Отправить статью по E-mail 
Геомагнитный и ионосферный эффекты двух последовательных сильных землетрясений в Марокко 08.09.2023 г.
- Авторы: Адушкин В.В.1, Спивак А.А.1, Рябова С.А.1, Тихонова А.В.1
-
Учреждения:
- Институт динамики геосфер им. Академика М. А. Садовского Российской Академии наук
- Выпуск: Том 515, № 1 (2024)
- Страницы: 118-123
- Раздел: СЕЙСМОЛОГИЯ
- Статья получена: 30.09.2024
- Статья одобрена: 30.09.2024
- Статья опубликована: 15.07.2024
- URL: https://bakhtiniada.ru/2686-7397/article/view/265121
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2686739724030144
- ID: 265121
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассмотрены геофизические эффекты сильного сейсмического события в виде двух землетрясений магнитудой 6.8 и 4.9, произошедших 08.09.2023 г. в Марокко в близкие времена 22:11 и 22:30 UTC с эпицентральным расстоянием между очагами ~4 км. С использованием данных ряда обсерваторий сети INTERMAGNET и результатов магнитной регистрации в геофизической обсерватории “Михнево” ИДГ РАН показано, что в отсутствие значимых глобальных возмущений магнитного поля Земли землетрясения сопровождались серией из трех положительных бухтообразных геомагнитных вариаций с максимальными амплитудами от ~1 до ~10 нТл, следующих друг за другом через ~60 мин. Максимумы вызванных вариаций магнитного поля наблюдались практически синхронно на расстояниях от ~800 до ~10000 км. Время запаздывания магнитного эффекта относительно главного толчка первого землетрясения составило ~70 мин. С учетом практически планетарного характера и высокой синхронности вызванных возмущений магнитного поля в значительном диапазоне расстояний, а также задержек по времени, соответствующих по порядку величины времени пробега сейсмического сигнала расстояния, кратного размеру Земли, высказано предположение, что магнитный эффект рассматриваемого сейсмического события был вызван глобальным источником, в качестве которого может служить возбужденное геодинамо. Приведен ионосферный эффект рассматриваемого сейсмического события в виде вариаций критической частоты f0F2, вычисленных по данным станции наземного зондирования обсерватории дель-Эбре.
Полный текст
Наряду с хорошо известными вариациями магнитного поля, вызванными космическими факторами, наблюдаются магнитные вариации, связанные с процессами и явлениями природного и техногенного происхождения, протекающими как в верхних, так и в нижних геосферах [1–3]. Например, сильные землетрясения, которым сопутствует ряд геофизических эффектов, таких как деформация и разрушение горных пород, генерация сейсмических и атмосферных волн, вариации атмосферного электрического поля, изменение критической частоты F-слоя ионосферы и т. д., вызывают также вариации магнитного поля, весьма чувствительного к внешним возмущениям [1, 4–6].
Изучение геомагнитных вариаций представляет значительный интерес не только с точки зрения всестороннего описания эффектов, сопутствующих землетрясениям, но и для понимания их внутренних механизмов, закономерностей их развития, а также влияния на среду обитания. При этом следует отметить, что вызванные магнитные вариации содержат важную информацию, которая необходима для разработки моделей, всесторонне описывающих магнитное поле Земли, а в целом – для установления природы и механизмов межгеосферных взаимодействий [4].
Несмотря на имеющиеся данные, имеется недостаток наблюдательного материала, основываясь на котором можно адекватно представлять сложную структуру магнитного эффекта землетрясений, что необходимо для разработки концептуальных, теоретических и феноменологических моделей, описывающих в полном объеме последствия сильных сейсмических явлений.
В настоящем сообщении рассматривается магнитный эффект двух сильных землетрясений, произошедших последовательно 08.09.2023 г. в Марокко через короткое время 1 (табл. 1) [7]. При этом основное внимание уделено наблюдаемым в большинстве случаев длиннопериодным вариациям магнитного поля, которые вносят основной вклад по энергии в магнитный эффект.
Таблица 1. Характеристика наиболее сильных землетрясений, произошедших в Марокко 08.09.2023 г., по данным из каталога USGS на 04.10.2023 г.
№ п/п | Дата | Время (UTC) | Магнитуда | Географические координаты | Глубина, км | |
Широта | Долгота | |||||
1 | 08.09.2023 | 22:11:01 | 6.8 | 31.055о N | 8.389о W | 19 |
2 | - « - | 22:30:44 | 4.9 | 31.036о N | 8.352о W | 10 |
В качестве исходных данных использовались результаты инструментальных наблюдений, выполненных в ряде активно функционирующих в этот период времени обсерваториях сети INTERMAGNET (табл. 2, рис. 1) [8] и в Геофизической обсерватории “Михнево” ИДГ РАН (MHV, 54.96°N; 37.76°E) [1]. Анализировались вариации наиболее чувствительной к внешним возмущениям горизонтальной компоненты магнитной индукции Bx, ориентированной в направлении север–юг. Период рассматриваемого события характеризовался спокойной геомагнитной обстановкой (табл. 3), что упростило выделение вызванных возмущений магнитного поля.
Таблица 2. Данные магнитных обсерваторий
Код | ГЕО | t1, UTC 08.09.2023 | t2, UTC 09.09.2023 | t3, UTC 09.09.2023 | B1, нТл | B2, нТл | B3, нТл | R, км | |
Широта | Долгота | ||||||||
GUI | 28.321° N | 343.559° E | 23:49 | 00:41 | 02:09 | ~1 | ~4 | ~2.5 | ~830 |
SPT | 39.55° N | 4.35° W | 23:50 | 00:50 | 02:10 | ~2.5 | ~9 | ~4 | ~1010 |
DOU | 50.1° N | 4.6° E | 23:50 | 00:41 | 02:09 | ~2.5 | ~10 | ~5 | ~2380 |
NUR | 60.51° N | 24.66° E | 23:45 | 01:05 | 02:07 | ~3 | ~8 | ~10 | ~4070 |
ASC | 7.95° S | 14.38° W | 23:49 | 00:40 | 02:10 | ~1 | ~2.5 | ~1 | ~4380 |
MHV* | 54.96° N | 37.76° E | 23:42 | 01:05 | 02:10 | ~3 | ~8 | ~6.5 | ~4470 |
TSU | –19.202° N | 17.584° E | 23:50 | 00:42 | 02:10 | ~1 | ~6.5 | ~5 | ~6240 |
GAN | 0.694° N | 73.153° E | 23:35 | 01:05 | – | ~1.5 | ~4 | – | ~7580 |
TDC | 37.067° S | 12.316° W | 23:49 | 00:41 | 02:10 | ~1.5 | ~4 | ~3 | ~7870 |
JAI | 26.92° N | 75.8° E | 23:35 | 01:05 | 02:15 | ~1 | ~1.5 | ~2.5 | ~7990 |
TUC | 32.17° N | 110.73° W | 23:48 | 01:15 | 02:08 | ~4 | ~2 | ~1 | ~9240 |
VNA | 70.683° S | 8.283° W | 23:50 | 00:51 | 01:55 | ~5 | ~5 | ~10 | ~11310 |
*Не входит в INTERMAGNET.
Рис. 1. Схема расположения очага землетрясения (синяя стрелка) и магнитных обсерваторий: кружки – обсерватории международной сети INTERMAGNET (коды обсерваторий приведены в поле рисунка), звездочка – обсерватория “Михнево” ИДГ РАН (MHV).
Таблица 3. Индексы магнитной активности К (по данным MHV) и Кр (по данным International Service of Geomagnetic Indices (ISGI)) за 08.09.2023 г.
Индекс | Время (UTC) | |||||||
0–3 | 3–6 | 6–9 | 9–12 | 12–15 | 15–18 | 18–21 | 21–24 | |
К | 2 | 1 | 0 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 |
Кр | 3– | 1 + | 0 | 1– | 1 + | 2 + | 1 + | 0 + |
Примеры геомагнитных вариаций, вызванных землетрясениями 08.09.2023 г. и зарегистрированных обсерваториями сети INTERMAGNET, расположенных на разных эпицентральных расстояниях R от очага события, приведены на рис. 2. Из данных рис. 2 следует, что рассматриваемые сейсмические события сопровождались хорошо выраженным магнитным эффектом, представленным в виде трех следующих друг за другом бухтообразных вариаций Вх длительностью от ~50 до ~80 мин и амплитудой от ~1 до ~10 нТл (характеристики каждого из бухтообразных возмущений в виде его максимальной амплитуды Bi и времени ее наступления ti (i = 1, 2, 3) приведены в табл. 2). При этом сходный характер вызванных вариаций магнитного поля наблюдался практически одновременно на всех эпицентральных расстояниях R: от 830 км до ~10000 км. Возмущения фиксируются, начиная с ~23:23 UTC08.09.2023 г., то есть спустя примерно 70 мин после основного толчка события 1 из табл. 1. Первый максимум вызванных вариаций зарегистрирован спустя ~100 мин после первого события, второй и третий – соответственно через ~160 и ~220 мин. Общая длительность возмущенного периода магнитного поля оценивается в ~200 мин.
Рис. 2. Вариации горизонтальной компоненты индукции геомагнитного поля в период землетрясения 08.09.2023 г. в Марокко (коды обсерваторий и эпицентральные расстояния до очага землетрясения 1 из табл. 1 приведены в поле рисунка).
Синхронность наблюдаемых вариаций магнитного поля, сопутствующих рассматриваемому сейсмическому событию, в широком диапазоне эпицентральных расстояний и достаточно узкий с практической точки зрения интервал амплитуд свидетельствуют о высокой вероятности наличия единого глобального источника возмущений. С учетом задержек зарегистрированных магнитных возмущений относительно главного толчка на времена, соответствующие по порядку величины времени пробега сейсмического сигнала расстояния, кратного размеру Земли, можно предполагать, что в данном случае в качестве источника геомагнитных вариаций является геодинамо, возмущенное сейсмическими волнами, которые распространялись вглубь Земли. Вопрос о правомерности такого предположения уже поднимался авторами [9].
Действительно, было замечено, что двойные землетрясения сопровождаются в ряде случаев магнитным эффектом, сходным по характеру с эффектом, рассмотренным в настоящей работе [6, 10]. Учитывая мультидипольный характер магнитного динамо Земли [11], соотношение между энергией главного магнитного поля Земли (~1020 Дж) и энергиями сильных землетрясений, достигающих величин ~1018–1022 Дж [7]), а также возможность триггерного эффекта воздействия, представляется весьма вероятным, что сейсмические волны, вызванные сильными, близкими по времени землетрясениями, распространяясь вглубь Земли, складываясь, оказывают влияние на турбулентные движения в области жидкого ядра в эпицентральной области сейсмических очагов и, таким образом, возмущают расположенные здесь магнитные диполи, а в целом и суммарный магнитный диполь Земли. Это позволяет поставить вопрос о существовании класса землетрясений, которые в силу особенностей расположения очаговых зон и условий выделения сейсмической энергии способны оказывать влияние на магнитное динамо Земли и, как результат, на характеристики ее главного магнитного поля.
Отдельный интерес представляет рассмотрение ионосферного эффекта сильных землетрясений. В частности, в настоящей работе проведен анализ вариаций критической частоты F2-слоя ионосферы f0F2, характеризующих динамику состояния ионосферы в условиях внешних воздействий. С этой целью выполнялась обработка исходных данных в виде ионограмм высотно-частотного зондирования, полученных в обсерватории дель-Эбре (координаты ионосферной станции: 40.8° с. ш.; 0.49° в. д.). Ионограммы размещены в доступном виде на сайте обсерватории дель-Эбре [12]. В процессе обработки данных каждая ионограмма подвергалась ручной обработке и интерпретации по методике URSI [13]. В результате формировался цифровой ряд данных временной вариации критической частоты f0F2 с дискретизацией 5 мин.
На рис. 3 представлены вариации f0F2 в период землетрясений в Марокко 08.09.2023 г. Из рис. 3 следует, что рассматриваемое событие вызвало ярко выраженные продолжительные знакопеременные вариации критической частоты f0F2 с периодом около 10 мин с ~22:40 до ~23:15 UTC 08.09.2023 г. (максимальная амплитуда вариаций ~0.35 МГц) и с ~00:00 до ~03:10 UTC 09.09.2023 г. с периодом ~ 35– 50 мин (максимальная амплитуда вариаций ~0.9 МГц). Общая продолжительность вариаций критической частоты F2-слоя составила ~4–5 ч. Первое возмущение f0F2 с периодом ~10 мин связано с влиянием на ионосферу Релеевских волн от землетрясений [14]. Второе возмущение f0F2 в виде более длиннопериодного сигнала связано, вероятнее всего, с распространением внутренних гравитационных волн [15].
Рис. 3. Вариации критической частоты слоя F2 ионосферы по данным обсерватории дель-Эбре в период землетрясений 08.09.2023 г. (красной штриховкой обозначены первый (1) и второй (2) периоды возмущения f0F2).
Приведенные в настоящем сообщении данные, по мнению авторов, дополняют существующие в настоящее время представления о геофизических последствиях сильных землетрясений и могут оказаться полезными при разработке и верификации аналитических и численных моделей, всесторонне описывающих энергообменные процессы при сейсмических событиях, а также их влияние на внешние геосферы.
ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ
Исследования выполнены в рамках Государственного задания ИДГ РАН № 122032900185-5 “Проявление процессов природного и техногенного происхождения в геофизических полях”.
1 По нашим оценкам сейсмическая энергия составила ~1015 и ~1012 Дж соответственно для первого и второго сейсмического события.
Об авторах
В. В. Адушкин
Институт динамики геосфер им. Академика М. А. Садовского Российской Академии наук
Email: aaspivak100@gmail.com
академик
Россия, МоскваА. А. Спивак
Институт динамики геосфер им. Академика М. А. Садовского Российской Академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: aaspivak100@gmail.com
Россия, Москва
С. А. Рябова
Институт динамики геосфер им. Академика М. А. Садовского Российской Академии наук
Email: riabovasa@mail.ru
Россия, Москва
А. В. Тихонова
Институт динамики геосфер им. Академика М. А. Садовского Российской Академии наук
Email: aaspivak100@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
- Адушкин В. В., Рябова С. А., Спивак А. А. Геомагнитные эффекты природных и техногенных процессов. М.: ГЕОС, 2021. 264 с.
- Гвишиани А. Д., Лукьянова Р. Ю., Соловьев А. А. Гео- магнетизм: от ядра Земли до Солнца.М.: РАН, 2019. 186 с.
- Адушкин В. В., Спивак А. А. Воздействие экстремальных природных событий на геофизические поля в среде обитания // Физика Земли. 2021. № 5. С. 6–16.
- Адушкин В. В., Спивак А. А. Физические поля в приповерхностной геофизике. М.: ГЕОС, 2014. 360 с.
- Спивак А. А., Рябова С. А. Геомагнитные вариации при сильных землетрясениях // Физика Земли. 2019. № 6. С. 3–12.
- Адушкин В. В., Рыбнов Ю. С., Рябова С. А., Спивак А. А., Тихонова А. В. Геофизические эффекты серии сильных землетрясений в Турции 06.02.2023 г. // Физика Земли. 2023. № 6. С. 142–152. https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ https://imag-data.bgs.ac.uk/GIN_V1/GINForms2
- Адушкин В. В., Спивак А. А. Эффект влияния сильных землетрясений на геодинамо // Доклады академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 511. № 1. С. 61–64.
- Адушкин В. В., Спивак А. А., Рыбнов Ю. С., Тихонова А. В. Магнитный эффект двойного землетрясения 16.03.2022 г. (Япония). Результаты наблюдений // Физика Земли. 2023. № 5. С. 142–152.
- Демина И. М., Никитина Л. В., Л.В., Фарафонова Ю. Г. Вековые вариации главного магнитного поля Земли в рамках динамической модели его источников // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48. № 4. С. 567–575. https://www.obsebre.es/en/
- Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. Под редакцией П. В. Медниковой. М.: Наука. 1977. 342 с.
- Maruyama T., Tsugawa T., Kato H., Ishii M., Nishioka M. Rayleigh wave signature in ionograms induced by strong earthquakes // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2012. V. 117. A08306, doi: 10.1029/2012JA017952.
- Рябова С. А., Шалимов С. Л. О геомагнитных вариа- циях, наблюдаемых на поверхности земли и приуроченных к сильным землетрясениям // Физика Земли. 2022. № 4. C. 30–45.
Дополнительные файлы
