Air Current Circulation as a Possible Cause of Preseismic Anomalies in the Surface Electric Field

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Ground-based measurements of the vertical atmospheric electric field of the Earth sometimes show bay-like anomalies that precede certain earthquakes. In some cases, these anomalies have even been accompanied by a change in the sign of the field under fair weather conditions. Possible causes of this phenomenon are typically attributed to anomalous changes in electrical conductivity in the surface air and increased radon emission from the soil. This paper proposes another mechanism of atmospheric electrical anomalies that involves the entrainment of charged aerosols and light and heavy ions by air flows. Such flows can be produced by small temperature anomalies observed before some seismic events. Theoretical analysis shows that anomalously strong electrical variations may occur even in the presence weak air flows provided that they persist for a long time and there is a specific structure of the velocity field with vertical air circulation and particle exchange between different atmospheric layers. For this type of flows, an analytical solution is derived and spatial distributions of atmospheric electric perturbations are obtained. The results of calculations and estimates confirm that the proposed mechanism can explain the observational data.

全文:

受限制的访问

作者简介

V. Surkov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences; Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: surkovvadim@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow; Troitsk, Moscow

参考

  1. Бузевич А.В., Дружин Г.И., Фирстов П.П., Вершинин Е.Ф., Смирнов С.Э., Филимонов В.И. Геофизические эффекты, предваряющие Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 г. М = 7.7. Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский: изд-во Камчатской Госакадемии рыбопромыслового флота. 1998. С. 177–188.
  2. Голицын Г.С. Методические основы теории турбулентности и морского волнения // Изв. РАН. ФАО. 2001. Т. 37. № 4. С. 438–445.
  3. Гохберг М.Б., Некрасов А.К., Шалимов С.Л. О влиянии нестабильного выхода парниковых газов в сейсмически активном регионе на ионосферу // Физика Земли. 1996. № 8. С. 52–55.
  4. Кожухов С.А., Соловьев С.П. Определение коэффициента турбулентной диффузии продуктов взрыва и пыли перед фронтальной границей всплывающего термика. Физические процессы в геосферах при сильных возмущениях: геофизика сильных возмущений. М.: ИДГ РАН. 1996. С. 314–320.
  5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Теоретическая физика. Т. 6. 3-е изд., перераб. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат лит. 1986.
  6. Макаров Е.О., Фирстов П.П. Модель некоторых предвестников аномалий в поле подпочвенного радона землетрясений с M ≥ 5.5 на полуострове Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 4(24). С. 133–147. doi: 10.1854/2079-6641-2018-24-4-133-147
  7. Монин А.С. Атмосферная диффузия // УФН. 1959. Вып. 1. С. 119–130.
  8. Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Депуева А.Х., Бузевич А.В., Дружин Г.И., Смирнов С.Э., Фирстов П.П. Вариации различных атмосферно-ионосферных параметров в периоды подготовки землетрясений на Камчатке: предварительные результаты // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42. № 6. С. 805–813.
  9. Михайлов Ю.М., Михайлова Г.А., Капустина О.В., Дружин Г.И., Смирнов С.Э. Электрические и электромагнитные процессы в приземной атмосфере перед землетрясениями на Камчатке // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 6. С. 839–852.
  10. Перцев Н.Н., Шалимов С.Л. Генерация атмосферных гравитационных волн в сейсмически активном регионе и их влияние на ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т. 36. № 2. С. 111–118.
  11. Руленко О.П., Иванов А.В., Шумейко А.В. Краткосрочный атмосферно-электрический предвестник камчатского землетрясения 6 III 1992, М = 6.1 // Докл. РАН. 1992. Т. 326. № 6. С. 980–982.
  12. Руленко О.П. Оперативные предвестники землетрясений в электричестве приземной атмосферы // Вулканология и сейсмология. 2000. № 4. С. 57–68.
  13. Руленко О.П., Марапулец Ю.В., Кузьмин Ю.Д., Солодчук А.А. Совместное возмущение геоакустической эмиссии, радона, торона и атмосферного электрического поля по данным наблюдений на Камчатке // Физика Земли. 2019. № 5. С. 76–81. https://doi.org/10.31857/S0002-33372019576-86
  14. Соловьёв С.П., Сурков В.В. Электрические возмущения в приземном слое атмосферы, обусловленные воздушной ударной волной // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30. № 1. С. 117–121.
  15. Сурков В.В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ. 2000. 448 с.
  16. Сурков В.В., Пилипенко В.А., Силина А.С. Могут ли радиоактивные эманации в сейсмоактивном районе воздействовать на атмосферное электричество и ионосферу? // Физика Земли. 2022. № 3. С. 3–11. doi: 10.31857/S0002333722030097
  17. Тверской П.Н. Курс метеорологии (физика атмосферы). Л.: Гидрометеоиздат. 1962. 700 с.
  18. Astafyeva E. Ionospheric detection of natural hazards // Reviews of Geophysics. 2019. V. 57. P. 1265–1288. https://doi.org/10.1029/2019RG000668
  19. Choudhury A., Guha A., Kumar De B., Roy R. A statistical study on precursory effects of earthquakes observed through the atmospheric vertical electric field in northeast India // Annals of Geophysics. 2013. V. 56. № 3. P. 331–340.
  20. Cigolini C., Laiolo M., Coppola D. The LVD signals during the early-mid stages of the L’Aquila seismic sequence and the radon signature of some aftershocks of moderate magnitude // J. Environ. Radioactivity. 2015. V. 139. P. 56–65. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.09.017
  21. Genzano N., Aliano C., Corrado R., Filizzola C., Lisi M., Mazzeo G., Paciello R., Pergola N., Tramutoli V. RST analysis of MSG-SEVIRI TIR radiances at the time of the Abruzzo 6 April 2009 earthquake // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V. 9. P. 2073–2084.
  22. Giuliani G., Fiorani A. L’Aquila 2009 la mia verità sul terremoto, Castelvecchi Editore. Rome. 2009.
  23. Gokhberg M.B., Nekrasov A.K., Shalimov S.L. A new approach to the problem of the lithosphere-ionosphere coupling before the earthquakes / Hayakawa M., Fujinawa Y. (eds.) Electromagnetic phenomena related to earthquake prediction. Terra Sci. Publ. Co. Tokyo. 1994. P. 619–625.
  24. Hao J., Tang T., Li D. Progress in the research on atmospheric electric field anomaly as an index for short-impending prediction of earthquakes // J. Earthq. Predict. Res. 2000. V. 8. P. 241–255.
  25. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2010. V. 72. P. 376–381.
  26. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Earthquake-cloud coupling through the global atmospheric electric circuit // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. Discuss. 2013. V. 1. P. 7271–7283. doi: 10.5194/nhessd-1-7271-2013
  27. Heki K., Enomoto Y. Preseismic ionospheric electron enhancements revisited // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 6618–6626. doi: 10.1002/jgra.50578
  28. Inan S., Akgül T., Seyis C., Saatçılar R., Baykut S., Ergintav S., Bas M. Geochemical monitoring in the Marmara region (NW Turkey): a search for precursors of seismic activity // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. B03401. doi: 10.1029/2007JB005206
  29. Jin S., Occhipinti G., Jin R. GNSS ionospheric seismology: Recent observation evidences and characteristics // Earth-Sci. Rev. V. 2015. V. 147. P. 54–64.
  30. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.05.003
  31. Kachakhidze N., Kachakhidze M., Kereselidze Z., Ramishvili G. Specific variations of the atmospheric electric field potential gradient as a possible precursor of Caucasus earthquakes // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V. 9. P. 1221–1226.
  32. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E., Pulinets S.A., Zhao B., Tsidilina M.N. Formation mechanism of great positive TEC disturbances prior to Wenchuan earthquake on May 12, 2008 // J. Adv. Space Res. 2011. V. 48. № 3. P. 488–499. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.03.040
  33. Marapulets Y., Rulenko O. Joint anomalies of high-frequency geoacoustic emission and atmospheric electric field by the ground – atmosphere boundary in a seismically active region (Kamchatka) // Atmosphere. 2019. V. 10. P. 267. doi: 10.3390/atmos10050267
  34. Mareev E.A., Iudin D.I., Molchanov O.A. Mosaic source of internal gravity waves associated with seismic activity / Hayakawa M. (ed.). Seismo-Electromagnetics (Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling). Tokyo: TERRAPUB. 2002. P. 335–342.
  35. Reist P.C. Aerosol science and technology. McGraw-Hill. New York. 1993.
  36. Rulenko O.P. Immediate earthquake precursors in near-ground atmospheric electricity // J. Volcanol. Seismol. 2001. V. 22. P. 435–451.
  37. Silva H.G., Bezzeghoud M., Reis A.H., Rosa R.N., Tlemçani M., Araújo A.A., Serrano C., Borges J.F., Caldeira B., Biagi P.F. Atmospheric electrical field decrease during the M = 4.1 Sousel earthquake (Portugal) // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011. V. 11 P. 987–991.
  38. Surkov V.V., Pokhotelov O.A., Parrot M., Hayakawa M. On the origin of stable IR anomalies detected by satellite above seismo-active regions // Physics and Chemistry of the Earth. 2006. V. 31. № 4–9. P. 164–171.
  39. Surkov V., Hayakawa M. Ultra and Extremely Low Frequency Electromagnetic Fields. Springer Geophysics Series. V. XVI. Springer. 2014. 486 pp. doi: 10.1007/978-4-431-54367-1
  40. Surkov V.V. Pre-seismic variations of atmospheric radon activity as a possible reason for abnormal atmospheric effects // Ann. Geophys. 2015. V. 58. № 5. A0554. doi: 10.4401/ag-6808
  41. Tramutoli V., Bello D., Pergola G.N., Piscitelli S. Robust satellite technique for remote sensing of seismically active areas // Ann. Di Geofisica. 2001. V. 44. P. 295–312.
  42. Tronin A.A. Satellite thermal survey application for earthquake prediction / Hayakawa M. (ed.). Atmospheric and ionospheric Electromagnetic Phenomena associated with Earthquakes. TERRAPUB. Tokyo. 1999. P. 357–370.
  43. Virk H.S., Singh B. Radon recording of Uttarkashi earthquake // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. P. 737–742.
  44. Yasuoka Y., Kawada Y., Nagahama H., Omori Y., Ishikawa T., Tokonami S., Shinogi M. Pre-seismic changes in atmospheric radon concentration and crustal strain // Phys. Chem. Earth. 2009. V. 34. P. 431–434.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic representation of the model and current lines describing air circulation.

下载 (113KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Calculations of atmospheric particle concentration distribution by height for the time moment in the case of small Curves 1-5 correspond to the values of horizontal coordinates 0, and respectively.

下载 (444KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Calculations of the height distribution of the perturbation of the vertical projection of the atmospheric electric field created by positively charged atmospheric particles of grade i for the time moment in the case of small Curves 1-5 correspond to the horizontal coordinates: 0, and respectively.

下载 (428KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Calculations of the horizontal distribution of the perturbation of the vertical projection perturbation of the atmospheric electric field created by positively charged atmospheric particles of grade i for the time moment in the case of small Curves 1-3 correspond to fixed values of heights and b, respectively.

下载 (345KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Calculations of the concentration distribution of atmospheric particles of sort i over height for the case when the parameter is not small. Graph 1 is plotted for the time instant Graphs 2 and 2′ for Graphs 3 and 3′ for Solid lines 2, 3 and dashed lines 2′, 3′ correspond to the values and, respectively.

下载 (432KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Calculations of the height distribution of the vertical projection of the atmospheric electric field generated by positively charged atmospheric particles of the i-th type for the moment of time and the case when the parameter is not small. Curves 1 and 2 correspond to the values and respectively. The dotted line corresponds to the unperturbed electric field created by these particles at the moment of time and the case when the parameter is not small.

下载 (370KB)
索引源数据
8. Fig. 7. The same as Fig. 6, but for the case when the electric field is created by two types of oppositely charged atmospheric particles.

下载 (319KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».