№ 6 (2023)

On February 6, 2023, catastrophic earthquakes struck Turkey, causing extensive destruction and numerous casualties. These seismic events immediately captured the attention of the global geophysical community, leading to the emergence of preprints and articles analyzing various aspects of the earthquakes on the Internet and in print. The Izvestiya, Physics of the Solid Earth journal also received submissions from Russian scientists containing the results of their geophysical investigations related to the Turkish earthquakes. Consequently, the editorial board of the journal decided to dedicate a special issue to this topic. This issue features articles by Russian scientists from academic institutions and universities: Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences (IFZ RAN); Institute of Earthquake Prediction Theory of the Russian Academy of Sciences (ITPZ RAN); Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences (IDG RAN); Geological Institute of the Russian Academy of Sciences (GIN RAN); Kola branch of the Geophysical Service of the Russian Academy of Sciences; Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences (IZMIRAN); the Faculties of Physics and Geology at Moscow State University; Gubkin Russian State University of Oil and Gas; as well as colleagues from Firat University in Turkey.

The articles included in this issue cover a wide range of subjects.

The geological situation and tectonic position of the earthquakes are described in the article by H. Çelik et al., along with the seismic rupture parameters obtained through fieldwork conducted in the earthquake’s epicentral zone by researchers from the Geological Institute of the Russian Academy of Sciences in collaboration with Turkish colleagues. D.A. Simonov and V.S. Zakharov present the results of a preliminary seismotectonic analysis based on GNSS observations in their article. Yu.L. Rebetskii’s article presents the tectonophysical zoning of seismogenic faults in Eastern Anatolia based on estimations and analysis of Coulomb stresses.

R.E. Tatevosyan et al. provide insights into the historical earthquake of 1888 along the northeastern extension of the East Anatolian faults, including an estimate of its magnitude.

A.I. Filippova and A.S. Fomochkina developed models of displacements in earthquake sources based on surface seismic waves, while V.O. Mikhailova et al. utilized satellite interference data on displacements on the Earth’s surface. O.V. Pavlenko and V.A. Pavlenko investigated the effects of radiation directivity of earthquake sources.

V.B. Smirnova et al. present the results of a posteriori analysis of seismic regime anomalies preceding the earthquake in Turkey. S.V. Baranova et al. offer an earthquake aftershock hazard assessment using an automated system previously developed by the authors.

The articles by V.V. Adushkin et al. and S.A. Ryabova et al. consider the geomagnetic and geoelectric effects induced by the Turkish earthquakes.

Special Issue Editors V.B. Smirnov P.N. Shebalin

Для региона юго-восточной Турции, где произошли сильные землетрясения 06.02.2023 г., проведен кинематический анализ движений плит и блоков региона на основании однородной базы данных скоростей смещения станций постоянного наблюдения ГНСС. Установлено, что вдоль Восточно-Анатолийской разломной зоны с 2008 по 2018 гг. происходило смещение Аравийской плиты относительно Анатолийской, соответствующее левому сдвигу (без нормальной компоненты) со скоростью от 1 см/год в восточной части до 0.8 см/год в западной. Вдоль разлома Чардак происходили смещения, соответствующие левому сдвиго-взбросу, со скоростью менее 0.7 см/год. Выявленная кинематика подтверждается механизмами очагов и косесейсмическими смещениями изучаемых землетрясений. Землетрясение М7.5, произошедшее непосредственно на разломе Чардак, не является афтершоком землетрясения М7.8, а представляет собой относительно независимое событие. Анализ сейсмического режима показывает, что напряжения на Восточно-Анатолийском разломе после основного события М7.8 снимаются первой крупной широтной разломной зоной (разломом Чардак). Результаты нашего исследования позволяют предположить, что для общей кинематики плит региона определяющим, по всей вероятности, является разворот Анатолийской и Аравийской плит против часовой стрелки, связанный с раскрытием Красноморского рифта.

Определены положение гипоцентра и магнитуда землетрясения 11/23.09.1888 г. на основании макросейсмических сведений, опубликованных в российской печати на русском, армянском и грузинском языках. Расчеты показали, что магнитуда землетрясения была ранее существенно недооценена, из-за чего оно не попало в каталог сильных землетрясений тестового региона Кавказ [Shebalin, Tatevossian, 1997]. Точность локации гипоцентра позволяет идентифицировать активный разлом, с которым связан очаг землетрясения 1888 г. Происшедшее спустя почти 100 лет землетрясение с M_w = 6.6 подтверждает долговременную активность Западной ветви Восточно-Анатолийской зоны разломов.

По амплитудным спектрам поверхностных волн проведены расчеты очаговых параметров сильных Турецких землетрясений 06.02.2023 г. (M_w = 7.8 и M_w = 7.7) в двух приближениях: мгновенного точечного источника и сдвиговой дислокации эллиптической формы. В результате были выделены плоскости разрыва, получены данные о скалярном сейсмическом моменте, моментной магнитуде, фокальном механизме и глубине очага рассматриваемых событий, а также оценки интегральных параметров, характеризующих геометрию разрыва и его развитие во времени. Показано, что очаги исследуемых землетрясений сформировались под влиянием регионального поля напряжений, а их фокальные механизмы представляли собой левосторонние сдвиги с направлением простирания, близким к простиранию зоны Восточно-Анатолийского разлома для первого события и близким к простиранию системы разломов Сургу–Чардак для второго. Для первого землетрясения, полученные нами оценки длительности разрыва и его длины (t = 52.5 с, L = 180 км), вероятно, относятся не ко всему разрыву, а только к его основной фазе, приуроченной к северо-восточным сегментам Восточно-Анатолийского разлома и характеризующейся максимальными смещениями и значениями выделившегося сейсмического момента. Полученные нами для второго землетрясения значения t = 30 c и L = 180 км характеризуют полностью весь разрыв.

На основе данных регионального каталога землетрясений Турции и сводного каталога ANSS для территории Турции и части Ирана проведен апостериорный анализ RTL-аномалий сейсмического режима пред разрушительным Пазарджыкским землетрясением M_w7.8 06.02.2023 г. в Турции и для сравнения перед землетрясениями M_w 7.1 23.10.2011 г. (Восточная Турция), M_w 7.3 12.11.2017 г. (Иран), М6.7 24.01.2020 г. (Восточно-Анатолийский разлом). Перед Пазарджыкским землетрясением уверенно выделяется RTL-аномалия с хорошо выраженными стадиями сейсмического затишья и последующей активизации вблизи эпицентра будущего землетрясения. Пространственный размер этой аномалии в полтора раза меньше размера очага Пазарджыкского землетрясения и в полтора-два раза меньше, чем размеры RTL-аномалий перед другими региональными землетрясениями с магнитудами более 7. Он соответствует размеру аномалии перед землетрясением M_w 6.7, произошедшем на том же разломе. В качестве гипотезы о причине несоответствия размера аномалии перед Пазарджыкским землетрясением M_w 7.8 размерам, характерным для землетрясений M7+, выдвинуто предположение о том, что обнаруженная RTL-аномалия отражает формирование только первого относительно небольшого сегмента очага Пазарджыкского землетрясения.

Приведены результаты инструментальных наблюдений, выполненных в приземном слое атмосферы за микробарическими и геомагнитными вариациями, а также вариациями электрического поля и критической частоты регулярного F2-слоя ионосферы в период серии разрушительных землетрясений в Турции 06.02.2023 г., в частности, следующих сразу друг за другом двух сильных землетрясений с магнитудами 7.8 и 6.7. Показано, что землетрясения сопровождались вариациями магнитного и электрического полей, генерацией инфразвуковых волн, зарегистрированных на значительном расстоянии от источников, а также вариациями критической частоты f₀F2.

Настоящая работа посвящена применению некоторых новых статистических методов к анализу пространственной структуры сейсмического поля в высокосейсмичном регионе в окрестности Японии, ограниченном координатами: широта 28°–50° N; долгота 130–150° E. Получены оценки поля интенсивности сейсмического потока по методу k-ближайших соседей для диапазона магнитуд m ≥ 5.2. Наиболее высокие значения интенсивности порядка 10^–4 \(\frac{1}{{{\text{{\cyrg}{\cyro}{\cyrd}}}{\kern 1pt} - {\kern 1pt} {\text{{\cyrk}}}{{{\text{{\cyrm}}}}^{{\text{2}}}}}}\) сосредоточены на глубинах до 100 км и проявляются в окрестности мегаземлетрясения Тохоку. Пространственное разрешение оценок интенсивности колеблется от 33–50 км на участках с высокой интенсивностью до 100 км и более в зонах слабой интенсивности. Показано, что параметры сейсмического поля – интенсивность λ, наклон графика повторяемости β, наибольшая возможная магнитуда m₁ – имеют разные масштабы пространственной изменчивости и, соответственно, к ним должны применяться разные масштабы пространственного осреднения. На основе модели усеченного распределения Гутенберга–Рихтера получены оценки наклона графика повторяемости (b-value) и верхней границы распределения m₁. Предложен оригинальный метод определения оптимального радиуса осреднения для произвольной ячейки пространственной сетки. Метод основан на использовании статистического коэффициента вариации соответствующего параметра. Для рассмотренного региона получена оценка максимальной возможной магнитуды с учетом поправки на смещение М_max = 9.60 \( \pm \) 0.41.

Статья посвящена 80-летию открытия волн Альвена, которые играют большую роль в физике, радиофизике, астрофизике и физике Земли. Внимание сосредоточено на пондеромоторном перераспределении плазмы в магнитосфере Земли под воздействием волн Альвена и ионно-циклотронных волн. На относительно небольших расстояниях от Земли пондеромоторная сила является выталкивающей, т.е. направлена вверх независимо от того, распространяется волна Альвена к Земле или от Земли. В приэкваториальной зоне центральных областей магнитосферы волны в диапазоне Рс 1 сгребают плазму к минимуму геомагнитного поля, так что на экваторе образуется максимум плотности плазмы при достаточно высокой интенсивности волн. На периферии магнитосферы происходит бифуркация и максимум расщепляется на два максимума, причем расстояние между ними увеличивается с удалением от Земли. В обсуждении кратко рассмотрены также полярный ветер, ускорение тяжелых ионов и фиктивная нелинейность поверхностного импеданса земной коры.

Представлены первые результаты комплексных геолого-геофизических исследований активной тектоники на северо-востоке Таймыра, выполненных в ходе экспедиции Северного флота и Русского географического общества в 2020 г. В подножии гор Бырранга выявлена и изучена широкая зона активных разрывно-складчатых тектонических деформаций. Общая кинематика смещений – взбросо-надвиговая с признаками сдвига. Структурный стиль молодых тектонических деформаций имеет прямое сходство с хорошо изученными структурными аналогами Центрально-Азиатского сейсмического пояса. Таймырская сейсмотектоническая зона обнаруживает как пространственную, так и генетическую обособленность. Она имеет индивидуальную модель позднекайнозойской геодинамической эволюции и современного сейсмотектонического режима, резко отличную от прилегающей с востока Лаптевоморской рифтовой зоны. Комплекс геолого-геофизических методов показал высокую эффективность применения в условиях Арктики для выявления молодых разрывно-складчатых структур, представляющих собой потенциальные очаги сильных землетрясений.

В работе исследуется вклад γ-излучения естественных радионуклидов, входящих в состав земной коры, радиоактивных эманаций и их продуктов распада в грунте в интенсивность образования ионных пар в атмосфере на фоне ионизации атмосферы радиоактивными газами, поступающими в атмосферу из грунта, и распространяющимися совместно со своими короткоживущими дочерними продуктами. Оценка плотности потока радона в атмосферу выполнена тремя методами: методом резервуара, интегрированием высотных профилей объемной активности радона, на основе γ-спектрометрических наблюдений и диффузионной модели. Вычисление распределения дозы γ-излучения от почвенных радионуклидов в грунте и атмосфере реализовано на основе программного инструментария Geant4. Моделирование распространения изотопов радона и продуктов их распада в атмосфере выполняется на основе вихреразрешающей модели, оснащенной блоком кинематической симуляции подсеточного переноса пассивного скаляра. Показано, что в зависимости от удельной активности радионуклидов в грунте, параметров грунта и турбулентного режима атмосферы cуммарный вклад земного γ-излучения в интенсивность образования ионных пар в атмосферном пограничном слое составляет приблизительно от 1 до 20% и возрастает при уменьшении проницаемости верхнего слоя грунта для радиоактивных эманаций.