Мониторинг барической модуляции газов в тоннеле Баксанской нейтринной обсерватории в Приэльбрусье с помощью лидара дифференциального поглощения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые с помощью лидара дифференциального поглощения дистанционно проведен анализ концентраций газовых молекул 12CO2,13CO2, СН4, Н2О и прослежена динамика дегазации пород при изменении атмосферного давления. Для снижения влияния внешних метеорологических факторов зондирование проводили в тупиковом тоннеле Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. М. Першин

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

Е. И. Гордеев

Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru

академик РАН

Россия, Петропавловск-Камчатский

М. Я. Гришин

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

В. А. Завозин

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

В. С. Макаров

Институт космических исследований Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

Н. Н. Леднев

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

Я. Я. Понуровский

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

Д. Б. Ставровский

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

А. А. Ушаков

Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

В. В. Казалов

Институт ядерных исследований Российской Академии наук

Email: pershin@kapella.gpi.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Jamtveit B., Petley‐Ragan A., Incel S., Dunkel K. G., Aupart C., Austrheim H., Corfu F., Menegon L., Renard F. The Effects of Earthquakes and Fluids on the Metamorphism of the Lower Continental Crust // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2019. 124. 7725– 7755. https://doi.org/10.1029/2018JB016461.
  2. Kerstel E., Gianfrani L. Advances in laser-based isotope ratio measurements: selected applications // Appl. Phys. 2008. B. 92. 439–449.
  3. Lucic G., Stix J., Wing B. Structural controls on the emission of magmatic carbon dioxide gas, Long Valley Caldera, USA // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2015. 120. 2262–2278. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/2014JB011760.
  4. Malowany K.S., Stix J., de Moor J. M., Chu K., Lacrampe-Couloume G., Sherwood B. Lollar, Carbon isotope systematics of Turrialba volcano, Costa Rica, using a portable cavity ring-down spectrometer // Geochemistry, Geophys. Geosystems. 2017. 18. 2769–2784. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/2017GC006856.
  5. Queißer M., Burton M., Kazahaya R. Insights into geological processes with CO2 remote sensing – A review of technology and applications // Earth-Science Rev. 2019. 188. 389–426. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.11.016.
  6. Fiorani L., Colao F., Palucci A. Measurement of Mount Etna plume by CO2-laser-based lidar // Opt. Lett. 2009. 34. 800–802. https://doi.org/10.1364/OL.34.000800.
  7. Pisani G., Boselli A., Coltelli M., Leto G., Pica G., Scollo S., Spinelli N., Wang X. Lidar depolarization measurement of fresh volcanic ash from Mt. Etna, Italy // Atmos. Environ. 2012. 62. 34–40. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.08.015.
  8. Sliney D.H., Wolbarsht M. Safety with lasers and other optical sources: a comprehensive handbook. Springer Science & Business Media, New York, 2013. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-3596-0.
  9. Pershin S.M., Sobisevich A. L., Grishin M. Y., Gravirov V. V., Zavozin V. A., Kuzminov V. V., Lednev V. N., Likhodeev D. V., Makarov V. S., Myasnikov A. V., Fedorov A. N. Volcanic activity monitoring by unique LIDAR based on a diode laser // Laser Phys. Lett. 2020. 17. 115607. https://doi.org/10.1088/1612-202X/abbedc.
  10. Pershin A.L., Sobisevich V. A., Zavozin M. Y., Grishin V. N., Lednev V. S., Makarov V. B., Petkov Y. Y., Ponurovskii A. N., Fedorov D. G. LIDAR Detection of Aerosols in the Tunnel above the Elbrus Volcano Chamber // Bull. Lebedev Phys. Inst. 2022. 49. 36– 41. https://doi.org/10.3103/S1068335622020063.
  11. Маловичко A.A., Бутырин П. Г., Верхоланцева Т. В., Верхоланцев Ф. Г., Шулаков Д. Ю. Результаты микросейсмических наблюдений на территории Баксанской Нейтринной Обсерватории / Современные Методы Обработки и Интерпретации Сейсмологических Данных. Материалы Седьмой Международной Сейсмологической Школы, 2015. С. 169–174.
  12. Gordon I.E., Rothman L. S., Hill C., Kochanov R. V., Tan Y., Bernath P. F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K. V., Drouin B. J., Flaud J.-M., Gamache R. R.,. Hodges J.T, Jacquemart D., Perevalov V. I., Perrin A., Shine K. P., Smith M.-A.H., Tennyson J., Toon G. C., Tran H., Tyuterev V. G., Barbe A., Császár A. G.,. Devi V.M, Furtenbacher T., Harrison J. J., Hartmann J.-M., Jolly A., Johnson T. J., Karman T., Kleiner I., Kyuberis A. A., Loos J., Lyulin O. M., Massie S. T., Mikhailenko S. N., Moazzen-Ahmadi N., Müller H. S.P., Naumenko O. V., Nikitin A. V., Polyansky O. L., Rey M., Rotger M., Sharpe S. W., Sung K., Starikova E., Tashkun S. A., Vander Auwera J., Wagner G., Wilzewski J., Wcisło P., Yu S., Zak E. J. The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2017. 203.3–69. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.
  13. Rizzo A.L., Jost H., Caracausi A., Paonita A., Liotta M., Martelli M. Real‐time measurements of the concentration and isotope composition of atmospheric and volcanic CO2 at Mount Etna (Italy) // Geophys. Res. Lett. 2014. 41. 2382–2389. https://doi.org/10.1002/2014GL059722.
  14. Nadezhdinskii A.I., Ponurovskii Y. Y. Diode laser spectrometer for high-precision measurements // Quantum Electron. 2019. 49. 613.
  15. Стенькин Ю.В., Алексеенко В. В., Игошин А. В., Кулешов Д. А., Левочкин К. Р., Степанов В. И., Сулаков В. П., Рулев В. В., Щеголев О. Б. Подземная физика и нелинейный задержанный барометрический эффект гамма-фона // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. 2020. 158. 469–473. https://doi.org/10.31857/S0044451020090059.
  16. Etiope G., Martinelli G. Migration of carrier and trace gases in the geosphere: an overview // Phys. Earth Planet. Inter. 2002. 129. 185–204. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(01)00292-8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. План-схема тупикового тоннеля в конце вспомогательной штольни Баксанской нейтринной обсерватории.

Скачать (216KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Блок-схема лидара дифференциального поглощения на основе диодных лазеров ближнего ИК-диапазона для измерения концентрации газов: 1 – блок лазерного излучения, 2 – блок управления, приема и обработки данных, 3 – приемо-передающая оптическая система с волоконным входом, 4 – детектор аналитического сигнала, 5 – модуль диодного лазера, 6 – волоконный разветвитель, 7 – кювета сравнения с интерферометром Фабри-Перо, 8 – детектор сигнала сравнения, 9 – цифровой программируемый модуль, 10 – модуль ЦАП и АЦП, 11 – модуль преобразователей аналоговых сигналов, 12 – волоконно-оптический кабель.

Скачать (97KB)
Метаданные
4. Рис. 3. а) Общий вид приемо-передающего блока лидара дифференциального поглощения, б) электронный блок управления лидара с компьютером наверху, на мониторе которого показаны примеры перестройки частоты лазеров путем изменения тока накачки.

Скачать (265KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариации атмосферного давления, концентраций газов СН4,12CO2 и 13CO2, H2O и отношения 13CO2/12CO2.

Скачать (309KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Примеры “пампинг эффекта” при скачках давления на 1.5 (а) и 3 (б) мм рт. ст. в тупиковом тоннеле БНО в 2023 г.: изменение давления – розовая линия 1, концентрации CO2 – зеленая линия 2, концентрации H2O – синяя линия 3.

Скачать (302KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах