Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 100201 10.12737/szf-112202511 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Excitation of global artificial Pc1 signals during FENICS-2024 experiment: 1. Observations Возбуждение глобальных искусственных сигналов диапазона Рс1 в эксперименте FENICS-2024: 1. Наблюдения https://orcid.org/0000-0003-3056-7465 Пилипенко Вячеслав Анатольевич Pilipenko Vyacheslav Anatolievich space.soliton@gmail.com

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-9117-7498 Ермакова Елена Николаевна Ermakova Elena Nikolaevna l.ermakova@nirfi.unn.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-4864-0993 Потапов Александр Сергеевич Potapov Alexander Sergeevich potapov@iszf.irk.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Марчук Роман Александрович Marchuk Roman Aleksandrovich marchuk@mail.iszf.irk.ru https://orcid.org/0000-0002-7541-3219 Колобов Виталий Валентинович Kolobov Vitaliy Valentinovich v.kolobov@ksc.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-9042-2842 Анисимов Сергей Васильевич Anisimov Sergey Vasilevich anisimov@borok.yar.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-8460-1203 Рябов Александр Владимирович Ryabov Alexsandr Vladimirovich alexr@nirfi.unn.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0003-1985-8384 Мазур Николай Григорьевич Mazur Nikolay Grigorievich ngmazur@mail.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-5516-3155 Федоров Евгений Николаевич Fedorov Evgeny Nikolaevich enfedorov1@yandex.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0009-0000-6706-4736 Дмитриев Эльдар Михайлович Dmitriev Eldar Mihaylovich eldar@borok.yar.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS Moscow Russian Federation Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center RAS Moscow Russian Federation Институт космических исследований Москва Россия Space Research Institute Moscow Russian Federation Научно-исследовательский радиофизический институт Нижегородского университета Н. Новгород Россия Institute of Radiophysics of Nizhny Novgorod University Nizhny Novgorod Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН RU Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS RU Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Апатиты Россия Northern Energetics Research Centre KSC RAS Apatity Russian Federation Геофизическая обсерватория «Борок», филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Борок Россия Borok Geophysical Observatory of Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS Borok Russian Federation Научно-исследовательский радиофизический институт Нижегородского университета Н. Новгород Россия Institute of Radiophysics of Nizhny Novgorod University Nizhny Novgorod Russian Federation Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS Moscow Russian Federation Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Москва Россия Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS Moscow Russian Federation Геофизическая обсерватория «Борок» Института физики Земли РАН Борок Россия Borok Geophysical Observatory of the Institute of Physics of the Earth RAS Borok Russian Federation 26 06 2025 26 06 2025 11 2 124 131 09 12 2024 31 03 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/100201/view

В июле–августе 2024 г. на Кольском п-ве был проведен эксперимент FENICS-2024 по генерации искусственных электромагнитных сигналов в ночные часы с использованием двух выведенных из работы линий электропередачи (ЛЭП) в качестве горизонтальной излучающей антенны. Частота генератора от сеанса к сеансу дискретно менялась от 1 до 194 Гц с амплитудой тока от ~150 А на низких частотах до ~40 А на высоких. В работе представлены результаты первого этапа эксперимента, когда в качестве излучающей антенны использовалась ЛЭП Выходной—Оленегорск с расстоянием между заземлителями подстанций L=84 км. На магнитных станциях, расположенных на расстояниях от узловой подстанции от ~1200 до ~2100 км, зарегистрированы сигналы с частотами от 1 до 9 Гц с амплитудами, нормированными на величину тока излучателя, от ~0.3 до ~6.0 фТл/А. Проведенные наблюдения показали перспективность нового типа активных экспериментов по генерации зондирующего сигнала для магнитотеллурического зондирования на большой площади. Сопоставление результатов наблюдений с теоретическими моделями будет представлено в следующей работе.

In July–August 2024 on the Kola Peninsula, the FENICS-2024 experiment was conducted to generate artificial electromagnetic signals at night, using two power transmission lines as a horizontal radiating antenna. The generator frequency varied discretely from session to session from 1 to 194 Hz with current amplitude from ~150 A at low frequencies to ~40 A at high frequencies. The paper presents the results of the first stage of the experiment when the power transmission line Vykhodnoy—Olenegorsk with a distance between earth electrodes of substances L=84 km was utilized as a radiating antenna. Magnetic stations, located from ~1200 to ~2100 km from the nodal substation, recorded signals with frequencies from 1 to 9 Hz with ~0.3–~6.0 fT/A amplitudes normalized to the emitter current. The observations have shown the promise of the new type of active experiments on creating a probing signal for magnetotelluric sounding over a large area. The observation results will be compared with theoretical models in the subsequent work.

 УНЧ-излучения распределенная сеть FENICS ЛЭП активные эксперименты ULF emissions distributed network FENICS power transmission line active experiments Работа выполнена в рамках госзаданий Минобрнауки ИФЗ РАН № FMWU-2025-0043 и № FMWU-2025-0049, НИРФИ ННГУ № FSWR-2023-0038, ИСЗФ СО РАН № FWSE-2021-0005, ГО «Борок» ИФЗ РАН № FMWU-2025-0049. Эксперимент FENICS-2024 был проведен при финансовой поддержке гранта РНФ № 22-17-00208 (В.В.К.). The work was carried out under government assign-ments from the Ministry of Science and Higher Educa-tion by IPE RAS No. FMWU-2025-0043 and No. FMWU-2025-0049, SUNN NIRPhI No. FSWR-2023-0038, ISTP SB RAS No. FWSE-2021-0005, and GO Borok IPE RAS No. FMWU-2025-0049. The FENICS-2024 experiment was financially supported by RSF Grant No. 22-17-00208 (V.V.K.).

Баранник М.Б., Колобов В.В., Шевцов А.Н., Жамалетдинов А.А. Генераторно-измерительный комплекс направленного действия «Энергия-2м» для сейсмического мониторинга и зондирования рудных объектов. Сейсмические приборы. 2012, т. 48, № 1, c. 5–25. Anisimov S.V., Chulliat A., Dmitriev E.M. Information-measuring complex and database of mid-latitude Borok Geophysical Observatory. Russian Journal of Earth Sciences. 2008, vol. 10, ES3007. DOI: 10.2205/2007ES000227. Беляев П.П., Поляков С.В., Ермакова Е.Н. и др. Первые эксперименты по генерации и приему искусственных УНЧ-излучений (0.3–12 Гц) на дистанции 1500 км. Изв. вузов. Радиофизика. 2002, т. 45, № 2, c. 156–162. Barannik M.B., Kolobov V.V., Shevtsov A.N., Zhamaletdinov A.A. Directional generator-measuring complex “Energy-2m” for seismic monitoring and probing of ore objects. Seismicheskie instrumenty [Seismic Instruments]. 2012, vol. 48, no. 1, pp. 5–25. (In Russian). Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред. М.: Недра, 1992, 250 с. Belyaev P.P., Polyakov S.V., Ermakova E.N., Isaev S.V., Yakunin M.N., Sobchakov L.A., et al. The first experiments on the generation and reception of artificial ULF emission (0.3–12 Hz) at a distance of 1500 km. Radiophysics and Quantum Electronics. 2002, vol. 45, no. 2, pp. 135–146. DOI: 10.1023/A:1015949625839. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А, Собчаков Л.А. и др. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ-диапазона. Доклады Академии наук. 1994, т. 338, № 1, с. 106–109. Berdichevskii M.N., Dmitriev V.I. Magnitotelluricheskoye zondirovanie gorizontalno-neodnorodnykh sred [Magnetotelluric sounding of horizontally homogeneous medium]. Moscow, Nedra Publ., 1992, 250 p. (In Russian). Гетманцев Г.Г., Гульельми А.В., Клайн Б.И. и др. Возбуждение магнитных пульсаций при воздействии на ионосферу излучением мощного коротковолнового передатчика. Изв. вузов. Радиофизика. 1977, т. 20, № 7, с. 1017–1019. Berthold W.K., Harris A.K., Hope H.J. World-wide effects of hydromagnetic waves due to Argus. J. Geophys. Res. 1960, vol. 65, pp. 2233–2239. DOI: 10.1029/JZ065i008p02233. Ермакова Е.Н., Котик Д.С., Собчаков Л.А. и др. Экспериментальные исследования распространения искусственных электромагнитных сигналов в диапазоне 0.6–4.2 Гц. Изв. вузов. Радиофизика. 2005, т. 48, № 9, с. 788–799. Chetaev L.N. Direkstionnyi analis magnitotelluricheskikh nabludenii [Directional analysis of magnetotelluric observations]. Moscow, IPhE AS USSR Publ., 1985, 228 p. Ермакова Е.Н., Рябов А.В., Пилипенко В.А. и др. Новая станция для мониторинга космических и атмосферных электромагнитных излучений. Вестник ОНЗ РАН. 2019, т. 11, NZ1105. DOI: 10.2205/2019NZ000362. Chulliat A., Anisimov S.V. The Borok Intermagnet magnetic observatory. Russian Journal of Earth Sciences. 2008, vol. 10, ES3003. DOI: 10.2205/2007ES000238. Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Велихов Е.П. и др. Исследование взаимодействия электромагнитных волн КНЧ-СНЧ-диапазона (0.1–200 Гц) с земной корой и ионосферой в поле промышленных линий электропередачи (эксперимент «FENICS»). Геофизические процессы и биосфера. 2015, т. 14, № 2, с. 5–49. Eliasson B., Chang C.-L., Papadopoulos K.J. Generation of ELF and ULF electromagnetic waves by modulated heating of the ionospheric F2 region. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A10320. DOI: 10.1029/2012JA017935. Жамалетдинов А.А. Велихов Е.П., Шевцов А.Н. и др. Эксперимент «Мурман-2018» по дистанционному зондированию с целью исследования границы «непроницаемости» на переходе между хрупким и пластичным состояниями кристаллической земной коры. Доклады Академии наук. 2019, т. 486, № 3, с. 91–96. Ermakova E.N., Kotik D.S., Sobchakov L.A., Polyakov S.V., Vasil’yev A.V., Bösinger T. Experimental studies of the propagation of artificial electromagnetic signals in the range of 0.6–4.2 Hz. Radiophysics and Quantum Electronics. 2005, vol. 48, no. 9, pp. 700–710. DOI: 10.1007/s11141-005-0114-6. Колобов В.В., Баранник М.Б., Жамалетдинов А.А. Генераторно-измерительный комплекс «Энергия» для электромагнитного зондирования литосферы и мониторинга сейсмоактивных зон. СПб.: Соло, 2013, 240 c. Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V., Bösinger T., Sobchakov L.A. A power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A04305. DOI: 10.1029/2005JA011420. Котик Д.С., Рябов А.В., Ермакова Е.Н. и др. Свойства УНЧ/ОНЧ-сигналов, генерируемых установкой СУРА в верхней ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 2013, т. 56, № 6, с. 382–394. Ermakova E.N., Ryabov A.V., Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Kudin D.V. New station for monitoring cosmic and atmospheric electromagnetic emissions. Vestnik ONZ RAN [Bulletin of the Earth Sciences Department of the Russian Academy of Sciences]. 2019, vol. 11, NZ1105. DOI: 10.2205/2019NZ000362. (In Russian). Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Климов С.И. Электромагнитное загрязнение околоземного космического пространства излучением ЛЭП. Солнечно-земная физика. 2021, т. 7, № 3, с. 111–119. DOI: 10.12737/szf-73202107 / Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Mazur N.G., Klimov S.I. Electromagnetic pollution of near-Earth space by power line emission. Solar-Terrestrial Physics. 2021, vol. 7, iss. 3, pp. 105–113. DOI: 10.12737/stp-73202107. Getmantsev G.G., Guglielmi A.V., Klain B.I., Kotik D.S., Krylov S.M., Mitiakov N.A., et al. Excitation of magnetic pulsations when the ionosphere is exposed to radiation from a powerful shortwave transmitter. Radiophysics and Quantum Electronics. 1978, vol. 20, no. 7, pp. 703–705. Пилипенко В.А., Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Шевцов А.Н. О возможности экспериментов по возбуждению искусственных ультранизкочастотных излучений в ионосфере установкой FENICS на Кольском полуострове. Известия РАН. Серия физическая. 2024, т. 88, № 3, с. 392–400. Guo Z., Fang H., Honary F. The generation of ULF/ELF/VLF waves in the ionosphere by modulated heating. Universe. 2021, vol. 7, no. 2, p. 29. DOI: 10.3390/universe7020029. Поляков С.В., Резников Б.И., Щенников А.В. и др. Линейка индукционных датчиков магнитного поля для геофизических исследований. Сейсмические приборы. 2016, т. 52, № 1, с. 5–27. Kotik D.S., Ryabov A.V., Ermakova E.N., Pershin A.V., Ivanov V.N., Esin V.P. Properties of ULF/VLF signals generated by the SURA facility in the upper ionosphere. Radiophysics and Quantum Electronics. 2013, vol. 56, no. 6, pp. 344–354. DOI: 10.1007/s11141-013-9438-9. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. М.: ИФЗ АН СССР, 1985, 228 с. Kolobov V.V., Barannik M.B., Zhamaletdinov A.A. Generatorno-izmeritelnyi kompleks “Energiya” dlya elektromagnitnogo zondirovaniya litosfery i monitoringa seismoaktivnykh zon [Generator-measuring complex “Energy” for electromagnetic sounding of the lithosphere and monitoring of seismically active zones]. St. Petersburg, Solo Publ., 2013, 240 p. (In Russian). Anisimov S.V., Chulliat A., Dmitriev E.M. Information-measuring complex and database of mid-latitude Borok Geophysical Observatory. Russian Journal of Earth Sciences. 2008, vol. 10, ES3007. DOI: 10.2205/2007ES000227. Li Y., Li H., Wu J., Lyu X., Chai Y., Yuan Ch., et al. Artificial excitation and propagation of ultra-low frequency signals in the polar ionosphere. Phys. Plasmas. 2024, vol. 31, 082901. DOI: 10.1063/5.0202317. Berthold W.K., Harris A.K., Hope H.J. World-wide effects of hydromagnetic waves due to Argus. J. Geophys. Res. 1960, vol. 65, pp. 2233–2239. DOI: 10.1029/JZ065i008p02233. Papadopoulos K., Wallace T., Milikh G.M., Peter W., McCarrick M. The magnetic response of the ionosphere to pulsed HF heating. Geophys. Res. Lett. 2005, vol. 32, L13101. DOI: 10.1029/2005GL023185. Chulliat A., Anisimov S.V. The Borok INTERMAGNET magnetic observatory. Russian Journal of Earth Sciences. 2008, vol. 10, ES3003. DOI: 10.2205/2007ES000238. Papadopoulos K., Gumerov N.A., Shao X., Doxas I., Chang C.L. HF-driven currents in the polar ionosphere. Geophys. Res. Lett. 2011a, vol. 38, L12103. DOI: 10.1029/2011GL047368. Eliasson B., Chang C.-L., Papadopoulos K.J. Generation of ELF and ULF electromagnetic waves by modulated heating of the ionospheric F2 region. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A10320. DOI: 10.1029/2012JA017935. Papadopoulos K., Chang C.-L., Labenski J., Wallace T. First demonstration of HF-driven ionospheric currents. Geophys. Res. Lett. 2011b, vol. 38, L20107. DOI: 10.1029/011GL049263. Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V., et al. A power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A04305. DOI: 10.1029/2005JA011420. Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Martines-Bedenko V.A., Bering E.A. Electric mode excitation in the atmosphere by magnetospheric impulses and ULF waves. Frontiers in Earth Science. 2021a, vol. 8, pp. 687. DOI: 10.3389/feart.2020.619227. Guo Z., Fang H., Honary F. The generation of ULF/ELF/VLF waves in the ionosphere by modulated heating. Universe. 2021, vol. 7, no 2, p. 29. DOI: 10.3390/universe7020029. Pilipenko V.A., Fedorov E.N., Mazur N.G., Klimov S.I. Electromagnetic pollution of near-Earth space by power line emission. Solar-Terrestrial Physics. 2021b, vol. 7, iss. 3, pp. 105–113. DOI: 10.12737/stp-73202107. Li Y., Li H., Wu J., et al. Artificial excitation and propagation of ultra-low frequency signals in the polar ionosphere. Phys. Plasmas. 2024, vol. 31, 082901. DOI: 10.1063/5.0202317. Pilipenko V.A., Mazur N.G., Fedorov E.N., Shevtsov A.N. On the possibility of experiments on the excitation of artificial ultra-low-frequency radiation in the ionosphere by the FENICS transmitter on the Kola Peninsula. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2024, vol. 88, no. 3, pp. 331–337. DOI: 10.1134/S1062873823705482. Papadopoulos K., Wallace T., Milikh G.M., et al. The magnetic response of the ionosphere to pulsed HF heating. Geophys. Res. Lett. 2005, vol. 32, L13101. DOI: 10.1029/2005GL023185. Polyakov S.V., Reznikov B.I., Shchennikov A.V., Kopytenko Ye.A., Samsonov B.V. A line of induction magnetic field sensors for geophysical research. Seismicheskie pribory [Seismic Instruments]. 2016, vol. 52, no. 1, pp. 5–27. (In Russian). Papadopoulos K., Gumerov N.A., Shao X., et al. HF-driven currents in the polar ionosphere. Geophys. Res. Lett. 2011a, vol. 38, L12103. DOI: 10.1029/2011GL047368. Su B., Wang Y., Cao Q. Simulation of WEM using ELF modeling of local area and modified UPML. ISAPE 2012. Xi’an, China, 2012. pp. 983–986. DOI: 10.1109/ISAPE.2012.6408939. Papadopoulos K., Chang C.-L., Labenski J., Wallace T. First demonstration of HF-driven ionospheric currents. Geophys. Res. Lett. 2011b, vol. 38, L20107. DOI: 10.1029/2011GL049263. Usanova M.E., Drozdov A., Orlova K., Mann I.R., Shprits Y., Robertson M.T., et al. Effect of EMIC waves on relativistic and ultrarelativistic electron populations: Ground-based and Van Allen Probes observations. Geophys. Res. Lett. 2014, vol. 41, pp. 1375–1381. DOI: 10.1002/2013GL059024. Pilipenko V.А., Fedorov E.N., Martines-Bedenko V.А., Bering E.A. Electric mode excitation in the atmosphere by magnetospheric impulses and ULF waves. Frontiers in Earth Science. 2021, vol. 8, pp. 687. DOI: 10.3389/feart.2020.619227. Velikhov E.P., Zhamaletdinov A.A., Sobchakov L.A., Veshev A.V., Saraev A.K., Tokarev A.D., et al. Experience of frequency electromagnetic sounding of the earth’s crust using a powerful VLF antenna. Doklady AN SSSR [Reports of AS USSR]. 1994, vol. 338, no. 1, pp. 106–109. (In Russian). Su B., Wang Y., Cao Q. Simulation of WEM using ELF modeling of local area and modified UPML. ISAPE2012. 2012. Xi’an, China, pp. 983–986. DOI: 10.1109/ISAPE.2012.6408939. Zhamaletdinov A.A., Shevtsov A.N., Velikhov E.P., Skorokhodov A.A., Kolesnikov V.E., Korotkova T.G., et al. Study of the interaction of electromagnetic waves of the ELF–VLF range (0.1–200 Hz) with the Earth’s crust and ionosphere in the field of industrial power transmission lines (experiment FENICS). Geofizicheskie protsessy i biosfera [Geophysical processes and the biosphere]. 2015, vol. 14, no. 2, pp. 5–49. (In Russian). Usanova M.E., Drozdov A., Orlova K., et al. Effect of EMIC waves on relativistic and ultrarelativistic electron populations: Ground-based and Van Allen Probes observations. Geophys. Res. Lett. 2014, vol. 41, pp. 1375–1381. DOI: 10.1002/2013GL059024. Zhamaletdinov A.A., Velikhov E.P., Shevtsov A.N., Skorokhodov A.A., Kolobov V.V., Ivonin V.V., and Kolesnikov V.E. The Murman-2018 experiment on remote sensing in order to study the “impenetrability” boundary at the transition between the brittle and plastic states of the crystalline Earth’s crust. Doklady Earth Sciences. 2019, vol. 486, no. 1, pp. 575–579. DOI: 10.1134/S1028334X19050301. Zhao G.Z, Bi Y.X., Wang L.F., et al., Advances in alternating electromagnetic field data processing for earthquake monitoring in China. Science China Earth Sciences. 2015, vol. 58, no. 2. pp. 172–182. DOI: 10.1007/s11430-014-5012-3. Zhao G.Z., Bi Y.X., Wang L.F., Han B., Wang X., Xiao Q.B., et al. Advances in alternating electromagnetic field data processing for earthquake monitoring in China. Science China Earth Sciences. 2015, vol. 58, no. 2. pp. 172–182. DOI: 10.1007/s11430-014-5012-3. URL: https://www.sgo.fi (дата обращения 20 марта 2025 г.). URL: https://www.sgo.fi (accessed March 20, 2025). URL: https://space.fmi.fi/image/www/ (дата обращения 20 марта 2025 г.). URL: https://space.fmi.fi/image/www/ (accessed March 20, 2025). URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (дата обращения 20 марта 2025 г.). URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (accessed March 20, 2025).