Пространственно-временные вариации интенсивности ОНЧ-импульсного потока в Байкальской рифтовой системе

В последнее время возрос интерес к проблемам электромагнитного окружения Земли. Электромагнитное поле является важнейшим фактором окружающей среды, тесно взаимосвязанным с другими составляющими природного комплекса планеты и воздействующим на жизнедеятельность человека. Наряду с традиционными проявлениями грозового электричества (выведение из строя систем электронного обеспечения, воздействие на авиацию, пожароопасность) и совершенствованием методов их контроля, все большее внимание привлекают проблемы электромагнитного загрязнения и его воздействия на экосистемы и человека.

Цель работы – провести сравнительный анализ характеристик ОНЧ-импульсного потока в различных пунктах юга Сибири, разнесенных в пространстве до 300 км. Измерения ОНЧ-импульсного потока магнитной компоненты ЕЭМПЗ проведены в Восточных Саянах (пункты наблюдений (ПН) «Толтой», «Торы»), на берегу средней части озера Байкал (пункт наблюдения «Горячинск») и на стационаре «Верхняя Березовка» вблизи г. Улан-Удэ с помощью многоканальных геофизических регистраторов МГР-01М и МГР-01 [1]. Следует отметить, что при проведении одновременных измерений работа всех каналов регистраторов синхронизировалась, параметры усилительных трактов каналов и режимы регистрации на одинаковых частотах были идентичны. Измерения в ПН «Толтой» проведены с 18 по 22 июля 2011 г. на частотах 2,7 и 14,5 кГц с помощью МГР-01М. Установлен высокий уровень ОНЧ-импульсного потока на частоте 14,5 кГц в ПН «Толтой» относительно базовой станции «Верхняя Березовка», где с 2008 г. непрерывно работает регистратор МГР-01 на частоте 14,5 кГц (рис. 1, а). Так, в минимуме ОНЧ-импульсного потока на частоте 14,5 кГц по направлению приема «север–юг» с 7 до 8 ч утра 19 июля 2011 г. в ПН «Толтой» зарегистри- ровано 2 444 разряда, а на станции «Верхняя Березовка» – 891 разряд, т. е. ОНЧ-импульсный поток в ПН «Толтой» выше почти в 3 раза. В максимуме ОНЧ-импульсного потока 20 июля 2011 г. в период с 16 до 17 ч местного времени в ПН «Толтой» по каналу «север–юг» зарегистрировано 145 749 разрядов, а на станции «Верхняя Березовка» – 11 175 разрядов, то есть отношение числа импульсов составляло ~ 13. При этом коэффициент взаимной корреляции равен 0,78. Почти такой же коэффициент корреляции был зарегистрирован в июле 2010 г. при одновременных измерениях с помощью МГР-01 в ПН «Торы» (обсерватории ИСЗФ СО РАН) и на станции «Верхняя Березовка» (рис. 1, б). Так, в период с 2 до 3 ч ночи 3 июля по каналу «запад–восток» в «Торах» зарегистрировано 335 780 разрядов, а на станции «Верхняя Березовка» – 13 827 разрядов, т. е. ОНЧ-импульсный поток в «Торах» был выше в 24 раза. По каналу «север–юг» это отношение составляло 15,9. В минимуме ОНЧ-импульсного потока в 10 ч утра 5 июля для канала «запад–восток» отношение составляло 17,9, а по каналу «север–юг» – 8. При этом коэффициент взаимной корреляции по каналам «север–юг» был равен 0,8, по каналам «запад–восток» – 0,88. Следует также отметить заметное превышение компоненты «запад– восток» (вдоль Тункинской впадины) над компонентой «север–юг» (поперек Тункинской впадины).

Причиной существенного превышения ОНЧ-импульс-ного потока могут быть значительные различия в орографии мест расположения пунктов наблюдения – наличие альпийского рельефа местности в Восточных Саянах и, как следствие, существенно большая электризация приземной атмосферы при турбулентных движениях воздушных потоков в гористой местности.

Отмечен также высокий уровень корреляции магнитной компоненты ЕЭМПЗ по направлению приема «север–юг» на разных частотах (рис. 2, а , б ). Так, коэффициент межчастотной корреляции на частотах 2 и 7 кГц составляет для ПН «Толтой» 0,85, а для ПН «Горячинск» – 0,73; на частотах 7 и 14,5 кГц –

0,97 и 0,95, на частотах 2 и 14,5 кГц – 0,86 и 0,9 соответственно. Высокий уровень корреляции магнитной компоненты на разных частотах свидетельствует о том, что основной вклад в аддитивную смесь «атмосфери-ки – литосферики – излучения ионосферы и магнитосферы – техногенные излучения» на входе регистраторов излучений вносят атмосферики, генерируемые молниевыми разрядами. Высокая степень пространственной и частотной корреляции, в целом, говорит о едином локальном механизме формирования естественного импульсного электромагнитного поля Земли.

С 3 декабря 2010 г. регистратор МГР-01М располагался в здании ИФМ СО РАН (г. Улан-Удэ) и круглосуточно регистрировал аддитивную смесь естественного и антропогенного источников электромагнитного шума, принимаемого на рамочную антенну, ориентированную плоскостью рамки по направлению «север–юг» (рис. 3).

Источниками антропогенного электромагнитного поля в городе являются линии электропередач (ЛЭП) с частотой 50 Гц и их высшие гармоники; электрифицированные железные дороги с питающим напряжением 27,5 кВ; трамвайные электрические цепи; системы сотовой связи и радиотелевизионные передающие центры; компьютерные сети; промышленные предприятия и мощные энергетические установки; другое технологическое оборудование, потребляющее электрическую энергию [2].

Анализ результатов наглядно показывает динамику суточного, недельного и месячного уровня ОНЧ импульсного потока. Отмечен «воскресный» эффект, заключающийся в том, что в субботу, воскресенье и праздничные дни уровень ОНЧ поля уменьшается на 5–6 порядков относительно рабочих дней. Сравнение соотношения естественного и техногенного уровней ОНЧ полей проведено по данным измерений на стационаре «Верхняя Березовка». Соотношение естественного (примерно до 400 импульсов в час) и антропогенного фона (примерно до 2 500 000 импульсов в час) наглядно свидетельствует о сильном техногенном электромагнитном загрязнении территории г. Улан-Удэ.

б

Рис. 1. Результаты регистрации магнитной составляющей ОНЧ-импульсного потока на частоте 14,5 кГц в пунктах наблюдения:

а – «Толтой» и «Верхняя Березовка» 18–22 июля 2011 г.;

б – «Торы» и «Верхняя Березовка» 3–7 июля 2010 г.

б

а

Рис. 2. Результаты регистрации магнитной составляющей ОНЧ-импульсного потока на частотах 2, 7 и 14,5 кГц: а – в ПН «Толтой» 18–22 июля 2011 г.; б – в ПН «Горячинск» и «Верхняя Березовка» в августе 2011 г.

а

б

в

Дата (LT)

г

Рис. 3. Суточные вариации аддитивной смеси естественного и антропогенного электромагнитного излучения на частотах 2; 7; 14,5 кГц (здание ИФМ СО РАН) ( а–в ); суточный ход ЕИЭМПЗ на частоте 14,5 кГц (Верхняя Березовка) ( г )

Полученные экспериментальные результаты требуют дальнейшей физической интерпретации и теоретического объяснения с позиций развития новых тенденций в оценке механизмов и энергетики классического атмосферного электричества. Необходимо также выяснить принципиальную роль тонкой структуры распределения поля и заряда грозовых облаков, электрогазодинамической турбулентности и вклада энергичных частиц.