дистанционного наблюдения импульсных ультранизкочастотных электромагнитных сигналов, обнаруживаемых за минуты до землетрясения //

Жизнь Земли. 2021. Т. 43, № 3. С.304–313. DOI: 10.29003/m2435.0514-7468.2020_43_3/304-313

Довбня Б.В., Зотов О.Д., Мострюков А.О., Щепетнов Р.В. Электромагнитные сигналы во временной окрестности землетрясений // Физика Земли. 2006. № 8. C.60–65.

Довбня Б.В., Зотов О.Д., Щепетнов Р.В. Связь УНЧ электромагнитных волн с землетрясениями и антропогенными воздействиями // Геофизические исследования. 2008. Т. 9, № 4. C.69–80.

Довбня Б.В., Пашинин А.Ю., Рахматулин Р.А. Краткосрочные электромагнитные предвестники землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. 2019. T. 10. C.731–740.

Костерин Н.А., Пилипенко В.А., Дмитриев Э.М. О глобальных ультранизкочастотных электро- магнитных сигналах перед землетрясениями // Геофизические исследования. 2015. Т. 16, № 1. С.24–34.

Малышков Ю.П., Джумабаев К.Б. Прогнозирование землетрясений по параметрам естествен- ного импульсного электромагнитного поля Земли // Вулканология и сейсмология. 1987. № 1. С.97–103.

Марчук Р.А., Потапов А.С., Мишин В.В. Синхронные глобально наблюдаемые ультракоротко- периодные импульсы // Солнечно-земная физика. 2022. Т. 8, № 2. С.52–60.

Bleier T., Dunson C., Maniscalco M., Bryant N., Bambery R., Freund F. Investigation of ULF magnetic pulsations, air conductivity changes, and infrared signatures associated with the 30 October Alum Rock M5.4 earthquake // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V. 9. P.585–603.

Bleier T., Dunson C., Alvarez C., Freund F., Dahlgren R. Correlation of pre-earthquake electromagnetic signals with laboratory and field rock experiments // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2010. V. 10. P.1965–1975. DOI: 10.5194/nhess-10-1965-2010

Bortnik J., Bleier T.E., Dunson C., Freund F. Estimating the seismotelluric current required for ob- servable electromagnetic ground signals // Annales Geophysicae. 2010. V. 28. P.1615–1624. doi: 10.5194/angeo-28-1615-2010

Fedorov E., Mazur N., Pilipenko V., Baddeley L. Modeling the high-latitude ground response to the exci- tation of the ionospheric MHD modes by atmospheric electric discharge // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2016. V. 121. P.11282–11301. doi: 10.1002/2016JA023354

Freund F.T., Heraud J.A., Centa V.A., Scoville J. Mechanism of unipolar electromagnetic pulse semitted from the hypocenters of impending earthquakes // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2021. V. 230. P.47–65. doi: 10.1140/epjst/e2020-000244-4

Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2010. V. 72. P.376–381. doi: 10.1016/j.jastp.2009.12.004

Hattori K. ULF Geomagnetic changes associated with large earthquakes // Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences. 2004. V. 15, N 3. P.329–360.

Hayakawa M., Molchanov O.A. Seismo Electromagnetics: Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere Cou- pling. Tokyo: Terra Scientific Publishing, 2002. 477 p.

Hayakawa M., Schekotov A., Potirakis S.M., Eftaxias K., Li Q., Asano T. Earthquake Prediction Stud- ies: Seismo Electromagnetics / Ed. M. Hayakawa. Tokyo: Terra Scientific Publishing, 2013. 168 p.

Hayakawa M., Yamauchi H., Ohtani N., Ohta M., Tosa S., Asano T., Schekotov A., Izutsu J., Poti- rakis S.M., Eftaxias K. Electromagnetic phenomena associated with earthquakes / Ed. M. Haya- kawa. Trivandrum, India: Transworld Research Network, 2009. 279 p.

Iyemori T., Kamei T., Tanaka Y., Takeda M., Hashimoto T., Araki T., Okamoto T., Watanabe K., Sumi- tom N., Oshiman N. Co-seismic geomagnetic variations observed at the 1995 Hyogoken-Nanbu earthquake // J. Geomag. Geoelectr. 1996. V. 48. P.1059–1070.

Kappler K.N. A data variance technique for automated despiking of magnetotelluric data with a re- mote reference // Geophys. Prospect. 2012. V. 60. P.179–191. DOI: https://doi.org/10.1111/ j.1365-2478.2011.00965.x

Kappler K.N., Schneider D.D., MacLean L.S., Bleier T.E., Lemon J.J. An algorithmic frame work for investigating the temporal relation ship of magnetic field pulse sand earthquakes applied to Cali- fornia // Computers and Geosciences. 2019. V. 133, 104317. 10 p. doi: 10.1016/j.cageo.

2019.104317

Lockner D.A., Johnston M.J.S., Byerlee J. A mechanism to explain the generation of earthquake lights // Nature. 1983. V. 302. P.28–33.

Masci F., Thomas J.N. Are there new findings in the search for ULF magnetic precursors to earth- quakes? // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. P.10289–10304.

Mazur N.G., Fedorov E.N., Pilipenko V.A., Vakhnina V.V. ULF electromagnetic field in the upper io- nosphere excited by lightning // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2018. V. 123. P.6692–6702. doi: 10.1029/2018JA025622

Molchanov O.A., Kopytenko Yu.A., Voronov P.M., Kopytenko E.A., Matiashvili T.G., Fraser- Smith A.C., Bernardy A. Results of ULF magnetic field measurements near the epicenters of the Spitak (MS=6.9) and the Loma-Prieta (MS=7.1) earthquakes: Comparative analysis // Geophysical Research Letters. 1992. V. 19. P.1495–1498.

Nickolaenko A.P., Hayakawa M. Resonances in the Earth-ionosphere cavity. Dordrecht, Boston, Lon- don: Kluwer Academic Publishers, 2002. 391 p.

Park S.K., Johnston M.J.S., Madden T.R., Morgan F.D., Morrison H.F. Electromagnetic precursors to earthquakes in the ULF band – A Review of observations and mechanisms // Reviews of Geo- physics. 1993. V. 31. P.117–132.

Pulinets S., Davidenko D. Ionospheric precursors of earthquakes and Global Electric Circuit // Adv.

Space Res. 2014. V. 53. P.709–723. doi: 10.1016/j.asr.2013.12.035

Schekotov A., Molchanov O., Hattori K., Fedorov E., Gladyshev V.A., Belyaev G.G., Chebrov V., Si- nitsin V., Gordeev E., Hayakawa M. Seismo-ionospheric depression of the ULF geomagnetic fluc- tuations at Kamchatka and Japan // Physics and Chemistry of the Earth. 2006. V. 31. P.313–318. https://doi.org/10.1016/j.pce.2006.02.043

Schekotov A., Chebrov D., Hayakawa M., Belyaev G., Berseneva N. Short-term earthquake prediction in Kamchatka using low-frequency magnetic fields // Natural Hazards. 2020. V. 100. P.735–755. doi:10.1007/s11069-019-03839-2

Shiokawa K., Katoh Y., Hamaguchi Y., Yamamoto Y., Adachi T., Ozaki M., Oyama S.-I., Nosé M., Na- gatsuma T., Tanaka Y., Otsuka Y., Miyoshi Y., Kataoka R., Takagi Y., Takeshita Y., Shinbori A., Kurita S., Hori T., Nishitani N., Shinohara I., Tsuchiya F., Obana Y., Suzuki S., Takahashi N., Se- ki K., Kadokura A., Hosokawa K., Ogawa Y., Connors M., Ruohoniemi J.M., Engebretson M., Tu- runen E., Ulich T., Manninen J., Raita T., Kero A., Oksanen A., Back M., Kauristie K., Matta- nen J., Baishev D., Kurkin V., Oinats A., Pashinin A., Vasilyev R., Rakhmatulin R., Bristow W., Karjala M. Ground-based instruments of the PWING project to investigate dynamics of the inner magnetosphere at subauroral latitudes as a part of the ERG-ground coordinated observation net- work // Earth, Planets and Space. 2017. V. 69. P.1–21. doi: 10.1186/s40623-017-0745-9

Surkov V.V., Pilipenko V.A. Magnetic effects due to earthquakes and underground explosions: a re- view // Annals of Geophysics. 1997. V. 40, N 2. P.227–239.

Surkov V.V., Pilipenko V.A., Sinha A.K. Possible mechanisms of co-seismicelectromagnetic effect // Acta Geodaetica et Geophysica. 2018. V. 53. P.157–170. doi: 10.1007/s40328-018-0211-6

Thomas J.N., Love J.J., Johnston M.J. On the reported magnetic precursor of the 1989 Loma Prieta earthquake // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2009. V. 173. P.207–215.

Tsutsui M. Identification of earthquake epicenter from measurements of electromagnetic pulses in the Earth // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32, L20303. 5 p. doi: 10.1029/2005GL023691

Wright J.R. Possiblequake-related, pre-seismic impulses near 10 and 15 Hz that were not recorded by a 1 Hz seismometer // New Conceptsin Global Tectonics. 2021. V. 9, N 2. 10 p.

Yagova N.V., Sinha A.K., Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Holzworth R., Vichare G. ULF electromag- netic noise from regional lightning activity: Model and observations // J. Atmospheric Solar- Terrestrial Physics. 2019. V. 182. P.223–228. doi: 10.1016/j.jastp.2018.12.005