Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 41369 10.12737/szf-71202108 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований On possible relation of earthquakes with the sign change of the interplanetary magnetic field radial component О возможной связи землетрясений со сменой знака радиальной компоненты межпланетного магнитного поля Зотов Олег Дмитриевич Zotov Oleg Dmitrievich ozotov@inbox.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Гульельми Анатолий Владимирович Guglielmi Anatol Vladimirovich guglielmi@mail.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Силина Александра Сергеевна Silina Aleksandra Sergeevna silina@ifz.ru Геофизическая обсерватория «Борок» ИФЗ РАН Борок Россия Borok Geophysical Observatory of IPE RAS Borok 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 7 1 74 83 20 12 2020 25 01 2021 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/41369/view

Работа посвящена экспериментальному исследованию возможной связи землетрясений с вариациями межпланетного магнитного поля (ММП). Для анализа использованы мировые и региональные каталоги землетрясений и каталог, содержащий данные о секторной структуре ММП за несколько десятков лет. Основной методический прием состоял в сравнительном анализе частоты землетрясений в дни, когда Земля пересекает границу между секторами ММП, и в дни, когда Земля находится внутри сектора. В качестве индикатора событий, от которых зависит режим колебаний магнитосферы Земли, использован знак радиальной компоненты ММП. Перемена знака сигнализирует о вероятном пересечении Землей границы между секторами ММП, или, другими словами, о пересечении Землей токового слоя гелиосферы. Гипотеза о связи вариаций ММП и сейсмической активности состоит в том, что флуктуации ММП, проникая в магнитосферу, возбуждают в магнитосфере ультранизкочастотные электромагнитные колебания, которые, в принципе, могут повлиять на физические процессы в очагах землетрясений. Обнаружена слабая, но статистически достоверная связь вариаций ММП и сейсмической активности. Рассмотрены также другие параметры ММП, контролирующие ультранизкочастотные колебания геомагнитного поля.

This work is devoted to an experimental study of the possible relationship between earthquakes and interplanetary magnetic field (IMF) variations. For the analysis, we use world and regional catalogs of earthquakes and a catalog containing data on the IMF sector structure for several decades. The main methodological technique consists in a comparative analysis of the occurrence rate of earthquakes on the days when Earth crosses the boundary between IMF sectors with the days when Earth is inside the sector. The sign of the IMF radial component is utilized as an indicator of the events on which the oscillation mode of Earth's magnetosphere depends. The sign reversal signals the probable crossing of the boundary between the IMF sectors by Earth, or, in other words, the crossing of the heliospheric current sheet by Earth. The hypothesis about the relationship between IMF variations and seismic activity is that IMF fluctuations, penetrating into the magnetosphere, excite ULF electromagnetic oscillations in the magnetosphere, which, in principle, can affect the physical processes in upcoming earthquake sources. We have found a weak, but statistically significant relationship between IMF variations and seismic activity. We also consider other IMF parameters that control ultra-low-frequency oscillations of the geomagnetic field.

 гелиосфера секторная структура магнитосфера литосфера землетрясения ультранизкочастотные колебания магнитопластичность heliosphere sector structure magnetosphere lithosphere earthquakes ultra-low-frequency oscillations magnetoplasticity Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 18-05-00096 и № 19-05-00574, а также программ государственных заданий Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

Адушкин В.В., Рябова С.А., Спивак А.А., Харламов В.А. Отклик сейсмического фона на геомагнитные вариации // ДАН. 2012. Т. 444, № 3. С. 304-308. Adushkin V.V., Ryabova S.A., Spivak A.A., Kharlamov V.A. Response of the seismic background to geomagnetic variations. Doklady Earth Sci. 2012, vol. 444, no. 1, pp. 642-646. DOI: 10.1134/S1028334X12050157. Бучаченко А.Л. Магнитопластичность и физика землетрясений. Можно ли предотвратить катастрофу? // УФН. 2014. Т. 184, № 1. С. 101-108. DOI: 10.3367/UFNr.0184.201401e.0101. Balasis G., Daglis I.A., Anastasiadis A., Papadimitriou C., Mandea M., Eftaxias K. Universality in solar flare, magnetic storm and earthquake dynamics using Tsallis statistical mechanics. Physica A. 2011, vol. A390, pp. 341-346. DOI: 10.1016/j.physa.2010.09.029. Велихов Е.П., Волков Ю.М. Перспектива развития импульсной МГД-энергетики и ее применение в геологии и геофизике / Препринт Ин-та атомной энергии № 3436/6. М., 1981. 28 с. Buchachenko A.L. Magnetoplasticity and the physics of earthquakes. Can a catastrophe be prevented? Physics-Uspekhi. 2014, vol. 57, no. 1, pp. 92-98. DOI: 10.3367/UFNe.0184.201401e.0101. Гульельми А.В. Пондеромоторные силы в коре и в магнитосфере Земли // Физика Земли. 1992. № 7. С. 35-39. Buchachenko A.L. Microwave stimulation of dislocations and the magnetic control of the earthquake core. Physics-Uspekhi. 2019, vol. 62, no. 1, pp. 46-53. DOI: 10.3367/UFNe.2018.03.038301. Гульельми А.В. Ультранизкочастотные электромагнитные волны в коре и в магнитосфере Земли // УФН. 2007. Т. 177, № 12. С. 1257-1276. DOI: 10.3367/UFNr.0177.200712a.1257. Dovbnya B.V. On the relation between geomagnetic pulsations and earthquakes. Solar-Terr. Phys. 2009, iss. 13, pp. 82-85. (In Russian). Гульельми А.В., Зотов О.Д. О магнитных возмущениях перед сильными землетрясениями // Физика Земли. 2012а. № 2. С. 84-87. Duma G., Ruzhin Y. Diurnal changes of earthquake activity and geomagnetic Sq variation. Haz. Earth Sys. Sci. 2003, vol. 3, no. 3/4, pp. 171-177. DOI: 10.5194/nhess-3-171-2003. Гульельми А.В., Зотов О.Д. Явление синхронизма в динамической системе магнитосфера-техносфера-литосфера // Физика Земли. 2012б. № 6. С. 23-33. Fainberg E.B., Avagimov A.A., Zeigarnik V.A., Vasil’eva T.A. Generation of heat flows in the Earth's interior by global geomagnetic storms. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2004, vol. 40, no. 4, pp. 315-322. Гульельми А.В., Потапов А.С. Влияние межпланетного магнитного поля на УНЧ-колебания ионосферного резонатора // Космические исследования. 2017. Т. 55, № 4. С. 263-267. DOI: 10.7868/S0023420617030049. Fraser-Smith A.C., Bernardi A., McGill P.R., Ladd M.E., Helliwell R.A., Villard O.G., Jr. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake. Geophys. Res. Lett. 1990, vol. 17, pp. 1465-1468. DOI: 10.1029/GL017i009p01465. Гульельми А.В., Лавров И.П., Собисевич А.Л. Внезапные начала магнитных бурь и землетрясения // Солнечно-земная физика. 2015а. Т. 1, № 1. С. 98-103. DOI: 10.12737/5694. Guglielmi A.V. Ponderomotive forces in the crust and magnetosphere of the Earth. Fizika Zemli [Physics of the Solid Earth]. 1992, no. 7, pr. 35-39. (In Russian). Гульельми А.В., Потапов А.С., Довбня Б.В. Ключевая роль межпланетного магнитного поля в формировании режима колебаний магнитосферы Земли // Триггерные эффекты в геосистемах (Москва, 16-19 июня 2015 г.): материалы третьего Всероссийского семинара-совещания / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. М.: ГЕОС, 2015б. С. 328-334. Guglielmi A.V. Ultra-low-frequency electromagnetic waves in the crust and magnetosphere of the Earth. Physics-Uspekhi. 2007, vol. 50, no. 12, pr.1197-1216. DOI: 10.1070/PU2007v050n12ABEH006413. Гульельми А.В., Клайн Б.И., Потапов А.С. Северно-южная асимметрия ультранизкочастотных колебаний электромагнитного поля Земли // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 4. С. 27-33. DOI: 10.12737/szf-34201703. Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. Bristol and Philadelphia, IOP Publ. Ltd., 1996, 402 p. Довбня Б.В. О связи геомагнитных пульсаций с землетрясениями // Солнечно-земная физика. 2009. Вып. 13. С. 82-85. Guglielmi A.V., Potapov A.S. Influence of the interplanetary magnetic field on ULF oscillations of the ionospheric resonator. Cosmic Research. 2017, vol. 55, pp. 248-252. DOI: 10.1134/S0010952517030042. Закржевская Н.А., Соболев Г.А. О возможном влиянии магнитных бурь на сейсмичность // Физика Земли. 2002. № 4. С. 3-15. Guglielmi A.V., Zotov O.D. Magnetic perturbations before the strong earthquakes. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2012a, vol. 48, no. 2, pp. 171-173. DOI: 10.1134/S1069351312010065. Закржевская Н.А., Соболев Г.А. Влияние магнитных бурь с внезапным началом на сейсмичность в различных регионах // Вулканология и сейсмология. 2004. № 3. С. 63-75. Guglielmi A.V., Zotov O.D. The phenomenon of synchronism in the magnetosphere-technosphere-lithosphere dynamical system. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2012b, vol. 48, no. 6, pp. 486-495. DOI: 10.1134/S1069351312050035. Зотов О.Д., Лавров И.П. О связи сейсмичности Земли с параметрами межпланетного магнитного поля // Среднеширотные геофизические обсерваторские наблюдения: материалы научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Валерии Алексеевны Троицкой и 60-летию Геофизической обсерватории «Борок» (Борок, 16-19 октября, 2017) / ГО Борок ИФЗ РАН. Ярославль, 2017. С. 25-26. Guglielmi A.V., Lavrov I.P., Sobisevich A.L. Storm sudden commencements and earthquakes. Solar-Terr. Phys.. 2015a, vol. 1, iss. 1, pp. 98-103. DOI: 10.12737/5694. (In Russian). Зотов О.Д., Гульельми А.В., Собисевич А.Л. О магнитных предвестниках землетрясений // Физика Земли. 2013. № 6. С. 139-147. Guglielmi A.V., Potapov A.S., Dovbnya B.V. The key role of the interplanetary magnetic field in the formation of the oscillation mode of the Earth's magnetosphere. Triggernye effekty v geosistemakh [Trigger effects in geosystems (Moscow, June 16-19, 2015): Proceedings of the 3rd All-Russian workshop-meeting]. Moscow, GEOS Publ., 2015b, pp. 328-334. (In Russian). Калашников А.Г. Возможности магнитометрических методов в проблеме поиска предвестников землетрясений // Труды Геофизического института АН СССР. 1954. Т. 25 (152). С. 180-182. Guglielmi A.V., Klain B.I., Potapov A.S. North-south asymmetry of ultra-low-frequency oscillations of Earth’s electromagnetic field. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, no. 4, pp. 26-31. DOI: 10.12737/stp-34201703. Касахара К. Механика землетрясений. М.: Мир, 1985. 264 с. Hattori K. ULF Geomagnetic changes associated with large earthquakes. TAO. 2004, vol. 15, no. 3, pp. 329-360. DOI: 10.3319/TAO.2004.15.3.329(EP). Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Мир, 1980. 299 с. Hayakawa M. Electromagnetic phenomena associated with earthquakes. IEEJ Trans. Fundam. and Mat. 2001, vol. 121-A, pp. 893-898. DOI: 10.1541/ieejfms.126.211. Паркер Е. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: Мир, 1965. 302 с. Kalashnikov A.G. Possibilities of magnetometric methods in solving the issue of earthquake precursors. Trudy Geofizicheskogo instituta AN SSSR [Transactions of Geophys. Institute]. 1964, iss. 25 (152), pp. 162-180. (In Russian). Савин М.Г., Смагин С.И. Применение МГД-генераторов в геофизических исследованиях на Дальнем Востоке // Вестник ДВО РАН. 2004. № 2. С. 129-146. Kasahara K. Mekhanika zemletryasenii [Earthquake Me-chanics]. Moscow, Mir Publ., 1985, 264 p. (In Russian). (Eng-lish edition: Kasahara K. Earthquake Mechanics. Cambridge, University Press, 1981. 284 p.) Смирнов Н.В., Дунин-Борковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. M.: Наука, 1965. 511 с. Moore G.M. Magnetic disturbances preceding the 1964 Alaska earthquake. Nature. 1964, vol. 203, no. 4944, pp. 508-509. Собисевич Л.Е., Канониди К.Х., Собисевич А.Л. Наблюдения УНЧ геомагнитных возмущений, отражающих процессы подготовки и развития цунамигенных землетрясений // ДАН. 2010. Т. 435, № 4. С. 1-6. Nishida A. Geomagnitnyi diagnos magnitosfery [Geomagnetic Diagnosis of the Magnetosphere]. Moscow, Mir Publ., 1980, 299 p. (In Russian). (English edition: Nishida A. Geomagnetic Diagnosis of the Magnetosphere. New York, Heidelberg, Berlin, Springer-Verlag, 1978. 256 p.) Тарасов Н.Т. Изменение сейсмичности коры при электрическом воздействии // Докл. РАН. 1997. Т. 353, № 4. С. 542-545. Parker E.N. Dinamicheskie protsessy v mezhplanetnoi srede [Dynamical Processes in Interplanetary Medium]. Moscow, Mir Publ., 1965, 302 p. (In Russian). (English edition: Parker E.N. Interplanetary Dynamical Processes. New York, Interscience Publ., 1963, 272 p.) Тарасов Н.Т. О влиянии солнечной активности на сейсмичность Земли // Триггерные эффекты в геосистемах (Москва, 6-9 июня 2017 г.): материалы IV Всероссийской конференции с международным участием / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2017. С. 356-365. Russell C.T., Hoppe M.M. Upstream waves and particles. Space Sci. Rev. 1983, vol. 34, pp. 115-172. Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В., Авагимов А.А., Зейгарник В.А. Воздействие мощных электромагнитных импульсов на сейсмичность Средней Азии и Казахстана // Вулканология и сейсмология. 2000. № 4-5. С. 152-160. Savin M.G., Smagin S.I. Application of MHD generators in geophysical research in the Far East. Vestnik DVO RAN [Vestnik (Bulletin) of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences]. 2004, no. 2, pp. 129-146. (In Russian). Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В., Авагимов А.А., Зейгарник В.А. Изменение сейсмичности Бишкекского геодинамического полигона при электромагнитном воздействии // Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 10. С. 1641-1649. Schekotov A.Yu., Fedorov E.I., Hobara Y., Hayakawa M. ULF magnetic field depression as a possible precursor to the 2011/3.11 Japan earthquake. Telecommunications and Radio Engineering. 2012, vol. 71, iss. 18, pp. 1707-1718. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v71. Тобольжина В.А. Волоконная структура межпланетного магнитного поля: выпускная квалификационная работа (бакалавриат). Томск: НИ ТГУ, 2016. 80 с. Smirnov N.V., Dunin-Borkovsky I.V. Kurs teorii veroyatnostei i matematicheskoi statistiki [Course of probability theory and mathematical statistics]. Moscow, Nauka Publ., 1965, 511 p. (In Russian). Файнберг Э.Б., Авагимов A.A., Зейгарник В.А., Васильева Т.А. Генерация тепловых потоков в недрах Земли мировыми геомагнитными бурями // Физика Земли. 2004. № 4. С. 54-62. Sobisevich L.E., Kanonidi K.K., Sobisevich A.L. Observations of ultra-low-frequency geomagnetic disturbances reflecting the processes of the preparation and development of tsunamigenic earthquakes. Doklady Earth Sci. 2010, vol. 435, pp. 1627-1632. DOI: 10.1134/S1028334X10120160. Balasis G., Daglis I.A., Anastasiadis A., et al. Universality in solar flare, magnetic storm and earthquake dynamics using Tsallis statistical mechanics // Physica A. 2011. Vol. A390. P. 341-346. DOI: 10.1016/j.physa.2010.09.029. Tarasov N.T. Variation of seismicity of the Earth crust by electric impact. Doklady Rossiiskoi akademii nauk [Transactions (Doklady) of the Russian Academy of Sciences. Earth Science Sections]. 1997, vol. 353, no. 4, pp. 542-545]. (In Russian). Duma G., Ruzhin Y. Diurnal changes of earthquake activity and geomagnetic Sq variation // Haz. Earth Sys. Sci. 2003. Vol. 3, no. 3/4. P. 171-177. DOI: 10.5194/nhess-3-171-2003. Tarasov N.T. On the influence of solar activity on the seismicity of the Earth. Triggernye effekty v geosistemakh [Trigger effects in geosystems (Moscow, June 6-9, 2017): Proceedings of the IV All-Russian conference with international participation]. Moscow, GEOS Publ., 2017, pp. 356-365. (In Russian). Fraser-Smith A.C., Bernardi A., McGill P.R., et al. Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake // Geophys. Res. Lett. 1990. Vol. 17. P. 1465-1468. DOI: 10.1029/GL017i009p01465. Tarasov N.T., Tarasova N.V., Avagimov A.A., Zeigarnik V.A. The effect of high energy electromagnetic pulses on seismicity in Central Asia and Kazakhstan. Volcanology and Seismology. 2000, vol. 21, no. 4-5, pp. 627-639. Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic Waves. Bristol and Philadelphia: IOP Publ. Ltd., 1996, 402 p. Tarasov N.T., Tarasova N.V., Avagimov A.A., Zeigarnik V.A. The effect of electromagnetic impacts on seismicity over the Bishkek geodynamic test ground. Geologiya i geofizika [Geology and Geophysics]. 2001, no. 10, pp. 1641-1649. (In Russian). Hattori K. ULF Geomagnetic changes associated with large earthquakes // TAO. 2004. Vol. 15, no. 3. P. 329-360. DOI: 10.3319/TAO.2004.15.3.329(EP). Tobolzhina V.A. Volokonnaya struktura mezhplanetnogo magnitnogo polya [Fiber structure of the interplanetary magnetic field: Final qualifying work]. Tomsk, Tomsk State University, 2016, 80 p. (In Russian). Hayakawa M. Electromagnetic phenomena associated with earthquakes: Review // IEEJ Trans. Fund. and Mat. 2001. Vol. 121-A. P. 893-898. DOI: 10.1541/ieejfms.126.211. Velikhov E.P., Volkov Yu.M. Perspektiva razvitiya impul’snoi MGD-energetiki i eye primenenie v geologii i geofizike [Prospects for the development of pulsed MHD energy and its application in geology and geophysics: Preprint no. 3436/6, Institute of Atomic Energy]. Moscow, 1981, 28 r. (In Russian). Masci F. Brief communication “On the recent reaffirmation of ULF magnetic earthquakes precursors” // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011. Vol. 11. P. 2193-2198. DOI: 10.5194/nhess-11-2193-2011. Zakrzhevskaya N.A., Sobolev G.A. On the seismicity effect of magnetic storms. Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2002, vol. 38, no. 4, pp. 249-261. Moore G.M. Magnetic disturbances preceding the 1964 Alaska earthquake // Nature. 1964. Vol. 203, no. 4944. P. 508-509. Zakrzhevskaya N.A., Sobolev G.A. The influence of the sudden-commencement magnetic storms on seismicity in different regions. Vulkanologiya i seismologiya [Volcanology and Seismology]. 2004, no. 3, pp. 63-75. (In Russian). Russell C.T., Hoppe M.M. Upstream waves and particles // Space Sci. Rev. 1983. Vol. 34. P. 115-172. Zotov O.D., Guglielmi A.V., Sobisevich A.L. On magnetic precursors of earthquakes. Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2013, vol. 49, no. 6, pp. 882-889. DOI: 10.1134/S1069351313050145. Schekotov A.Yu., Fedorov E.I., Hobara Y., Hayakawa M. ULF magnetic field depression as a possible precursor to the 2011/3.11 Japan earthquake // Telecommunications and Radio Engineering. 2012. Vol. 71, iss. 18. P. 1707-1718. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v71.i18.70. Zotov O.D., Lavrov I.P. On the relationship of the Earth’s seismicity with the parameters of the interplanetary magnetic field. Sredneshyrotnye geofizicheskie observatorskie nabludeniya [Mid-latitude Geophysical Observatory Observations: Proceedings of the scientific-practical conference dedicated to the 100th anniversary of the birth of Valeria Alekseevna Troitskaya and the 60th anniversary of the Borok Geophysical Observatory (Borok, October 16-19, 2017)]. Yaroslavl, 2017, pp. 25-26. (In Russian). URL: http://www.izmiran.ru/stp/polar/SSIMF/?ASCII (дата обращения 7 января 2017 г.). URL: http://www.izmiran.ru/stp/polar/SSIMF/?ASCII (accessed January 7, 2017). URL: http://www.isc.ac.uk (дата обращения 26 февраля 2012 г.). URL: http://www.isc.ac.uk (accessed February 26, 2012). URL: http://neic.usgs.gov/neis/epic/epic_global.html (дата обращения 4 мая 2017 г.). URL: http://neic.usgs.gov/neis/epic/epic_global.html (accessed May 4, 2017). URL: http://www.ncedc.org (дата обращения 7 января 2016 г.). URL: http://www.ncedc.org (accessed January 7, 2016). URL: http://www.data.scec.org (дата обращения 7 января 2016 г.). URL: http://www.data.scec.org (accessed January 7, 2016). URL: http://www.gein.noa.gr (дата обращения 25 марта 2010 г.). URL: http://www.gein.noa.gr (accessed March 25, 2010).