Вариации полного электронного содержания в ионосфере, наблюдаемые перед землетрясениями: возможный физический механизм и моделирование

На основе GPS наблюдений полного электронного содержания (TEC) ионосферы с использованием глобальных и региональных карт TEC, а также отдельных спутниковых измерений, обнаружены возмущения TEC, предшествующие сильным землетрясениям. Для сильных среднеширотных землетрясений сейсмо-ионосферные аномалии выглядят как области локального увеличения или уменьшения TEC в окрестности эпицентра готовящегося землетрясения. Такие структуры формируются в ионосфере за несколько дней до основного сейсмического события. Величина наблюдаемых модификаций ионосферной плазмы достигает 30-90 % по сравнению с невозмущенными фоновыми значениями. Область максимального проявления аномалии имеет пространственные размеры более 1500 км по широте и 3500-4000 км по долготе. В случае сильных низкоширотных землетрясений обнаруживаются эффекты, связанные с модификацией экваториальной аномалии: углубление или "заполнение" ионосферного провала электронной концентрации на магнитном экваторе. Предложен физический механизм формирования указанных аномалий. Мы полагаем, что наиболее вероятной причиной наблюдавшихся перед землетрясениями возмущений NmF2 и TEC является вертикальный дрейф ионосферной плазмы в F2-области под воздействием зонального электрического поля сейсмического происхождения. Для проверки этой гипотезы проведен ряд модельных расчётов при помощи глобальной самосогласованной численной модели верхней атмосферы Земли UAM (Upper Atmosphere Model). Предложено пространственное распределение электрического потенциала на границе эпицентральной области, необходимое для существования указанного электрического поля. Параметры верхней атмосферы, предшествующие готовящемуся сильному землетрясению, моделировались путём включения дополнительных источников электрического поля в уравнение для электрического потенциала модели UAM, которое решалось численно совместно со всеми остальными уравнениями модели (непрерывности, движения и теплового баланса) для нейтрального и ионизованных газов. Эффективность предложенного механизма исследовалась путём численного моделирования отклика ионосферы на воздействие зонального электрического поля, порождённого сейсмогенными источниками для случаев средних и низких широт. Представлены результаты соответствующих модельных расчётов электрического поля и генерированных им эффектов в F2-области ионосферы и плазмосфере Земли. Результаты моделирования хорошо согласуются с данными наблюдений TEC перед сильными землетрясениями как в случае средних, так и низких широт, как по пространственному масштабу, так и по магнитуде наблюдаемых аномалий.