33 км) землетрясений, по-видимому связанное с различными механизмами передачи части энергии подготовки землетрясения от области подготовки в ионосферу.
2. Показано, что вероятность наблюдений-рассеяния, характеризующего турбулизацию ионосферной плазмы в спорадических слоях, возрастает за 1−3 суток до землетрясений с магнитудами М>5,5, причем эффект имеет место для глубоких землетрясений.
3. Показано, что величина коэффициента полупрозрачности, характеризующего присутствие мелкомасштабных (метры и десятки метров) плазменных неоднородностей в спорадическом слое Es, увеличивается за 1−4 суток перед коровыми землетрясениями.
4. Выявлена активизация /^-рассеяния, характеризующего турбулизацию ионосферной плазмы в F-слое, за 1−3 суток перед землетрясениями. Радиус проявления эффекта для землетрясений с магнитудами М>4,5 достигает 300 км.
5. Выявлена активизация возмущений длительностью 2−3 часа в огибающей шумового низкочастотного электромагнитного поля, измеренного в пещере у поверхности Земли, за 1−2 суток перед землетрясениями.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на конференции в
ОИФЗ РАН, в Москве, в 1997 г.- на 22-й Ассамблее EGS в Вене, Австрия, в 1997 г.- на семинаре, посвященном космическим исследованиям, в Гессене, Германия, в 1999- на международном семинаре по электромагнетизму в Токио, Япония, в 2000 г.- на 26-й Ассамблее EGS в Ницце, Франция, 2001 г.
Публикации
Результаты, изложенные в диссертации, содержатся в 9 статьях и 7 тезисах. Работы автора приведены в диссертации в списке литературы (№ 31, 32, 33, 37, 38, 50, 74, 75, 76, 78, 80, 81, 87, 92, 93, 94).
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем 98 страниц, 24 рисунка, 7 таблиц, библиография из 99 наименований.
4.3. Выводы по главе 4.
1. Выявлена активизация возмущений длительностью 2−3 часа в огибающей шумового низкочастотного электромагнитного поля, измеренного в пещере близ поверхности Земли, за 1−2 суток перед землетрясениями с магнитудами от 3.8 до 4.5. Эффект имеет место как в ночное, так и в дневное время.
2. Сопоставление результатов анализа данных измерений шумового низкочастотного электромагнитного поля и данных вертикального зондирования ионосферы в сейсмоактивных регионах позволяет сделать вывод об интенсификации электромагнитных и ионосферных процессов длительностью 2−3 часа за несколько десятков часов перед землетрясениями. Анализ этих данных позволяет подтвердить гипотезу о возможном механизме сейсмоионосферной связи, согласно которому источником 2−3 часовых возмущений являются длиннопериодные сейсмогравитационные колебания. Эти колебания вызывают активизацию как электромагнитных процессов, связанных с усиленным трещинообразованием, пьезоэффектами, так и активизацию колебаний давления в приземном слое атмосферы. В результате в атмосфере происходит генерация акустико-гравитационных волн с периодами от нескольких минут до нескольких часов, с длительностью сеансов, составляющей 2−3 часа, распространяющихся до ионосферных высот и обусловливающих появление возмущений в ионосфере.
.
Проведённые исследования эффектов перед землетрясениями в спорадических слоях Es и области F2 ионосферы позволяют сделать следующие выводы:
1. На основе анализа критической частоты /ъЕ3 перед землетрясениями с магнитудами М>5,5, показано, что среднее значение fJEs уменьшается в течение 2-х дней, а не одного, как было обнаружено ранее для более слабых землетрясений с магнитудами 5<М<5,5. Анализ эффекта утреннего понижения частоты/JF.2 показал, что среднее утреннее значение f (yF2 также уменьшается в течение двух дней перед землетрясениями с магнитудой М> 5,5.
2. Проведен анализ коэффициента полупрозрачности £3-слоя за несколько суток до землетрясений. Выявлено, что коэффициент полупрозрачности, зависящий от присутствия мелкомасштабных (метры и десятки метров) плазменных неоднородностей в спорадическом слое Es, увеличивается за 1−4 суток перед коровыми землетрясениями, перед глубокими землетрясениями этот эффект не наблюдается.
3. На основе исследования временного хода частоты fmin для 8 (из 10) землетрясений с магнитудами свыше 6 обнаружено повышение этой характерной частоты за 1−3 дня перед землетрясениями на расстояниях менее 300 км от станции вертикального зондирования.
4. Проведено исследование эффекта-рассеяния за 6 лет по станции Душанбе. Обнаружено, что в годы минимума 11-летнего цикла солнечной активности-рассеяние может наблюдаться при более высоких значениях критической частоты /ъЕ5, чем в годы максимума. Характерное время непрерывного наблюдения Es рассеяния обычно составляет несколько минут.
Исследование Д—рассеяние в сейсмоактивное время по станции Душанбе показало, что число наблюдений £5-рассеяния возрастает за 13 суток до землетрясений с магнитудами М>5,5, причем эффект имеет место для глубоких землетрясений.
5. На основе часовых данных станции Токио за 13 лет проведено исследование эффекта F-рассеяния, характеризующего турбулизацию в F-области ионосферы. Выявлена активизация F-рассеяния за 1−3 суток перед землетрясениями с магнитудами М>4,5, находящимися на расстояниях Ж300 км.
6. Выявлена активизация возмущений в ходе огибающей шумового низкочастотного электромагнитного поля, измеренного в пещере у поверхности Земли длительностью 2−3 ч за 1−2 суток перед землетрясениями с магнитудами от 3,8 до 4,5.
Сопоставление результатов анализа данных измерений шумового низкочастотного электромагнитного поля и данных вертикального зондирования ионосферы в сейсмоактивных регионах позволяет сделать вывод об интенсификации электромагнитных и ионосферных процессов длительностью 2−3 ч за несколько десятков часов до землетрясений.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы д.ф.-м.н. В. А Липеровскому за постоянную помощь и поддержку. Автор также выражает глубокую благодарность проф. О. А. Похотелову и д.ф.-м.н. Н. Г. Клейменовой за полезные рекомендации и обсуждение работы.
1. Алъперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1967. 563 с.
2. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
3. Гайворонская Т. В., Зеленова Т. Н. Влияние сейсмической активности на критические частоты fJFl слоя F2 // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1990. № 9. С. 52−55.
4. Гармаш С. В., Линьков Е. М., Петрова Л. Н., Швед Г. М. Возбуждение колебаний атмосферы сейсмогравитационными колебаниями Земли // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25, № 12. С.1290−1299.
5. Гелъберг М. Г. Взаимосвязь между крупномасштабными и мелкомасштабными неоднородностями в области F2 высокоширотной ионосферы// в кн.: Структура магнитно-ионосферных и авроральных возмущений. JL: Наука. 1977. С. 58−66.
6. Гершман Б. Н. Динамика ионосферной плазмы. М.: Наука, 1974. 256 с.
7. Гершман Б. Н., Казимировский Э. С., Кокоуров В Д., Чернобровкина Н. А. Явление F-рассеяния в ионосфере. М.: Наука, 1984. 144 с.
8. Гершман Б. Н., Овезгелъдыев О. Г. Турбулентная диффузия и спорадический слой£// Изв. АН ТССР. Сер. физ.-техн., хим. и геол. наук. 1973. № 4. С. 86−90.
9. Гершман Б. Н., Игнатьев Ю. А., Каменецкая Г. Х. Механизмы образования ионосферного спорадического слоя Es на различных широтах. М.: Наука, 1976. 108 с.
10. Горбунова Т. А., Швед Г. М. Анализ полоупрозрачности слоя Fs как индикатора турбулентности при динамически однородных условиях // Геомагн. аэрон. 1984. Т. 24. С. 30−34.
11. Гохберг М. Б., Гершензон Н. И., Гуфелъд И. Л., Кустов А. В., Липеровский В. А., Хусамиддинов С. С. О возможных эффектах воздействия электрических полей сейсмического происхождения на ионосферу // Геомагн. аэрон. 1984. Т. 24, № 2. С. 217−225.
12. Гохберг М. Б., Некрасов А. К., Шалимов С. Л. О влиянии нестабильного выхода парниковых газов в сейсмчески активном регионе на ионосферу // Физика Земли. 1996. Т. 8. С. 52−55.
13. Гохберг М. Б., Шалимов С. Л. Литосферно-ионосферная связь и ее моделирование // Российский журнал наук о Земле. 2000. Т. 2, № 2. С. 95−108.
14. Григорьев Г. И., Савина О. Н., Сомсиков В. М., Троицкий Б. В. О механизмах генерации акустико-гравитационных волн // Волновые возмущения в атмосфере. Алма-Ата: «Наука» КазССР. 1980. С. 5−15.
15. Гуфельд И. Л., Рожной А. А., Тюменцев С. Н., Шерстюк С. В., Ямполъский B.C. Возмущение радиоволновых полей перед Рудбарским и Рачинским землетрясениями // Изв. РАН. Физика Земли. 1992. № 1. С. 102−106.
16. Гуфельд И. Л., Гусев Г. А., Похотелов О. А. Прогноз даты сильных коровых землетрясений // Докл. АН. 1994. Т. 338, № 6. С. 814−817.
17. Данилов А. Д., Казимировский Э. С., Вергасова Г. В., Хачикян Г. Я. Меторологические эффекты в ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 272 с.
18. Данилов АД. Популярная аэрономия. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 229 с.
19. Дробжев В. И. Экспериментальные доказательства теории внутренних гравитационных волн // Волновые возмущения в атмосфере. Алма-Ата: «Наука» КазССР. 1980. С. 33−49.
20. Ерухимов Л. М., Савина О. Н. О роли мелкомасштабных неоднородностей в формировании радиоотражений от среднеширотного спорадического слоя Е // Ионосферные исследования. М.: Сов. радио, 1980. С. 80−86.
21. Иванов-Холодный Г. С., Михайлов А. В. Прогнозирование состояния ионосферы (детерминированный подход). Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 191 с.
22. Казаков В. В., Краснов В. М., Салихов Н. М., Хусамиддинов С. С. Волновые возмущения электронной концентрации в ионосфере, вызываемые взрывами и землетрясениями.// Волновые возмущения в атмосфере. Алма-Ата: «Наука» КазССР. 1980. С. 65−75.
23. Колоколов Л. Е., Липеровская Е. В., Липеровский В. А., Похотелов О. А., Мараховский А. В., Шалимов СЛ. Резкие расплывания спорадических слоев Е среднеширотной ионосферы в периоды подготовки землетрясений // Известия АН. Физика Земли. 1992. № 7. С. 101−109.
24. Линьков Е. М., Петрова Л. Н., Зурошвили Д. Д. Сейсмогравитационные колебания Земли и связанные с ними возмущения атмосферы // Докл. АН СССР. 1989. Т. 306, № 2. С. 315−317.
25. Линьков Е. М., Петрова Л. Н., Осипов КС. Сейсмогравитационные пульсации Земли и возмущения атмосферы как возможные предвестники сильных землетрясений // Докл. АН СССР. 1990. Т. 313, № 3. С. 239−258.
26. Липеровская Е. В., Похотелов О. А., Олейник М. А., Алимов О. А., Павлова С. С., Хакимова М. Некоторые эффекты в спорадическом слое Е ионосферы перед землетрясениями // Физика Земли. 1994а. № 11. С. 86−88.
27. Липеровская Е. В., Христакис Н., Липеровский В. А., Олейник М. А. Эффекты сейсмической и антропогенной активности в ночном спорадическом £-слое ионосферы // Геомагнетизм и Аэрономия. 19 946. Т. 34, № 3. С. 56−59.
28. Липеровская Е. В., Силина А. С., Сайдшоев А., Липеровский В. А., Майстер К-В., Васильева Н. Э. Об эффекте-рассеяния ночных спорадических слоев // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т. 40, № 1. С. 120−122.
29. Липеровский В. А., Алимов О. А., Шалимов С. Л., Гохберг М. Б., Липеровская Р. Х., Сайдшоев А. Исследование F области ионосферы перед землетрясениями// Известия АН СССР. Физика Земли. 1990. № 12. С. 77−86.
30. Липеровский В. А., Похотелов О. А., Шалимов С. Л. Ионосферные предвестники землетрясений. М.: Наука. 1992. 304 с.
31. Липеровский В. А., Похотелов О. А., Липеровская Е. В., Рубцов Л. Н., Фомичев Ю. П., Сайдшоев А. Закономерности проявления некоторых сейсмоионосферных эффектов// Докл. Академии Наук. 1993. Т. 330, № 3. С. 372−376.
32. Мартыненко С. И., Фукс И. М., Шубова Р. С. Отклик нижней ионосферы на изменение проводимости приземной ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34, № 2. С. 121−129.
33. Медникова Н. В., Зеленова Т. Н. Закономерности F-рассеяния на разных широтах// В кн.: Ионосферные возмущения и их влияние на радиосвязь. М.: Наука. 1971. С. 193−206.
34. Мурадов А., Мухаметназарова А. Количественные характеристики F-рассеяния по данным вертикального зондирования ионосферы // В кн.: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1982. вып. 59. С. 24−28.
35. Овезгелъдыев ОТ. Исследование вариаций tiEs и foEs // Геомагнетизм и аэрономия. 1966. Т. 6. С. 1041−1047.
36. Овезгелъдыев О. Г., Мурадов А. Физика, морфология и механизмы образования явления F-рассеяния в ионосфере // Изв. АН ТССР. Сер. физ. -техн., хим. и геол. наук. 1980. № 5. С. 43−67.
37. Попов КВ., Липеровский В. А., Алимов О. А. Модификация спектров вариаций плотности ночного слоя F2 ионосферы в периоды подготовки землетрясений // Физика Земли. 1996<я. № 1. С. 93−96.
38. Похотелов О. А., Липеровский В. А., Фомичев Ю. П., Рубцов Л. Н., Алимов О. А., Шарадзе 3. Н., Липеровская P. X. Модификация ионосферы во время военных действий в зоне Персидского залива // Докл. АН СССР. 1991. Т. 321, № 6. С. 1168−1172.
39. Пулинец С. А., Лью Й. Я. Ионосферные предвестники землетрясений // Краткосрочный прогноз катастрофических землетрясений с помощьюрадиофизических наземно-космических методов: Докл. конф., Москва, 2−3 окт. 1997 г. М.: ОИФЗ РАН, 1998. С. 26−44.
40. Ратклифф Дж.
в физику ионосферы и магнитосферы. М.: Мир, 1975. 296 с.
41. Ришбет Г., Гарриот O.K.
в физику ионосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 304 с.
42. Руководство по интерпретации и обработке ионограмм. М.: Наука, 1977. 343 с.
43. Фаткуллин М. Н., Васильев КН., Зеленова Г. И., Савина О. Н. Явление F-рассеяния в среднеширотной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25, № 3. С. 388−393.
44. Хакимов Ф. Х., Липеровский В. А., Шалимов С. Л., Алимов О. А., Рубцов Л. Н., Липероеская Р. Х. F-рассеяния в ионосфере сейсмоактивного региона в периоды подготовки землетрясений // Докл. АН Тадж ССР. 1991. Т. 34. № 11. с. 567−570.
45. Чавдаров С. С., Часоеитин Ю. К., Чернышева С. П., Шефтелъ В. М. Среднеширотный спорадический слой Е ионосферы. М.: Наука, 1975. 119 с.
46. Часоеитин Ю. К., Нестеров В. П. Динамические процессы и формирование ночной области Е ионосферы. М.: ИЭМ: Гидрометеоиздат, 1975. 143 с.
47. Шарадзе З. С., Джапаридзе Г. А., Матиашвили Т. Г., Мосашвили Н. В. Сильные землетрясения и связанные с ними возмущения в ионосфере и геомагнитном поле // Известия АН СССР. Физика Земли. 1989. № 1. С. 20−32.
48. Alimov О.А., Gokhberg М.В., Liperovskaya Е. V., Gufeld I.L., Liperovsky V.A., Roubtsov L.N. Anomalous characteristics of the middle latitude Es layer before earthquakes// Phys. Earth and Planet. Inter. 1989. Vol. 57. P. 76−81.
49. Blanc E. Observations in the upper atmosphere of infrasonic waves from natural or artificial sources: A summary// Ann. Geophys. 1985. Vol. 3, No 6. P.673−688.
50. Booker H.G. and Wells H. W. Scattering of Radio Waves by the f-region of the ionosphere // Terr. Mag. Atmos. Elect. 1938. Vol. 43. P. 249.
51. Bowman G.G. Some aspects of sporadic-E at midlatitudes // Planet Space Sci. 1960a. Vol. 2. P. 195.
52. Bowman G.G. Further studies of «spread-F» at Brisbane, I— Experimental // Planet. Space Sci. 19 606. Vol. 2. P. 133.
53. Bowman G.G. Movements of ionospheric irregularities and gravity waves // J. atmos. terr. Phys. 1968. Vol. 30. P. 721.
54. Bowman G.G. The nature of ionospheric spread-F irregularities in mid-latitude regions //J. atmos. terr. Phys. 1981. Vol. 43. N. 1, P. 65−79.
55. Bowman, G. G. Spread-F occurrence in midand low, latitude regions related to various levels of geomagnetic activity // J. atmos. terr. Phys. 1982. Vol. 44. P.585.
56. Bowman G. G. Some aspects of mid-latitude spread Es and its relationship with spread F // Planet, and Space Sci. 1985. Vol. 33, N 9. P. 1081−1089.
57. Fatkullin M. N., Zelenova Т. I., Legenka A. D. On the ionospheric effects of asthenospheric earthquakes// Phys. Earth and Planet. Inter. 1989. Vol. 57, № ½. P. 82−85.
58. Fujinawa Y, Takahashi K. Anomalous VLF surface electric field changes preceding earthquakes // Electromagnetic phenomena related to earthquake prediction. Tokyo: Terra Scientific Publishing Company, 1994. P. 131— 147.
59. Gokhberg M.B., Morgounov V.A., Pokhotelov O.A. Earthquake Prediction: Seismoelectromagnetic Phenomena // Reading-Philadelphia, Gordon and Breach Science Publishers. 1995. 287 p.
60. Hayakawa M. and Fujinawa Y., Eds., Electromagnetic Phenomena Related to earthquake Prediction // Terra Sci-Pub. Co., Tokyo, 678p., 1994.
61. Hayakawa M., Ed. Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with earthquakes // Terra Sci. Pub. Co., Tokyo, 996p., 1999.
62. Liperovskaya E. V, Meister C.-V., Silina A.S., Popov К. V, Liperovsky V. A, Vasil’eva N.E. On some turbulent effects in the ionosphere before earthquakes .//Res. Abstr. 27th General Assembly EGS. Nice, France, 2630 April, 2002 (In press).
63. Liperovsky V.A., Alimov O.A., Liperovskaya E. V, Pochotelov O.A., Parrot M., Meister C.-V. Ionospheric effects of Kayraccum earthquake// Journal of Earthquake Prediction Research. 1998. V. 7. No 3. P. 329−334.
64. Liperovsky V.A., Meister C.-V., Popov К. V, Liperovskaya E. V, Molchanov O.A., Silina A.S. On the time scales of some seismoionospheric effects // Int. Workshop on Seismo-Electromagnetics of NASDA, University of.
65. Electro-Communications, Chofu-City, Tokyo, Japan, 19−22 Sept., 2000c: Progr. and Abstr. P. 178−182.
66. Liperovsky V.A., Pokhotelov O.A., Liperovskaya E.V., Parrot M., Meister C.-V., Alimov A. Modification of sporadic is-layers caused by seismic activity // Surveys in Geophysics. 2000J. Vol. 21. P. 449−486.
67. Liperovsky V.A., Pochotelov O.A., Silina A.S., Biagi P.F., Liperovskaya E.V., Popov К. V. On the time scales some electromagnetic and ionospheric effects of earthquakes // Journal of Earthquake Prediction, 2001. N2. (In press).
68. Maeda K., Badillo V. Equatorial spread-F and tropospheric tropical disturbances //J. Atmos. Sci., 1966. Vol. 23, N. 6. P. 812−815.
69. McClure J.P., Hanson W.B., Hoffman J.H. Plasma Bubbles and irregularities in the equatorial ionosphere// J. Geophys. Res. 1977. Vol. 82, N. 19. P. 2650−2656.
70. Nekrasov A.K., Shalimov S.L., Shukla P.K., Stenflo L. Nonlinear disturbances in the ionosphere due to acoustic gravity waves // J. Atmosph. Terr. Phys. 1995. Vol. 53, N 7. P. 737−741.
71. Ondoh T. Seismo-ionospheric phenomena // Adv. Space Res. 2000. Vol. 26, N. 8. P. 1267−1272.
72. Ossakow S.L. A review of resent results on spread-F theory // In: Wave instabilities space plasmas. Proc. Symp. Helsinki, 1978, P.265−289.
73. Popov К. V, Liperovsky V.A., Meister C.-V. Biagi P.F., Liperovskaya E. V, Silina A.S. On ionospheric precursors of earthquake with scales of 2−3 hours // Adv. Space Res. (In press).
74. Pulinets S.A. Strong earthquake prediction possibility with the help of topside sounding from satellites // Adv. Space Res. 1998. Vol. 21, N. 3. P. 445−458.
75. Pulinets S. A., Legen’kaA. D., Alekseev V.A. Pre-earthquakes ionospheric effects and their possible mechanisms //In Dusty and Dirty Plasmas, Noise and chaos in Space and in Laboratory. New-York: Plenum Publishing, 1994. P. 545−557.
76. Shalimov S.L., Gokhberg M.B. Lithosphere-ionosphere coupling mechanism and its application in the case of June 20, 1990 earthquake in Iran. Interpretation of its ionospheric effects // Journal of Earthquake Prediction Research. 1998a. N. 7. P. 98−111.
77. Silina A.S., Liperovskaya E.V., Liperovsky V.A., Meister C.-V. Ionospheric phenomena before strong earthquakes // Geophys. Res. Abstr. 26th General Assembly EGS. Nice, France, 25−30 March, 2001a.
78. Silina A.S., Liperovskaya E.V., Liperovsky V.A., Meister C.-V. Ionospheric phenomena before strong earthquakes // Natural Hazards and Earth System Sciences. 20 016. Vol l.P.1−6.
79. Takefu M. Bragg scattering of radio waves by ionospheric wavelike irregularities// J. Geomagn. and Geoelectr. 1989a. Vol.41, N8. P. 647 672.
80. Takefu M. Effects of scattering on the partial transparency of sporadic-Zs layers: Part II (including the Earth’s magnetic field) // J. Geomagn. and Geoelectr. 1989b. Vol. 41, N 8. P. 699−726.
81. Warwick J. W., Stoker C., Mayer T.R. Radioemission associated with rock fracture: Possible application to great Chilian earthquake of May 22, 1960 // J. Geophys. Res. 1982. N 4. P. 2851−2859.
82. Whitehead J. D. Recent wort on mid-latitude and equatorial sporadic-^ // J. Atmos. and Terr. Phys. 1989. Vol. 51, N 5. P. 401−424.
83. Wrigt R. W., Koster Y.R., Skinner N. Y. Spread-F layer echoes and radio-star scintillations // J. Atmos. and Terr. Phys. 1956. Vol. 8. P. 240−251.