Влияние акустического резонанса в атмосфере, возбуждаемого землетрясениями и извержениями вулканов, на ионосферу и геомагнитное поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

После сильных землетрясений и извержений вулканов иногда наблюдались геомагнитные колебания с частотами 3.5–4.0 мГц. В данной работе теоретически исследуется возможная причина этих явлений, связанная с вертикальным акустическим резонансом между поверхностью земли и термосферой, возникающим при распространении атмосферной волны, отвечающей акустической ветви, которая генерируется смещениями поверхности земли. В рамках плоскослоистой модели атмосферы и ионосферы с наклонным геомагнитным полем рассматривается распространение двумерной гармонической акустической волны. Высота отражающего атмосферного слоя соответствует области резкого изменения температуры вблизи границы термосферы ∼80–90 км. При этом рассчитанная частота основной моды акустического резонанса близка к частотам наблюдаемых колебаний. Решение этой задачи используется для расчета токов и электромагнитных возмущений в атмосфере и ионосфере. Е-слой ионосферы рассматривается в приближении тонкого слоя. В этом приближении выведены формулы, описывающие геомагнитные возмущения (ГМВ) в ионосфере и на земной поверхности. В спектре ГМВ содержится резкий максимум на частоте, отвечающей акустическому резонансу. Согласно расчетам, вблизи резонансной частоты спектральная мощность ГМВ на земле может достигать значений 5–30 нТл2/Гц, что согласуется с результатами наземных измерений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В.  В.  Сурков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Институт Земного Магнетизма, Ионосферы и Радиоволн РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: surkovvadim@yandex.ru
Россия, Москва; Москва

В.  А.  Пилипенко

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: surkovvadim@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Голицын Г.С., Кляцкин В.И, Колебания земной атмосферы, вызываемые движениями земной поверхности // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1967. Т. 3. № 10. С. 1044–1052.
  2. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. М.: Мир. 1978. 532 с.
  3. Куницын В.Е., Шалимов С.Л. Ультранизкочастотные вариации магнитного поля при распространении в ионосфере акустико-гравитационных волн // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2011. № 5. С. 75
  4. Мартинес-Беденко В.А., Пилипенко В.А., Шиокава К., Акбашев Р.Р. Электромагнитные УНЧ/КНЧ-колебания, вызванные извержением вулкана Тонга // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9. № 1. С. 83–94. doi: 10.12737/szf-84202208
  5. Сорокин В.М., Ященко А.К., Сурков В.В. Генерация геомагнитных возмущений в ионосфере волной цунами // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 2. С. 236–248. doi: 10.1134/S0016794019020135
  6. Ясюкевич Ю.В., Едемский И.К., Перевалова Н.П., Полякова А.С. Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS. Иркутск: изд-во ИГУ. 2013. 259 с.
  7. Astafyeva E., Maletckii B., Mikesell T.D., Munaibari E., Ravanelli M., Coisson P., et al. The 15 January 2022 Hunga Tonga eruption history as inferred from ionospheric observations // Geophys. Res. Letters. 2022. V. 49. e2022GL098827. doi: 10.1029/2022GL098827
  8. Choosakul N., Saito A., Iyemori T., Hashizume M. Excitation of 4-min periodic ionospheric variations following the great Sumatra-Andaman earthquake in 2004 // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. A10313, doi: 10.1029/2008JA013915
  9. Gavrilov B.G., Poklad Y.V., Ryakhovsky I.A., Ermak V.M., Achkasov N.S., Kozakova E.N. Global electromagnetic disturbances caused by the eruption of the Tonga volcano on 15 January 2022 // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2022. V. 127. e2022JD037411. https://doi.org/10.1029/2022JD037411
  10. Harding B.J., Wu Y.-J. J., Alken P., Yamazaki Y., Triplett C.C., Immel T.J., et al. Impacts of the January 2022 Tonga volcanic eruption on the ionospheric dynamo: ICON-MIGHTI and Swarm observations of extreme neutral winds and currents // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. e2022GL098577. doi: 10.1029/2022GL098577
  11. Iyemori T., Nose M., Han D.-S., Gao Y., Hashizume M., Choosakul N., Shinagawa H., Tanaka Y., Utsugi M., Saito A., McCreadie H., Odagi Y., Yang F. Geomagnetic pulsations caused by the Sumatra earthquake on December 26, 2004 // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. L20807, doi: 10.1029/2005GL024083
  12. Iyemori T., Tanaka Y., Odagi Y., Sano Y., Takeda M., Nose M., Utsugi M., Rosales D., Choque E., Ishitsuka J., Yamanaka S., Nakanishi K., Matsumura M., Shinagawa H. Barometric and magnetic observations of vertical acoustic resonance and resultant generation of field-aligned current associated with earthquakes // Earth Planets Space. 2013. V. 65. P. 901–909. doi: 10.5047/eps.2013.02.002
  13. Iyemori T., Nishioka M., Otsuka Y., Shinbori A. A confirmation of vertical acoustic resonance and field aligned current generation just after the 2022 Hunga Tonga Hunga Ha’apai volcanic eruption // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. P. 103, doi: 10.1186/s40623-022-01653-y
  14. Kanamori H., Mori J., Harkrider D.G. Excitation of atmospheric oscillations by volcanic eruptions // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 21947–21961.
  15. Matsumura M., Iyemori T., Tanaka Y., Han D., Nose M., Utsugi M., Oshiman N., Shinagawa H., Odagi Y. Tabata Y. Acoustic resonance between ground and thermosphere // Data Science Journal. 2009. V. 8. P. 68–77. doi: 10.2481/dsj.8.S68
  16. Nishida K., Kobayashi N., Fukao Y., Resonant oscillations between the solid Earth and the atmosphere // Science. 2000. V. 287. P. 2244–2246.
  17. Lognonné, P., Clevede E., Kanamori H., Computation of seismograms and atmospheric oscillations by normal-mode summation for a spherical earth model with realistic atmosphere // Geophys. J. Int. 1998. V. 135. P. 388–406.
  18. Saito A., Tsugawa T., Otsuka Y., Nishioka M., Iyemori T., Matsumura M., Saito S., Chen C.H., Goi Y., Choosakul N. Acoustic resonance and plasma depletion detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake // Earth Planets Space. 2011. V. 63. P. 863–867.
  19. Shinagawa H., Iyemori T., Saito S., Maruyama T. A numerical simulation of ionospheric and atmospheric variations associated with the Sumatora earthquake on December 26, 2004 // Earth Planets Space. 2007. V. 59. P. 1015–1026.
  20. Shinbori A., Otsuka Y., Sori T., Nishioka M., Perwitasari S., Tsuda T., Nishitani N. Electromagnetic conjugacy of ionospheric disturbances after the 2022 Hunga Tonga Hunga Ha′apai volcanic eruption as seen in GNSS TEC and SuperDARN Hokkaido pair of radars observations // Earth, Planets and Space. 2022. V. 74. P. 106. https://doi.org/10.1186/s40623-022-01665-8
  21. Sorokin V.M., Yashchenko A.K., Surkov V.V. Geomagnetic field perturbations resulted from tsunami wave impact on the ionosphere // Progress in Electromagnetics Research B. 2019. V. 85. P. 49–63. doi: 10.2528/PIERB19050201
  22. Tahira M., Acoustic resonance of the atmosphere at 3.7 mHz // J. Atmos. Science. 1995. V. 52. P. 2670–2674.
  23. Themens D.R., Watson C., Žagar N., Vasylkevych S., Elvidge S., McCaffrey A., Prikryl P., Reid B., Wood A., Jayachandran P.T. Global propagation of ionospheric disturbances associated with the 2022 Tonga volcanic eruption // Earth and Space Science Open Archive. 2022. doi: 10.1002/essoar.10510350.1
  24. Yamazaki Y., Soares G., Matzka J. Geomagnetic detection of the atmospheric acoustic resonance at 3.8 mHz during the Hunga Tonga eruption event on 15 January 2022 // J. Geophys. Res. 2022. V. 127. e2022JA030540. https://doi.org/10.1029/2022JA030540
  25. Zettergren M.D., Snively J.B. Ionospheric response to infrasonic-acoustic waves generated by natural hazard events // J. Geophys. Res. 2015. V. 120. P. 8002–8024. https://doi.org/10.1002/2015JA0211-16
  26. Zhang S-R., Vierinen J., Aa E., Goncharenko L.P., Erickson P.J., Rideout W., Coster A.J., Spicher A. Tonga volcanic eruption induced global propagation of ionospheric disturbances via Lamb waves // Front. Astron. Space Science. 2022. V. 9. 871275. doi: 10.3389/fspas.2022.871275

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Плоскослоистая модель среды, включающая следующие слои: E – земля; A – атмосфера; I – тонкий Е-слой ионосферы; M – магнитосфера.

Скачать (286KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Модельная зависимость спектральной мощности горизонтальной компоненты ГМВ на земле от ча-стоты. Графики 1 и 2 построены для волновых чисел и км−1.

Скачать (223KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».