Magnetic and Ionospheric Effects of a Series of Strong Earthquakes on April 02–03, 2024 (Taiwan)

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Based on the analysis of data from the Mikhnevo geophysical observatory of the IDG RAS and a number of observatories of the international INTERMAGNET network, the disturbances of the geomagnetic field in the surface atmosphere were considered during a series of strong earthquakes that occurred on April 02–03, 2024 in the vicinity of the island of Taiwan. It is shown that in the absence of significant global disturbances of the Earth’s magnetic field, earthquakes were accompanied by geomagnetic variations with a maximum amplitude of ∼10 nT and a total duration of about 4 hours. The delay time of the magnetic effect relative to the main shock of the first earthquake was ∼60 minutes. Based on the results of processing ionograms of height-frequency sounding obtained at the Okinawa ionospheric monitoring station and freely available on the website of the Japan National Institute of Information and Communication Technologies, the ionospheric effect of the event in question was established in the form of variations in the critical frequency of the F2 layer of the ionosphere.

Texto integral

Вариации физических полей Земли являются важным объектом исследований, в первую очередь в связи с их высокой чувствительностью к внешним возмущениям, вызванным явлениями и процессами природного и техногенного происхождения [1]. Геомагнитные вариации содержат важную информацию об интенсивности экзогенных и эндогенных источников возмущений среды обитания человека, а также о природе и механизмах геофизических процессов, протекающих в недрах Земли и её внешних геосферах. Хорошо известно также негативное влияние вариаций магнитного поля на организм человека, его психоэмоциональное состояние. Влияя на ход метаболических процессов, указанные вариации нарушают условия передачи и восприятия управляющих сигналов в организме человека, что приводит в ряде случаев к его разбалансировке и ухудшению функционального состояния [2–4]. Всё это вызывает повышенный интерес к изучению вариаций магнитного поля, вызванных самыми разными источниками [1, 5].

Наряду с геомагнитными эффектами значительной амплитуды, связанными с солнечной активностью, наблюдаются эффекты, связанные с процессами и явлениями разной природы, протекающими как в верхних, так и в нижних геосферах [6–8].

В настоящем сообщении рассматриваются геофизические эффекты в виде вызванных вариаций магнитного поля и критической частоты F2-слоя ионосферы при резонансном сейсмическом событии, произошедшем в период 02–03.04.2024 г. в окрестности о. Тайвань. Событие представляло собой серию землетрясений, среди которых наиболее значимыми были 17 землетрясений с магнитудой, превышающей 5, которые произошли в течение 2.5 час. При этом наиболее сильные 4 землетрясения с магнитудой 5.7 и более произошли в течение 2 часов (табл. 1). Следует отметить, что эти события следовали друг за другом через короткое время, а расстояние между их очагами не превышало 41 км (табл. 1).

 

Таблица 1. Характеристика наиболее сильных землетрясений, произошедших в период 02‒03.04.2024 г., по данным из каталога USGS на момент 15.04.2024 г.

№ п/п

Дата

Время (UTC)

Магнитуда

Географические координаты

Глубина, км

Широта

Долгота

1

02.04.2024

23:58:11

7.4

23.819° N

121.562° W

-35

2

03.04.2024

00:10:25

6.4

24.064° N

121.672° W

—13

3

« -

00:35:36

5.7

24.161° N

121.710° W

— 10

4

« -

00:46:44

5.7

24.147° N

121.743° W

— 10

 

В качестве исходных данных привлекались результаты инструментальных наблюдений, выполненных в Геофизической обсерватории “Михнево” ИДГ РАН (MHV, 54.96° с. ш.; 37.76° в. д.) и в ряде активно функционирующих в этот период времени обсерваториях сети INTERMAGNET (табл. 2) [7, 9]. Анализировались вариации наиболее чувствительной к внешним возмущениям горизонтальной компоненты магнитной индукции Bx, ориентированной в направлении С‒Ю. Период рассматриваемого события характеризовался спокойной геомагнитной обстановкой (табл. 3), что значительно упростило выделение вызванных возмущений магнитного поля.

 

Таблица 2. Данные магнитных обсерваторий

Код

ГЕО

R, км

Широта

Долгота

KNY

31.42° с. ш.

130.88° в. д.

∼ 1250

CYG

30.37° ю. ш.

126.854° в. д.

∼ 1480

PHU

21.03° с. ш.

105.96° в. д.

∼ 1630

BMT

40.3° с. ш.

116.2° в. д.

∼ 1900

KAK

36.232° с. ш.

140.186° в. д.

∼ 2250

KHB

47.61° с. ш.

134.69° в. д.

∼ 2890

MMB

43.91° с. ш.

144.19° в. д.

∼ 3040

SHU

55.35° с. ш.

150.46° з. д.

∼ 7100

CSY

66.283° ю. ш.

110.533° в. д.

∼ 10060

TAM

22.79° с. ш.

5.53° в. д.

∼ 11380

VOS

78.464° ю. ш.

106.835° в. д.

∼ 11410

GUI

28.321° с. ш.

16.441° з. д.

∼ 12750

 

Таблица 3. Индексы магнитной активности К (по данным MHV) и Кр (по данным International Service of Geomagnetic Indices (ISGI)) за 02–03.04.2024 г.

Индекс

Дата, время (UTC)

02.04.2024

03.04.2024

18–21

21–24

0–3

3–6

6–9

9–12

12–15

15–18

К

2

0

2

1

1

2

2

1

Кр

2

1

3

2

1

1

1

2

 

При анализе влияния землетрясений на ионосферу привлекались в виде ионограмм результаты высотно-частотного зондирования, выполненного в период рассматриваемого события на одной из ближайших к о. Тайвань японской станции мониторинга ионосферы “Окинава” (ГЕО: 26.68° с. ш.; 128.15° в. д.), размещённые в свободном доступе на сайте Японского национального института информационных и коммуникационных технологий [10].

На рис. 1 в качестве примера приведены вариации магнитного поля, зарегистрированные в обсерватории MHV в период рассматриваемого сейсмического события.

 

Рис. 1. Вариации компонент магнитного поля 02–03.04.2024 г. по данным MHV (пунктиром обозначено время события 1 из табл. 1)

 

Предварительно необходимо отметить, что сейсмомагнитный (косейсмический) эффект, выражающийся в вариациях магнитного поля в период прохождения вызванных землетрясениями сейсмических волн, не проявился (приход сейсмических волн в MHV зарегистрирован в 00:07 UTC 03.04.2024 г.). Из данных рис. 1 следует, что период землетрясений характеризуется хорошо выраженными длиннопериодными возмущениями суточного хода индукции магнитного поля в MHV (расстояние от очага первого наиболее сильного землетрясения составляет —7470 км). Начало возмущения зарегистрировано в —0:58 UTC 03.04.2024 г., то есть примерно через 1 час после первого основного по силе толчка. Вызванные вариации вертикальной компоненты Bz представляют собой отрицательную бухту с максимальной амплитудой —8 нТл. Причём длительность вариации Bz составляет 3–4 часа.

Более сложный отклик демонстрирует основная горизонтальная компонента Bx: возмущения магнитного поля представлены в данном случае двумя ярко выраженными положительными бухтами с максимальной амплитудой ∼10 нТл. Начало возмущений зарегистрировано в ∼00:58 UTC, первый максимум наблюдался в ∼01:30 UTC 03.04.2024 г., второй в ∼04:00 UTC 03.04.2024 г. Характерно, что подобные возмущения компоненты Bx зарегистрированы в ряде обсерваторий международной сети INTERMAGNET. Для примера на рис. 2 представлены записи вариаций магнитного поля в период Тайваньского события, полученные в некоторых обсерваториях сети INTERMAGNET. Обращаясь к данным рис. 2, следует отметить, что возмущения компоненты Вх, проявляющиеся в виде двух положительных бухт, как это наблюдалось в обсерватории MHV, зарегистрированы в обсерваториях, расположенных на расстояниях, превышающих примерно 7000 км от очага основного события 1 из табл. 1. На расстояниях, меньших примерно 3000 км, возмущение компоненты Вх проявляется в виде одной положительной бухты в период времени с ∼ 03:25 до ∼04:25 UTC 03.04.2024 г.

 

Рис. 2. Вариации компонент магнитного поля 02–03.04.2024 г. по данным обсерваторий INTERMAGNET (коды обсерваторий приведены в поле рисунка). Синим и красным пунктиром обозначены первое и второе по времени возмущения магнитного поля соответственно

 

Отдельно необходимо отметить синхронность наблюдаемых вариаций магнитного поля, сопутствующих рассматриваемому сейсмическому событию, в широком диапазоне эпицентральных расстояний и достаточно узкий интервал максимальных амплитуд. Это свидетельствует о наличии единого глобального источника возмущений, сформировавшегося в результате серии землетрясений. Ранее отмечалось, что сильные землетрясения способны оказывать возмущающее влияние на главное магнитное поле Земли [11, 12]. Действительно, возможные возмущения процессов, протекающих в жидком ядре Земли, вариации электрофизических свойств астеносферы и земной коры и одновременно нарушение устоявшихся движений токопроводящей среды под влиянием сейсмического воздействия, особенно в случае повторяющихся через небольшие промежутки времени землетрясений с близко расположенными очагами, могут вызывать аппаратурно регистрируемый магнитный эффект.

При выполнении настоящих исследований выполнялось определение критической частоты f0F2 путём ручной обработки ионограмм с интерпретацией по методике URSI [13]. В результате формировался цифровой ряд данных временной вариации критической частоты F2-слоя f0F2 с дискретизацией 15 мин. Анализ полученных данных показал, что рассматриваемое событие оказало возмущающее влияние на ионосферу в виде вариаций f0F2 (рис. 3). Из рис. 3 следует, что следующие друг за другом через небольшой интервал наиболее сильные землетрясения из рассматриваемой серии вызвали хорошо выраженные на фоне суточного хода знакопеременные вариации критической частоты f0F2 на двух временных интервалах: 00:15–00:45 UTC и 01:45–02:45 UTC. При этом первое по времени возмущение проявилось в виде положительной бухты с максимальной амплитудой ∼0.7 МГц, второе – в виде знакопеременных вариаций с периодом ∼30 мин и максимальной амплитудой ∼0.9 МГц. Анализ записи с использованием данных работ [14–16] позволяет сделать заключение о том, что первое возмущение, зарегистрированное в период 00:15–00:45 UTC, связано с ионосферным откликом на волну Релея, второе, зарегистрированное в период 01:45– 02:45 UTC, с большой вероятностью связано с распространением внутренних гравитационных волн.

 

Рис. 3. Вариации критической частоты слоя F2 ионосферы на ионосферной станции “Окинава” 02–03.04.2024 г. (красным пунктиром обозначены первый (1) и второй (2) периоды возмущения f0F2)

 

Таким образом, можно констатировать, что серия сильных землетрясений вызывает сложный для анализа магнитный эффект, характеристики которого зависят от расстояния до источника возмущений и механизм которого необходимо устанавливать с учётом результатов инструментальных наблюдений. Также представляет интерес более детальное изучение характера и возможных источников и механизмов воздействия сильных землетрясений на ионосферу.

Приведённые в настоящем сообщении данные, по мнению авторов, представляют интерес с точки зрения накопления наблюдательного материала и количественных оценок геофизических последствий сильных землетрясений. Данные могут оказаться полезными при разработке и верификации аналитических и численных моделей, описывающих их влияние на среду обитания.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Исследования выполнены в рамках Государственного задания № 122032900185-5 “Проявление процессов природного и техногенного происхождения в геофизических полях”.

×

Sobre autores

V. Adushkin

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: adushkin@idg.ras.ru

Academician of the RAS

Rússia, Moscow

A. Spivak

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences

Email: spivak@idg.ras.ru
Rússia, Moscow

S. Ryabova

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences

Email: riabova@idg.ras.ru
Rússia, Moscow

A. Tikhonova

Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics of the Russian Academy of Sciences

Email: tikhonova@idg.ras.ru
Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Адушкин В. В., Спивак А. А. Физические поля в приповерхностной геофизике. М.: ГЕОС, 2014. 360 с.
  2. Казначеев В. П., Михайлова Л. П. Биоинформационные функции естественных электромагнитных полей. Новосибирск: Наука, 1985. 180 с.
  3. Сейсфулла Р. Д. Магнитное поле Земли и здоровье человека. М.: ООО “Самполиграфист”, 2013. 120 с.
  4. Колесник А. Г., Колесник С. А., Побаченко С. В. Электромагнитная экология. Томск: ТМЛ-пресс, 2009. 336 с.
  5. Pilipenko V. A., Shiokawa K. A closer cooperation between space and seismology communities – a way to avoid errors in hunting for earthquake precursors // Russian Journal of Earth Sciences. 2024. V. 24. https://doi.org/10.2205/2024ES000890
  6. Адушкин В. В., Спивак А. А. Воздействие экстремальных природных событий на геофизические поля в среде обитания // Физика Земли. 2021. № 5. С. 6–16.
  7. Адушкин В. В., Рябова С. А., Спивак А. А. Геомагнитные эффекты природных и техногенных процессов. М.: ГЕОС, 2021. 264 с.
  8. Спивак А. А., Рябова С. А. Геомагнитные вариации при сильных землетрясениях // Физика Земли. 2019. № 6. С. 3–12.
  9. https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/
  10. http://www.wdc.nict.go.jp
  11. Адушкин В. В., Спивак А. А. Эффект влияния сильных землетрясений на геодинамо // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 511. № 1. С. 61–64.
  12. Адушкин В. В., Спивак А. А., Рыбнов Ю. С., Тихонова А. В. Магнитный эффект двойного землетрясения 16.03.2022 г. (Япония). Результаты наблюдений // Физика Земли. 2023. № 5.
  13. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. Под редакцией П.В. Медниковой. М.: Наука, 1977. 342 с.
  14. Рябова С. А., Шалимов С. Л. О геомагнитных вариациях, наблюдаемых на поверхности земли и приуроченных к сильным землетрясениям // Физика Земли. 2022. № 4. C. 30–45. https://doi.org/10.31857/S0002333722040081
  15. Рябова C. А., Ольшанская Е. В., Шалимов С. Л. Отклик нижней и верхней ионосферы на землетрясения в Турции 06.02.2023 г. // Физика Земли. 2023. № 6. C. 153–162. https://doi.org/10.31857/S0002333723060182
  16. 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. A08306. https://doi.org/10.1029/2012JA017952

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Variations of the magnetic field components 02-03.04.2024 from MHV data (the dotted line indicates the time of event 1 from Table 1)

Baixar (53KB)
Metadados
3. Fig. 2. Variations of the magnetic field components 02-03.04.2024 from data of INTERMAGNET observatories (observatory codes are given in the figure field). The blue and red dashed lines indicate the first and second by time perturbations of the magnetic field, respectively

Baixar (120KB)
Metadados
4. Fig. 3. Variations of the critical frequency of the ionospheric F2 layer at the ionospheric station ‘Okinawa’ on 02-03.04.2024 (the red dotted line indicates the first (1) and the second (2) periods of f0F2 perturbation)

Baixar (19KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © 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».