Циркуляция воздушных потоков как возможная причина пресейсмических аномалий приземного электрического поля

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

При наземных измерениях вертикального атмосферного электрического поля Земли иногда наблюдаются “бухтообразные” аномалии, предваряющие некоторые землетрясения. В некоторых случаях эти аномалии даже сопровождались сменой знака поля при спокойных погодных условиях. В качестве возможных причин этого явления обычно указывают на аномальные изменения электропроводности приземного атмосферного слоя, увеличение эмиссии радона из почвы и т.д. В данной работе предлагается другой механизм атмосферных электрических аномалий, связанный с увлечением воздушными потоками заряженных аэрозолей, легких и тяжелых ионов. Образование таких потоков возможно из-за небольших температурных аномалий, наблюдаемых перед некоторыми сейсмическими событиями. Теоретический анализ показывает, что аномально большие электрические вариации возможны даже для слабых воздушных потоков при их длительном воздействии и определенной структуре поля скоростей, которая предполагает вертикальную циркуляцию воздуха и обмен частицами между разными атмосферными слоями. Для этого типа потоков найдено аналитическое решение и получены пространственные распределения атмосферных электрических возмущений. Результаты расчетов и оценок подтверждают, что рассматриваемый механизм позволяет объяснить данные наблюдений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Сурков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН; Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

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

Список литературы

  1. Бузевич А.В., Дружин Г.И., Фирстов П.П., Вершинин Е.Ф., Смирнов С.Э., Филимонов В.И. Геофизические эффекты, предваряющие Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 г. М = 7.7. Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский: изд-во Камчатской Госакадемии рыбопромыслового флота. 1998. С. 177–188.
  2. Голицын Г.С. Методические основы теории турбулентности и морского волнения // Изв. РАН. ФАО. 2001. Т. 37. № 4. С. 438–445.
  3. Гохберг М.Б., Некрасов А.К., Шалимов С.Л. О влиянии нестабильного выхода парниковых газов в сейсмически активном регионе на ионосферу // Физика Земли. 1996. № 8. С. 52–55.
  4. Кожухов С.А., Соловьев С.П. Определение коэффициента турбулентной диффузии продуктов взрыва и пыли перед фронтальной границей всплывающего термика. Физические процессы в геосферах при сильных возмущениях: геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1996. С. 314–320.
  5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Теоретическая физика. Т. 6. 3-е изд., перераб. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат лит. 1986.
  6. Макаров Е.О., Фирстов П.П. Модель некоторых предвестников аномалий в поле подпочвенного радона землетрясений с M ≥ 5.5 на полуострове Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 4(24). С. 133–147. doi: 10.1854/2079-6641-2018-24-4-133-147
  7. Монин А.С. Атмосферная диффузия // УФН. 1959. Вып. 1. С. 119–130.
  8. Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Депуева А.Х., Бузевич А.В., Дружин Г.И., Смирнов С.Э., Фирстов П.П. Вариации различных атмосферно-ионосферных параметров в периоды подготовки землетрясений на Камчатке: предварительные результаты // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42. № 6. С. 805–813.
  9. Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Дружин Г.И., Смирнов С.Э. Электрические и электромагнитные процессы в приземной атмосфере перед землетрясениями на Камчатке // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 6. С. 839–852.
  10. Перцев Н.Н., Шалимов С.Л. Генерация атмосферных гравитационных волн в сейсмически активном регионе и их влияние на ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 2. С. 111–118.
  11. Руленко О.П., Иванов А.В., Шумейко А.В. Краткосрочный атмосферно-электрический предвестник камчатского землетрясения 6 III 1992, М = 6.1 // Докл. РАН. 1992. Т. 326. № 6. С. 980–982.
  12. Руленко О.П. Оперативные предвестники землетрясений в электричестве приземной атмосферы // Вулканология и сейсмология. 2000. № 4. С. 57–68.
  13. Руленко О.П., Марапулец Ю.В., Кузьмин Ю.Д., Солодчук А.А. Совместное возмущение геоакустической эмиссии, радона, торона и атмосферного электрического поля по данным наблюдений на Камчатке // Физика Земли. 2019. № 5. С. 76–81. https://doi.org/10.31857/S0002-33372019576-86
  14. Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрические возмущения в приземном слое атмосферы, обусловленные воздушной ударной волной // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30. № 1. С. 117–121.
  15. Сурков В.В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ. 2000. 448 с.
  16. Сурков В.В., Пилипенко В.А., Силина А.С. Могут ли радиоактивные эманации в сейсмоактивном районе воздействовать на атмосферное электричество и ионосферу? // Физика Земли. 2022. № 3. С. 3–11. doi: 10.31857/S0002333722030097
  17. Тверской П.Н. Курс метеорологии (физика атмосферы). Л.: Гидрометеоиздат. 1962. 700 с.
  18. Astafyeva E. Ionospheric detection of natural hazards // Reviews of Geophysics. 2019. V. 57. P. 1265–1288. https://doi.org/10.1029/2019RG000668
  19. Choudhury A., Guha A., Kumar De B., Roy R. A statistical study on precursory effects of earthquakes observed through the atmospheric vertical electric field in northeast India // Annals of Geophysics. 2013. V. 56. № 3. P. 331–340.
  20. Cigolini C., Laiolo M., Coppola D. The LVD signals during the early-mid stages of the L’Aquila seismic sequence and the radon signature of some aftershocks of moderate magnitude // J. Environ. Radioactivity. 2015. V. 139. P. 56–65. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.09.017
  21. Genzano N., Aliano C., Corrado R., Filizzola C., Lisi M., Mazzeo G., Paciello R., Pergola N., Tramutoli V. RST analysis of MSG-SEVIRI TIR radiances at the time of the Abruzzo 6 April 2009 earthquake // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V. 9. P. 2073–2084.
  22. Giuliani G., Fiorani A. L’Aquila 2009 la mia verità sul terremoto, Castelvecchi Editore. Rome. 2009.
  23. Gokhberg M.B., Nekrasov A.K., Shalimov S.L. A new approach to the problem of the lithosphere-ionosphere coupling before the earthquakes / Hayakawa M., Fujinawa Y. (eds.) Electromagnetic phenomena related to earthquake prediction. Terra Sci. Publ. Co. Tokyo. 1994. P. 619–625.
  24. Hao J., Tang T., Li D. Progress in the research on atmospheric electric field anomaly as an index for short-impending prediction of earthquakes // J. Earthq. Predict. Res. 2000. V. 8. P. 241–255.
  25. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2010. V. 72. P. 376–381.
  26. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Earthquake-cloud coupling through the global atmospheric electric circuit // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. Discuss. 2013. V. 1. P. 7271–7283. doi: 10.5194/nhessd-1-7271-2013
  27. Heki K., Enomoto Y. Preseismic ionospheric electron enhancements revisited // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 6618–6626. doi: 10.1002/jgra.50578
  28. Inan S., Akgül T., Seyis C., Saatçılar R., Baykut S., Ergintav S., Bas M. Geochemical monitoring in the Marmara region (NW Turkey): a search for precursors of seismic activity // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B03401. doi: 10.1029/2007JB005206
  29. Jin S., Occhipinti G., Jin R. GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics // Earth-Sci. Rev. V. 2015. V. 147. P. 54–64.
  30. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.003
  31. Kachakhidze N., Kachakhidze M., Kereselidze Z., Ramishvili G. Specific variations of the atmospheric electric field potential gradient as a possible precursor of Caucasus earthquakes // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V. 9. P. 1221–1226.
  32. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E., Pulinets S.A., Zhao B., Tsidilina M.N. Formation mechanism of great positive TEC disturbances prior to Wenchuan earthquake on May 12, 2008 // J. Adv. Space Res. 2011. V. 48. № 3. P. 488–499. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.03.040
  33. Marapulets Y., Rulenko O. Joint anomalies of high-frequency geoacoustic emission and atmospheric electric field by the ground – atmosphere boundary in a seismically active region (Kamchatka) // Atmosphere. 2019. V. 10. P. 267. doi: 10.3390/atmos10050267
  34. Mareev E.A., Iudin D.I., Molchanov O.A. Mosaic source of internal gravity waves associated with seismic activity / Hayakawa M. (ed.). Seismo-Electromagnetics (Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling). Tokyo: TERRAPUB. 2002. P. 335–342.
  35. Reist P.C. Aerosol science and technology. McGraw-Hill. New York. 1993.
  36. Rulenko O.P. Immediate earthquake precursors in near-ground atmospheric electricity // J. Volcanol. Seismol. 2001. V. 22. P. 435–451.
  37. Silva H.G., Bezzeghoud M., Reis A.H., Rosa R.N., Tlemçani M., Araújo A.A., Serrano C., Borges J.F., Caldeira B., Biagi P.F. Atmospheric electrical field decrease during the M = 4.1 Sousel earthquake (Portugal) // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011. V. 11 P. 987–991.
  38. Surkov V.V., Pokhotelov O.A., Parrot M., Hayakawa M. On the origin of stable IR anomalies detected by satellite above seismo-active regions // Physics and Chemistry of the Earth. 2006. V. 31. № 4–9. P. 164–171.
  39. Surkov V., Hayakawa M. Ultra and Extremely Low Frequency Electromagnetic Fields. Springer Geophysics Series. V. XVI. Springer. 2014. 486 pp. doi: 10.1007/978-4-431-54367-1
  40. Surkov V.V. Pre-seismic variations of atmospheric radon activity as a possible reason for abnormal atmospheric effects // Ann. Geophys. 2015. V. 58. № 5. A0554. doi: 10.4401/ag-6808
  41. Tramutoli V., Bello D., Pergola G.N., Piscitelli S. Robust satellite technique for remote sensing of seismically active areas // Ann. Di Geofisica. 2001. V. 44. P. 295–312.
  42. Tronin A.A. Satellite thermal survey application for earthquake prediction / Hayakawa M. (ed.). Atmospheric and ionospheric Electromagnetic Phenomena associated with Earthquakes. TERRAPUB. Tokyo. 1999. P. 357–370.
  43. Virk H.S., Singh B. Radon recording of Uttarkashi earthquake // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. P. 737–742.
  44. Yasuoka Y., Kawada Y., Nagahama H., Omori Y., Ishikawa T., Tokonami S., Shinogi M. Pre-seismic changes in atmospheric radon concentration and crustal strain // Phys. Chem. Earth. 2009. V. 34. P. 431–434.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение модели и линий тока, описывающих циркуляцию воздуха.

Скачать (113KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчеты распределения концентрации атмосферных частиц по высоте для момента времени в случае малых Кривым 1–5 отвечают значения горизонтальных координат 0, и соответственно.

Скачать (444KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Расчеты распределения по высоте возмущения вертикальной проекции атмосферного электри-ческого поля, создаваемого положительно заряженными атмосферными частицами сорта i для момента времени в случае малых Кривым 1–5 отвечают горизонтальные координаты: 0, и соответственно.

Скачать (428KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Расчеты горизонтального распределения возмущения вертикальной проекции атмосферного электрического поля, создаваемого положительно заряженными атмосферными частицами сорта i для момента времени в случае малых Кривым 1–3 отвечают фиксированные значения высот и b соответственно.

Скачать (345KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Расчеты распределения концентрации атмосферных частиц сорта i по высоте при для случая, когда параметр не мал. График 1 построен для момента времени графики 2 и 2′ для графики 3 и 3′ для Сплошные линии 2, 3 и пунктирные линии 2′, 3′ отвечают значениям и соответственно.

Скачать (432KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Расчеты распределения по высоте вертикальной проекции атмосферного электрического поля, создаваемого положительно заряженными атмосферными частицами i-го типа для момента времени и случая, когда параметр не мал. Кривым 1 и 2 отвечают значения и соответ-ственно. Пунктирная линия соответствует невозмущенному электрическому полю, создаваемому этими частицами при

Скачать (370KB)
Метаданные
8. Рис. 7. То же, что на рис. 6, но для случая, когда электрическое поле создается двумя видами противоположно заряженных атмосферных частиц.

Скачать (319KB)
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».