Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
В работе рассмотрены динамика тропосферы, температурный режим стратосферы, вариации излучения верхней атмосферы и сейсмические активизации в Байкальской рифтовой зоне в зимние периоды 2011/2012 и 2012/2013 гг. Вариации характеристик литосферы и тропо-страто-мезосферы в эти интервалы времени происходили либо синхронно, либо с задержкой. Установлено, что за несколько суток до сейсмической активизации в регионе скорость ветра в нижней атмосфере достигала максимальных значений, а затем снижалась до минимальных значений в момент землетрясения. Периоды активизации сейсмических процессов в регионе совпали с эпизодами стратосферных потеплений и увеличением интенсивности атмосферной эмиссии 557.7 нм в мезосфере — нижней термосфере (85–115 км). Возможной причиной найденной корреляции может быть усиление атмосферных воздействий на горные массивы, формирование над горными системами вертикальных потоков, генерация планетарных и гравитационных волн.
индекс ветровой нагрузки, сейсмическая активность, излучение мезосферы
ВВЕДЕНИЕ
В работах [Садовский и др., 1987; Keilis-Borok, 1990; Sornette et al., 1990] литосфера Земли рассматривалась как открытая самоорганизующаяся система блоков, энергия которой стремится к минимуму посредством сброса напряжений при землетрясениях (ЗТ). Современные знания позволяют считать сейсмический процесс и сильные ЗТ свойством одной из разновидностей нелинейных диссипативных систем, проявляющих противоположные стремления к порядку и к хаосу [Соболев, 2010]. Данная концепция была успешно применена в исследованиях сейсмотектонического разрушения литосферы Байкальской рифтовой зоны [Klyuchevskii, 2010, 2014].
Одним из факторов, приводящих к переходу системы литосферных блоков из состояния равновесия к неустойчивому равновесию и локальной динамической неустойчивости, порождающей ЗТ, являются внешние возмущения. Такими возмущениями могут быть аномалии атмосферной циркуляции [Сытинский, 1997; Боков, 2008; Боков, 2010]. Чаще всего в исследованиях атмосферно-литосферных связей в качестве характеристики атмосферного воздействия используют приземное давление, однако результаты оказываются не всегда однозначными. Возможно, причина относительно слабых связей между колебаниями приземного давления и сейсмической активностью в том, что приземное давление характеризует только один тип воздействия на литосферу - колебания вертикальных напряжений. Тангенциальные напряжения, обусловленные взаимодействием ветра с орографией, при этом не учитываются, хотя они могут быть существенными, особенно в горных районах. Признаком возникновения тангенциальных напряжений и колебаний давления орографического происхождения является усиление вертикальных ветровых потоков. Эти потоки можно оценить по изменению поля ветра на изобарических поверхностях, а также по эффектам, возникающим в верхних слоях атмосферы.
Собственное излучение верхней атмосферы Земли является проявлением сложного комплекса физико-химических процессов в атмосфере, подверженных влиянию гелиогеофизических факторов и возмущений различной природы, в частности, возникающих в нижней атмосфере. Существенное увеличение интенсивности атмосферной эмиссии I557.7 отмечается, например, во время зимних внезапных стратосферных потеплений (ВСП) [Fukuyama, 1977; Mikhalev et al., 2001a; Mikhalev et al., 2003; Mikhalev, 2010]. Результаты ряда работ указывают также на существование статистической связи между проявлениями сейсмической активности и вариациями некоторых атмосферных эмиссий [Торошелидзе, 1988; Коробейникова и др., 1989; Mikhalev et al., 2001b], а в работе [Kaladze et al., 2008] дается теоретическая интерпретация увеличения эмиссии 557.7 нм во время ЗТ. Одним из нерешенных вопросов в этих исследованиях является установление механизма возмущения атмосферных эмиссий.
Основная задача настоящей работы заключалась в уточнении особенностей влияния тропосферных и литосферных процессов на характеристики средней и верхней атмосферы Земли в Байкальской рифтовой зоне. Для этого применительно к зимним периодам 2011/2012 и 2012/2013 гг. рассматривались и анализировались сейсмичность региона, динамика тропосферы, температура стратосферы и интенсивность мезосферной эмиссии атомарного кислорода OI 557.7 нм (высоты высвечивания ~85-115 км). Первый период характерен двумя сильными ЗТ в Республике Тыва 27 декабря 2011 г. (энергетический класс Kp=15.9, магнитуда М=6.7) и 26 февраля 2012 г. (энергетический класс Kp=16.3, магнитуда М~7).
1. Боков В.Н. Триггерный эффект пространственно-временной изменчивости атмосферной циркуляции в возникновении землетрясений: автореферат дис. … д-ра геог. наук. СПб.: Российский государственный гидрометеорологический университет, 2008. 51 c.
2. Боков В.Н. О связи атмосферной циркуляции и сейсмичности в диапазоне сезонной изменчивости // Ученые записки РГГМУ. 2010. № 14. C. 89-100.
3. Жадин Е.А., Зюляева Ю.А., Володин Е.М. Связи межгодовых вариаций стратосферных потеплений, циркуляции тропосферы и температуры поверхности океанов Северного полушария // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44, № 5. С. 641-653.
4. Коробейникова М.П., Кулиева Р.Н., Гошджанов М. и др. Вариации эмиссий ночного неба 557.7 нм, 630 нм и Na в период землетрясений // Полярные сияния и свечения ночного неба. М., 1989. № 33. С. 24-27.
5. Мордвинов В.И., Иванова А.С., Девятова Е.В. Арктическая осцилляция и тропосферно-стратосферные взаимодействия // Солнечно-земная физика. 2007. Вып. 10. С. 106-112.
6. Савенкова Е.Н. Стратосферно-тропосферное взаимодействие во время весенней перестройки циркуляции // Труды XII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск, 2011. С. 343-346.
7. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писарен-ко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. 101 с.
8. Соболев Г.А. Динамика сейсмического процесса и предсказуемость землетрясений // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород. М.: ИФЗ РАН, 2010. С. 81.
9. Сытинский А.Д. О планетарных атмосферных возмущениях во время сильных землетрясений // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37, № 2. С. 132-137.
10. Торошелидзе Т.И., Фишкова Л.М. Анализ колебаний ночного излучения средней и верхней атмосферы, предшествующих землетрясениям // ДАН СССР. 1988. Т. 302, № 2. С. 313-316.
11. Хелд А. Теория стационарных и квазистационарных вихрей во внетропической тропосфере // Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере / Под ред. Б. Хоскинса, Р. Пирса. М.: Мир, 1988. С. 143-189.
12. Fukuyama K. Airglow variations and dynamics in the lower thermosphere and upper mesosphere III. Variations during stratospheric warming event // J. Atmos. Terr. Phys. 1977. V. 39, N 2. P. 317-331.
13. Kaladze T.D., Horton W., Garner T.W., et al. A method for the intensification of atomic oxygen green line emission by internal gravity waves // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. A12307. DOIhttps://doi.org/10.1029/2008JA013425.
14. Keilis-Borok V.I. The lithosphere of the Earth as a non-linear system with implications for earthquake prediction // Rev. Geophys. 1990. V. 28. P. 19-34.
15. Klyuchevskii A.V. Nonlinear geodynamics of the Baikal Rift System: An evolution scenario with triple equilibrium bifurcation // J. Geodyn. 2010. V. 49, N 1. P. 19-23. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jog.2009.08.001
16. Klyuchevskii A.V. Rifting attractor structures in the Baikal Rift System: Location and effects // J. Asian Earth Sci. 2014. V. 88. P. 246-256. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2014.03.009
17. Matsuno T. A dynamical model of the stratosphere sudden warming // J. Atmos. Sci. 1971. V. 28. P. 1479-1494.
18. Mikhalev A.V. Variations in the 557.7 nm atmospheric emission during stratospheric warming events under conditions of high and low solar activity// Geomagnetism and Aeronomy. 2010. V. 50, N 8 (Special Issue 2). P. 1021-1024.
19. Mikhalev A.V., Medvedeva I.V., Beletsky A.B., Kazimirovsky E.S. An investigation of the upper atmospheric optical radiation in the line of atomic oxygen 557.7 nm in East Siberia // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001a. V. 63, N 9. P. 865-868.
20. Mikhalev A.V., Popov M.S., Kazimirovsky E.S. The manifestation of seismic activity in 557.7 nm emission variations of the Earth’s upper atmosphere // Adv. Space Res. 2001b. V. 27, N 6-7. Р. 1105-1108.
21. Mikhalev A.V., Medvedeva I.V., Kazimirovsky E.S., Potapov A. S. Seasonal variation of upper-atmospheric emission in the atomic oxygen 555 nm line over East Siberia // Adv. Space Res. Special Issue “Long-Term Trends: Thermosphere, Mesosphere, Stratosphere, and Lower Ionosphere”. 2003. V. 32, N 9. P. 1787-1792.
22. Sornette D., Davy P., Sornette A. Structuration of lithosphere in plate tectonics as a self-organized critical phenomenon // J. Geophys. Res. 1990. V. 95, N B11. P. 17353-17361.
