Магнитный и ионосферный эффекты серии сильных землетрясений 02–03 апреля 2024 г. (Тайвань)

Полный текст

Вариации физических полей Земли являются важным объектом исследований, в первую очередь в связи с их высокой чувствительностью к внешним возмущениям, вызванным явлениями и процессами природного и техногенного происхождения [1]. Геомагнитные вариации содержат важную информацию об интенсивности экзогенных и эндогенных источников возмущений среды обитания человека, а также о природе и механизмах геофизических процессов, протекающих в недрах Земли и её внешних геосферах. Хорошо известно также негативное влияние вариаций магнитного поля на организм человека, его психоэмоциональное состояние. Влияя на ход метаболических процессов, указанные вариации нарушают условия передачи и восприятия управляющих сигналов в организме человека, что приводит в ряде случаев к его разбалансировке и ухудшению функционального состояния [2–4]. Всё это вызывает повышенный интерес к изучению вариаций магнитного поля, вызванных самыми разными источниками [1, 5].

Наряду с геомагнитными эффектами значительной амплитуды, связанными с солнечной активностью, наблюдаются эффекты, связанные с процессами и явлениями разной природы, протекающими как в верхних, так и в нижних геосферах [6–8].

В настоящем сообщении рассматриваются геофизические эффекты в виде вызванных вариаций магнитного поля и критической частоты F2-слоя ионосферы при резонансном сейсмическом событии, произошедшем в период 02–03.04.2024 г. в окрестности о. Тайвань. Событие представляло собой серию землетрясений, среди которых наиболее значимыми были 17 землетрясений с магнитудой, превышающей 5, которые произошли в течение 2.5 час. При этом наиболее сильные 4 землетрясения с магнитудой 5.7 и более произошли в течение 2 часов (табл. 1). Следует отметить, что эти события следовали друг за другом через короткое время, а расстояние между их очагами не превышало 41 км (табл. 1).

 

Таблица 1. Характеристика наиболее сильных землетрясений, произошедших в период 02‒03.04.2024 г., по данным из каталога USGS на момент 15.04.2024 г.

№ п/п	Дата	Время (UTC)	Магнитуда	Географические координаты		Глубина, км
				Широта	Долгота
1	02.04.2024	23:58:11	7.4	23.819° N	121.562° W	-35
2	03.04.2024	00:10:25	6.4	24.064° N	121.672° W	—13
3	« -	00:35:36	5.7	24.161° N	121.710° W	— 10
4	« -	00:46:44	5.7	24.147° N	121.743° W	— 10

 

В качестве исходных данных привлекались результаты инструментальных наблюдений, выполненных в Геофизической обсерватории “Михнево” ИДГ РАН (MHV, 54.96° с. ш.; 37.76° в. д.) и в ряде активно функционирующих в этот период времени обсерваториях сети INTERMAGNET (табл. 2) [7, 9]. Анализировались вариации наиболее чувствительной к внешним возмущениям горизонтальной компоненты магнитной индукции B_x, ориентированной в направлении С‒Ю. Период рассматриваемого события характеризовался спокойной геомагнитной обстановкой (табл. 3), что значительно упростило выделение вызванных возмущений магнитного поля.

 

Таблица 2. Данные магнитных обсерваторий

Код	ГЕО		R, км
	Широта	Долгота
KNY	31.42° с. ш.	130.88° в. д.	∼ 1250
CYG	30.37° ю. ш.	126.854° в. д.	∼ 1480
PHU	21.03° с. ш.	105.96° в. д.	∼ 1630
BMT	40.3° с. ш.	116.2° в. д.	∼ 1900
KAK	36.232° с. ш.	140.186° в. д.	∼ 2250
KHB	47.61° с. ш.	134.69° в. д.	∼ 2890
MMB	43.91° с. ш.	144.19° в. д.	∼ 3040
SHU	55.35° с. ш.	150.46° з. д.	∼ 7100
CSY	66.283° ю. ш.	110.533° в. д.	∼ 10060
TAM	22.79° с. ш.	5.53° в. д.	∼ 11380
VOS	78.464° ю. ш.	106.835° в. д.	∼ 11410
GUI	28.321° с. ш.	16.441° з. д.	∼ 12750

 

Таблица 3. Индексы магнитной активности К (по данным MHV) и Кр (по данным International Service of Geomagnetic Indices (ISGI)) за 02–03.04.2024 г.

Индекс	Дата, время (UTC)
	02.04.2024		03.04.2024
	18–21	21–24	0–3	3–6	6–9	9–12	12–15	15–18
К	2	0	2	1	1	2	2	1
Кр	2	1	3	2	1	1	1	2

 

При анализе влияния землетрясений на ионосферу привлекались в виде ионограмм результаты высотно-частотного зондирования, выполненного в период рассматриваемого события на одной из ближайших к о. Тайвань японской станции мониторинга ионосферы “Окинава” (ГЕО: 26.68° с. ш.; 128.15° в. д.), размещённые в свободном доступе на сайте Японского национального института информационных и коммуникационных технологий [10].

На рис. 1 в качестве примера приведены вариации магнитного поля, зарегистрированные в обсерватории MHV в период рассматриваемого сейсмического события.

 

Рис. 1. Вариации компонент магнитного поля 02–03.04.2024 г. по данным MHV (пунктиром обозначено время события 1 из табл. 1)

 

Предварительно необходимо отметить, что сейсмомагнитный (косейсмический) эффект, выражающийся в вариациях магнитного поля в период прохождения вызванных землетрясениями сейсмических волн, не проявился (приход сейсмических волн в MHV зарегистрирован в 00:07 UTC 03.04.2024 г.). Из данных рис. 1 следует, что период землетрясений характеризуется хорошо выраженными длиннопериодными возмущениями суточного хода индукции магнитного поля в MHV (расстояние от очага первого наиболее сильного землетрясения составляет —7470 км). Начало возмущения зарегистрировано в —0:58 UTC 03.04.2024 г., то есть примерно через 1 час после первого основного по силе толчка. Вызванные вариации вертикальной компоненты B_z представляют собой отрицательную бухту с максимальной амплитудой —8 нТл. Причём длительность вариации Bz составляет 3–4 часа.

Более сложный отклик демонстрирует основная горизонтальная компонента B_x: возмущения магнитного поля представлены в данном случае двумя ярко выраженными положительными бухтами с максимальной амплитудой ∼10 нТл. Начало возмущений зарегистрировано в ∼00:58 UTC, первый максимум наблюдался в ∼01:30 UTC 03.04.2024 г., второй в ∼04:00 UTC 03.04.2024 г. Характерно, что подобные возмущения компоненты B_x зарегистрированы в ряде обсерваторий международной сети INTERMAGNET. Для примера на рис. 2 представлены записи вариаций магнитного поля в период Тайваньского события, полученные в некоторых обсерваториях сети INTERMAGNET. Обращаясь к данным рис. 2, следует отметить, что возмущения компоненты В_х, проявляющиеся в виде двух положительных бухт, как это наблюдалось в обсерватории MHV, зарегистрированы в обсерваториях, расположенных на расстояниях, превышающих примерно 7000 км от очага основного события 1 из табл. 1. На расстояниях, меньших примерно 3000 км, возмущение компоненты В_х проявляется в виде одной положительной бухты в период времени с ∼ 03:25 до ∼04:25 UTC 03.04.2024 г.

 

Рис. 2. Вариации компонент магнитного поля 02–03.04.2024 г. по данным обсерваторий INTERMAGNET (коды обсерваторий приведены в поле рисунка). Синим и красным пунктиром обозначены первое и второе по времени возмущения магнитного поля соответственно

 

Отдельно необходимо отметить синхронность наблюдаемых вариаций магнитного поля, сопутствующих рассматриваемому сейсмическому событию, в широком диапазоне эпицентральных расстояний и достаточно узкий интервал максимальных амплитуд. Это свидетельствует о наличии единого глобального источника возмущений, сформировавшегося в результате серии землетрясений. Ранее отмечалось, что сильные землетрясения способны оказывать возмущающее влияние на главное магнитное поле Земли [11, 12]. Действительно, возможные возмущения процессов, протекающих в жидком ядре Земли, вариации электрофизических свойств астеносферы и земной коры и одновременно нарушение устоявшихся движений токопроводящей среды под влиянием сейсмического воздействия, особенно в случае повторяющихся через небольшие промежутки времени землетрясений с близко расположенными очагами, могут вызывать аппаратурно регистрируемый магнитный эффект.

При выполнении настоящих исследований выполнялось определение критической частоты f0F2 путём ручной обработки ионограмм с интерпретацией по методике URSI [13]. В результате формировался цифровой ряд данных временной вариации критической частоты F2-слоя f0F2 с дискретизацией 15 мин. Анализ полученных данных показал, что рассматриваемое событие оказало возмущающее влияние на ионосферу в виде вариаций f0F2 (рис. 3). Из рис. 3 следует, что следующие друг за другом через небольшой интервал наиболее сильные землетрясения из рассматриваемой серии вызвали хорошо выраженные на фоне суточного хода знакопеременные вариации критической частоты f0F2 на двух временных интервалах: 00:15–00:45 UTC и 01:45–02:45 UTC. При этом первое по времени возмущение проявилось в виде положительной бухты с максимальной амплитудой ∼0.7 МГц, второе – в виде знакопеременных вариаций с периодом ∼30 мин и максимальной амплитудой ∼0.9 МГц. Анализ записи с использованием данных работ [14–16] позволяет сделать заключение о том, что первое возмущение, зарегистрированное в период 00:15–00:45 UTC, связано с ионосферным откликом на волну Релея, второе, зарегистрированное в период 01:45– 02:45 UTC, с большой вероятностью связано с распространением внутренних гравитационных волн.

 

Рис. 3. Вариации критической частоты слоя F2 ионосферы на ионосферной станции “Окинава” 02–03.04.2024 г. (красным пунктиром обозначены первый (1) и второй (2) периоды возмущения f0F2)

 

Таким образом, можно констатировать, что серия сильных землетрясений вызывает сложный для анализа магнитный эффект, характеристики которого зависят от расстояния до источника возмущений и механизм которого необходимо устанавливать с учётом результатов инструментальных наблюдений. Также представляет интерес более детальное изучение характера и возможных источников и механизмов воздействия сильных землетрясений на ионосферу.

Приведённые в настоящем сообщении данные, по мнению авторов, представляют интерес с точки зрения накопления наблюдательного материала и количественных оценок геофизических последствий сильных землетрясений. Данные могут оказаться полезными при разработке и верификации аналитических и численных моделей, описывающих их влияние на среду обитания.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Исследования выполнены в рамках Государственного задания № 122032900185-5 “Проявление процессов природного и техногенного происхождения в геофизических полях”.

Об авторах

В. В. Адушкин

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: adushkin@idg.ras.ru

академик РАН

Россия, Москва

А. А. Спивак

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: spivak@idg.ras.ru
Россия, Москва

С. А. Рябова

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: riabova@idg.ras.ru
Россия, Москва

А. В. Тихонова

Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Email: tikhonova@idg.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы