Расчет и схема регистрации деформационных, гидродинамических, магнитных, электрических, тепловых сигналов подготовки подводных землетрясений и цунами

В прибрежных районах Мирового Океана проживает большинство населения Земли, и эта доля постоянно растет. После подводного землетрясения и цунами с очагом около острова Суматра в Индийском океане (26.12.2004, около ¼ млн. погибших) детектирование цунами
было усовершенствовано путем сбора с помощью GPS информации с расширенной сети донных сейсмографов, буев и прибрежных GPS станций о динамике морской поверхности и деформации берега с последующим вычислением распространения цунами. Но 12.01.2010 землетрясение с эпицентром 22 км юго-западнее столицы Гаити и на таком же примерно расстоянии от берега Карибского моря (цунами было слабым) унесло опять около ¼ млн. жизней. 27.02.2010 погибло около 500 человек от подводного землетрясения и цунами с очагом примерно на 200 миль юго-западнее столицы Чили. В этих случаях землетрясения сбрасывали механические напряжения, накопившиеся от взаимодействия литосферных плит (на российском Дальнем Востоке геодинамические события происходят с участием евразийской плиты). Накопление гигантской энергии деформации плит сопровождается распространением сравнительно слабых волн упругой деформации в тектонически активной океанской литосфере. Именно этот процесс и генерирование им электромагнитных (ЭМ), температурных (Т), гидродинамических волн в электро- и теплопроводной среде литосфера-океан-атмосфера в присутствии геомагнитного, геотемпературного и гравитационного полей моделируется нами (в соответствии с принципами физики и геолого-геофизическими данными) в качестве процесса-предвестника морских землетрясений и цунами. Характеристики расчетных сигналов, в том числе времена добегания до приемников, соответствуют наблюдениям. Принципиально важна (но приводится в этом докладе) физически и математически осмысленная пространственно-временная картина последовательных стадий трансформации механического процесса (сейсмического возбуждения) под дном моря в ЭМ процесс над ним, наследующий сверхнизкочастотный спектр сейсмического возбуждения. Ибо некоторые говорят, что из-за скин-эффекта ЭМ сигнал не может пробиться сквозь толщу моря (3.5 См/м), а магнетометры, с данными которых совпали наши расчеты, мерили ЭМ сигналы ионосферных РС-пульсаций, а не литосферные ЭМ сигналы. Правда, скептики не отвечают на вопрос, почему всякий раз «ионосферный сигнал» приходит с запаздыванием относительно начала землетрясения, получаемым из показаний сейсмометра и сейсмологических расчетов. Это тема, включая визуализацию стадий сейсмо-ЭМ преобразования и неприменимость соображения о скин-эффекте в рассматриваемом случае, развивается в другом нашем докладе.
На основе проведенных расчетов сигналов различной природы в системе литосфера – океан – атмосфера описывается, включая требования к аппаратуре, принципиальная схема мониторинга моретрясений и цунами, содержащая донный, буйковый, аэростатный, и спутниковый комплексы. Согласно расчетам, первым измеримым сигналом слабого (амплитуда и длительность несколько см и сек соответственно) сейсмического возбуждения под дном моря является магнитный сигнал (0.1 – 10 Гц, несколько сот пТ). Кратко анализируется имеющийся в различных отраслях опыт глубоководной магнитометрии и показывается, что такие характеристики реальны. В ЭМ блок донного комплекса входят также электрические измерения и МТЗ изменений электропроводности среды под дном, вызываемых деформационным процессом. Чтобы померить температурные сигналы (по расчетам несколько мК), можно применить кварцевый терморезистор, заглубляемый в донные осадки с помощью спускаемого с корабля стержня известным из морской геотермии способом. В механический блок донного комплекса должны войти и применяемые в традиционных DART системах детектирования цунами датчики давления (кристалл или дифракционная решетка), а также широкополосный сейсмометр и сейсмометр для сильных движений. Магнетометры и сейсмометры могут быть расположены так, чтобы оценивался азимут эпицентра. Известная в DART акустическая и оптоволоконная связь с буем даст возможность без потерь в морской среде в режиме реального времени передать информацию донных сенсоров на аэростат и спутник, имеющие радары, оптические системы, связь с GPS и береговыми станциями. Отметим, что в типичном случае удаленности донного комплекса от эпицентра, литосферный ЭМ сигнал, согласно расчетам, скорее может попасть на аэростат и спутник, чем на донную станцию.