1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Исследование Земли из Космоса
  4. № 6, 2020

Исследование Земли из Космоса, 2020, № 6, стр. 3-16

Исследования тепловых полей перед сильными землетрясениями в Турции 8 марта 2010 г. (М = 6.1) и 24 января 2020 г. (М = 6.7)

В. Г. Бондур a, *, О. С. Воронова a

a Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга “АЭРОКОСМОС”
Москва, Россия

* E-mail: office@aerocosmos.info

Поступила в редакцию 03.09.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

С использованием космических данных исследованы аномалии тепловых полей в процессе подготовки и протекания сильных землетрясений, произошедших в Турции 8 марта 2010 г. с магнитудой М = 6.1 и 24 января 2020 г. с магнитудой М = 6.7. Для анализа использовались значения температур поверхности, приповерхностного слоя атмосферы, а также уходящего длинноволнового излучения, зарегистрированные с помощью прибора AIRS, установленного на спутнике Aqua. На основании результатов обработки космической информации установлено, что за 7–12 дней до исследованных сейсмических событий с М = 6.1 и М = 6.7 возникали положительные вариации температур земной поверхности и атмосферы, которые послужили началом формирования аномалий уходящего длинноволнового излучения, зарегистрированных над областью Северо-Анатолийского и Восточно-Анатолийского тектонических разломов. Аномалии тепловых полей, обнаруженные в период подготовки землетрясений в Турции, подтверждают наличие эффектов генерации тепла на высотах от поверхности земли до верхней границы облачности, которые могут быть использованы в качестве краткосрочных предвестников сильных сейсмических событий, регистрируемых из космоса.

Ключевые слова: природные катастрофы, сильные землетрясения, предвестники землетрясений, тепловые аномалии, дистанционное зондирование Земли

ВВЕДЕНИЕ

Землетрясения принадлежат к одним из наиболее опасных видов природных катастроф из-за внезапности возникновения, а также социально-экономических и экологических последствий (Моги, 1988). Прогноз землетрясений был и остается сложной задачей (Киссин, 2013; Keilis-Borok et al., 2009; Molchan, Keilis-Borok, 2008). Для ее решения необходимо исследовать предвестники сейсмических событий (Соболев, Пономарев, 2003). При этом наиболее актуальным являются повышение достоверности среднесрочного прогнозирования и развитие методов краткосрочного прогнозирования землетрясений.

Важную роль в регистрации краткосрочных и среднесрочных предвестников землетрясений играют космические методы и технологии (Бондур и др., 2020; Tronin, 2010). Уже сейчас достигнут определенный прогресс в регистрации космическими методами различных предвестников землетрясений, в том числе таких, как: геодинамические, связанные с изменением характера систем линеаментов (Бондур, Зверев, 2005а, б; Bondur, Kuznetsova, 2005); аномалии параметров ионосферы (Бондур, Смирнов, 2005; Бондур и др., 2007; Смирнов и др., 2018; Bondur, Smirnov, 2005; Пулинец и др., 2010); вариации тепловых полей (Ouzounov et al., 2007; Pulinets, Ouzounov, 2018; Бондур, Воронова, 2012; Жуков и др., 2010) и др., а также в понимании физической природы этих предвестников (Бондур, Зверев, 2007; Липеровский и др., 2008; Пулинец и др., 2015; Соболев, Пономарев, 2003).

Информационные продукты, получаемые на основании результатов космического мониторинга в период подготовки и протекания землетрясений в различных сейсмоопасных регионах, позволяют провести исследования изменений, происходящих в литосфере, атмосфере и ионосфере Земли (Бондур и др., 2018, 2020; Пулинец и др., 2015; Akhoondzadeh et al., 2019). Для увеличения достоверности прогноза землетрясений необходимо решить ряд задач, связанных с комплексным анализом космических данных, а также с использованием результатов моделирования (Липеровский и др., 2008; Пулинец и др., 2015), геомеханических моделей (Бондур и др., 2007, 2010, 2016а, б), методов сейсмической энтропии (Акопян и др., 2017) и др.

Среди предвестников землетрясений важное значение играют геотермические. В процессе подготовки землетрясений в эпицентральных зонах и окружающих областях готовящихся землетрясений, в зависимости от их магнитуд, глубин очагов, а также геологических особенностей сейсмоопасных территорий, образуются мозаичные картины различных аномалий, связанных с: изменениями химического состава вод и приземного слоя атмосферы, уровня грунтовых вод, эманацией различных газов, паров воды и др. Многие из этих явлений ведут к образованию тепловых аномалий, к которым можно отнести повышение температур поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и возникновение аномальных потоков уходящего длинноволнового излучения (OLR) в верхних слоях атмосферы ~10 км (Top Of Atmosphere – TOA) (Dey, Singh 2003; Ouzounov, Freund, 2004; Ouzounov et al., 2007).

Если вблизи поверхности Земли тепловые аномалии проявляются в виде линейных структур, вытянутых вдоль активных разломов, то затем, вследствие наличия горизонтальных градиентов температуры и давления, начинаются процессы перемешивания, приводящие к образованию вертикальных восходящих потоков, связанных с тем, что температура воздуха над областью подготовки землетрясения выше, чем вне ее (Пулинец и др., 2015). Проведенные исследования (Levina et al., 2000) показали, что вследствие развития обратного каскадного процесса мелкомасштабная турбулентность приводит к образованию крупномасштабных структур – тепловых пятен уходящего длинноволнового инфракрасного излучения на уровне верхней кромки облаков (высота ~10 км). Результатом таких изменений является формирование областей, указывающих на эпицентр будущего землетрясения (Пулинец и др., 2015).

Регистрации из космоса аномалий температуры земной поверхности и исследованию вариаций температуры в атмосфере посвящен ряд работ, например, (Бондур, Воронова, 2012; Жуков и др., 2010; Ouzounov, Freund, 2004; Saraf, et al., 2008, Aliano et al., 2008; Tronin, 2010; Congxin et al., 2013; Tramutoli et al., 2015). Одной из главных проблем при обнаружении таких аномалий из космоса является наличие облачности. Для учета погодных условий при проведении мониторинга сейсмоопасных территорий используются данные с геостационарных спутников, которые позволяют регистрировать изменения тепловых полей с высокой периодичностью, но с низким пространственным разрешением (Xuan et al., 2017; Pavlidou et al., 2019).

Одним из перспективных параметров, используемых в качестве предвестника землетрясений, является уходящее длинноволновое излучение, которое регистрируется на верхней границе облаков и не подвержено их влиянию. Исследования данного параметра позволили выявить его аномалии в эпицентральных областях готовящихся сейсмических событий (Бондур, Воронова, 2012; Ouzounov et al., 2007; Xiong et al. 2010; Lu et al., 2016; Lin et al., 2019).

В настоящей работе анализируются изменения температур земной поверхности, приземного слоя атмосферы, а также вариации интенсивности уходящего длинноволнового излучения в период подготовки и протекания сейсмических событий, происходивших на территории Турции 8 марта 2010 г. (магнитуда М = 6.1) и 24 января 2020 г. (магнитуда М = 6.7).

ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДУЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

Объектом исследований в данной работе выбраны тепловые аномалии, возникающие в процессе подготовки и протекания сейсмических событий на примере землетрясений, происходивших на территории Турции 8 марта 2010 г. с магнитудой М = 6.1 и 24 января 2020 г. с магнитудой М = 6.7.

Территория Турции находится в сейсмоопасной зоне, через которую проходят активная Северо-Анатолийская и Восточно-Анатолийская зоны разломов. Северо-Анатолийский разлом разделяет Евразийскую и Анатолийскую тектонические плиты (рис. 1). Причиной опасной сейсмической активности является столкновение этих плит, при котором Арабская плита, приближаясь с юга со скоростью примерно 2 см в год, врезается в Евразийскую плиту, являющуюся устойчивой платформой, простирающейся вдоль северного края Турции (Hussain, 2018; https://www.vsegei.ru/ ru/about/news/97730/).

Рис. 1.

Карта тектонических разломов Турции.

Восточно-Анатолийский разлом является одной из основных сдвиговых зон в восточной части Турции, которая формирует тектоническую границу между Анатолийской плитой и севером Аравийской плиты. В период времени с 1939 по 1999 гг. серия землетрясений происходила преимущественно в западной части региона вдоль Северо-Анатолийского разлома. Начиная с 2003 г., землетрясения происходили, в основном, в районе Восточно-Анатолийского разлома. Одно из таких сильных землетрясений произошло 1 мая 2003 г. (М = 6.4) в Бингеле. Еще одно сильное землетрясение с глубиной очага 12 км произошло 8 марта 2010 г. в районе Элязыг на левом боковом сдвиге Восточно-Анатолийского разлома (рис. 2, а) (Tan, 2011). После этого землетрясения произошло несколько афтершоков с магнитудами 5.5, 5.1 и 5.3, состоявшимися в 09:47, в 12:14 и в 13:12 по местному времени соответственно. С разницей практически в 10 лет начиная с 11 января 2020 г. произошла серия землетрясений в западной и центральной части Турции с магнитудами от 4.9 до 5.6 (см. рис. 2, б). В районе Восточно-Анатолийского разлома 24 января 2020 г. произошло сильное землетрясение с магнитудой М = 6.7 (глубина очага 10 км). Эпицентр этого землетрясения находился приблизительно в 550 км к востоку–юго-востоку от г. Анкара (см. рис. 2, б). После этого землетрясения в течение короткого промежутка времени было зарегистрировано в общей сложности более 20 подземных толчков с магнитудой от 4 до 5 (https://www.usgs.gov/), один из которых, состоявшийся 28 января 2020г. с М = 5, показан на рис. 2, б.

Рис. 2.

Землетрясения, произошедшие на территории Турции: а – март 2010 г.; б – январь 2020 г.

Землетрясения, периодически происходящие вдоль Северо-Анатолийской зоны разлома, постепенно смещаются дальше на запад в сторону Стамбула. Прилегающий к исследуемому региону сегмент сейсмоопасной территории не активизировался уже почти 250 лет. Это позволяло предполагать 2 возможных варианта развития событий (https://www.vsegei.ru/ru/about/news/97730/). В первом случае может произойти постоянное и малоамплитудное скольжение плит друг относительно друга, в процессе которого тектоническое напряжение будет сниматься в виде “тихих землетрясений”. Во втором случае (в отсутствие скольжения плит) может происходить накапливание напряжений в зоне разлома, которые при достижении критических значений могут высвободится резким толчком огромной силы, который может вызвать неминуемую катастрофу для такого мегаполиса, как Стамбул с населением около 14 миллионов человек. В связи с этим мониторинг и изучение состояния сейсмически активных зон крайне важны для этого региона (Hussain, 2018; https://www.vsegei.ru/ru/about/news/97730/).

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ И ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ИХ ОБРАБОТКИ

В настоящей работе использовались данные, получаемые с прибора AIRS (спутник Aqua), который позволял регистрировать температурные вариации на различных уровнях (от поверхности Земли до верхней границы облаков). Преимуществом этого прибора являлась возможность получать ежедневные карты глобальных распределений тепловых аномалий как в дневное, так и в ночное время, в том числе при наличии облачности.

В процессе проведения исследований анализировались следующие информационные продукты 3-го уровня обработки данных прибора AIRS, формировавшиеся с пространственным разрешением 1° × 1°: температура поверхности (Surf Skin Temp); температура приповерхностного слоя атмосферы (Surf Air Temp); уходящее длинноволновое излучение (OLR) (Hearty et al., 2013). В процессе предварительной обработки проводился анализ космической информации с использованием функций сервиса Giovanni (Acker, 2007). Это позволяло анализировать многолетние изменения тепловых полей и выявлять их аномальные значения перед сейсмическими событиями. Каждое из зарегистрированных значений характеристик тепловых полей усреднялись по площади 5° × 5° в пределах исследуемой территории, центром которой являлись эпицентры землетрясений, произошедших в Турции 8 марта 2010 г. (магнитуда М = 6.1) и 24 января 2020 г. (магнитуда М = 6.7).

В процессе проведения предварительного анализа многолетних изменений тепловых полей осуществлялась обработка космических данных, полученных в ночное время суток в периоды времени от 7 до 20 дней после главных сейсмических событий, с использованием данных предшествующих лет (с 2004 г.) для этого временного интервала. При этом использовался специальный программный модуль, который обеспечивал разархивирование данных формата hdf, разработанного для хранения большого количества цифровой информации, а также проверку целостности данных и устранение ошибочных значений (Hearty et al., 2013). В используемом программном модуле была встроена также функция нормализации данных с помощью стандартного отклонения. Нормализация заключалась в определении разностей между текущими и средними арифметическими значениями, а также делении их на стандартные отклонения (нормализованный индекс, Ni). Это позволяло преобразовать диапазоны значений числовых признаков, которые не зависели от единиц измерения, при сопоставлении результатов, полученных для различных исследуемых параметров.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

Результаты, полученные в процессе регистрации вариаций температуры земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы в период времени с 1 февраля по 1 апреля для 2005–2010 гг., приведены на рис. 3. При этом значения каждой из характеристик тепловых полей усреднялись по площади 5° × 5° в пределах исследуемой территории, центром которой являлся эпицентр землетрясения, произошедшего в Турции 8 марта 2010 г. (М = 6.1).

Рис. 3.

Графики изменения ночных значений температур, усредненных по площади 5° × 5° в пределах исследуемой территории, в период времени с 1 февраля по 1 апреля 2005–2010 гг.: а – температура земной поверхности; б – температура приповерхностного слоя атмосферы.

Предварительный анализ многолетних данных, приведенных на рис. 3, показал, что в период времени с 14 февраля по 22 февраля 2010 г., т.е. за 3 недели до землетрясения, произошедшего в Турции 8 марта 2010 г. с магнитудой М = 6.1, были выявлены превышения температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы (более чем на 10 K) для исследуемой области по сравнению с аналогичными значениями для предыдущих 5 лет. После анализируемого землетрясения был зафиксирован значительный рост температур (на 8 K), обусловленный, вероятно, произошедшими афтершоками с магнитудами 5 и более (см. рис. 2, а).

В процессе обработки ночных данных прибора AIRS, полученных в период времени с 16 февраля по 15 марта 2010 г., проводилась нормализация зарегистрированных значений температуры земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и мощности уходящего длинноволнового излучения с помощью стандартного отклонения с использованием аналогичных данных предшествующих лет за период времени с 2004 по 2009 гг. Анализ полученных данных позволил выявить аномалии тепловых полей в период подготовки землетрясения, произошедшего в Турции 8 марта 2010 г., с магнитудой М = 6.1 (см. рис. 4).

Рис. 4.

Вариации тепловых полей в процессе подготовки и протекания землетрясения в Турции 8 марта 2010 г. (М = 6.1): а – температура земной поверхности; б – температура приповерхностного слоя атмосферы; в – уходящее длинноволновое излучение.

На основании анализа рис. 4, а, начиная с 17 февраля 2010 г., выявлено аномальное повышение температуры поверхности (значение нормализованного индекса превышено до Ni = 2.1) в северо-восточной части эпицентральной области готовящегося землетрясения, которое наблюдалось практически каждый день до землетрясения.

Повышенная афтершоковая ситуация (см. рис. 2, а) после землетрясения, произошедшего 8 марта 2010 г., сопровождалась аномальным увеличением температуры земной поверхности, нормализованные значения которой 9 марта 2010 г. достигли максимума (Ni = 3) (см. рис. 4, а).

Характер изменений температуры приповерхностного слоя атмосферы (рис. 4, б) совпадает с изменениями температуры земной поверхности в дни появления тепловых аномалий. Расположение аномалий температуры приповерхностного слоя атмосферы наблюдалось южнее относительно аномалий температуры поверхности и ближе к эпицентру готовящегося землетрясения.

Анализ полученных нормализованных значений уходящего длинноволнового излучения, полученных за период времени с 16 февраля по 15 марта 2010 г., и данных предшествующих лет (с 2003 по 2009 гг.) для этого временного интервала (см. рис. 4, в) позволил выявить аномалии, представляющие собой максимальное изменение текущих значений по сравнению с прошлыми годами. За 16 дней до землетрясения (20 февраля 2010 г.) в эпицентральной зоне готовящегося сейсмического события зафиксирована аномалия уходящего длинноволнового излучения высокой интенсивности, которая доходила до максимума Ni = 3.

За неделю до землетрясения (1 и 2 марта 2010 г.) в области Северо-Анатолийского разлома зафиксированы аномалии температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы. При этом значения нормализованных индексов доходили до Ni = 2.2 (рис. 4, а, б).

Постепенное повышение температур поверхности и атмосферы привело к возникновению аномалии уходящего длинноволнового излучения (значения нормализованного индекса Ni = 2.2) 3 марта 2010 г. над областью тектонических разломов Северо-Анатолийского и Восточно-Анатолийского (рис. 4, в). За два дня до землетрясения (6 марта 2010 г.) над эпицентральной областью готовящегося землетрясения выявлена аномалия уходящего длинноволнового излучения (рис. 4, в), для которой значения нормализованного индекса составили величину Ni = 2.4. После землетрясения, состоявшегося 8 марта 2010 г., сохранилась повышенная сейсмическая активность, в результате чего 10 марта 2010 г. наблюдалась интенсивная аномалия OLR над областью Северо-Анатолийского разлома, значения нормализованного индекса Ni доходили до 2.3.

Для исследования вариаций тепловых полей в процессе подготовки и протекания сейсмического события, произошедшего в Турции 24 января 2020 г. (М = 6.7), была проведена предварительная обработка зарегистрированных значений температуры земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и уходящего длинноволнового излучения с помощью функций сервиса Giovanni (Acker, 2007) в пределах территории исследования площадью 5° × 5°, центром которой являлся эпицентр землетрясения. В результате построены графики изменения тепловых полей для периода времени с 1 декабря 2019 г. по 31 января 2020 г., в качестве фоновых значений рассматриваются те же даты прошлого года (с 1 декабря 2018 г. по 31 января 2019 г.), в течение которого в данном районе исследования не происходили сильные землетрясения (рис. 5).

Рис. 5.

Графики изменения ночных значений температур и уходящего длинноволнового излучения, усредненных по площади в пределах территории исследования, в период с 1 декабря по 31 января 2018–2019 гг. и 2019–2020 гг.: а – температура земной поверхности; б – температура приповерхностного слоя атмосферы; в – температура приповерхностного слоя атмосферы.

Анализ рис. 5 позволил выявить периоды превышения значений температур по сравнению с фоновыми. Периоды превышения температур земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы с 17 по 22 декабря 2019 г. (в среднем на 4 K) и уходящего длинноволнового излучения с 16 по 21 декабря 2019 г. (в среднем на 30 Вт/м2), вероятно, связаны с землетрясением, произошедшим 27 декабря 2019 г. (М = 4.9) с глубиной очага 10 км в том же месте, что и исследуемое сейсмическое событие 24 января 2020 г. (М = 6.7). В период времени с 10 по 15 января 2020 г. выявлены превышения значений температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы по сравнению с фоновыми значениями (в среднем на 4 K), связанные с землетрясением, произошедшим 24 января 2020 г. Примерно за неделю до исследуемого землетрясения, состоявшегося 24 января 2020 г., в период с 11 по 17 января 2020 г. былo зафиксировано превышение значений уходящего длинноволнового излучения по сравнению с фоновыми (в среднем на 45 Вт/м2).

Для исследования вариаций тепловых полей в процессе подготовки и протекания землетрясения, произошедшего в Турции 24 января 2020 г., была проведена нормализация ночных данных температур земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы, а также уходящего длинноволнового излучения для периода времени с 4 по 31 января 2020 г. и данных предшествующих лет с 2004 по 2009 г. для этого временного интервала. Результаты обработки данных приведены на рис. 6.

Рис. 6.

Вариации тепловых полей в процессе подготовки и протекания землетрясения в Турции 24 января 2020 г. (М = 6.7): а – температура земной поверхности; б – температура приповерхностного слоя атмосферы; в – уходящее длинноволновое излучение.

Анализ данных, полученных для температуры земной поверхности (см. рис. 6, а), позволил выявить аномалии в области Северо-Анатолийского разлома, которые наблюдались 4 и 5 января 2020 г. На Восточно-Анатолийском разломе аномалия этого параметра зафиксирована 12 и 13 января 2020 г. За три дня (21 января 2020 г.) до исследуемого землетрясения аномалия температуры земной поверхности (нормализованный индекс Ni = 1.8) наблюдалась в его эпицентральной зоне (см. рис. 6, а).

Анализ рис. 6, б показал, что аномалии температуры приповерхностного слоя атмосферы (значения нормализованного индекса доходили до Ni = 1.8) совпадали по датам с аномалиями температуры земной поверхности (рис. 6, а), а их расположение было смещено в южном направлении от эпицентра готовящегося землетрясения. После землетрясения, состоявшегося 24 января 2020 г., продолжали наблюдаться аномалии температуры приповерхностного слоя атмосферы (значения нормализованного индекса Ni = 1.1) в связи с повышенной афтершоковой ситуацией (см. рис. 2, б).

На рис. 6, в проиллюстрирован характер изменения уходящего длинноволнового излучения в период времени с 4 по 31 января 2020 г. Анализ рис. 6, в показал, что с 13 января 2020 г. началось формирование аномалии OLR над областью Восточно-Анатолийского разлома. Аномалия OLR достигла максимальных значений (нормализованный индекс Ni = 2) 16 января 2020 г. (за 8 дней до землетрясения). В эпицентральной области готовящегося землетрясения (24 января 2020 г.) над Восточно-Анатолийским разломом 22 и 23 января 2020 г. была зафиксирована аномалия OLR с значением нормализованного индекса Ni = 1.4 и 1.3 (рис. 6, в). После исследуемого землетрясения сохранились аномалии OLR высокой интенсивности (значения нормализованного индекса доходили до Ni = 1.9) над областью тектонических разломов в связи с резким увеличением количества землетрясений (см. рис. 2, б).

На основании анализа обработанных данных температуры поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и уходящего длинноволнового излучения можно утверждать, что наблюдаемая закономерность появления тепловых аномалий непосредственно связана с подготовкой сильных землетрясений, произошедших в Турции 8 марта 2010 г. (М = 6.1) и 24 января 2020 г. (М = 6.7).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе по данным космического мониторинга были проанализированы вариации тепловых полей в процессе подготовки и протекания сильных землетрясений с магнитудами М = 6.1 и М = 6.7, произошедших в Турции 8 марта 2010 г. и 24 января 2020 г.

На основании результатов исследований изменений температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы за 3 недели до землетрясения в Турции 8 марта 2010 г. были выявлены превышения их значений по сравнению с данными прошлых лет (2005–2009 гг.) более чем на 10 K. Анализ нормализованных ночных данных, полученных с прибора AIRS, позволил выявить за 19 дней до землетрясения, состоявшегося 8 марта 2010 г., появление аномалий температур поверхности и приповерхностного слоя атмосферы величиной Ni = 2.1. Они послужили началу формирования аномалий OLR, обнаруженных 20 февраля 2010 г. Приблизительно за неделю до этого землетрясения (1 и 2 марта 2010 г.) аномалии температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы, для которых значения нормализованного индекса доходили до Ni = 2.2, были выявлены над Северо-Анатолийским разломом. За 5 дней до землетрясения, состоявшегося 8 марта 2010 г., были обнаружены аномалии OLR (значения нормализованного индекса Ni = 2.2) в районах Северо- и Восточно- Анатолийских разломов, а за два дня до него в эпицентральной области готовящегося сейсмического события была выявлена аномалия OLR высокой интенсивности (значения нормализованного индекса Ni = 2.4).

Анализ температур земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и уходящего длинноволнового излучения в процессе подготовки и протекания землетрясения с магнитудой М = 6.7, произошедшего в Турции 24 января 2020 г., позволил выявить периоды повышенных значений этих параметров по сравнению с фоновыми. С 17 по 22 декабря 2019 г. было обнаружено повышение температур земной поверхности и приповерхностного слоя атмосферы (в среднем на 4 K), а с 16 по 21 декабря 2019 г. – повышение плотности потока уходящего длинноволнового излучения (в среднем на 30 Вт/м2) по сравнению с фоновыми значениями. Данные аномалии, вероятно, связаны с землетрясением, произошедшим 27 декабря 2019 г. (М = 4.9, глубина очага 10 км) в том же месте, что и землетрясение, состоявшееся 24 января 2020 г. Примерно за 2 недели до землетрясения с магнитудой М = 6.7, состоявшегося 24 января 2020 г., были зафиксированы повышенные значения текущих температур по сравнению с фоновыми (в среднем на 4 K), которые наблюдались с 10 по 15 января 2020 г., а также превышения уходящего длинноволнового излучения (в среднем на 45 Вт/м2), которые были выявлены с 11 по 17 января 2020 г.

Анализ нормализованных значений температуры земной поверхности, приповерхностного слоя атмосферы и уходящего длинноволнового излучения для землетрясения, состоявшегося 24 января 2020 г., позволил выявить рост температур за 2 недели до исследуемого сейсмического события, а также смещение аномалий температуры приповерхностного слоя атмосферы в южном направлении по отношению к аномалии температуры земной поверхности. За повышением температур последовало аномальное превышение OLR. При этом за 11 дней до землетрясения с М = 6.7, состоявшегося 24 января 2020г., значение нормализованного индекса достигало максимума (Ni = 2) над Восточно-Анатолийским разломом. За 1–2 дня до этого землетрясения над его эпицентральной областью выявлены аномалии OLR, для которых значения нормализованного индекса достигали величин Ni = 1.4.

Тепловые аномалии, зафиксированные из космоса, до сильных землетрясений, произошедших в Турции 8 марта 2010 г. (М = 6.1) и 24 января 2020 г. (М = 6.7), подтверждают эффекты генерации тепла на высотах от поверхности земли до верхней границы облачности во время подготовки значительных сейсмических событий.

Таким образом, продемонстрирована возможность использования космических данных для исследования вариаций тепловых полей и использования их в качестве предвестников сильных землетрясений.

Список литературы

  1. Акопян С.Ц., Бондур В.Г., Рогожин Е.А. Технология мониторинга и прогнозирования сильных землетрясений на территории России с использованием метода сейсмической энтропии // Физика Земли. 2017. № 1. С. 34–53. https://doi.org/10.7868/S0002333717010021

  2. Бондур В.Г., Воронова О.С. Вариации уходящего длинноволнового излучения при подготовке и протекании сильных землетрясений на территории России в 2008 и 2009 гг. // Изв. ВУЗов. Геодезия и Аэрофотосъемка. 2012. № 1. С. 79–85.

  3. Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б., Родкин М.В. Эволюция напряженного состояния Южной Калифорнии на основе геомеханической модели и текущей сейсмичности // Физика Земли. 2016б. № 1. С. 120–132.https://doi.org/10.7868/S000233371601004X

  4. Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б. Крупномасштабное взаимодействие сейсмоактивных тектонических провинций. На примере Южной Калифорнии // Докл. АН. 2016а. Т. 466. № 5. С. 598–601.https://doi.org/10.7868/S0869565216050170

  5. Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б., Лапшин В.М., Нечаев Ю.В., Стеблов Г.М., Шалимов С.Л. Геомеханические модели и ионосферные вариации для крупнейших землетрясений при слабом воздействии градиентов атмосферного давления // Докл. АН. 2007. Т. 414. № 4. С. 540–543.

  6. Бондур В.Г., Гарагаш И.А., Гохберг М.Б., Лапшин В.М., Нечаев Ю.В. Связь между вариациями напряженно-деформированного состояния земной коры и сейсмической активностью на примере Южной Калифорнии // Докл. АН. 2010. Т. 430. № 3. С. 400-404.

  7. Бондур В.Г., Зверев А.Т. Космический метод прогноза землетрясений на основе анализа динамики систем линеаментов // Исслед. Земли из космоса. 2005б. № 3. С. 37–52.

  8. Бондур В.Г., Зверев А.Т. Метод прогнозирования землетрясений на основе линеаментного анализа космических изображений. Докл. АН. 2005а. Т. 402. № 1. С. 98–105.

  9. Бондур В.Г., Зверев А.Т. Механизмы формирования линеаментов, регистрируемых на космических изображениях при мониторинге сейсмоопасных территорий // Исслед. Земли из космоса. 2007. № 1. С. 47–56.

  10. Бондур В.Г., Смирнов В.М. Метод мониторинга сейсмоопасных территорий по ионосферным вариациям, регистрируемым спутниковыми навигационными системами // Докл. АН. 2005. Т. 402. № 5. С. 675–679.

  11. Бондур В.Г., Цидилина М.Н., Гапонова Е.В., Воронова О.С. Анализ аномалий геофизических полей при подготовке сильных землетрясений в Калифорнии в июле 2019 г. по данным космического мониторинга // Исслед. Земли из космоса. 2020. № 5. C. 3–24.

  12. Бондур В.Г., Цидилина М.Н., Гапонова Е.В., Воронова О.С. Систематизация ионосферных, геодинамических и тепловых предвестников сильных землетрясений (М ≥ 6), регистрируемых из космоса // Исслед. Земли из космоса. 2018. № 4. С. 3–19. https://doi.org/10.31857/S020596140002352-8

  13. Жуков Б.С., Халле В., Шлотцхауэр Г., Эртель Д. Пространственно-временной анализ тепловых аномалий как предвестников землетрясений // Соврем. пробл. дистанц. зондир. Земли из космоса. 2010. Т. 7. № 2. С. 333–343.

  14. Киссин И.Г. О системном подходе в проблеме прогноза землетрясений // Физика Земли. 2013. № 4. С. 145–160. https://doi.org/10.7868/S0002333713040054

  15. Липеровский В.А., Похотелов О.А., Мейстер К.В., Липеровская Е.В. Физические модели связей в системе литосфера–атмосфера–ионосфера перед землетрясениями // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48. № 6. С. 831–843.

  16. Моги К. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1988. 382 с.

  17. Пулинец С.А., Бондур В.Г., Цидилина М.Н., Гапонова М.В. Проверка концепции сейсмо-ионосферных связей в спокойных гелиогеомагнитных условиях на примере Венчуаньского землетрясения в Китае 12 мая 2008 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50. № 2. С. 240–252.

  18. Пулинец С.А., Узунов Д.П., Карелин А.В., Давиденко Д.В. Физические основы генерации краткосрочных предвестников землетрясений. Комплексная модель геофизических процессов в системе литосфера–атмосфера–ионосфера–магнитосфера, инициируемых ионизацией // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55. № 4. С. 540–558. https://doi.org/10.7868/S0016794015040136

  19. Смирнов В.М., Смирнова Е.В., Цидилина М.Н., Гапонова М.В. Сейсмоионосферные вариации во время сильных землетрясений на примере землетрясения 2010 г. в Чили // Космические исследования. 2018. Т. 56. № 4. С. 21–30. https://doi.org/10.31857/S002342060000347-9

  20. Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.

  21. Acker J.G., Leptoukh G. “Online Analysis Enhances Use of NASA Earth Science Data” // Eos, Trans., AGU. 2007. V. 88. № 2. P. 14–17.

  22. Akhoondzadeh M., De Santis A., Marchetti D., Piscini A., Jin S. Anomalous seismo-LAI variations potentially associated with the 2017 Mw  =  7.3 Sarpol-e Zahab (Iran) earthquake from Swarm satellites, GPS-TEC and climatological data // Advances in Space Research. 2019. 64. P. 143–158.

  23. Aliano C., Corrado R., Filizzola C., Genzano N., Pergola Tramutoli V. Robust TIR satellite techniques for monitoring earthquake active regions: limits, main achievements and perspectives // Annals of Geophysics. 2008. 51. P. 303–317.

  24. Bondur V., Kuznetsova L. Satellite Monitoring of Seismic Hazard Area Geodynamics Using the Method of Lineament Analysis // 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE. 2005. P. 376–379.

  25. Bondur V., Smirnov V. Monitoring of Ionosphere Variations During the Preparation and Realization of Earthquakes Using Satellite Navigation System Data // 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment. ISRSE. 2005. P. 372–375.

  26. Congxin W., Yuansheng Z., Xiao G., Shaoxing H., Manzhong Q., Ying Z. Thermal Infrared Anomalies of Several Strong Earthquakes // Research Article. Open Access Volume, 2013. 11 p. https://doi.org/10.1155/2013/208407

  27. Dey S., Singh R.P. Surface latent heat flux as an earthquake precursor // Nat. Haz. Earth Syst. Sci. 2003. № 3. P. 749–755.

  28. Hearty T., Savtchenko A., Theobald M., Ding F., Esfandiari E., Vollmer B. Readme document for AIRS version 006 products, Readme, NASA GES DISC Goddard Earth Sci. Data and Inf. Serv. Cent., Greenbelt, Md. 2013. 14 p.

  29. Hussain E., Wright T.J., Walters R.J. et al. Constant strain accumulation rate between major earthquakes on the North Anatolian Fault // Nat. Commun. 2018. № 9. P. 1392.https://doi.org/10.1038/s41467-018-03739-2

  30. Keilis-Borok V., Gabrielov A., Soloviev A. Geo-complexity and earthquake prediction. In: Meyers R. (ed.) Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Springer. New York, 2009. P. 4178–4194.

  31. Levina G.V., Moiseev S.S., Rutkevich P.B. Hydrodynamic alpha’effect in a convective system / Series: Advances in Fluid Mechanics. Nonlinear Instability, Chaos and Turbulence. Eds. L. Debnath, D.N. Riahi. 2000. № 2. P. 111–162.

  32. Lin L., Kong X., Li N. A martingale-based temporal analysis of pre-earthquake anomalies at Jiuzhaigou, China, in the period of 2009–2018 // E3S Web of Conferences. 2019. № 131. 01072. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913101072

  33. Lu X., Meng Q.Y., Gu X.F., Zhang X.D., Xie T., Geng F. Thermal infrared anomalies associated with multi-year earthquakes in the Tibet region based on China’s FY-2E satellite data // Adv. Space Res. 2016. № 58. P. 989–1001. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.05.038

  34. Molchan G., Keilis-Borok V. Seismology Earthquake prediction: probabilistic aspect // Geophys. J. Int. 2008. № 173. P. 1012–1017.

  35. Ouzounov D., Freund F. Mid-infrared emission prior to strong earthquakes analyzed by remote sensing data // Adv. Space Res., 2004. № 33. P. 268–273.

  36. Ouzounov D., Liu D., Chunli K., Cervone G., Kafato M., Taylor P. Outgoing long wave radiation variability from IR satellite data prior to major earthquakes // Tectonophysics. 2007. № 431. P. 211–220.

  37. Pavlidou E., Van der Meijde M., Van der Werff H., Hecker C. Time Series Analysis of Land Surface Temperatures in 20 Earthquake Cases Worldwide // Remote Sens. 2019. № 11. Р. 61. https://doi.org/10.3390/rs11010061

  38. Pulinets S., Ouzounov D. The Possibility of Earthquake Forecasting: Learning from nature. Institute of Physics Books, IOP Publishing, Dec 2018. P. 168. https://doi.org/10.1088/978-0-7503-1248-6

  39. Saraf A.K., Rawat V., Banerjee P., Choudhury S., Panda S.K., Dasgupta S., Das J.D.: Satellite detection of earthquake thermal infrared precursors in Iran // Nat. Hazards. 2008. № 47. P. 119–135.

  40. Tan O., Pabuçcu Z., Tapırdamaz M.C., İnan S., Ergintav S., Eyidoğan H., Aksoy E., Kuluöztürk F. Aftershock study and seismotectonic implications of the 8 March 2010 Kovancılar (Elazığ, Turkey) earthquake (MW = 6.1). 2011. V. 38. Is. 11. https://doi.org/10.1029/2011GL047702

  41. Tramutoli V., Corrado R., Filizzola C., Genzano N., Lisi M., Pergola N. From visual comparison to Robust Satellite Techniques: 30 years of thermal infrared satellite data analyses for the study of earthquake preparation phases // Bollettino Di Geofisica Teorica Ed Applicata. 2015. V. 56. № 2. P. 167–202. https://doi.org/10.4430/bgta0149

  42. Tronin A.A. Satellite Remote Sensing in Seismology. A Review // Remote Sensing. 2010. V. 2. № 1. P. 124–150.

  43. Xiong P., Shen X.H., Bi Y.X., Kang C.L., Chen L.Z., Jing F., Chen Y. Study of outgoing longwave radiation anomalies associated with Haiti earthquake // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2010. № 10. P. 2169–2178. https://doi.org/10.5194/nhess-10-2169-2010

  44. Xuan Z., Yuansheng Z., Xiufeng T., Qiaoli Z., Jie T. Tracking of Thermal Infrared Anomaly before One Strong Earthquake – In the Case of Ms 6.2 Earthquake in Zadoi, Qinghai on October 17th, 2016 // Conference Series. V. 910. Is. 1. article id. 012048 (2017). https://doi.org/10.1088/1742-6596/910/1/012048.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Исследование Земли из Космоса

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал