On geomagnetic and ionospheric variations after the strong eruption of Shiveluch volcano 2023

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Ground-based magnetometers and vertical ionospheric sounding stations were used to record specific variations in the geomagnetic field caused by disturbances in the current systems of the lower ionosphere and the electron density of the upper ionosphere after a strong volcanic eruption in Kamchatka (Russia) on April 10, 2023. Analysis of the measurement results of two series of explosions showed that the impact on the lower ionosphere is carried out through both seismic Rayleigh waves (which are a source of acoustic waves propagating into the ionosphere), and atmospheric internal gravity waves generated by explosions. At distances from the source of up to a thousand kilometers, a repeatability of the pattern of ionospheric disturbances was discovered after each of the six volcanic explosions. At larger distances in the ionosphere, signals from acoustic waves caused by Rayleigh waves are clearly recorded, and isolating signals from atmospheric internal waves is difficult due to the influence of disturbances from other external sources.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. A. Riabova

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

S. L. Shalimov

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: ryabovasa@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Гирина О.А., Демянчук Ю.В., Мельников Д.В., Ушаков С.В., Овсянников А.А., Сокоренко А.В. Пароксизмальная фаза извержения вулкана Молодой Шивелуч, Камчатка, 27 февраля 2005 г. (предварительное сообщение) // Вулканология и сейсмология. 2006. № 1. C. 16–23.
  2. Гирина О.А., Лупян Е.А., Хорват А., Мельников Д.В., Маневич А.Г., Нуждаев А.А., Бриль А.А., Озеров А.Ю., Крамарева Л.С., Сорокин А.А. Анализ развития пароксизмального извержения вулкана Шивелуч 10–13 апреля 2023 года на основе данных различных спутниковых систем // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 283–291.
  3. Горбач Н.В., Портнягин М.В. Геологическое строение и петрология лавового комплекса вулкана Молодой Шивелуч, Камчатка // Петрология. 2011. Т. 19. № 2. С. 140–172.
  4. Жаринов Н.А., Демянчук Ю.В., Борисов И.А. О продолжении нового эруптивного цикла вулкана Шивелуч в 2001–2021 гг., Камчатка // Вулканология и сейсмология. 2022. № 3. С. 3–11.
  5. Куницын В.Е., Нестеров И.А., Шалимов С.Л. Мегаземлетрясение в Японии 11 марта 2011 г.: регистрация ионосферных возмущений по данным GPS // Письма в ЖЭТФ. 2011. Т. 94. № 8. С. 657–661.
  6. Куницын В.Е., Шалимов С.Л. Ультранизкочастотные вариации магнитного поля при распространении в ионосфере акустико-гравитационных волн // Вестник МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2011. № 5. С. 75–78.
  7. Малкин Е.И., Чернева B.И., Махлай Д.О., Чернева Н.В., Акбашев Р.Р., Санников Д.В. Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2023. Т. 43. № 2. C. 141–165.
  8. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм / П.В. Медникова (ред.). М.: Наука. 1977. 342 с.
  9. Рябова С.А., Ольшанская Е.В., Шалимов С.Л. Отклик нижней и верхней ионосферы на землетрясения в Турции 06.02.2023 г. // Физика Земли. 2023. № 6. С. 153–162. doi: 10.31857/S0002333723060182
  10. Рябова С.А., Шалимов С.Л. О геомагнитных вариациях, наблюдаемых на поверхности Земли и приуроченных к сильным землетрясениям // Физика Земли. 2022. № 4. С. 30–45. doi: 10.31857/S0002333722040081
  11. Спивак А.А., Рыбнов Ю.С., Рябова С.А., Соловьев С.П., Харламов В.А. Акустический, магнитный и электрические эффекты извержения вулкана Стромболи (Италия) в июле–августе 2019 г. // Физика Земли. 2020. № 5. С. 117–130. doi: 10.31857/S0002333720050129
  12. Спивак А.А., Рябова С.А. Магнитный и электрические эффекты эксплозивной стадии извержения вулкана Стромболи (03.07.2019 г., Италия) // Докл. РАН. Науки о Земле. 2020. T. 493. № 1. С. 54–57. doi: 10.31857/S2686739720070191
  13. Черногор Л.Ф. Геомагнитные возмущения, сопровождавшие великое японское землетрясение 11 марта 2011 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 1. С. 69–82.
  14. Шалимов С.Л. Атмосферные волны в плазме ионосферы. М.: ИФЗ РАН. 2018. 390 с.
  15. Ясюкевич Ю.В., Едемский И.К., Перевалова Н.П., Полякова А.С. Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS. Иркутск: ИГУ. 2013. 160 с.
  16. Adhikari B., Khatiwada R., Chapagain N.P. Analysis of geomagnetic storms using wavelet transforms // Journal of Nepal Physical Society. 2017. V. 4. № 1. P. 119–124.
  17. Dautermann T., Calais E., Mattioli G.S. Global Positioning System detection and energy estimation of the ionospheric wave caused by the 13 July 2003 explosion of the Soufriere Hills Volcano, Montserrat // Journal of Geophysical Research. Solid Earth. 2009. V. 114. № B02. doi: 10.1029/2008JB005722
  18. Grinsted A., Moor J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical timeseries // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. V. 11. P. 561–566.
  19. Grossmann A., Morlet J. Decomposition of Hardy functions into square integrable wavelets of constant shape // SIAM Journal on Mathematical Analysis. 1984. V. 15. № 4. P. 723–736.
  20. Hao Y.Q., Xiao Z., Zhang D.H. Teleseismic magnetic effects (TMDs) of 2011 Tohoku earthquake // Journal of Geophysical Research. Space Physics. 2013. V. 118. № 6. P. 3914–3923. doi: 10.1002/jgra.50326
  21. Jiang C., Yang G., Zhao Z., Zhang Y., Zhu P., Sun H. An automatic scaling technique for obtaining F2 parameters and F1 critical frequency from vertical incidence ionograms // Radio Science. 2013. V. 48. P. 739–751.
  22. Kelley M.C. The Earth’s ionosphere: Plasma physics and electrodynamics. San Diego, California: Academic Press, Inc. 1989. 487 p.
  23. Maraun D., Kurths J. Cross wavelet analysis: significance testing and pitfalls // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. V. 11. P. 505–514.
  24. 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. №3 A8. doi: 10.1029/2012JA017952
  25. Meyer Y. Wavelets: Algorithms and applications. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics. 1993. 134 p.
  26. Ozerov A.Yu., Girina O.A., Zharinov N.A., Belousov A.B., Demyanchuk Yu.V. Eruptions in the northern group of volcanoes, in Kamchatka, during the early 21st century // Journal of Volcanology and Seismology. 2020. V. 14. P. 1–17. doi: 10.1134/S0742046320010054
  27. Riabova S. Application of wavelet analysis to the analysis of geomagnetic field variations // Journal of Physics Conference Series. 2018. V. 1141. doi: 10.1088/1742-6596/1141/1/012146
  28. Riabova S.A. Study of the multifractality of geomagnetic variations at the Belsk Observatory // Doklady Earth Sciences. 2022. V. 507. № 2. P. 299–303. doi: 10.1134/S1028334X22700489
  29. Shevchenko A.V., Dvigalo V.N., Svirid I.Yu. Airborne photogrammetry and geomorphological analysis of the 2001-2012 exogenous dome growth at Molodoy Shiveluch Volcano, Kamchatka // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2015. V. 304. P. 94–107. doi: 10.1016/j.jvolgeores.2015.08.013
  30. Torrence C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysis // Bulletin of the American Meteorological Society. 1998. V. 79. P. 605–618.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рис. 1. Скалограммы геомагнитных вариаций на ст. Паратунка в период шести эпизодов повышенной активности вулкана Шивелуч с 12:00 по 17:00 UT 10.04.2023 г. (а) и с 17:00 UT по 22:00 10.04.2023 г. (б); здесь и далее: белые пунктирные линии – конус влияния, номера аномалий приведены в поле рисунков.

Download (193KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Scalograms of geomagnetic variations at Magadan station during six episodes of increased activity of the Shiveluch volcano from 12:00 UT on 04/10/2023 to 1:00 UT on 04/11/2023.

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scalograms of geomagnetic variations at the Schmidt station during six episodes of increased activity of the Shiveluch volcano from 12:00 UT on 04/10/2023 to 5:00 UT on 04/11/2023.

Download (112KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Scans of geomagnetic variations at Memambetsu station during six episodes of increased activity of Shiveluch volcano from 12:00 UT on 04/10/2023 to 12:00 UT on 04/11/2023.

Download (102KB)
Indexing metadata
6. Reese. 5. Скалограммы геомагнитных вариаций на ст. Хабаровск в период шести эпизодов повышенной повышенной вулкана Шивелуч с 12:00 по 17:00 UT 10.04.2023 г. (а) и с 17:00 по 22: 00 UT 10.04.2023 г. (б).

Download (149KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Scalograms of geomagnetic variations at the Shumagin station during six episodes of increased activity of the Shiveluch volcano from 12:00 to 17:00 UT on 04/10/2023 (a) and from 17:00 to 22:00 UT on 04/10/2023 (b).

Download (170KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Scalograms of variations in the critical frequency of the F2 layer of the ionosphere according to sounding data at the Erekson station during six episodes of increased activity of the Shiveluch volcano from 12:00 UT on 04/10/2023 to 6:00 UT on 04/11/2023 (a) and at the Vakkanai station during six episodes of increased activity of the Shiveluch volcano from 12:00 UT 04/10/2023 to 8:00 UT 04/11/2023 (b).

Download (217KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».