CC BY
18
Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2016. № 4(15). C. 80-85. ISSN 2079-6641
DOI: 10.18454/2079-6641-2016-15-4-80-85
УДК 550.837
АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ГЕОМАГНИТНОГО
ПОЛЯ НА КАМЧАТКЕ
Ю.Ф. Мороз1,2, С.Э. Смирнов3, З.А. Назарова4
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, 683006, г. Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9
2 Геологический институт СО РАН 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а
3 Институт космофизических исследований, 684034, Камчатский край, п. Паратун-ка, ул. Мирная, 7
4 Камчатский филиал Геофизической службы РАН, 683006, г. Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9
E-mail: [email protected]
Рассмотрены вековые вариации вертикального геомагнитного поля в обсерваториях Па-ратунка (Камчатка), Какиока (о. Хонсю), Мамамбецу (о. Хоккайдо) и Патроны (Иркутск) с 1968 по 2014гг.
Ключевые слова: высокочастотное геоакустическое излучение, комбинированный векторный приемник, акустическая активность, направленность геоакустического излучения.
© Мороз Ю.Ф., Смирнов С. Э., Назарова З. А., 2016
MSC 83C50
ANOMALOUS CHANGES OF THE GEOMAGNETIC FIELD VERTICAL
COMPONENT IN KAMCHATKA
Y. F. Moroz1,2, S.E. Smirnov3, Z.A. Nazarova4
1 Institute of Volcanology and seismology FEB RAS, 683006, Petropavlovsk-Kamchatskii, bul'var Piipa, 9, Russia
2 Geological Institute SB RAS 670047, Russia, Ulan-Ude, 6a, Sakhyanova str.
3 Institute of Cosmophysics Research and Radiowave Prorogation FEB RAS, 684034, Kamchatka region, Elizovskiy district, Paratunka, Mirnaya str., 7, Russia
4 United Geophysical Survey of RAS, Kamchatka Branch, 683006, Petropavlovsk-Kamchatskii, bul'var Piipa, 9, Russia
E-mail: [email protected]
Considered secular variation of the geomagnetic field in the vertical observatories Paratunka (Kamchatka), Kakioka, Mamambetsu and holders (Irkutsk) from 1968 to 2014.
Key words: geomagnetic field, seismicity, mantle.
(c) Moroz Y. F., Smirnov S. E., Nazarova Z. A., 2016
Введение
Исследование вековых вариаций геомагнитного поля, измеренных на обсерваториях северо-западной части Тихого океана, позволяет судить об особенностях геодинамических процессов этого региона. Для этих целей были выбраны данные векового хода геомагнитного поля в обсерваториях, расположенных на материке (Иркутск), на островах Хонсю (Какиока), Хоккайдо (Мамамбецу) и п-ове Камчатка (Паратунка) (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения геомагнитных обсерваторий Мамамбецу; 3-Какиока; 4-Патроны (Иркутск)
Паратунка; 2-
В этих обсерваториях имеются непрерывные наблюдения геомагнитного поля на протяжении многих лет (http://intermagnet.org/imos). По временным рядам выделены синхронные интервалы наблюдений с 1968 по 2014гг. Анализ выполнен по трём составляющим геомагнитного поля ^ D, Z. При этом основное внимание уделено компоненте Z, которая более чувствительна к геоэлектрическим неоднородностям среды.
гп' га2 газ
Рис. 2. Вековые хода напряжённости вертикальной составляющей геомагнитного поля в обсерваториях Паратунка (1), Мамамбецу (2), Какиока (3); Патроны (4). 5- отсутствие значений напряжённости поля в обсерватории Мамамбецу
Сравнительный анализ вековых ходов вертикальной составляющей в обс. Пара-тунка, Какиока, Мамамбецу и Иркутск свидетельствует о следующем. В поведении вековых ходов в период с 1968 до 2001 гг. на всех четырёх обсерваториях выражены подобные вариации (рис. 2). Интенсивность вариаций составляет первые сотни нТл. Важно отметить, что с 2001 по 2014 гг в поведении годовых ходов только в обс. Иркутск, Какиоки и Мамамбецу проявились вариация с интенсивностью около 100 нТл. Однако в обс Паратунка данная вариация практически не выражена. Возникает вопрос, почему вековой ход в обс. Паратунка отличается за последние 14 лет от вековых ходов в обс. Патроны, Какиока и Мамамбецу.
Обратимся к возможной природе вариаций векового хода. В поведении магнитного поля проявляются вековые вариации, связанные с изменением внешних ионосферных, магнитосферных, коровых и магнитогидродинамических источников, расположенных в жидкой части ядра [6, 10]. Изменения поля коровых источников невелики и составляют первые нТл. Они наблюдаются в основном в сейсмоактивных регионах. Вековые вариации внешних источников по амплитуде оцениваются в первые десятки нТл. Они по интенсивности существенно меньше вариаций магнитогидродинамических источников. Ранее предполагалось, что вариации с периодами 11 лет и менее могут существовать у глубинных источников, но из-за экранирующего влияния верхней хорошо проводящей мантии не проникают к поверхности Земли. Вариации с такими периодами связаны только с внешними источниками. Также механизмы магнитогидродинамической генерации поля не допускали возникновение вариаций с периодами менее 10000-100000 лет. Однако, Брагинский [3] на основе работ Карри [11] доказывает, что вариации с периодами от 4 до 33 лет могут быть связаны с турбулентными пульсациями в жидкой части ядра. Согласно [11], такие вариации недипольного поля могут иметь региональный характер и проявляться не обязательно на всей поверхности Земли.
Исходя из этого, можно полагать, что вариации интенсивностью в первые сотни нТл в вековых ходах в обсерваториях Паратунка, Патроны, Какиока и Мамамбецу являются региональными. Вариации, как было отмечено раньше, подобны в период с 1968 по 2001гг, а в последующий период вариация в обс. Паратунка практически не проявилась.
Предполагается, что выявленные особенности могут быть обусловлены изменением физического состояния мантии. Информацию о динамике физических свойств пород на больших глубинах (400-700км) дают данные многолетнего сейсмического мониторинга по мировой и региональным сетям сейсмологических станций. Сейсмичность рассмотрена на расстояниях от обсерваторий соизмеримых с расстояниями до гипоцентров сильных глубоких землетрясений, которые могли оказать существенное влияние на физическое состояние верхней мантии. Анализ показал, что в районах Японии и Байкальского рифта сильных землетрясений (M > 6) на указанных глубинах за последние 35 лет не было. Сильные глубокие землетрясения (H > 600 км) в рассматриваемый период произошли только в районе Южной Камчатки. Они сопровождались многочисленными афтершоками на глубинах 400-700км (рис. 3).
Сильнейшим из них является Охотоморское землетрясение на глубине около 630 км с магнитудой Mw = 8.3 (Global GMT), По данным регионального каталога Камчатского филиала Геофизической службы РАН энергетический класс землетрясения Ks = 17 (data.emsd.iks.ru/dbquaketxtmin). Эпицентр его располагался на расстоянии примерно 100 км к западу от побережья Южной Камчатки. Землетрясение ощущалось на расстояниях до 9500 км [9].
150 155 долгота, град 160
Рис. 3. Схема расположения эпицентров глубоких землетрясений (400-700 км) в районе Южной Камчатки за период с 1968 по 2015 гг. Треугольником на схеме Камчатки обозначено местоположение геомагнитной обсерватории Па-ратунка
Представление о динамике сейсмичности на глубинах 400-700 км даёт гистограмма землетрясений с К > 9, на которой видно, что усиление сейсмичности начинается примерно с 2001 года (рис. 4).
N
1
п
г-ГК-Г - -
-г-гТТЪГЪгтт-ГГТ-^ _ГЬ-Гкт-ГГГ
MmoиNm^юш^00шoн(Nm^tlлш^Maloи^Nmч•lл^D^ll0fflO^-^(N(,nч■lлю^00alOr^rNrnч•lл |1)щ^^гчг^гчгч^гчгч^ххоО1Х)1ЯООООХМХ(71<Г1т0*(Т1(71СТ\а1та1Ооооооооооннннни
ГОДЫ
Рис. 4. Гистограмма глубоких (400-700 км) землетрясений энергетического класса К=9-17 в районе Южной Камчатки (см. рис. 3)
С этого же времени отмечается расхождение вековых ходов вертикального геомагнитного поля в обсерваториях. Паратунка и Патроны, Какиока, Мамамбецу. Как мы уже отмечали, данное расхождение обусловлено тем, что в обс. Паратунка вариация в 2001-2014 гг практически не проявилась в вековом ходе.
О возможной природе аномального поведения векового хода в обс. Паратунка судить крайне трудно, так как крайне мало сведений о точном механизме проводимости в мантии. По данным сейсмической томографии зона перехода от верхней
к нижней мантии в районе Южной Камчатки отличается пониженной скоростью сейсмических волн по сравнению с Японскими островами [4, 12]. Можно предположить следующее. В результате землетрясений на глубинах 400-700 км выделилась энергия, изменились температура и давление. Это привело к усилению физико - химических процессов пород в зоне перехода от верхней к нижней мантии. Последние исследования в области физики минералов указывают на возможность глубинной дегидратации слэба в переходной зоне мантии и выделения водосодержащего флюида [5].
Согласно [7, 8], удельное электрическое сопротивление пород на глубинах 400700 км составляет 100-5 Ом ■ м, соответственно. Предполагается, что жидкая фаза имеет электрическое сопротивление сотые - тысячные доли Ом ■ м [2]. Появление жидкой фазы в гальванически связанном состоянии даже в объёме сотых долей процента приведёт к сильному увеличению электропроводности пород [1, 13]. Интегральная проводимость толщи пород на глубинах 400-700 км возрастёт на несколько порядков. Появление такой проводящей глубинной неоднородности в районе Южной Камчатки, по-видимому, оказало сильное влияние на поведение вековой вариации геомагнитного поля. Можно полагать, что вековые вариации геомагнитного поля содержат информацию о динамике электропроводности мантии.
Список литературы
[1] Ваньян Л. Л., Электромагнитные зондирования, Научный мир, М., 1997, 219 с., [Van'yan L. L. Elektromagnitnye zondirovaniya. Moskva. Nauchnyy mir. 1997. 219 (in Russian)].
[2] Гордиенко В. В., Логинов И. М., "О глобальной астеносфере", Физика Земли, 2011, №2, 35—42, [Gordienko V. V., Loginov I. M. O global'noy astenosfere. Fizika Zemli. 2011. 2. 35-42 (in Russian)].
[3] Брагинский С. И., "0 спектре колебаний гидромагнитного динамо Земли", Геомагнетизм и аэрономия, 10:2 (1970), 221-233, [Braginskiy S. I. 0 spektre kolebaniy gidromagnitnogo dinamo Zemli. Geomagnetizm i aeronomiya. 1970. 10:2. 221-233 (in Russian)].
[4] Жао Д., Пирайно Ф., Лиу Л., "Структура и динамика мантии под Восточной Россией и прилегающими регионами", Геология и геофизика, 51:9 (2010), 1188-1203, [Zhao D., Pirayno F., Liu L. Struktura i dinamika mantii pod Vostochnoy Rossiey i prilegayushchimi regionami. Geologiya i geofizika. 51:9, 1188-1203 (in Russian)].
[5] Отани Э., Чжао Д., "Роль воды в глубинных процессах в верхней мантии и переходном слое: дегидратация стагнирующих субдукционных плит и её значение для «большого мантийного клина»", Геология и геофизика, 50:12 (2009), 1385--1392, [Otani E., Chzhao D. Rol' vody v glubinnykh protsessakh v verkhney mantii i perekhodnom sloe: degidratatsiya stagniruyushchikh subduktsionnykh plit i ee znachenie dlya «bol'shogo mantiynogo klina». 2009. 50:12. 1385-1392 (in Russian) ].
[6] Паркинсон У., Введение в геомагнетизм, Мир, М., 1986, 528 с., [Parkinson U. Vvedenie v geomagnetizm. Moskva. Mir. 1986. 528 (in Russian)].
[7] Ротанова Н. М., Пушков А. Н., Глубинная электропроводность Земли, Наука, М., 1982, 148 с., [Rotanova N. M., Pushkov A. N. Glubinnaya elektroprovodnost' Zemli. Moskva. Nauka. 1982. 148 (in Russian)].
[8] Семёнов В. Ю., "Оценка электропроводности мантии под континентами северного полушария", Изв.АН СССР, Физика Земли, 1989, №3, 60-67, [Semenov V. Yu. Otsenka elektroprovodnosti mantii pod kontinentami severnogo polushariya. Izv. AN SSSR, Fizika Zemli. 3. 60-67. (in Russian)].
[9] Чеброва А. Ю. и др., "Воздействие Охотоморского землетрясения 24 мая 2013 г. (М=8.3)", Вулканология и сейсмология, 2015, №4, 3-22, [Chebrova A. Yu. i dr. Vozdeystvie Okhotomorskogo zemletryaseniya 24 maya 2013 g. (M=8.3). Vulkanologiya i seysmologiya. 2015. 4. 3-22 (in Russian)].
[10] Яновский Б. М., Земной магнетизм, Изд-во ЛГУ, Л., 1978, 591 с., [Yanovskiy B. M. Zemnoy magnetizm. Leningrad. Izd-vo LGU. 1978. 591 (in Russian)].
[11] Сurrie R. G., "Geomagnetic spectrum of internal origin and lower mantle", J.Geophys.Res., 73:8 (1968), 2779-2786.
[12] Huang J., Zhao D., "High-resolution mantle tovography of China and surrounding regions", I. Phys. Planet. Inter., 73:8 (2006), 1-15.
[13] Shankland T. I., Waff H. S., "Conductivity in fluid-bearing rocks", J. Geophys. Res., 82:8 (1977), 5409-5417.
Для цитирования: Мороз Ю.Ф., Смирнов С.Э., Назарова З.А. Аномальные изменения вертикального геомагнитного поля на Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2016. № 4(15). C. 80-85. DOI: 10.18454/2079-6641-2016-15-4-80-85
For citation: Moroz Y. F., Smirnov S. E., Nazarova Z.A. Anomalous changes of the geomagnetic field vertical component in Kamchatka, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2016, 15: 4, 80-85. DOI: 10.18454/2079-6641-2016-15-4-80-85
Поступила в редакцию / Original article submitted: 30.06.2016
