Введение к работе
Актуальность работы Земля как планета солнечной системы испытывает целый комплекс внеших (магнитосферно-атмосфернъю процессы) л внутренних (землетрясения, цуна-лі и т.д.) воздействий. Одним из важних геофизических г>йектов является сейсмическая активность, проявляющаяся п накоплении в земных глубинах упругих напряжений, которые затем реализуются в землетрясения. Многовековые наблюдения показали, что землетрясения - самое страшное из стихийных бедстзпй. Оно приводит к большим человечес--ким потерям. Бозіпікаигу-ім в результате разрушения коммуникаций it сооружений в районах землетрясений. В связи с этим поиск'нздея-HLix предвестников и уверенный прогноз землетрясеїпій составляют одну из главных проблем л научно-практической деятельности человечества. Изучение этих вопросов оссо'енно ватно в сейсмоактивных регионах планеты, к которым относится практически вся Средняя Азия, и, в частности, Туркменистан,
Актуальность указанных заданий привела к принятия в 80-х годах Всесоюзной программы по решению научно-технической проб-леші с шифром 0.74.03. и следующего содержания: "Виявить совокупность предвестников землетрясений, цунами и вулканических извержений; разработать методы-и технические средства прогноэи-
рования сильных землетрясений и вооыожгах сейсмических воздействий и организовать региональнно службы прогноза землетрясений с автоматизированные! системами сбора, передачи, обработки и хранения информации;, разработать'оптимальные методы повішення сейсмостойкости сооружений и их защиты от сейсмических воздействий, новые типы строительных конструкций и внедрить.их в практику строительства, в той число на трассо Байкало-Аыурсной магистрали-, а тают при разработке современных норм проектировання",
а в 1991 году принятию Государственной программ г Туркмені-стане "Разработка системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений".
Интенсивное развитие прогнозных исследований в 80-х годах и связанный с ними широкий поиск предвестников, а также успешное выполнение программы 0.74.03., сделали реальной решение задачи предсказания землетрясений. Однако, несиотря на то, что уже известны.случаи успешного предсказания землетрясения, место, мощность и момент возникновения его главного толчка - определить очень сложно. Научно-методические разработки использования геофизических методов при прогнозе землетрясений как в СНГ, так и за рубежом, находятся в начальной стадии. Все это заставляет исследователей совершенствовать методы анализа известных предвестников и искать пути к выявлению новых эффектов, причинно связанных с землетрясениями. Среди них особое место занимают ионосферные и космические предвестники. Полный прогноз землетрясений Еключает в себя предсказания точного места, силы и времени события. Прогноз точного места и силы землетрясения - трудная, но в достаточной мере уже решаемая задача, точное же время определить очень сложно. Следует сразу отметить , что на данном уровне развития науки это невозможно сделать только лишь сейсмологическими методами контроля. Огромную роль в этом будут играть, по нашему мнению, ионосферные и космические предвестники, которые пр-. ояаляотся и за 1-3 суток и за несколько часов до сильных: землетрясений. Однако в целом предсказание землеі-рясвши и, особенно их краткосрочный и оперативный прогноз, требует новых научных усилий, особенно поиска новых источников прогностической информации. Морфология и временная форма информации в краткосрочных и оперативных предвестниках сложны и сильно зависят от конктретных условий в пункте наблюдоиич. При птом слецует особо отметить, что
ч-
величина и скорость развития оперативных (часы и минуты до землетрясения) аномалий больше, чем краткосрочных, которые в своя ' очередь больше среднесрочных.
В период подготовки и в момент землетрясения излучагатсгі волны акустического (в том числе и инфразвукового), радио- и.оптического диапазонов. Эти излучения носят импульсный характер. Поэтому они, доходя до высот ионосферы, особенно Р-области, над-эпицентралышми зонами землетрясений вызывают импульсные (быст-ропротекатяцяе) волновпе возмущения. Аналогичные ионосферные' возмущения могут быть вызвана быстропротекаюврпш процессами, происходящими на Солнце, в частности, солнечными вспышками. Изучение ' этих возмущений имеет валкое значение для решения проблегаї Солнечных вспышы: и обусловдонных имя геофизически явлений, которые имеют не менее важное значение для развития 'народного хозяйства.
Таким образом, как солнечные вспышки, так и землетрясения могут возбуждать толковые возмущения в ионосферо. В связи с этим з краткосрочных и оперативных прогнозах землетрясений и солнечных вспышек исследователи отдает предпочтение предвестникам электромагнитного происхождения.
В результате многочисленных исследований Солнца установлено, что в период от нескольких іинуї до 1,5 часов до появления вспышки наблюдаются быстропротекагецие процессы на уровне фотосферы, хромосферы и ксроны в радио-оптическом, УФ- и рентгеновской диапазонах излучения Солнца. Поэтому логично предполагать, что эти явления должны отраиатьед в ионосфере,. особенно в С-об-ласти, в виде быстрых изіганений её параметров. Отсюда вытекает необходимость поиска диагностических признаков солнечных вспышек в Р-й"бластй ионосферы путем целенаправленного изучения ра-
"'-*-
диофізіїческкх характеристик на солнечно-ионосферном ко:.этлексе.
В настоящее время реальными стали краткосрочные и оперативные прогнози землетрясений .и солнечных вспышек при комплексної.-: их исследований. Они давно уже из чисто научной проблемы переросли в проблему экономическую. Тем не менее, механизмы возникновения краткосрочных и оперативных предвестников как землетрясении, так и солнечных вспышек пока не получили полного физического обоснования. Отсюда и вытекает необходимость комплексного исследования эффектов землетрясений и солнечных вспышек в Р-об-ласти ионосфери с более нацеленными средствами измерений быстро-протекшоа^х процессов в пей и более эффективными метода 'анализа данных. В связи с этим желательно создание относительно дешевого аппаратурно-програм.шого комплекса, сочетающего использование прямых ц косвенных методов наблюдении явлений, предваряющих как землетрясения,-так и солнечные вспышки, которые в дальнейшем ио-гут бить использованы для краткосрочных и оперативных прогнозов. Выбор темы диссертации, таким образом, объясняется указанный комплексним подходом к изучению эффектов землетрясений и импульсных воздействий солнечних вспышек в F-области ионосферы переходных шрот.
Цель диссертации - разработка концепция диагностики эффектов землетрясений и солнечных вспышек в РЗ-обласлчі ионосферы над Ашгабатом на основе:
а) создания солнечно-ионосферного аппаратурно-програнмного
комплекса, позволяющего наблюдать процессы, происходящие на Сол
нца, а также ионосферные возмущения и инфразвуиовые волны в ат
мосфере Земли;
б) организации " осуществления экспериментальных наблюдений
Солнца, Р-областн ионосфери и инфразвуїсовітх волн в атмосфера Зе-
илн;
в) автоматической обработки информации;
г) анализа результатов, полученных в различных сейсмо-,
гео- и гелиофисическнх условиях.
Научная новизна и практическое значение. В результате проведенных исследований впервые получены следующие результаты.
-
Разработаны методологии исследований и создан солнечно-ионосферный комплекс для одновременного наблюдения за процессами, происходящими на Солнце, в Р-области ионосферы и за инфраэвуко-выми волнами в атмосфере Земли.
-
Обнаружена связь коровых землетрясений с глубиной очага не более 25-30 км в семи континентальных регионах с солнечной активностью: в Карпатах, Крыму, Копетдаге, Средней .Азии, Казахстане, на Алтае и в Прибайкалье за период 1900-1974 гг. Вероятность возникновения коровых землетрясений возрастает в периоды солнечной активности.
-
Изучены вариации доплеровского смещения частоты {ДСЧ) радиоволны, отраженной от Р-области ионосферы, во время грозовых разрядов, солнечных вспышек, землетрясений и фоновых возмущений; установлены различия между этими вариациями и вариациями ДСЧ во время подготовки землетрясений.
-
Во время подготовки некоторых землетрясений (десятки кинут) наблюдается существЪшое расширение спектра ДСЧ (в среднем до 0,73 Тц) и увеличение дисперсии ДСЧ в 7-8 раз относительно еа средних значений. Кроме того, перед некоторыми землетрясениями наблюдается появление двух лучей на спектрах ДСЧ. Показано, что эти процессы,. сопровождающие землетрясения; в моменты его подго-» товки вызывают возмущения в локальных областях Р-слоя ионосферы. За 36-38 часов до .зеїллетрясеніїя наблюдается некоторое превышение уровня, средних, значений дисперсии ДСЧ.
'. Примерно за 1-1,5 ч до момента возникновения землетрясения происходит быстрая (в течение 15 мин) смена положения ио-нограммного следа из горизонтального ь наклонный и, одновременно с этимі .существенно расширяется спектр и увеличивается дисперсия ДСЧ.
6. Зарегистрированы импульсные возмущения ионосферы, поя-
; вившиеся в периоды близких гроз. Качественно подобные ионосферные возмущения зарегистрированы также в моменты сейсмических толчков. Обнаруженные эффекты связываются с воздействием на Р-об-ласть ионосферы нестационарных электрических полей грозового и сейсмического происхождения. Предполагается, что эти эффекты свидетельствуют о возможности существования "подземных гроз", которые вызывают землетрясения.
7. Проведены прецизионные измерения корогкопериодических
вариаций параметров К-областн ионосферы переходных широт много-
частотнца доплеровским методом. Получена экспериментальная час
тотная зависимость ДСЧ.
9. Предложена новая классификация внезапных изменений частоты для слабых вепкзек в зависимости от уровня фонового потока рентгеновского излучения. Определено пороговое значение фонового потока для слабых вспышек, равное 5x10 эрг.см.с" , выше которого во всех случаях наблюдается SF-T) , при условии, что время нарастания вспышек не превывает б мин.
9. Обнаружены волновые возмущения электронной концентрации в К-области с периодами 6-Іі: мин перед рентгеновскими вспышками; выявлены их особенности. Определено пороговое эиачеиио по-
_> о т
тока рентгеновского излучения, равное І.5Л0 эрг.см .с'1, вы-ие которого во всех случаях наблюдается предветмечные волновые возмущения злектронной концентрации в Р2-облдми ионоефеш. Най-
-%-
дена зависимость потока рентгеновского излучения в предвслашеч-ной ситуации от скорости собственных движений солнечна* пятел. '
Полученные результаты существенно расоиряэт маши знания о механизме воздействия землетрясений, гроз и солнечных вспышек на область Р ионосферы, а также о физике возникновения и развития этих явлений.
Экспериментально установлены факты:
а) расазтрениё спектра и увеличение дисперсии ДСЧ за нес-:
колько десятков кинут до эемлетрясе'ния вагон для оперативного
прогнозирования последнего;
б) увеличение или уменьшение значений критических частот'
Р-слоя ионосферы, интенсивности эмиссии ночного неба (557,7;
630 нм) за 1-3 суток до землетрясения важны для краткосрочного
прогнозирования; , '
в) предвспышечныс волновые возмущения электронной кснцзкт-
рации. в Р2-области ионосферы за 0,5-1 ч до вспышек облегчают ди
агностику и оперативное прогнозирование. .
Результаты исследований,, проведенные диссертантом, могут быть использованы для создания оперативной диагностики землетрясений' и солнечных вспышек, совершенствования методов поиска их-предвестников, разработки новых теоретических концепций солнечных вспышек и ионосферных возмущений, дистанционных методов контроля гелио- и геодинамических процессов, создания более совершенных моделей процесса подготовки землетрясений и ионосферных возмупдений, а такае для совершенствования прогноза условий распространения радиоволн, повышенная точности расчета радиотрасс, и эффективности экологических иесследований.
Защищаемые положения '''./.
I. Солнечно-ионосферный аппаратурный комплекс $111 АЛ Турк-. - ff-
ыенистана, созданный в районе г. Ашгабата да '-sc.'» цования эффектов землетрясений и импульсного воздействия солнечных вспышек- в Р области ионосферы.
-
Методика проведения наблюдений и обработки данных солнечно-ионосферного аппаратурного комплекса ФТИ АН Туркменистана.
-
Экспериментальное обнаружение предвестников землетрясений по дачным солнечно-ионосферного комплекса: расширение спектра
(в среднем 0,67 Гц) и увеличение дисперсии ДСЧ в 7-8 раз за 10-60 ішн до землетрясения, появление двух лучей на спектрах ДСЧ перед землетрясением; двухкратное превышение уровня средних значений-дисперсий ДСЧ за 36-33 ч до землетрясений; локальность воздействия землетрясений на Р-область ионосферы.
4. Экспериментальные данные о воздействии землетрясений на
Р-область ионосферы: кратковременные внезапные изменения ДСЧ в
момент землетрясений; волнообразные возмущения электронной кон
центрации Р-обласеи ионосферы после землетрясений с энергией
только К больше 7.
-
Обоснование гипотезы' существования "подземных гроз".
-
Обоснование леханизма возникновения ОНЧ-КНЧ излучений и вариаций ДСЧ в период подготовки и в момент землетрясений.
-
Новая классификация$РД для слабых солнечных вспыиек в зависимости от уровня фонового потока рентгеновского излучения.
8. Экспериментальные даннне о волновых возмущения;': олектро-
. иной концентрации Р-области ионосферы с периодами 6-12 мин пе
ред рентгеновскими вспыижами и их характерные особенности.
Апробация работы. Основные результаты, предстаиленные в диссертации, докладывались и обсуждались на У ежегодном семинаре рабочей группы "Специальные теоретические и экспериментальные исследования солнечной плазмы" при секции "Солнце" Астроиоми-
ЇР-
ческого совета и совета "Солнце-Земля" (Ашхабад, 1986 г.); I, П, Ш Всесоюзных совещаниях по ионосферным эффектам землетрясений (Троицк, Московской области, 1987 г., 1989 г.; Ашхабад, 1991 г.); Всесоюзной конференции по полярным сияниям и свечению ночного неба (Апатиты, 1988 г.); Всесоюзном симпозиуме по солнечно-земной физике (Иркутск, 1985, 1985 г.); Всесоюзном совещании ІЮСС по итогам П пятилетки по проблеме 0.74.03 (Звенигород, 1985 г.)}
IV семинаре рабочей группы "Солнечные инструменты" Астрономи
ческого совета и совета "Солнце-Земля" АН СССР (Ашгабат, 1988г.)
V Всесоюзном симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Самар
канд, 1989 г.); УП Всесоюзном семинаре рабочей группы "Специ
альные теоретические и экспериментальные исследования солнеч
ной плазмы" при секции "Солнце" Астрономического совета и со
вета "Солнце-Земля" (Крым, 1988 г.); Международном симпозиуме
по фотосфере Солнца (Киев, 1989 v.;);IAb' Simposium iS^lnJrarect Sopr Jftysics(Tucson fa'zone (jAp92), .її съезда Астрономического общества СССР (Москва, 1991); X ежегодном семинаре рабочей группы "Специальные теоретические и экспериментальные исследования солнечной плазмы" при секций "Солнце" Астрономического совета и совета "Солнце-Земля" (Пущинр, 1991); I Региональном рабочем совещании по проблеме "Солнечная активность и биосфера" (Бишкек, 1991); Всесоюзной конференции по электромагнитным пред-звстникам іемлетряеений (Алма-Ата, 1991 г.); Президиуме АН Туркменистана (Ашгабат, 1991); Объединенном семинаре спецсектора №'д АН СССР 'Москва., Ї990).
Реализация результатов работы, излученные результаты исследо ввямй использованы для выполнения заданий ЗГИ АН Туркменистана (АНТ'' по гфобяеме 0..74.02 "Сейсмология, у. сейсмостойкое строительство", ''гпаратурв. и методика исследований эффектов землетрясений
Й ССЛНЭЧКЫХ БСПЫШеК Б Р-ОбЛПСТИ ИОНОСЙОрЫ ЧЛрОбИРОВаКіГ В ИНС.ТИ-
туте сейсмологии АНТ при выполнении государственной программы "Разработка системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений", в институте пустынь АНТ при выполнении государственных программ "Каспий" и "Арал". Результаты исследований использованы в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН России, Инсвитута физики Земли АН России для выполнения программы "Сейсмичность", Институте физики АН Кыргызстана, Институте ионосферы АН Казахстана, в Кыргызском республиканском научно-производственном центре народной медицины Министерства здравоохранения Кыргыстана.
Авторский вклад. Автор активно участвовал в разработке и создании солнечно-ионосферного комплекса, позволившего наблюдать процессы, происходящие на Солнце, ионосферные возмущения и инф-развуновые волны в атмосфере Земли для исследований эффектов землетрясений и импульсного воздействия солнечных вспышек в Р-об-ласти ионосферы переходных широт (начиная с.1980 г.). Автором самостоятельно осуществлялись разработка метода комплексных наблюдений Солнца, ионосферных возмущений и инфраэвукових волн в атмосфере Земли, обработки полученных материалов, обобщение и ана-лиа этих исследований, интерпретация результатов анализа. Во всех экспериментальных работах, в разработке одночастотного и ыногоча-стотных (3-х и 8-ми частотных) доплеровских установок, инфразву-кометрической станции "Ашгабат", солнечных инструментов автору .принадлежит постановка задачи, непосредственное руководство и активное участие при проведений наблюдений и интерпретации рз-зультатов измерения. Основные результаты, содержащиеся в диссертации и опубликованные с соавторами, получен;; при определяющем вкладе диссертанта.
Публикации. Основные результати цигсе^члции опуііликопгли ь
более 57 научных работах. Из них одна монография,, один каталог в двух частях и одна брошяра в соавторство. В работах, написанных' в соавторстве, автору принадлежат результаты и положения, приведенные в диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 469 ст
раниц машинописного текста, 134 рисунка, 20 таблиц, 381 библио
графического наименования, состоит из четырех частей, включаю-.'
щих II разделов (глав) и двух приложений. . . _
