Electromagnetic Trigger Effects in the Ionosphere–Atmosphere–Lithosphere System and Their Possible Use for Short-Term Earthquake Forecasting

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Previously conducted numerical studies of the influence of class X solar flares on seismic activity have shown that the absorption of X-ray radiation from a solar flare in the ionosphere can cause pulsations of the geomagnetic field up to 100 nT and the corresponding generation of telluric currents in faults in the Earth’s crust with a density of up to 10–6 A/m2, which is comparable to the current density created in the Earth’s crust by artificial pulse sources and leading to the initiation of weak earthquakes in the Pamirs and Northern Tien Shan. To verify these numerical results, an analysis was conducted of the possible impact of the 50 strongest class X flares (1997–2023) on both global seismic activity and earthquake-preparation zones located only on the illuminated part of the globe. The method of superimposing epochs has established an increase in number of earthquakes M ≥ 4.5 within 10 days after a solar flare, especially in the area with a radius of 5000 km around the subsolar point (up to 68% for flare class >X5), compared to the same period before it. Analysis of aftershock activity of the strong Sumatra–Andaman earthquake (M = 9.1, December 26, 2004) showed that the number of aftershocks with magnitude M ≥ 2.5 increased more than 17 times after the X10.1 class solar flare (January 20, 2005) with a delay of 7–8 days. In addition, it has been shown that solar flares of class X2.3 and M3.64, which occurred after the Darfield earthquake (M = 7.1, September 3, 2010, New Zealand), in the area of subsolar points of which the aftershock zone was located, probably caused three strong aftershocks (M6.3, M5.2, and M5.9) with the same delay of 6 days on the Port Hills fault, which is the most sensitive to external electromagnetic influences in terms of its electrical conductivity and orientation. Taking into account the concept of earthquake forecasting based on trigger effects proposed by G.A. Sobolev, the possibility is discussed of using the obtained results for short-term forecasting as additional information along with known precursors.

About the authors

V. A. Novikov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: novikov@ihed.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 125412; Moscow, 119334

V. M. Sorokin

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Russian Academy of Sciences

Email: sova@izmiran.ru
Russian Federation, Moscow, 142191

References

  1. Завьялов А.Д. Среднесрочный прогноз землетрясений: основы, методика, реализация. М.: Наука. 2006. 254 с.
  2. Закржевская Н.А., Соболев Г.А. О возможном влиянии магнитных бурь на сейсмичность // Физика Земли. 2002. № 4. С. 3–15.
  3. Зейгарник В.А., Богомолов Л.И., Новиков В.А. Электромагнитное инициирование землетрясений: полевые наблюдения, лабораторные эксперименты и физические механизмы (Обзор) // Физика Земли. 2022. № 1. С. 35–66. https://doi.org/10.31857/S0002333722010100
  4. Соболев Г.А., Закржевская Н.А., Харин Е.П. О связи сейсмичности с магнитными бурями // Физика Земли. 2001. № 11. С. 62–72.
  5. Соболев Г.А. Влияние больших магнитных бурь на возникновение больших землетрясений // Физика Земли. 2021. № 1. С. 24–40.
  6. Кочарян Г.Г., Виноградов Е.А., Горбунова Э.М., Марков В.К., Марков Д.В., Перник Л.М. Гидрогеологический отклик подземных коллекторов на сейсмические колебания // Физика Земли. № 12. 2011. С. 50–62.
  7. Новиков В.А., Сорокин В.М., Ященко А.К., Мушкарев Г.Ю. Физическая модель и численные оценки теллурических токов, генерируемых рентгеновским излучением солнечной вспышки // Динамические процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 1. С. 23–44. https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_1_23
  8. Akhoondzadeh M., De Santis A. Is the Apparent Correlation between Solar-Geomagnetic Activity and Occurrence of Powerful Earthquakes a Casual Artifact? // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 1131. https://doi.org/10.3390/atmos13071131
  9. Anagnostopoulos G., Spyroglou I., Rigas A., Preka-Papadema P., Mavromichalaki H., Kiosses I. The sun as a significant agent provoking earthquakes // The European Physical Journal Special Topics. 2021. V. 230. P. 287–333. https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000266-2
  10. Day and Night World Map. Интернет-ресурс: https://www.timeanddate.com/worldclock /sunearth.html) (доступ 18.04.2024).
  11. Dzeboev B.A., Gvishiani A.D., Agayan S.M., Belov I.O., Karapetyan J.K., Dzeranov B.V., Barykina Y.V. System-Analytical Method of Earthquake-Prone Areas Recognition // Applied Sciences. 2021. № 11. P. 7972. https://doi.org/10.3390/app11177972
  12. Brodsky E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., Manga M. A mechanism for sustained ground water pressure changes induced by distant earthquakes // J. Geophys. Res. 2003. № 108. Р. 2390–2400.
  13. Brodsky E.E., Prejean S.G. New constraints on mechanisms of remotely triggered seismicity at Long Valley Caldera // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. B04302. 10.1029/2004JB003211' target='_blank'>https://doi: 10.1029/2004JB003211
  14. Ingham M., Brown C. A magnetotelluric study of the Alpine Fault, New Zealand // Geophysical Journal International. 1998. № 2. P. 542–552. https://doi.org/10.1046/j.1365-246X.1998.00659.x
  15. INTERMAGNET Data Viewer. Интернет-ресурс: https://imag-data.bgs.ac.uk/GIN_V1 /GINForms2 (доступ 18.04.2024).
  16. Jones A.G., Kurtz R.D., Boerner D.E., Craven J.A., McNeice G.W., Gough D.I., DeLaurier J.M., Ellis R.G. Electromagnetic constraints on strike-slip fault geometry – The Fraser River fault system // Geology. 1992. № 20. P. 561–564. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1992)020<0561:ECOSSF> 2.3.CO2
  17. Lanzerotti L.J., Gregori G.P. Telluric currents: The natural environment and interaction with man-made systems. The Earth’s Electrical Environment. Washington D.C.: The National Academic Press. 1986. P. 232-257.
  18. Ledo J., Jones A.G.,Ferguson I.J. Electromagnetic images of a strike-slip fault: The Tintina fault-Northern Canadian // Geophysical Research Letters. 2002. № 29. P. 1225. https://doi.org/10.1029/2001GL013408
  19. Love J.J., Thomas J.N. Insignificant solar-terrestrial triggering of earthquakes // Geophysical Research Letters. 2013. № 40. P. 1165–1170. https://doi.org/10.1002/grl.50211
  20. Mackie R.L., Livelybrooks D.W., Madden T.R., Larsen J.C. A magnetotelluric investigation of the San Andreas Fault at Carrizo Plain, California // Geophysical Research Letters. 1997. № 24. P. 1847–1850. https://doi.org/10.1029/97GL01604
  21. Novikov V.A., Okunev V.I., Klyuchkin V.N., Liu J., Ruzhin Yu.Ya., Shen X. Electrical triggering of earthquakes: results of laboratory experiments at spring-block models // Earthquake Science. 2017. V. 30. № 4. P. 167–172. doi: 10.1007/s11589-017-0181-8
  22. Novikov V., Ruzhin Yu., Sorokin V., Yaschenko A. Space weather and earthquakes: possible triggering of seismic activity by strong solar flares // Annalls of Geophysics. 2020. № 63(5). P. A554. https://doi.org/10.4401/ag-7975
  23. Polyanskaya E.A., Solovieva M.S., Pilipenko V.A., Korkina G.M. Monitoring of the Solar Flare Impact on the Ionosphere with VLF Radio Sounding and Magnetometers / Kosterov A., Lyskova E., Mironova I., Apatenkov S., Baranov S. (eds.). Problems of Geocosmos-2022. ICS 2022. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2023. P. 361–373. https://doi.org/10.1007/978-3-031-40728-4_27
  24. Real-time data and plots auroral activity. Интернет-ресурс: https://www.spaceweatherlive.com/en/solar-activity/top-50-solar-flares.html (доступ 11.03.2024).
  25. Rebetsky Yu.L., Sim L.A., Marinin A.V. Algorithm for calculating neotectonic stresses in platform areas by the structural-geomorphological method // Geodynamics & Tectonophysics. 2022. V. 13. № 1. P. 0577. doi: 10.5800/GT-2022-13-1-0577
  26. Scoville J., Heraud J., Freund F. Pre-earthquake magnetic pulses // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2015. № 15. P. 1873–1880. https://doi.org/10.5194/nhess-15-1873-2015
  27. Search Earthquake Catalog. Интернет-ресурс: https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ (доступ 18.04.2024).
  28. Sobolev G.A. Seismicity dynamics and earthquake predictability // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2011. № 11. P. 445–458. https://doi.org/10.5194/nhess-11-445-2011
  29. Sorokin V.M., Yashchenko A.K., Novikov V.A. A possible mechanism of stimulation of seismic activity by ionizing radiation of solar flares // Earthquake Sciences. 2019. V. 32. № 1. P. 26–34. https://doi.org/10.29382/eqs-2019-0026-3
  30. Sorokin V.M., Yashchenko A.K., Mushkarev G.Yu., Novikov V.A. Telluric Currents Generated by Solar Flare Radiation: Physical Model and Numerical Estimations // Atmosphere. 2023. V. 14. № 3. P. 458. https://doi.org/10.3390/atmos14030458
  31. Stanley W.D., Labson V.F., Nokleberg W.J., Csejtey B., Fisher M.A. The Denali fault system and Alaska Range of Alaska: Evidence for underplated Mesozoic flysch from magnetotelluric surveys // Bulletin of Geological Society of America. 1990. № 102. P. 160–173. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1990)102<0160:TDFSAA>2.3.CO2
  32. Tarasov N.T., Tarasova N.V. Spatial-temporal structure of seismicity of the Norh Tien Shan and its change under effect of high energy electromagnetic pulses // Annals of Geophysics. 2004. V. 47. № 1. P. 199–212. https://doi.org/10.4401/ag-3272
  33. Tarasov N.T., Tarasova N.V., Avagimov A.A., Zeigarnik V.A. The Effect of High Energy Electromagnetic Pulses on Seismicity in Central Asia and Kazakhstan // Volcanology and Seismology. 2000. V. 21. P. 627–639.
  34. Thomson A.W.P., McKay A.J., Viljanen A. A Review of Progress in Modelling of Induced Geoelectric and Geomagnetic Fields with Special Regard to Induced Currents // Acta Geophysics. 2009. V. 57. № 1. P. 209–219. https://doi.org/10.2478/s11600-008-0061-7
  35. Unsworth M.J., Malin P.E., Egbert G.D., Booker J.R. Internal Structure of the San Andreas Fault Zone at Parkfield, California // Geology. 1997. № 25. P. 359–362. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1997)025<0359:ISOTSA>2.3.CO2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».