Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 491, № 1, стр. 58-62

Сильные возмущения геофизической среды в результате землетрясений представляют собой важный источник информации не только о процессах, сопровождающих сейсмическое событие, но также о природе и механизмах межгеосферных взаимодействий [1]. Например, вызванные землетрясениями акустико-гравитационные волны определяют один из основных механизмов передачи энергии от земной поверхности на ионосферные высоты [2]. Не менее важным является рассмотрение вызванных землетрясениями геомагнитных вариаций и вариаций электрических параметров атмосферы, которые составляют основу для совершенствования и разработки новых моделей, всесторонне описывающих сейсмические события, а также поведение отдельных геосфер в условиях сильных воздействий [3].

В настоящем сообщении рассматриваются геофизические эффекты в виде вариаций атмосферного тока, магнитного и электрического поля Земли в приземном слое атмосферы в период серии разрушительных землетрясений, произошедших 26.11.2019 г. в Албании¹¹ (основные два толчка магнитудой, превышающей 5, зарегистрированы в 02:59 UT и 03:03 UT с близкими координатами очагов: 41.399° с.ш.; 19.538° в.д. и 41.438° с.ш.; 19.561° в.д. соответственно).

В качестве исходных данных использовались цифровые ряды, полученные при выполнении инструментальных наблюдений в приземном слое атмосферы в Геофизической обсерватории “Михнево” (MHV, 54.94° с.ш.; 37.73° в.д.) и в Центре геофизического мониторинга Москвы (MSK, 55.71° с.ш.; 37.57° в.д.) ИДГ РАН [4, 5]. Регистрация вертикальной компоненты напряженности электрического поля Е выполнялась электростатическим флюксметром ИНЭП в диапазоне частот 0–20 Гц. Вертикальная компонента атмосферного тока измерялась с помощью компенсационного регистратора тока [6] с частотой дискретизации 20 Гц. В MHV компоненты магнитной индукции B_x, B_y и B_z, ориентированные соответственно в направлении север–юг, восток–запад и вертикально вниз, регистрировались с использованием цифрового трехкомпонентного феррозондового магнетометра LEMI-018 с частотой дискретизации 1 Гц. При анализе вызванных геомагнитных вариаций привлекались также данные ряда магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET (табл. 1).

Рассматриваемый период времени (26.11.2019 г. и накануне события 25.11.2019 г.) характеризовался спокойными метеорологическими условиями, отсутствием значимых локальных возмущений электрического поля атмосферы, вызванных источниками природного и техногенного происхождения, а также спокойной геомагнитной обстановкой (табл. 2), что упростило выделение возмущений геофизических полей, сопутствующих землетрясению.

На рис. 1 приведены изменения во временном ходе магнитного поля Земли в период рассматриваемого сейсмического события в виде вариаций наиболее чувствительной к внешним возмущениям горизонтальной компоненты магнитной индукции ${{B}_{H}} = \sqrt {B_{x}^{2} + B_{y}^{2}} $ [7], вычисленной по данным магнитных обсерваторий, расположенных на разных расстояниях (табл. 1) от источника возмущений. Здесь и далее серия из трех, последовательно произошедших через малый интервал времени землетрясений²², рассматривалась с точки зрения воздействия на магнитное поле и электрические характеристики атмосферы в виде единого возмущающего фактора.

Рис. 1.

Вариации магнитного поля Земли в период сейсмического события 26.11.2019 г. (Албания) по данным геомагнитных обсерваторий.

Из данных рис. 1 следует, что геомагнитный эффект характеризуется в целом узким диапазоном амплитуд B_H: ~2–7 нТл. При этом следует отметить, что вызванные геомагнитные вариации возникают (с точностью до первых минут) практически одновременно (~02:50 UT) во всех обсерваториях, несмотря на значительную разницу в расстояниях до источника возмущений (исключение составляет станция IRT, в которой начало вариаций зарегистрировано в ~03:12 UT).

В период рассматриваемого сейсмического события наблюдалось изменение хода вертикальной компоненты атмосферного электрического поля Е со временем t. В качестве примера на рис. 2 приведена зависимость Е(t), полученная по данным MSK. Из рис. 2 видно, что примерно в 02:55 UT напряженность электрического поля начинает расти, и в целом возмущение Е характеризуется положительной бухтообразной вариацией с максимальной амплитудой ~70 В/м и длительностью ~ 15 мин.

Рис. 2.

Вариация вертикальной компоненты напряженности электрического поля Е по данным MSK и атмосферного тока I по данным MHV в период сейсмического события 26.11.2019 г.

Результаты измерений свидетельствуют о наличии отклика атмосферного тока I на сейсмическое событие. На рис. 2 приведена зависимость I(t) в период Албанского землетрясения по данным MHV (результат полосовой фильтрации исходного цифрового ряда в диапазоне частот 0.001–0.2 Гц). Рис. 2 наглядно демонстрирует изменение в ходе I(t), начиная с ~03:08 UT³³. Вызванные возмущения I(t) характеризуются повышенными вариациями амплитуды и заметными изменениями их спектральной характеристики (рис. 3): сейсмическое событие вызывает значительное повышение спектральной плотности вариаций I на частоте ~0.011 Гц (период ~1.5 мин). При этом вызванные вариации атмосферного тока несколько запаздывают примерно на 13–15 мин относительно вариаций Е и длятся более продолжительное время (~50 мин).

Рис. 3.

Зависимость спектральной плотности вариаций атмосферного тока от частоты: 1 – в период невозмущенного состояния атмосферы, 2 – в период землетрясения.

Известно, что землетрясения являются источниками акустических, в частности, инфразвуковых колебаний в атмосфере [8, 9]. При этом источниками инфразвука являются эпицентральные области землетрясений и вертикальные движения, связанные с локальными поверхностными волнами Рэлея [10–12] (в отдельных случаях возможна генерация инфразвуковых волн в результате сотрясений горных образований [13]). Анализ данных, полученных в настоящей работе, свидетельствует о том, что при инструментальных наблюдениях отчетливо регистрируются инфразвуковые колебания, вызванные приходом волн Рэлея и сигналом, распространяющимся в стратосферном волноводе. В качестве примера на рис. 4 приведены записи акустических сигналов в диапазоне частот 0.01–0.2 Гц, полученные в MSK. Сигналы P₁, P₂ и P₃, представленные на верхних трех панелях рис. 4, судя по временам прихода в MSK (соответственно в ~03:02 UT, ~03:07 UT и ~03:12 UT), вероятнее всего, вызваны вертикальными движениями земной коры в волнах Рэлея от трех последовательно произошедших землетрясений. На нижней панели рис. 4 приведен пришедший в ~04:52:40 UT инфразвуковой сигнал P₄, распространяющийся в стратосферном волноводе со скоростью ~280 м/с.

Рис. 4.

Инфразвуковые сигналы, зарегистрированные в MSK в моменты прихода волн Релея от трех землетрясений, составляющих серию в событии 26.11.2019 г. (пояснения в тексте); нижняя панель – сигнал, распространяющийся по стратосферному волноводу.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что землетрясениям сопутствуют возмущения физических полей на значительных расстояниях от очага, причем параметры вызванных вариаций атмосферного тока, магнитного и электрического поля допускают их уверенную регистрацию имеющимися на сегодняшний день средствами. Следует также отметить, что в связи с более коротким откликом акустического поля атмосферы на землетрясение удается выделить вклад отдельных, достаточно быстро следующих друг за другом сейсмических событий в инфразвуковом сигнале.

Приведенные данные, по мнению авторов, дополняют существующие представления о геофизических последствиях землетрясений и окажутся полезными при разработке и верификации аналитических и численных моделей, всесторонне описывающих энергообменные процессы при сейсмических событиях, а также их влияние на внешние геосферы.