Features of the Electromagnetic Field of Lithospheric Sources

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

One of the key problems in the search for electromagnetic precursors of earthquakes is the possibility of separating magnetospheric and seismogenic disturbances. This paper presents the results of using a model that enables us to calculate the ultra-low-frequency (ULF) fields on the Earth’s surface created by a linear horizontal current of finite length. This model simulates the occurrence of mechano-electric transformers during a shift along a fault zone at the final stage of the earthquake preparation. The calculations show several characteristics of the field of the underground source in comparison with the field of ionospheric disturbances. If the vertical component Bz of the magnetic field of an ionospheric disturbance is small compared to the horizontal component b0, then for an underground source b* in the vicinity of the source. For ionospheric sources, this apparent impedance (i.e., the b0*. ratio) coincides with the impedance of the Earth’s surface Zg, while the impedance of disturbances created by the lithospheric source may exceed Zg, up to order of magnitude in the source vicinity. An underground current source can create a vertical electric field Ez of significant magnitude. This is due to the vertical current continuity at the Earth–atmosphere interface, which acts as a powerful “amplifier” with a coefficient determined by the ratio of the complex conductivities of the Earth’s crust and air. Calculations have shown that these ideas are incorrect. The vertical component Ez on the Earth’s surface is of the same order of magnitude as the transverse component ϑ There have been suggestions to use short-baseline gradient measurements to reduce the contribution of large-scale ionospheric disturbances. The calculation of the field structure has revealed that amplitude-phase gradients in the vicinity of an underground source are highly variable and may provide ambiguous results.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

N. Mazur

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

Email: pilipenko_va@mail.ru
Ресей, Moscow, 123242

V. Pilipenko

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences; Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: pilipenko_va@mail.ru
Ресей, Moscow, 123242; Moscow, 119296

E. Fedorov

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

Email: pilipenko_va@mail.ru
Ресей, Moscow, 123242

Әдебиет тізімі

  1. Алексеев А.С., Аксенов В.В. Об электрическом поле в эпицентральной зоне землетрясений // Докл. РАН. 2003. T. 392. №1. C. 106–110.
  2. Богданов Ю.А., Павлович В.Н. Неравновесное излучение земной коры – индикатор геодинамических процессов // Геофизический журнал. 2008. Т. 30. №4. C. 12–24.
  3. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. Л.: Недра. 1972. 368 с.
  4. Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Гершензон Н.И., Пилипенко В.А. Эффекты электромагнитной природы при разрушении земной коры // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1985. № 1. C. 72–87.
  5. Гульельми А.В., Левшенко В.Т. Электромагнитные сигналы от землетрясений // Физика Земли. 1994. № 5. С. 65–70.
  6. Исмагилов В.С., Копытенко Ю.А., Хаттори К. и др. Использование градиентов и фазовых скоростей УНЧ геомагнитных возмущений для определения местоположения очага будущего сильного землетрясения // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. T. 46. № 3. C. 423–430.
  7. Крылов С.М., Левшенко В.Т. О сверхнизкочастотном электромагнитном излучении литосферного происхождения // Докл. АН СССР. 1990. T. 311. № 3. C. 579–582.
  8. Лосева Т.В., Спивак А.А., Кузьмичева М.Ю. Дипольная модель генерации электрических импульсов при релаксационных процессах в земной коре // Докл. РАН. 2012. Т. 442. № 3. С. 401–404.
  9. Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Боровлева К.Е. Электромагнитные УНЧ поля на земной поверхности и в ионосфере от подземного сейсмического источника // Физика Земли. 2024. № 2. C. 3–15.
  10. Мастов Ш.Р., Ласуков В.В. Теоретическая модель генерации электромагнитного сигнала в процессе хрупкого разрушения // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1989. № 6. C. 38–48.
  11. Наумов А.П. Импульсные низкочастотные сейсмомагнитные сигналы в геомагнитных вариациях как метод прогноза землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1999. T. 20. C. 743–752.
  12. Попов А.М., Найдич В.И., Храмцов А.А., Лепина С.В. Электромагнитные предвестники и физика очага землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1994. № 4-5. C. 134–143.
  13. Сурков В.В. О природе электромагнитных предвестников землетрясений // Докл. РАН. 1997. Т. 355. № 6. C. 945–947.
  14. Фёдоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А. Электромагнитные поля в верхней ионосфере от горизонтального крайне низкочастотного наземного излучателя конечной длины // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2022. Т. 65 № 9. С. 697–712. doi: 10.52452/00213462_2022_65_09_697
  15. Шуман В.Н. Электромагнитные сигналы литосферного происхождения в современных наземных и дистанционных зондирующих системах // Геофизический журнал. 2007. T. 29. № 2. С. 3–16.
  16. Fedorov E., Pilipenko V., Uyeda S. Electric and magnetic fields generated by electrokinetic processes in a conductive crust // Physics and Chemistry of the Earth. 2001. V. 26. № 10-12. P. 793–799.
  17. Finkelstein D., Powell J. Earthquake lightning // Nature. 1970. V. 21. 228(5273) P. 759–760. doi: 10.1038/228759a0
  18. Hobara Y., Koons H.C., Roeder J.L., Yumoto K., Hayakawa M. Characteristics of ULF magnetic anomaly before earthquakes // Physics and Chemistry of the Earth. 2004. V. 29. P. 437–444.
  19. Honkura Y., Kuwata Y. Estimation of electric-fields in the conducting earth’s crust for oscillating electric-current dipole sources and implications for anomalous electric-fields associated with earthquakes // Tectonophysics. 1993. V. 224. P. 257–263.
  20. King R.W.P., Owens M., Wu T.T. Lateral Electromagnetic Waves. Theory and Applications to Communications, Geophysical Exploration, and Remote Sensing. Springer-Verlag. 1992.
  21. Kanata B., Zubaidah T., Ramadhani C., Irmawati B. Changes of the geomagnetic signals linked to Tohoku earthquake on March 11th 2011 // International Journal of Technology. 2014. V. 3. P. 251–258, http://dx.doi.org/10.14716/ijtech.v5i3.611
  22. Kopytenko Yu.A., Ismaguilov V.S., Hattori K., Hayakawa M. Determination of hearth position of a forthcoming strong EQ using gradients and phase velocities of ULF geomagnetic disturbances // Physics and Chemistry of the Earth. 2006. V. 31. P. 292–298.
  23. Li Q., Zhu P., Mamatemin A., Xu X. Detection of ULF electromagnetic emissions as a precursor to two earthquakes in China // Earthquake Science. 2011. V. 24. P. 601–607. doi: 10.1007/s11589-011-0822-2
  24. Losseva T.V., Nemchinov I.V. Earthquake lights and rupture processes // Natural Hazards and Earth System Science. 2005. V. 5. P. 649–656.
  25. Masci F., Thomas J.N. Are there new findings in the search for ULF magnetic precursors to earthquakes? // J. Geophys. Res. 2015. V. 120. P. 10289–10304. DOI:10.1002/ 2015JA021336
  26. Pan W., Li K. Propagation of SLF-ELF Electromagnetic Waves, Advanced Topics in Science and Technology in China. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2014.
  27. Pilipenko V., Vellante M., Anisimov S., De Lauretis M., Fedorov E., Villante U. Multi-component ground-based observation of ULF waves: goals and methods // Annali di Geofisica. 1998. V. 41. № 1. P. 63–77.
  28. Pilipenko V., Nenovski P., Tanaka H. Detection and discrimination of VLF/ULF seismic-related electromagnetic emissions // Bulgarian Geophys. Journal. 2005. V. 29. P. 13–30.
  29. Pilipenko V.А., Fedorov E.N., Martines-Bedenko V.А., Bering E.A. Electric mode excitation in the atmosphere by magnetospheric impulses and ULF waves // Frontiers in Earth Science. 2021. V. 8. P. 687. doi: 10.3389/feart.2020.619227
  30. Schekotov A.Yu., Molchanov O.A., Hayakawa M. et al. About possibility to locate an EQ epicenter using parameters of ELF/ULF preseismic emission // Nat Hazards Earth System Science. 2008. V. 8. P. 1237–1242.
  31. Surkov V.V., Hayakawa M. ULF geomagnetic perturbations due to seismic noise produced by rock fracture and crack formation treated as a stochastic process // Physics and Chemistry of the Earth. 2006. V. 31. P. 273–280.
  32. Thomas J.N., Love J.J., Johnston M.J.S., Yumoto K. On the reported magnetic precursor of the 1993 Guam earthquake // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. L16301.doi: 10.1029/2009GL039020

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Schematic of the model for numerical calculation of the VLF field on the earth surface generated by the underground horizontal current of finite length.

Жүктеу (299KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Spatial distribution of horizontal and vertical magnetic components on the Earth surface (z = 0) in the direction along the current (x-axis) - (a) and across it (y-axis) - (b). Source and medium parameters: h = -20 km, L = 20 km, J0 = 1 A, f = 0.1 Hz, σg = 10-3 Sm/m.

Жүктеу (481KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Spatial distribution of the horizontal and vertical components of the electric field of the disturbance on the earth surface (z = 0) in the direction along the current (x-axis) - (a) and across it (y-axis) - (b). The source and medium parameters are the same as in Fig. 2.

Жүктеу (478KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Spatial distribution of the apparent impedance |Zxy| = μ0 |Ex / By| of seismogenic disturbances at 0.1 Hz in the direction along the current (upper panel) and across it (lower panel). The Earth impedance Zg = 0.028 Ohm is shown by the dashed line. The source and medium parameters are the same as in Fig. 2.

Жүктеу (469KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Field of horizontal electric field vector directions E⊥ |E⊥|-1 of the lithospheric source on the earth surface. The projection of the underground current on the Earth's surface is shown by a thick grey line.

Жүктеу (223KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Instantaneous snapshot of the horizontal magnetic perturbation vectors B⊥.

Жүктеу (274KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Variation of the local gradient of the amplitude and phase of the horizontal component By (x, y) and apparent phase velocity in the direction along the current (left) and across it (right).

Жүктеу (375KB)
Метадеректер

© 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».