CC BY
13
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время Т. 8. Вып. 2 • 2015
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 8, Ausgabe 2
Планета Земля
Earth Planet / Planet Erde
УДК 550.34
Люшвин П.В.
К вопросу
о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
Люшвин Петр Владимирович, кандидат географических наук, консультант ООО «ЛИКО» (Москва)
E-mail: lushvin@mail.ru
Известно, что высоконапорные плотины — имплантированные в земную кору техногенные тектонические блоки — способны генерировать землетрясения при пригрузке их весом воды водохранилища. Аналогичным образом весеннее смещение масс тающего снега и воды в горах (на раздробленных блоках коры) совпадает по срокам с активизацией землетрясений, характерно это не только для слабых землетрясений.
Ключевые слова: активизация землетрясений, глубина очагов землетрясений, внутригодовой ход числа землетрясений, температура воздуха, влажность воздуха, таяние снега и льда.
Введение
Предпосылками к выполнению данной работы стали два обстоятельства:
1. В справочной литературе [Справочник по геофизике 1965] содержится информация о том, что в связи с полугодовой цикличностью магнитной активности максимумы проявляются в марте-апреле и в сентябре-октябре. Сказывается ли эта периодичность на сейсмичности?
2. Известно, что высоконапорные плотины — имплантированные в земную кору техногенные тектонические блоки — способны генерировать землетрясения при пригрузке их весом воды в водохранилище [Марчук А.Н. и др. 1996; Talwani, Acree 1984; Simpson et al. 1988; Gupta, Rastogi 1976; Gupta2002; Gibson, Sandiford 2013]. Это позволяет предположить, что аналогичным образом на активизации землетрясений в горах (на раздробленных блоках коры) сказывается весеннее смещение масс тающего снега, причем не только для слабых землетрясений [Сидорин 2011, Sidorin 2013]. В частности, ранее уже было показано, что весенняя оттепель вызывает повышение сейсмоактивно-сти под тающим снежным покровом в Японии [Heki 2003] и сезонный (весенне-летний) пик сейсмичности, наблюдающийся с 1850 г. в Альпах и Гималаях [Panza et al. 2011; Bettinelli et al. 2007]. Более того, недавно было высказано предположение о том, что «потеря ледового покрова в зонах в регионах значительного оледенения, особенно на северо-западе Северной Америки, в Исландии и Антарктике, может индуцировать сейсмичности или извержения вулканов» [Clague et al. 2012, р. 334—335].
Материалы исследований
В качестве тестовых были выбраны регионы в горных районах Скандинавии, на Юге Камчатского п-ова и юге Европы ["Weather, Climate & Earthquake Information" n.d., "ANSS Catalog Search" n.d.]. Сопоставлялось число землетрясений и их энергия, а также глубина эпицентров с температурой и относительной влажностью воздуха. Отметим, что в отборе сейсмических данных имеют феноменологический и вероятностный аспекты. Главным образом это проявляется в том, чтобы в отобранных данных преобладающее влияние не оказывали форшоки и афтершоки.
Для Скандинавского региона характерны мелкофокусные землетрясения с магнитудами до 6 (рис. 1) ["FN: Northern Finland Seismological Network" n.d.; Kukkonen et al. 2010].
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 8, Ausgabe 2
Earth Planet Planet Erdel
Люшвин П.В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
Рисунок 1. Эпицентры землетрясений в Скандинавском регионе в 1998—2013 гг. (а). Внутригодовой ход числа и энергии мористых вдоль-береговых землетрясений (б).
Ви | V и V/
северной Финляндии активизация сеисмическои деятельности характерна весной, в условиях теплого влажного воздуха (с относительной влажностью свыше 90%) (рис. 2). В апреле средняя глубина очагов снижается с 13 до 7—8 км (рис. 2). Однако эти явления происходят не ежегодно. Причины — в объемах накопившегося снега и характере таяния, преобладания испарения снега над таянием и наоборот. В качестве альтернативы рассматривались мористые акватории Норвежского моря. Оказалось, что для них не характерна весенняя активизация землетрясений, по-видимому, из-за отсутствия соответствующих точечных весенних смещений нагрузок на литосферные блоки.
Рисунок 2. Эпицентры весенних землетрясений в северной Финляндии с 1998 по 2013 гг. Эпицентры (включая повторы) в дни, когда среднесуточная температура воздуха на метеостанции в Финляндии (Татм) составляла от -3°С до +5°С, а относительная влажность воздуха превышала 90%, (а). Внутригодовой ход энергии землетрясений и среднемесячной температуры воздуха (б). Внутригодовой ход средних магнитуд и глубин очагов землетрясений (в).
На юго-востоке Камчатского п-ова в 1998—2013 гг. активизация землетрясений характерна в мае, магнитуды землетрясений достигали 5,5, глубина большинства очагов землетрясений 50—200 км (рис. 3). Определенных тенденций в величинах магнитуд и глубин очагов землетрясений весной не проявлялось.
54 N
53
52
51
а
♦ ^ 1 ♦г
20
ф
815
CL h-
ф
с;
ф со
от |_
CL ф
156 157 158159ЕО ♦ эпицентры 1998-2013 гг.
120
X
ф
оН 5
CL I-ф
¡ю
(О
о
§ 5
б I г л / ' ► У \.
\ Г
/ V1
кг А
12
о
о . т Ш
га
CL 2Ф
Ф
-3
_-8
3 6 9 12мес ■Число землетрясений Энергия землетрясений
га ■
о
о2
vh 11 \
< В f / \t > J * щ 4
1 / 4
140
130
120
га х
s ю
бГ
1 1 0 CL О
100
3 6 9 12 мес. — ср. магнитуда. М -ср. глубина, км
в мес. (1(\Л_п(11,8+1,5+М))/101 —♦ - Среднемесячная температура,0 С
Рисунок 3. Эпицентры землетрясений 1998—2013 гг. на юго-востоке Камчатского п-ова (а). Внутригодовой ход числа и энергии землетрясений, а также среднемесячной температуры воздуха (б). Средние магнитуды и глубины очагов землетрясений (в).
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 8, Ausgabe 2
Earth Planet Planet Erdel
Люшвин П.В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
В горах Австрии, Румынии и Болгарии также характерна весенняя активизация землетрясений, когда среднесуточная температура влажного воздуха составляет от -3°С до 5°С (рис. 4—6). Гипотеза о роли воды в активации землетрясений в Балканском регионе высказывалась в 1999 г. в работе [Mugo 1999], где это феномен именуется «гидросейсмичностью». Авторы более поздних работ [Saar, Manga 2003; Husen et al. 2007] указывают связь такой сезонности с сезонной разгрузкой подземных вод. Определенных тенденций в глубинах очагов землетрясений весной не выявлено, как нет повсеместной активизации землетрясений с октября по ноябрь.
180
ф о и:
ф
ф
со
о
140
100
=г 60
а \ \
IÁ i
k
о
о
-1 Е -■—i
го
-6
о ф
о
-11
о
12мес.
2,3
го
Я 2,5
ГО
о
2,2
1,9
б/ / \ щ У
\ г\ < i \
/i w а \
10,4
10,13
ГО
9,8
0
9,5 9 12мес.
о
Число землетрясений вмес. 1 ср. мес. Т atm,°C
магнитуда, М
ина, км
Рисунок 4. Внутригодовой ход числа землетрясений в 2000—2002 гг. в Австрии и среднемесячной температуры воздуха на австрийской метеостанции (47,05^ 12,95E, высота 3106 м.) (а). Средние магнитуды и глубины очагов землетрясений (б).
>|32 £24
и: Q.
«16
4>
со
о
о
3
о
а i ' \
■ t rf V
h J Y
J \ f \ i
15
О
10о.
о
-5
ГО
о ф
о.
о
0 3 6 9 12мес. Число землетрясений в мес. ср. мес. Т айп,°С
Рисунок 5. Внутригодовой ход числа и энергии землетрясений в духа на румынской метеостанции (45,5^ 25^, высота 1385 м.) (а).
го
го
5,0 4,5
4,0
¿3,5
о
3,0
6 i V
/ V \\ 1 i
1 i 7 1 \ ■и
i
150 130
110
i го
LO &
90 cL
О
70
0 3 6 9 12мес. —■— ср. магнитуда, М —♦ - ср.глубина, км
2001—2005 гг. в Румынии и среднемесячной температуры воз-Средние магнитуды и глубины очагов землетрясений (б).
Рисунок 6. Внутригодовой ход числа и энергии землетрясений в 2006—2008 гг. в Болгарии и среднемесячной температуры воздуха на болгарской метеостанции (42,18^ 23,59E, высота 2925 м.) (а). Средние магнитуды и глубины очагов землетрясений (б).
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. Т. 8. Вып. 2 • 2015 Планета Земля
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2 Earth Planet
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit Band 8, Ausgabe 2 Planet Erdel
Люшвин П.В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
Выводы
Сейсмическая деятельность в горах активизируется весной в период фазовых переходов, смещениях масс тающего снега и воды (по аналогии с землетрясениями при резких изменениях нагрузок воды у высоконапорных плотин). На севере Скандинавии, где преобладают мелкофокусные очаги землетрясений, при весеннем массовом таянии снега и льда имеются тенденции к уменьшению глубин очагов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Марчук А.Н., Дурчева В.Н., Савич А.И., Малышев Л.И., Радкевич Д.Б. Способ прогноза землетрясений.
Патент РФ 2068185. 1996. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ra-patent.info/20/65-69/2068185.html.
2. Сидорин А.Я. Синхронные сезонные изменения гидрорежима и активности слабых землетрясений в
Гармском районе // Геофизические процессы и биосфера. 2011. Т. 10. № 3. С. 66 — 73.
3. Справочник по геофизике / Пер. с англ. М.: Наука, 1965. 571 с.
4. "ANSS Catalog Search." Northern California Earthquake Data Center. NCED Center, Berkeley Seismological Labora-
tory, n.d. Web. <http://www.ncedc.org/anss/catalog-search.html>.
5. Bettinelli P., Avouac J.P., Flouzat M., Bollinger L., Ramillien G., Rajaure S., Sapkota S. "Seasonal Variations of
Seismicity and Geodetic Strain in the Himalaya Induced by Surface Hydrology." Earth and Planetary Science Letters 266.3 (2008): 332—344.
6. Clague J.J., Huggel C., Korup O., McGuire B. "Climate Change and Hazardous Processes in High Mountains."
Revista de la Asociación Geológica Argentina 69.3 (2012): 328 — 338.
7. "FN: Northern Finland Seismological Network." FDSN Network Information. FDSN: International Federation of
Digital Seismograph Networks, n.d. Web. <http://www.fdsn.org/ networks/detail/FN/>.
8. Gibson G., Sandiford M. Seismicity and Induced Earthquakes. Melbourne: Australia: Melbourne Energy Institute,
University of Melbourne, 2013. 33 p.
9. Gupta H.K., Rastogi B.K. Dams and Earthquakes. Amsterdam: Elsevier, 1976. 229 p.
10. Gupta H.K. "A Review of Recent Studies of Triggered Earthquakes by Artificial Water Reservoirs with Special
Emphasis on Earthquakes in Koyna, India." Earth Science Reviews 58 (2002): 279 — 310.
11. Heki K. "Snow Load and Seasonal Variation of Earthquake Occurrence in Japan." Earth and Planetary Science Let-
ters 207.1 (2003): 159 — 164.
12. Husen S., Bachmann C., Giardini D. "Locally Triggered Seismicity in the Central Swiss Alps Following the Large
Rainfall Event of August 2005." Geophysical Journal International 171.3 (2007): 1126 — 1134.
13. Kukkonen I.T., Olesen O., Ask M.V., PFDP Working Group. "Postglacial Faults in Fennoscandia: Targets for Sci-
entific Drilling." GFF 132.1 (2010): 71—81.
14. Mugo B. "Statistical Investigation on Possible Seasonality of Seismic Activity And Rainfall-Induced Earthquakes
in Balkan Area." Physics of the Earth and Planetary Interiors 114.3 (1999): 119 — 127.
15. Panza G.F., Peresan A., Zuccolo E. "Climatic Modulation of Seismicity in the Alpine-Himalayan Mountain
Ranges." Terra Nova 23.1 (2011): 19—25.
16. Saar M.O., Manga M. "Seismicity Induced by Seasonal Groundwater Recharge at Mt. Hood, Oregon." Earth and
Planetary Science Letters 214.3 (2003): 605 — 618.
17. Sidorin A.Ya. "Nonuniform Intra-Annual Distribution of Strong Earthquakes in the Garm Region." Izvestiya, At-
mospheric and Oceanic Physics 49.7 (2013): 760 — 764.
18. Simpson D.W., Leith W.S., Scholz C.H. "Two Types of Reservoir-Induced Seismicity." Bulletin of the Seismological
Society of America 78.6 (1988): 2025 — 2040.
19. Talwani P., Acree S. "Pore Pressure Diffusion and the Mechanism of Reservoir-Induced Seismicity." Pure and Ap-
plied Geophysics 122.6 (1984): 947—965.
20. "Weather, Climate & Earthquake Information." Japan Meteorological Agency, Tokyo. Japan Meteorological Agency,
n.p. Web. <http://www.jma.go.jp/jma/indexe.html>.
Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:
Люшвин, П. В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах [Электронный ресурс] / П.В. Люшвин // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. — 2015. — Т. 8. — Вып. 2. — Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast8-2.2015.91
Earth Planet Planet Erdel
Люшвин П.В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 8, Ausgabe 2
ON THE MATTER OF SPRING ACTIVATION OF SEISMIC ACTIVITY IN THE MOUNTAINS
Petr V. Lushvin, Ph.D. (Geography), Consultant at LIKO Ltd. (Moscow)
E-mail: lushvin@mail.ru
Modern urban planning is actively carried out in mountainous areas, which in some cases are considered more seismic safety than intermountain plains. However, earthquakes occur in mountains, and seismic activation is of cyclical (seasonal) nature.
The subject of my research is a seasonal rise in seismic activity in mountains which I analyzed by comparing the number of earthquakes, their energy and depth of the epicenters with the temperature and air relative humidity. I carried out the selection of data according the authoritative catalogs in a way that foreshocks and aftershocks are not exerted a dominant influence. In my research I relied on a well-known fact that the high-pressure dams, which are man-made tectonic blocks implanted into the earth's crust, are capable of generating earthquakes when surcharging by the weight of water reservoirs. There are a number of works, authors of which show that, in a similar manner, the mass displacement of the spring thawing in mountains (on fragmented blocks of crust) coincides in time with earthquakes activation. This phenomenon is characteristic not only of weak earthquakes.
Test regions are mountainous areas of Scandinavia (northern Finland), south of the Kamchatka Peninsula and the south of Europe (Tyrol in Austria, Bulgaria and Romania).
In northern Finland, feature of activation of seismic activity is its spring confinedness; increase in the number of earthquakes occurs in warm, humid air (relative humidity 90%). In April, the average depth of the earthquake foci decreases from 13 to 7—8 km. However, these phenomena do not occur every year. The reasons for this is the amount of accumulated snow and the nature of thawing, evaporation predominance over the thawing or vice versa. In contrast, spring earthquakes activation is not typical for seaward of the Norwegian Sea, apparently due to lack of appropriate displacements of spring point loads on the lithospheric blocks.
For the south-east of the Kamchatka Peninsula in 1998—2013, earthquakes activation was typical in May, magnitudes reached a value of 5.5, earthquake foci depth was of 50—200 km. I show there were no any manifestations of certain trends in the values of magnitudes and depths of earthquake foci in spring.
For the mountains of Austria, Romania and Bulgaria spring earthquakes activation is also typical, when the average daily temperature of moist air is -3° ... +5° C. There were no either certain trends in the depths of earthquake foci in the spring, or the widespread earthquakes intensification in October and November.
For all of these regions, I show a graphical representation of intra-annual cycle of earthquakes.
I conclude seismic activity increases in mountains in spring during the phase transitions, i.e. under displacement of masses of thawing snow and water (similar to earthquakes at sharp changes of load water at high pressure dams). There are trends towards a decrease in focal depth during the spring mass thawing in northern Scandinavia, where shallow-focus earthquakes prevail.
Keywords: activation of earthquakes, focal depth of earthquakes, intra-annual cycle of earthquakes, air temperature, air humidity, thawing.
References:
1. "ANSS Catalog Search." Northern California Earthquake Data Center. NCED Center, Berkeley Seismological Labora-
tory, n.p. Web. <http://www.ncedc.org/anss/catalog-search.html>.
2. Bettinelli P., Avouac J.P., Flouzat M., Bollinger L., Ramillien G., Rajaure S., Sapkota S. "Seasonal Variations of
Seismicity and Geodetic Strain in the Himalaya Induced by Surface Hydrology." Earth and Planetary Science Letters 266.3 (2008): 332-344.
3. Clague J.J., Huggel C., Korup O., McGuire B. "Climate Change and Hazardous Processes in High Mountains."
Revista de la Asociación Geológica Argentina 69.3 (2012): 328 — 338.
4. "FN: Northern Finland Seismological Network." FDSN Network Information. FDSN: International Federation of
Digital Seismograph Networks, n.d. Web. <http://www.fdsn.org/networks/detail/FN/>.
5. Gibson G., Sandiford M. Seismicity and Induced Earthquakes. Melbourne: Australia: Melbourne Energy Institute,
University of Melbourne, 2013. 33 p.
6. Gupta H.K., Rastogi B.K. Dams and Earthquakes. Amsterdam: Elsevier, 1976. 229 p.
7. Gupta H.K. "A Review of Recent Studies of Triggered Earthquakes by Artificial Water Reservoirs with Special
Emphasis on Earthquakes in Koyna, India." Earth Science Reviews 58 (2002): 279 — 310.
8. Handbook of Geophysics. Moscow: Nauka Publisher, 1965. 571 p. (In Russian).
9. Heki K. "Snow Load and Seasonal Variation of Earthquake Occurrence in Japan." Earth and Planetary Science Let-
ters 207.1 (2003): 159 — 164.
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 8, issue 2
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almabtrieb 'Raum und Zeit' Band 8, Ausgabe 2
Earth Planet Planet Erdet
Люшвин П.В. К вопросу о весенней активизации сейсмической деятельности в горах
10. Husen S., Bachmann C., Giardini D. "Locally Triggered Seismicity in the Central Swiss Alps Following the Large
Rainfall Event of August 2005." Geophysical Journal International 171.3 (2007): 1126 — 1134.
11. Kukkonen I.T., Olesen O., Ask M.V., PFDP Working Group. "Postglacial Faults in Fennoscandia: Targets for Sci-
entific Drilling." GFF 132.1 (2010): 71—81.
12. Marchuk A.N., Durcheva V.N., Savich A.I., Malyshev L.I., Radkevich D.B. Earthquakes Forecast Method. Patent of
Russian Federation RF 2068185. Web. <http://ru-patent.info/20/65-69/2068185.html>. (In Russian).
13. Mugo B. "Statistical Investigation on Possible Seasonality of Seismic Activity And Rainfall-Induced Earthquakes
in Balkan Area." Physics of the Earth and Planetary Interiors 114.3 (1999): 119 — 127.
14. Panza G.F., Peresan A., Zuccolo E. "Climatic Modulation of Seismicity in the Alpine-Himalayan Mountain
Ranges." Terra Nova 23.1 (2011): 19—25.
15. Saar M.O., Manga M. "Seismicity Induced by Seasonal Groundwater Recharge at Mt. Hood, Oregon." Earth and
Planetary Science Letters 214.3 (2003): 605 — 618.
16. Sidorin A.Ya. "Nonuniform Intra-Annual Distribution of Strong Earthquakes in the Garm Region." Izvestiya, At-
mospheric and Oceanic Physics 49.7 (2013): 760 — 764.
17. Sidorin A. Ya. "Synchronous Seasonal Changes in Hydrological Regime and Activity of Small Earthquakes in the
Garm Region." Geophysical Processes and Biosphere 10.3 (2011): 66 — 73. (In Russian).
18. Simpson D.W., Leith W.S., Scholz C.H. "Two Types of Reservoir-Induced Seismicity." Bulletin of the Seismological
Society of America 78.6 (1988): 2025 — 2040.
19. Talwani P., Acree S. "Pore Pressure Diffusion and the Mechanism of Reservoir-Induced Seismicity." Pure and Ap-
plied Geophysics 122.6 (1984): 947—965.
20. "Weather, Climate & Earthquake Information." Japan Meteorological Agency, Tokyo. Japan Meteorological Agency,
n.p. Web. <http://www.jma.go.jp/jma/indexe.html>.
Cite MLA 7:
Lushvin, P. V. "On the Matter of Spring Activation of Seismic Activity in the Mountains." Elektronnoe nauchnoe izdanie AI'manakh Prostranstvo i Vremya [Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time] 8.2 (2015). Web. <2227-9490e-aprovr_e-ast8-2.2015.91>. (In Russian).
