1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика Земли
  4. № 3, 2023

Физика Земли, 2023, № 3, стр. 48-62

О различии физических механизмов разноглубинных землетрясений и характера их ионосферного отклика

М. В. Родкин 1, 2, *, Е. В. Липеровская 3, **

1 Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН
г. Москва, Россия

2 Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН
г. Южно-Сахалинск, Россия

3 Институт физики Земли РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: rodkin@mitp.ru
** E-mail: liper@ifz.ru

Поступила в редакцию 30.10.2022
После доработки 13.11.2022
Принята к публикации 09.12.2022

Аннотация

Согласно парадоксу сейсмичности, землетрясения по механизму обычного хрупкого разрушения не могут возникать на глубинах более нескольких десятков км. Для объяснения более глубоких землетрясений было предложено несколько моделей, которые, однако, не были убедительно подкреплены данными об изменении с глубиной параметров очагов землетрясений. В статье даны примеры прекращения сейсмичности на уровне земной коры, несмотря на несомненное продолжение аналогичных сдвиговых смещений и глубже. По мировым данным продемонстрировано изменение ряда средних параметров землетрясений от глубины. Характер этих изменений согласуется с ожидаемым различием физических механизмов землетрясений по глубине и существенно уточняет принятое разделение землетрясений на мелкие, промежуточные и глубокие. Различие физических механизмов землетрясений предполагает возможное различие характера их предвестников. По часовым данным станции вертикального зондирования ионосферы “Токио” за 1957–2020 гг. показано различие характера сейсмоионосферного эффекта для разноглубинных землетрясений (по данным о более 300 событий) с предположительно разным доминирующим механизмом сейсмогенеза. Оценена средняя амплитуда вариаций критической частоты foF2, обеспечивающая возникновение наблюденных аномалий, она составляет всего 2–3% от величины foF2. Разграничение землетрясений по глубине позволило повысить статистическую значимость наблюденного сейсмоионосферного эффекта.

Ключевые слова: физические модели землетрясений, физика разноглубинных землетрясений, сейсмоионосферные эффекты, F-область ионосферы.

Список литературы

  1. Буллен К.Е. Плотность Земли. М.: Мир. 1978. 442 с.

  2. Иванов С. Н. Непроницаемая зона на границе верхней и средней части земной коры // Физика Земли. 1999. № 9. С. 96–102.

  3. Калинин В.А., Родкин М.В. Физическая модель глубокофокусных землетрясений // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1982. № 8. С. 3–12.

  4. Калинин В.А., Родкин М.В., Томашевская И.С. Геодинамические эффекты физико-химических превращений в твердой среде. М.: Наука. 1989. 157 с.

  5. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир. 1985. 264 с.

  6. Корсунова Л.П., Хегай В.В. Возможные краткосрочные предвестники сильных коровых землетрясений в Японии по данным наземных станций вертикального зондирования ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 1. С. 94–101. https://doi.org/10.7868/S001679401801008X

  7. Кусков О.Л. Топология фазовых диаграмм минеральных систем и глубокофокусные землетрясения // Геохимия. 1987. №8.С. 1093–1107.

  8. Родкин М.В. Прогноз – старые предвидения и новые результаты // Наука и технологические разработки. 2020. Т. 99. № 3. С. 5–18. https://doi.org/10.21455/std2020.3-2

  9. Родкин М.В., Рундквист Д.В. Геофлюидодинамика. Прииложение к сейсмологии, тектонике, процессам рудо- и нефтегенеза. Долгопрудный: изд-во “Интеллект”. 2017. 288 с.

  10. Сурков В.В. Пилипенко В.А., Силина А.С. могут ли радиоактивные эманации в сейсмоактивном регионе воздействовать на атмосферное электричество и ионосферу? // Физика Земли. 2022. № 3. С. 3–11.

  11. Тьюки Дж. Анализ результатов наблюдений. Разведочный анализ. М.: Мир. 1981. 696 с.

  12. Abe K. Magnitude, Seismic Moment and Apparent Stress for Major Deep Earthquakes // J. Phys. Earth. 1982. V. 30. № 4. P. 321–330.

  13. Baltay A., Ide S., Prieto G., Beroza G. Variability in earthquake stress drop and apparent stress // Gepph. Res. Letters. 2011. V. 38. L06303. https://doi.org/10.1029/2011GL046698

  14. Bridgman P.W. Polymorphic Transitions and Geological Phenomena //Am. J. Sci. 1945. A 243. № 1. P. 90–96.

  15. Brodie K.H., Rutter E.H. The role of transiently fine-grained reaction products in syntectonic metamorphism: natural and experimental examples // Canad. J. Earth Sci. 1987. V. 24. № 3. P. 556–564.

  16. Ferrand T.P., Deldicque D. Reduced viscosity of Mg2GeO4 with minor MgGeO3 between 1000 and 1150°C suggests solid-state lubrication at the lithosphere–asthenosphere boundary // Minerals. 2021. V. 11. P. 600.https://doi.org/10.3390/min11060600

  17. Fuying Zhu, Fanfan Su, Jian Lin. Statistical analysis of TEC anomalies prior to M6.0+ earthquakes during 2003–2014 // Pure Appl. Geophys. 2018. V. 175. P. 3441–3450.

  18. Green H.W. Phase-transformation-induced lubrication of earthquake sliding // Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci. 2017. V. 375(2103). P. 20160008.PMCID: PMC5580448.https://doi.org/10.1098/rsta.2016.000828827426

  19. Greewood G.W., Johnson R.H. The deformation of metals under stress during phase transformations // Proc. R. Soc. London. 1965. V. 283. P. 403–422.

  20. Griggs D.T., Handin J. Observations on fracture and hypothesis of earthquakes // Geol. Soc. Am. Mem. 1960. V. 79. P. 347–373.

  21. Hobara Y., Parrot M.: Ionospheric perturbations linked to a very powerful seismic event // J. Atmos. Terr. Phys. 2005. V. 67. № 7. P. 677–685.  https://doi.org/10.1016/j.jastp.2005.02.006

  22. Houston H. Deep earthquakes // Treatise on Geophysics. 2nd edition. 2015. V. 4. P. 329–354.

  23. Iidaka T., Furukawa Y. Double seismic zone for deep earthquakes in the Izu-Bonin subduction zone // Science. 1994. V. 263. № 5150. P. 1116–1118.

  24. Ito E., Sato H. Aseismicity in the lower mantle by superplasticity of the descending slab // Nature. 1991. V. 351. P. 140–141.

  25. Jian Wang, Dapeng Zhao, Zhenxing Yao. Seismic anisotropy evidence for dehydration embrittlement triggering intermediate-depth earthquakes // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 2613. https://doi.org/10.1038/s41598-017-02563-w

  26. Julian B.R., Angus D., Miller G., Foulger R. Non-double-couple earthquakes 1. Theory // Reviews of Geophysics. 1998. V. 36. № 4. P. 525–549.

  27. Kalinin V.A., Rodkin M.V. The quantitative deep earthquakes model. High Pressure Investigations in Geosciences. Academie-Verlag, Berlin. 1989. P. 213–217.

  28. Kirby S.H. Localizef polymorphic phase transformations in high-pressure faults and application to the physical mechanism of deep earthquakes // J. Geophys. Res. B. 1987. V. 92. № 13. P. 13789–13800.

  29. Kirby S. H., Durham W. B., Stern L. A. Mantle phase changes and deep earthquake faulting in subducting lithosphere // Science. 1991. V. 152. P. 216–225.

  30. Liperovskaya E.V., Biagi P.-F., Meister C.-V., Rodkin M.V. foF2 seismo-ionospheric effect analysis: actual data and numerical simulations // Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2008. V. 8. P. 1387–1393. https://doi.org/https://doi.org/10.5194/nhess-8-1387-2008

  31. Liu J.Y., Chen Y.I., Chuo Y.J., Chen C.S. A statistical investigation of preearthquake ionospheric anomaly // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. A05304. https://doi.org/10.1029/2005JA011333,2006

  32. Panasyuk S.V., Hager B.H. A model of transformational superplasticity in the upper mantle // Geophys. J. Intern. 1998. V. 133. Is. 3. P. 741–755. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1998.00539.x

  33. Poirier J.-P. Creep of Crystals. Cambridge Earth Science Series. xiv Cambridge, London, New York. 1985. 260 p.

  34. Pulinets S.A., Boyarchuk K.A. Ionospheric precursors of earthquakes. Berlin: Springer, 2004. 215 p.

  35. Rios V.H., Kim V.P., Hegai V.V. Abnormal perturbations in the F2 region ionosphere observed prior to the great San Juan earthquake of 23 November 1977 // Adv. Space Res. 2004.V. 33. P. 323–327.

  36. Rodkin M.V. Contradictions in the recent seismogenetical notions // Phys. Chem. Earth. 1996. V. 21. № 4. P. 257–260.

  37. Rodkin M.V. Crustal earthquakes induced by solid-state transformations // J.Earth. Predict. Res. 1995. V. 4. P. 215–223.

  38. Rodkin M.V. The variability of earthquake parameters with the depth: Evidences of difference of mechanisms of generation of the shallow, intermediate-depth, and the deep earthquakes // Pure Appl. Geophys. 2022. https://doi.org/10.1007/s00024-021-02927-4

  39. Rodkin M.V. Crustal earthquakes induced by solid-state transformations: a model and characteristic precursors // J. Earthquake Prediction Res. 1995. V. 4. № 2. P. 215–223.

  40. Role of water in earthquake generation // Special Issue. Bull. Earth. Res. Inst. 2001. V. 76. № 3–4.

  41. Rubie D.C. Reaction-enhanced ductility: the role of solid-solid reactions in the deformation of the crust and mantle // Tectonophystcs. 1986. № 6. P. 331–352.

  42. Savage J.C., Svarc J.L., Prescott W.H. Geodetic estimates of fault slip rates in the San Francisco Bay area // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P. 4995–5002.

  43. Shirey S.B., Wagner L.S., Walter M.J., Pearson D.G., Keken P.E. Slab Transport of Fluids to deep focus earthquake depths–thermal modeling constraints and evidence from diamonds // AGU Advances. 2021. V. 2. № 2. https://doi.org/10.1029/2020AV000304

  44. Singh B., Kushwah V., Singh O.P., Lakshmi D.R., Redd B.M. Ionospheric perturbations caused by some major earthquakes in India // Phys. Chem. Earth. 2004. V. 29. P. 537–550.

  45. Sornette D. Earthquakes: from chemical alteration to mechanical rupture // Physics Reports. 1999. V. 313. № 5. P. 237–292. https://doi.org/10.1016/S0370-1573(98)00088-X

  46. Wiens D.A. Seismological constraints on the mechanism of deep earthquakes: temperature dependence of deep earthquake source properties // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2001. № 127. P. 145–163.

  47. Zulian M. A fluid’s journey into deep earth may explain deep quakes // Temblor. 2021. https://doi.org/10.32858/temblor.183

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика Земли

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал