Статистика и моделирование сейсмоионосферных эффектов в F-области по данным станции вертикального зондирования Токио

По данным японской станции вертикального зондирования ионосферы Токио (Кokubunji) за 1957- 2020 годы рассмотрены часовые вариации критической частоты foF2 в связи с землетрясениями. Под сейсмоионосферной аномалией обычно понимается положительные или отрицательные вариации foF2 или ТЭК, существенно чаще наблюдаемые во временной окрестности землетрясений, чем в фоновое время (Le et al., 2011, Liu et all., 2006, Pulinets Boyarchuk, 2004]. Но, вообще говоря, не ясно, какие из этих вариаций порождены сейсмоионосферными эффектами, а какие иными причинами. В работе [Zhu et al, 2018] авторы при исследовании вариаций ТЭК перед более чем 1000 землетрясений пришли к выводу, что однозначно очевидной аномалии выявить не удалось.
Задача данной работы: статистически исследовать достоверность сейсмоионосферных эффектов в вариациях критической частоты foF2 в зависимости от глубины гипоцентра и расстояния, оценить среднюю амплитуду вариаций и характерные времена этих процессов.
Обычно полагают, что физика разноглубинных землетрясений различна. Неглубоким землетрясениям отвечает механизм хрупкого разрушения; промежуточные землетрясения обычно принято связывать с высоким флюидным давлением. В [Rodkin, 2022 ] по мировым сейсмологическим данным было показано, что механизмы реализации землетрясений с глубинами примерно до 30 км и глубинами 30-70 км различаются, а в [Родкин, Липеровская, 2023] на основе данных вертикального зондирования по станции Токио продемонстрировано различие сейсмоионосферного отклика на процессы подготовки землетрясений с глубинами в диапазонах 0-35 км и 35-70 км; такое различие может отвечать разным механизмам сейсмоионосферного взаимодействия – выделению радона, изменениям электропроводности литосферы, развитию тепловых аномалий и акустико-гравитационных волн.
В работе был проведен анализ изменчивости foF2 во временной окрестности землетрясений с магнитудами MW6+. Для каждого часа вычислялась разность текущего часового значения и медианного, нормированная на медиану или на среднеквадратичное отклонение, которые вычислялись за промежуток (-7, +7) суток для каждого i-го часа. Для землетрясений с глубинами до 35 км максимальные (положительные) вариации foF2 имеют место на расстояниях 600-1000 км от эпицентра за 1-4 суток до события. Для землетрясений с глубинами от 35 до 70 км положительная вариация за 2-3 суток до землетрясения меняется на отрицательную за сутки до и продолжается 4 суток после землетрясения. По данным японской станции вертикального зондирования ионосферы Токио (Кokubunji) за 1957- 2020 годы рассмотрены часовые вариации критической частоты foF2 в связи с землетрясениями. Под сейсмоионосферной аномалией обычно понимается положительные или отрицательные вариации foF2 или ТЭК, существенно чаще наблюдаемые во временной окрестности землетрясений, чем в фоновое время (Le et al., 2011, Liu et all., 2006, Pulinets Boyarchuk, 2004]. Но, вообще говоря, не ясно, какие из этих вариаций порождены сейсмоионосферными эффектами, а какие иными причинами. В работе [Zhu et al, 2018] авторы при исследовании вариаций ТЭК перед более чем 1000 землетрясений пришли к выводу, что однозначно очевидной аномалии выявить не удалось.
Задача данной работы: статистически исследовать достоверность сейсмоионосферных эффектов в вариациях критической частоты foF2 в зависимости от глубины гипоцентра и расстояния, оценить среднюю амплитуду вариаций и характерные времена этих процессов.
Обычно полагают, что физика разноглубинных землетрясений различна. Неглубоким землетрясениям отвечает механизм хрупкого разрушения; промежуточные землетрясения обычно принято связывать с высоким флюидным давлением. В [Rodkin, 2022 ] по мировым сейсмологическим данным было показано, что механизмы реализации землетрясений с глубинами примерно до 30 км и глубинами 30-70 км различаются, а в [Родкин, Липеровская, 2023] на основе данных вертикального зондирования по станции Токио продемонстрировано различие сейсмоионосферного отклика на процессы подготовки землетрясений с глубинами в диапазонах 0-35 км и 35-70 км; такое различие может отвечать разным механизмам сейсмоионосферного взаимодействия – выделению радона, изменениям электропроводности литосферы, развитию тепловых аномалий и акустико-гравитационных волн.
В работе был проведен анализ изменчивости foF2 во временной окрестности землетрясений с магнитудами MW6+. Для каждого часа вычислялась разность текущего часового значения и медианного, нормированная на медиану, которая вычислялась за промежуток (-7, +7) суток для каждого i-го часа. Для землетрясений с глубинами до 35 км максимальные (положительные) вариации foF2 имеют место на расстояниях 600-1000 км от эпицентра за 1-4 суток до события. Для землетрясений с глубинами от 35 до 70 км т положительная вариация за 2-3 суток до землетрясения меняется на отрицательную за сутки до и продолжается 4 суток после события; эти вариации наблюдаются на расстояниях до 600 км от эпицентра. Средние амплитуды сейсмоионосферных вариаций foF2 составили 1-3%.
Проведено моделирование этих вариаций при различных предположениях о характерных временах воздействия на ионосферу и характерных модификациях foF2: допускалось изменение среднего уровня foF2 или существование импульсных увеличений/уменьшений foF2. Результаты моделирования выделенных статистически достоверных сейсмоионосферных аномалий позволяют заключить, что эти аномалии в первом приближении могут формироваться незначительным (первые проценты) плавным изменением фонового значения foF2, которое продолжается в течение нескольких суток.
Исследование выполнено при частичном финансировании РНФ, проект №23-27-00395.