Геофизические процессы и биосфера: статья

ВАРИАЦИИ ГЕОМАГНИТНЫХ И ТЕЛЛУРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В СЕВЕРО-ЗАПАДНЫХ РЕГИОНАХ РОССИИ ПРИ ВОЗМУЩЕНИЯХ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ: CВЯЗЬ С ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ И ИНДУЦИРОВАННЫМИ ТОКАМИ В ЛЭП
Е.Ю. СОКОЛОВА1
О.В. КОЗЫРЕВА1
В.А. ПИЛИПЕНКО1,2
Я.А. САХАРОВ3
Д.В. ЕПИШКИН4
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Геофизический центр РАН
3 Полярный геофизический институт
4 Геофизическая компания ООО «Северо-Запад»
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 18
Номер: 4
Год: 2019
Страницы: 66-85
УДК: 550.385.4; 550.372
DOI: 10.21455/GPB2019.4-7
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: космическая погода, геомагнитные бури и суббури, теллурические поля, геомагнитно-индуцированные токи, магнитотеллурический импеданс, геоэлектрические неоднородности земной коры, Фенноскандинавский щит
Аннотация: Представлены результаты изучения временно́й и пространственной изменчивости геомагнитного и теллурического полей на территории центральной и восточной части Фенноскандинавского щита во время возмущений космической погоды. Данные сети геомагнитных наблюдений IMAGE анализируются совместно с результатами измерений геомагнитно-индуцированных токов (ГИТ) в близлежащих линиях электропередач Кольского полуострова и Карелии и синтетическими теллурическими полями. Для синтеза теллурических полей по наблюденным геомагнитным вариациям использовались оценки магнитотеллурических импедансов площадного электромагнитного зондирования Фенноскандии BEAR. Сравнение спектрального состава геомагнитных, теллурических и ГИТ вариаций в ряде пунктов для различных событий космической погоды показало, что обычно используемая как мера ГИТ-возмущений производная геомагнитного поля по времени (dB/dt) контролирует спектральный состав ГИТ не полностью. Анализируемые теллурические поля и наблюденные ГИТ проявляют существенную зависимость от индукционного отклика проводящей Земли, характер которого сильно меняется в различных структурно-геологических доменах Фенноскандинавского щита. Пространственные вариации теллурического поля и ГИТ региона, обусловленные неоднородностями его глубинной геоэлектрической структуры, накладываются на закономерный тренд снижения их амплитуд при удалении от авроральных широт. На основе данных магнитотеллурических зондирований для ряда областей получены оценки экстремальных величин теллурических полей во время геомагнитных бурь и суббурь, что является ключевой информацией для прогнозирования ГИТ в региональных линиях электропередач.
Список литературы: Белаховский В.Б., Пилипенко В.А., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н. Характеристики вариабильности геомагнитного поля для изучения воздействия магнитных бурь и суббурь на электроэнергетические системы // Физика Земли. 2018. № 1. С. 46-68.

Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Науч. мир, 2009. 570 с.

Варенцов И.М., Соколова Е.Ю., Мартанус Е.Р., Наливайко К.В. Методика построения передаточных операторов ЭМ-поля для массива синхронных зондирований BEAR // Физика Земли. 2003. № 2. С. 30-50.

Глубинное строение и сейсмичность Карело-Кольского региона и его обрамления / Ред. Н.В. Шаров. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2004. 365 с.

Жамалетдинов А.А., Колесников В.Е., Скороходов А.А., Шевцов А.Н., Нилов М.Ю., Рязанцев П.А., Шаров Н.В., Бируля М.А., Киряков И.А. Результаты электропрофилирования на постоянном токе в комплексе с АМТЗ по профилю, пересекающему Ладожскую аномалию // Тр. КарНЦ РАН. 2018. № 2. С. 91-110.

Епишкин Д.В. Развитие методов обработки данных магнитотеллурического зондирования // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2016. № 4. С. 40-46.

Клейменова Н.Г., Козырева О.В. Магнитные бури и инфаркты: Всегда ли бури опасны // Геофизические процессы и биосфера. 2008. Т. 7, № 3. С. 5-24.

Ковтун А.А. Строение коры и верхней мантии на северо-западе Восточно-Европейской платформы по данным магнитотеллурических зондировaний. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 284 с.

Куликов В.С., Светов С.А., Слабунов А.И., Куликова В.В., Полин А.К., Голубев А.И., Горьковец В.Я., Иващенко В.И., Гоголев М.А. Геологическая карта Юго-Восточной Фенноскандии (масштаб 1:750 000): Новый подход к составлению карты // Тр. КарНЦ РАН. 2016. № 2. С. 3-41. https://doi.org/10.17076/geo444

Минц М.В., Соколова Е.Ю. и рабочая группа LADOGA. Объемная модель глубинного строения Свекофеннского аккреционного орогена по данным МОВ-ОГТ, МТЗ и плотностного моделирования // Тр. КарНЦ РАН. Сер. Геология докембрия. 2018. № 2. С. 34-61. https://doi.org/10.17076/geo656

Рокитянский И.И., Соколова Е.Ю., Терешин А.В., Яковлев А.Г. и рабочая группа LADOGA. Аномалии электропроводности в зонах сочленения архейских и протерозойских геоблоков Украинского и Балтийского щитов // Геофиз. журн. 2018. Т. 40, № 5. С. 209-244. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i5.2018.147490

Сахаров Я.А., Данилин А.Н., Остафийчук Р.М. Регистрация ГИЦ в энергосистемах Кольского полуострова // Труды 7-го Междунар. симп. по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, г. Санкт-Петербург, 26-29 июня 2007 г. СПб., 2007. C. 291-293.

Сахаров Я.А., Кудряшова Н.В., Данилин А.Н., Кокин С.М., Шабалин А.Н., Пирьола Р. Влияние геомагнитны возмущений на работу железнодорожной автоматики // Вестн. МИИТа. 2009. Вып. 21. С. 107-111.

Соколова Е.Ю., Голубцова Н.С., Ковтун А.А., Куликов В.А, Лозовский И.Н., Пушкарев П.Ю., Рокитянский И.И., Таран Я.В., Яковлев А.Г. Результаты синхронных магнитотеллурических и магнитовариационных зондирований в районе Ладожской аномалии электропроводности // Геофизика. 2016. № 1. C. 48-64.

Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Лхамдондог А.Д., Гусев Ю.П. Геоиндуцированные токи и космическая погода: Pi3 пульсации и экстремальные значения производных во времени горизонтальных компонент геомагнитного поля // Физика Земли. 2018. № 5. С. 89-103.

Alekseev D., Kuvshinov A., Palshin N. Compilation of 3D global conductivity model of the Earth for space weather applications // Earth, Planets, Space. 2015. V. 67 (108). https://doi.org/10.1186/s40623-015-0272-5

Allen J., Frank L., Sauer H., Reiff P. Effects of the March 1989 solar activity // EOS Trans. AGU. 1989. V. 70 (46). P. 1486-1488.

Cannon P., Barclay L., Curry C., Dyer C., Edwads R., Greene G., Hapgood M., Horne RB., Jackson D., Mitchell CN., Owen J., Richards A., Rogers C., Ryden K., Saunders S., Sweeting M., Tanner R., Thomson A., Underwood C. Extreme space weather: Impacts on engineered systems and infrastructure // Roy. Acad. Eng. London, UK, 2013. Р. 1-68.

Dimmock P., Rosenqvist L., Hall J.O., Viljanen A., Yordanova E., Honkonen I., André M., Sjöberg E.C. The GIC and geomagnetic response over Fennoscandia to the 7-8 September 2017 Geomagnetic Storm // Space Weather. 2019. V. 17, is. 7. P. 989-101.

Engels M., Korja T. and BEAR working group. Multisheet modelling of the electrical conductivity structure in the Fennoscandian Shield // Earth, Planets and Space. 2002. V. 54. P. 559-573. https://doi.org/10.1186/BF03353045

Ernst T., Sokolova E.Yu., Varentsov Iv.M., Golubev N.G. Comparison of two MT-data processing techniques using synthetic data sets // Acta Geophys. Pol. 2001. V. 49, N 2. P. 213-243.

Eroshenko E.A., Belov A.V., Boteler D., Gaidash S.P., Lobkov S.L., Pirjola R., Trichtchenko L. Effects of strong geomagnetic storms on Northern railways in Russia // Advances in Space Res. 2010. N 46. P. 1102-1110.

Forbes K.F., Cyr O.C.St. Space weather and the electricity market // Space Weather. 2004. N 2. P. S10003.

Ivannikova E., Kruglyakov M., Kuvshinov A., Rastätter L., Pulkkinen A. Regional 3D-modeling of ground electromagnetic field due to realistic geomagnetic disturbances // Space Weather. 2018. V. 16 (5). P. 476-500. https://doi.org/10.1002/2017SW001793

Kelbert A., Balch C.C., Pulkkinen A., Egbert G.D., Love J.J., Rigler E.J., Fujii I. Methodology for time-domain estimation of storm time geoelectric field using the 3-D magnetotelluric response tensors // Space Weather. 2017. V. 15 (7). P. 874-894. https://doi.org/10.1002/2017SW001594

Kelly G.S., Viljanen A., Beggan C., Thomson A.W.P. Understanding GIC in the UK and French high-voltage transmission systems during severe magnetic storms // Space Weather. 2017. V. 15, is. 1. P. 99-114. https://doi.org/10.1002/2016SW001469

Knipp D.J. Synthesis of geomagnetically induced currents: Commentary and research // Space Weather. 2015. N 13. P. 727-729.

Korja T., Engels M., Zhamaletdinov A.A., Kovtun A.A., Palshin N.A., Smirnov M.Yu., Tokarev A.D., Asming V.E., Vanyan L.L., Vardaniants I.L. and the BEAR Working Group. Crustal conductivity in Fennoscandia - a compilation of a database on crustal conductance in the Fennoscandian Shield // Earth, Planets, Space. 2002. N 54. P. 535-558. https://doi.org/10.1186/BF03353044

Kozyreva O.V., Pilipenko V.A., Belakhovsky V.B., Sakharov Ya.A. Groung geomagnetic field and GIC response to March 17, 2015 storm // Earth, Planets and Space. 2018. V. 70(157). https://doi.org/10.1186/s40623-018-0933-2

Lanzerotti L.J. Space weather effects on technologies // Space Weather. Geophys. Monogr. Ser. AGU. 2001. V. 125. P. 11-22.

Love J.J., Pulkkinen A., Bedrosian P.A., Jonas S., Kelbert A., Rigler E.J., Finn C.A., Balch C.C., Rutledge R., Waggel R.M., Sabata A.T., Kozyra J.U., Black C.E. Geoelectric hazard maps for the continental United States // Geophys. Res. Let. 2016. V. 4. P. 9415-942. https://doi.org/10.1002/2016GL070469

Lucas G.M., Love J.J., Kelbert A. Calculation of voltages in electric power transmission lines during historic geomagnetic storms: An investigation using realistic earth impedances // Space Weather. 2018. V. 16. Р. 185-195. https://doi.org/10.1002/2017SW001779

Pellinen R.J., Heikkila W.J. Inductive electric fields in the magnetotail and their relation to auroral and substorm phenomena // Space Sci. Rev. 1984. V. 37. P. 1-61.

Pirjola R., Kauristie K., Lappalainen H., Viljanen A., Pulkkinen A. Space weather risk // Space Weather. 2005. V. 3. P. S02A02.

Pulkkinen A., Pirjola R., Boteler D., Viljanen A., Yegorov I. Modelling of space weather effects on pipelines // J. Appl. Geophys. 2001. V. 48. Р. 233-256. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(01)00109-4

Pulkkinen A., Bernabeu E., Thomson A., Viljanen A., Pirjola R., Boteler D., Eichner J., Cilliers P.J., Welling D., Savani N.P., Weigel R.S., Love J.J., Balch Ch., Ngwira C.M., Crowley G., Schultz A., Kataoka R., Anderson B., Fugate D., Simpson J.J., MacAlester M. Geomagnetically induced currents: Science, engineering and applications readiness // Space Weather. 2015. N 15. P. 828-856.

Pulkkinen A., Lindahl S., Viljanen A., Pirjola R. Geomagnetic storm of 29-31 October 2003: Geomagnetically induced currents and their relation to problems in the Swedish high-voltage power transmission system // Space Weather. 2005. N 3. P. S08C03. https://doi.org/10.1029/2004SW000123

Pulkkinen A., Bernabeu E., Thomson A., Viljanen A., Pirjola R., Boteler D., Eichner J., Cilliers P.J., Welling D., Savani N.P., Weigel R.S., Love J., Balch Ch., Ngwira C.M., Crowley G., Schultz A., Kataoka R., Anderson B., Fugate D., Simpson J.J., MacAlester M. Geomagnetically induced currents: Science, engineering and applications readiness // Space Weather. 2017. N 15. Р. 828-850.

Puthe C., Kuvshinov A. Towards quantitative assessment of the hazard from space weather: Global 3D-modellings of the electric field induced by a realistic geomagnetic storm // Earth, Planets and Space. 2013. V. 65. P. 1017-1025.

Sokolova E.Yu., Varentsov I.M. and BEAR working group. Deep array electromagnetic sounding on the Baltic Shield: External excitation model and implications for upper mantle conductivity studies // Tectonophysics. 2007. V. 445. P. 3-25.

Torta J.M., Marsal S., Quintana M. Assessing the hazard from geomagnetically induced currents to the entire high-voltage power network in Spain // Earth Planets Space. 2014. V. 66, N 87. https://doi.org/10.1186/1880-5981-66-87.

Torta J.M., Marcuello A., Campanyà J., Marsal S., Queralt P., Ledo J. Improving the modeling of geomagnetically induced currents in Spain // Space Weather. 2017. N 15. https://doi.org/10.1002/ 2017SW001628

Vakhnina V.V., Kuvshinov A.A., Shapovalov V.A., Chernenko A.N., Kretov D.A. The development of models for assessment of the geomagnetically induced currents impact on electric power grids during geomagnetic storms // Advan. in Electr. and Comp. Eng. 2015. N 15. P. 49-54.

Viljanen A. The relation between geomagnetic variations and their time derivatives and implications for estimation of induction risks // Geophys. Res. Let. 1997. V. 24. P. 631-634.

Viljanen A., Nevalinnna H., Pajunpaa K., Pulkkinen A. Time derivative of the geomagnetic field as an activity indicator // Ann. Geophys. 2001. N 19. P. 1107-1118.

Yermolaev Yu.I., Yermolaev M.Yu., Zastenker G.N., Zelenyi L.M., Petrukovich A.A., Sauvaud J.-A. Statistical studies of geomagnetic storm dependencies on solar and interplanetary events: A review // Planet. Space Sci. 2005. V. 53. Р. 189-196.