Природа и динамика уходящего ифракрасного излучения разломов и элементов геологической структуры земной поверхности по данным съемки со спутников NOAA и Terra

Нами изучается генезис и динамика уходящего поверхностного ИК потока в сейсмоактивной Байкальской рифтовой зоне (БРЗ) с повышенным сейсмическим риском в районах строительства нескольких нефтепроводов, с эксплуатацией Транссибирской железнодорожной магистрали и БАМ,а, проложенного через часть БРЗ с наивысшей концентрацией эпицентров частых землетрясений. Результаты исследования аномального распределения уходящего поверхностного ИК потока, обнаруженного в БРЗ исключительно с помощью средств ДЗЗ (Вилор и др., 2002, 2004, 2006), показали его связь с сейсмогенными разломами и элементами геологической структуры при некоторой доле участия внешних биосферных источников. Представляемый новый подход к изучению колебательных характеристик ИК потока основан на совместном изучении аномального уходящего ИК излучения структурных элементов земной поверхности совместно с его математическим моделированием. Инструментальной основой для изучения этого природного феномена являются изображения поверхности, передаваемые по 5 каналам от искусственных спутников Земли – космических аппаратов серий NOAA и TERRA, в том числе по тепловым каналам 3.7, 8 и 10-11 мкм от радиометров AVHRR и MODIS. Для наиболее полного исключения влияния солнечного нагрева поверхности Земли использовано позднее ночное время второй половины осеннего сезона и зимы при спутниковой съемке собственного уходящего излучения земной поверхности.
Величина измеряемого уходящего от поверхности ИК потока на разломах циклически зависит от средней термодинамической температуры с наибольшим понижением при ее минимуме, как показано на типичном примере профиля 3 через Тункинский разлом:
Месяц сентябрь октябрь ноябрь декабрь январь февраль март
средняя температура, оС 7.4 -1.4 -14.9 -24.5 -27.3 -23.3 -11.6
ИК поток, мВт/м2.срд.мкм 68.195 57.485 55.445 51.620 46.530 53.150 55.445
Нелинейные графики корреляции величин ИК потока и термодинамической температуры резко изменяют угол наклона от крутого с градиентом 1,4 – 2.2 мВт/ м2 град в сентябре-ноябре до минимума градиента 0.011 – 0.67 мВт/ м2 град в октябре – ноябре и последующим повышением его до 0.31-2.7 мВт/ м2 град в зимние месяцы. Вариации интенсивности уходящего излучения по простиранию разломов проявлены с различающимся порядком амплитуды. В зависимости от ее высоты колебания ИК потока объединяются в три группы: 1. единичные крупные глубокие минимумы, 2. высокочастотные с амплитудой не более 0.5-1.5 мВт/ м2, 3. низкочастотные региональные с длиной волны до 45-90 км и амплитудой до 2,5 мВт/м2 и более.
Временному распределению приращений ИК потока с минимумом при термодинамической температуре в интервале от 0 до – 15 о С свойственно увеличение как при ее снижении, так и при повышении. Выявляемая таким образом наименьшая величина приращений характеризует некоторое постоянное для каждого разлома значение уходящего поверхностного ИК потока, независящее от термодинамической температуры. Эта константа соответствует стационарному ИК потоку – I const. Стационарные потоки разломов, выделяемые по минимумам сезонных приращений уходящего ИК потока, являются характеристиками их собственного ИК излучения.
Графики зависимости приращений потока Δ I от термодинамической температуры на всех разломах имеют ступенчатый облик. Отчетливо выделяются области приращений ИК потока с противоположными знаками, появляющиеся вследствие изменения величины потока за счет воздействий температуры деятельного слоя грунта, определяемой средней термодинамической температурой. Измеряемый уходящий поток I det, таким образом, состоит из основной константы (I const), модифицируемой приращениями, зависящими от термодинамической температуры местности в момент съемки со спутника, т.е. I det = I const + Δ I . Физическая природа Δ I полностью определяется свойствами тепловой инерции субстрата и излучающего слоя.
Вариации измеряемого ИК потока по координате термодинамической температуры имеют в основе толщину излучающего слоя (Сr) и его теплоемкость (Ccr). При длительности временного интервала формирования Δ I, равного 1 месяцу (2.592 х 106 с), и Δt oC, соответствующей этому интервалу разности термодинамических температур, рассчитанные теплоемкости излучающего субстрата разломов близки к таковой для тяжелых каменистых суглинистых почв (Горный и др.1992)
Спектральный состав пространственного распределения интенсивности потока ИК-излучения с поверхности разломов, рассчитанный на примере Тункинского разлома, разделяет высоко- и низкочастотные компоненты геометрических длин волн, отражая их характерную энергетическую величину. Низкими частотами пологой волнистости – поперечными изгибами тела разлома, дающими рассчитанную длину геометрической волны, равную 94.231 км с амплитудой до 2.2 мВт/м2 стр.мкм и более, (как и следовало, ожидать) обусловлена основная мощность ИК-эмиссии, зависящая от геотектонических причин регионального порядка. Полная мощность уходящего поверхностного потока ИК-излучения корреспондирует свою основную часть на мощность его низкочастотной (геометрической) компоненты, превосходящей с коэффициентом 4.65 х 10 3 мощность высоких частот данного ИК-потока. Но даже на высоко частотном интервале значимые мощности потока (>1 x 10 –5) связаны с геометрической длиной волны излучающей поверхности около 20 км. Энергетический вклад других излучающих поверхностных элементов с длиной волны ≤ 5 км практически незначим.