Отклик ионосферы на тувинские землетрясения 27 декабря 2011 г. и 26 февраля 2012 г

В зимний период 2011–2012 гг. на территории республики Тува произошло два достаточно сильных землетрясения. Землетрясение с магнитудой Mw=6.7 зарегистрировано 27 декабря 2011 г. в 15:22 UT (23:22 LT). Эпицентр (51.84º N, 96.01º E) находился в 94 км к востоку от Кызыла на глубине около 15 км []. 26 февраля 2012 г. в 06:17 UT (14:17 LT) в том же районе произошло землетрясение с магнитудой Mw=6.6, эпицентр (51.76º N, 96.06º E) которого располагался на глубине ~19 км []. Данное землетрясение отличалось большой продолжительностью, подземные толчки ощущались на расстоянии свыше тысячи километров от эпицентра. Как известно, колебания земной поверхности при землетрясениях могут вызывать волновые возмущения в атмосфере, способные проникать до ионосферных высот (100– 400 км) и проявляться там в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ). ПИВ, вызванные крупными землетрясениями (Mw≥7) в различных регионах, регистрировались неоднократно [Davies, Baker, 1965; Afraimovich et al., 2001; Artru et al., 2004; Афраймович, Перевалова, 2006; Astafyeva et al., 2009; Tsugawa et al., 2011]. Однако сообщений о детектировании волновых ионосферных возмущений, обусловленных землетрясениями с Mw<7, значительно меньше. Это может свидетельствовать о том, что отклик ионосферы на такие толчки относительно слаб и присутствует не всегда. В настоящей работе представлены результаты исследований поведения ионосферной плазмы над зонами двух Тувинских землетрясений, полученные с использованием системы GPS.

Исследования проводились по данным вариаций полного электронного содержания (ПЭС), которые рассчитывались на основе фазовых измерений двухчастотных приемников GPS, расположенных в Новосибирске (ст. NOVM) и в урочище Бадары в обсерватории ИПА РАН (ст. BADG, []). На рис. 1 показаны траектории ионосферных точек

Рис . 1 . Траектории ионосферных точек спутников GPS, наблюдавшихся на станциях NOVM и BADG 27 декабря 2011 г . ( а ) и 26 февраля 2012 г . ( б ). Положение станций отмечено треугольниками , цифры у траекторий обозначают номера спутников GPS. Звездочками показаны эпицентры землетрясений .

Н.П. Перевалова, А.С. Жупитяева, С.В. Воейков, Э.И. Астафьева, В.А. Саньков на высоте максимума ионизации hmax=300 км для спутников GPS, которые наблюдались на станциях NOVM и BADG 27.12.2011 г. в 15:00–19:00 UT (рис. 1, а) и 26.02.2012 г. в 05:00–09:00 UT (рис. 1, б). Траектории спутников, наблюдавшихся в зоне эпицентра в момент землетрясения, отмечены черным цветом. Для выделения возмущений исходные временные ряды вариаций ПЭС подвергались сглаживанию с временным окном 2 мин (для удаления высокочастотных колебаний) и удалению линейного тренда с временным окном 10 мин. Данная методика хорошо апробирована, с ее помощью неоднократно регистрировались возмущения, вызванные землетрясениями [Afraimovich et al., 2001; Афраймович, Перевалова, 2006; Astafyeva et al., 2009].

Анализ экспериментальных данных

На рис . 2 приведены отфильтрованные вариации ПЭС dI ( t ), полученные для землетрясений 27 декабря 2011 г . ( а ) и 26 февраля 2012 г . ( б ) на станциях NOVM, BADG в день землетрясения , а также в преды дущий и последующий дни . Отклик на оба землетрясения выражен очень слабо . Двадцать седь мого декабря 2011 г . наиболее ярко он проявился на лучах NOVM–PRN30, NOVM–PRN29, BADG–PRN16 ( траектории N30, N29, B16 на рис . 1, а ). Отклик представлял собой колебания ПЭС с периодом около 10 мин ( рис . 2, а ) и наблюдался на расстоя ниях 799 км ( луч N30), 801 км ( луч N29), 553 км ( луч B16) от эпицентра . Максимумы амплитуды откликов отмечены ромбами на соответствующих траекториях на рис . 1, а . Средняя горизонтальная скорость перемещения возмущения , рассчитанная для трех данных лучей , составила 198±23 м / с .

Двадцать шестого февраля 2012 г . отклик , имев ший характерную N- образную форму с периодом ~10 мин , удалось обнаружить на лучах NOVM– PRN18, BADG–PRN18, BADG–PRN09 ( траектории N18, B18, B09 на рис . 1, б ). Максимумы амплитуды откликов отмечены ромбами на соответствующих траекториях на рис . 1, б . Расстояния от эпицентра , на которых зарегистрированы отклики , составили : 734 км для луча N18, 654 км для луча B18, 614 км для луча B09. Оценка средней горизонтальной ско рости перемещения возмущения , выполненная для трех лучей , дала величину 176±83 м / с . Скорости перемещения возмущений , полученные для двух землетрясений , близки к скорости звука в нижней атмосфере . Такие возмущения могут быть обуслов лены гравитационной модой атмосферных волн , вызванных землетрясением [Tsugawa et al., 2011]. На остальных лучах для обоих землетрясений ам плитуда колебаний ПЭС не превышала уровня фо новых флуктуаций .

Относительно небольшая (Mw=6.7, 6.6) интенсивность Тувинских землетрясений обусловила малую амплитуду отклика ПЭС , а также трудность выделения откликов из фоновых флуктуаций . Анало гичные результаты были получены нами для земле трясения с магнитудой Mw=6.7, которое произошло в Греции 8 января 2006 г . Колебания ПЭС с периодом около 15 мин , по всей вероятности связанные с данным

NOVM - PRN30

26.12.2011

26.12.2011

dt, TECU

Рис . 2. Отфильтрованные вариации ПЭС , полученные для спутников GPS PRN30, PRN16, PRN18 на станциях NOVM, BADG 26–28 декабря 2011 г . ( а ) и 25–27 февраля 2012 г . ( б ). Моменты землетрясений отмечены штриховыми линиями .

NOVM - PRN18

BADG - PRN18

25.02.2012

землетрясением , удалось выделить лишь на четырех лучах « приемник – спутник », проходивших в непосредственной близости от эпицентра . Более слабое (Mw=6.3) Култукское землетрясение вообще не вызвало заметных возмущений ПЭС в ионосфере [ Жеребцов и др ., 2010]. В то же время волновые воз мущения ПЭС , вызванные сильными землетря сениями с Mw ≥ 7, регулярно регистрируются различ ными исследователями . Таким образом , магнитуда , которая служит мерой энергии , выделившейся в очаге землетрясения , имеет важное значение в процессах литосферно - ионосферного взаимодействия . При малых магнитудах , вероятно , сейсмической энергии

Отклик ионосферы на Тувинские землетрясения 27 декабря 2011 г . и 26 февраля 2012 г .

недостаточно для возбуждения акустических волн , способных проникнуть на высоты ионосферы и вызвать возмущения ПЭС , различимые на уровне фоновых флуктуаций .

Заключение

По данным GPS- зондирования проведено иссле дование отклика ионосферы на два землетрясения в южной части Восточной Сибири : 27 декабря 2011 г . (Mw=6.7) и 26 февраля 2012 г . (Mw=6.6). Оба собы тия являются достаточно крупными для данного региона , однако выделившейся сейсмической энер гии оказалось недостаточно , чтобы оказать заметное влияние на ионосферу Земли . Возмущения ПЭС были зарегистрированы только на отдельных лучах на расстояниях 500–800 км от эпицентра . Горизон тальная скорость перемещения возмущений состав ляла около 200 м / с , что близко к скорости звука в нижней атмосфере .