Научная статья на тему 'Сравнение периодов проявления сильных землетрясений Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности'

Сравнение периодов проявления сильных землетрясений Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
217
38
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕЙСМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС / SEISMIC PROCESS / ЛУННО-СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ / LUNAR-SOLAR ACTIVITY / ЦИКЛИЧНОСТЬ / CYCLICITY / ПЕРИОД / PERIOD / ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ / EARTHQUAKE

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Мамыров Эрнес, Маханькова Вера Александровна

Приведены результаты сравнения цикличности сейсмических процессов Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPARISON OF PERIODS OF THE TIEN SHAN STRONG EARTHQUAKES OCCURRENCE WITH CYCLICITY OF THE LUNISOLAR ACTIVITY

Results of comparison of the Tien Shan seismic processes cyclicity with cuclicity of the lunisolar activity are presented.

Текст научной работы на тему «Сравнение периодов проявления сильных землетрясений Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности»

УДК 550.34.1 Мамыров Э., Маханькова В.А.

Институт сейсмологии НАН КР, г.Бишкек, Кыргызстан

СРАВНЕНИЕ ПЕРИОДОВ ПРОЯВЛЕНИЯ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ТЯНЬ-ШАНЯ С ЦИКЛИЧНОСТЬЮ ЛУННО-СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Аннотация: Приведены результаты сравнения цикличности сейсмических процессов Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности.

Ключевые слова: сейсмический процесс, лунно-солнечная активность, цикличность, период, землетрясение.

ТЯНЬ-ШАНЬДАГЫ ^4TYY ЖЕР ТИТИРeeлeРДYH K0PYHYY МЕЗГИЛДЕРИ МЕНЕН АЙ-КYНДYН АКТИВДYYЛYК

ЦИКЛДЕРИН САЛЫШТЫРУУ

Кыскача мазмуну: Макалада Тянь-Шандагы сейсмикалык процесстердин циклдYYЛYГYн ай-кYндYн активдYYЛYк циклдери менен салыштыруунун жыйынтыктары берилген.

Туйундуу сездер: сейсмикалык процесс, ай-кун активдYYЛYГY, ЦиклдYYЛYк, мезгил, жер титирее.

COMPARISON OF PERIODS OF THE TIEN SHAN STRONG EARTHQUAKES OCCURRENCE WITH CYCLICITY OF THE

LUNISOLAR ACTIVITY

Abstract: Results of comparison of the Tien Shan seismic processes cyclicity with cuclicity of the lunisolar activity are presented.

Keywords: seismic process, lunar-solar activity, cyclicity, period, earthquake.

1. Введение. В последнее время при прогнозе вероятного времени и ожидаемой магнитуды Mw (энергетического класса Kr) сильных землетрясений большое внимание уделяется закономерностям динамики развития сейсмического цикла и влияния лунно-солнечных приливов на геофизические процессы [1-17]. По [1, 7, 8] большинство крупных сейсмокатастроф с MW > 8.0 в различных сейсмоопасных зонах произошло в периоды относительно низких значений гравитационных сил, вызванных влиянием Солнца и планет солнечной системы (23-х летний ритм, 1911-1932 гг.). На фоне этого долголетнего ритма во временном изменении гравитационных сил чётко выделяются циклы с периодами 18.6 лет, 4 года и 2 года, связанные с взаимодействием Земли и Луны. По [7] между ритмами приливных волн и сейсмичности в недрах Земли наблюдается тесная связь, что было выявлено в ХХ веке А.Перре и названо законами Перре.

В результате статистической обработки сейсмических событий с 1750 г. по 1876 г. Перре установил два закона, по которым число дней с землетрясениями возрастает до 20% при передвижении Луны от квадратур к сизигиям (I закон) и от апогея к перигею (II закон). В сущности оба закона говорят об одном: вероятность землетрясений повышается при увеличении интегрального приливного воздействия на Землю со стороны Луны и Солнца. Причём речь идёт, только о времени, а не о месте возникновения события.

Приливообразующие силы подвержены временным изменениям с периодами 18.6, 4, 2, 1, 0.5 года. Под их воздействием в недрах Земли формируются твёрдые приливные (деформационные) волны. Глубина их затухания зависит от длины и частоты волн. Так, волна с периодом 18.6 лет затухает в 2.73 раза на глубине более 400 км. Динамика сейсмических процессов регулируется напряжениями, созданными такими деформационными волнами [7].

Для решения наиболее сложной задачи по определению времени и магнитуды ожидаемой сейсмокатастрофы используются основные закономерности динамики развития сейсмического цикла. Это понятие предполагает периодический характер накопления и сброса упругой энергии в различных участках сейсмогенной зоны между крупными событиями [2, 8, 9, 13-17].

Реальный сейсмический процесс определяется: во-первых, наличием нескольких, относительно независимых, процессов в различных очагах крупных землетрясений; во-вторых, наличием множества секторов, делящих каждый из этих процессов нерегулярным по периоду сбросом накопившейся энергии в каждом из этих очагов. При всей сложности этого тектонофизического процесса выделяются определённые нижние и верхние пределы колебаний KR (MW), чётко выделяющихся на кумулятивных кривых и на графиках колебаний KR за определённый интервал времени для данной сейсмоактивной зоны [2].

Сейсмический режим Земного шара, а также отдельных регионов имеет полиритмическую структуру, изменяющеюся во времени. Можно предполагать существование ритмов 56, 37, 18.6, 11,5-7 лет, 2-3 года, а также 8-9 и 5 месяцев.

Существуют также общие группы ритмов с более короткими периодами - от 2 до 4 месяцев, а также часовая ритмичность (54 мин.), связанная с собственными колебаниями Земли [4]. Наблюдаемая спектрально-временная картина сейсмического процесса изменяется во времени, в связи с чем динамика процесса становится то более упорядоченной, то более хаотичной. Динамика таких вариаций на фоне чётко выделяемых ритмов достаточно неустойчива и большинство выделенных ритмов имеют ограниченные интервалы прослеживаемости. Колебательные режимы параметров землетрясений с течением времени изменяются по амплитуде, чёткости прослеживания и устойчивости по периоду, что необходимо учитывать при прогнозах вероятного периода повышения уровня сейсмической опасности. Несмотря на общность динамики изменений сейсмического режима всех регионов, каждый сейсмоопасный регион и субрегион обладают индивидуальными особенностями, в соответствии с теорией тектоники плит и геолого-геофизическим строением литосферы конкретного участка [4, 8, 9, 13, 14].

С теоретических позиций динамики нелинейных систем сейсмический режим сейсмоактивных регионов рассматривается как взаимодействие коротковолновых и длинноволновых геофизических процессов, для которых характерно наличие эффектов перемежаемости Ферми- Паста-Улама. В результате таких тектонофизических процессов фазы спокойной длинноволновой динамики сейсмического затишья сменяются короткими «взрывными» - периодами сейсмической активности. Циклы возрастания и снижения интенсивности сейсмических процессов являются фундаментальной характеристикой нелинейных тектонофизических явлений [9, 10, 18].

В связи с вышеуказанным в этой работе выполнено сравнение цикличности лунно-солнечной активности с периодичностью проявления крупных землетрясений Земного шара и Тянь-Шаня с максимальной магнитудой Mw (энергетическим классом Kr) за каждый год в период 1900-2014 гг. Данные по MW и Km заимствованы из работ [9, 10], значения чисел Вульфа (W) по солнечной активности за 1880- 2014 гг. приводятся по работам [19-20].

2. Периодичность изменения максимальных ежегодных значений Mw землетрясений Земного шара и W.

На рисунке 1 показаны колебания ежегодных максимальных магнитуд MW землетрясений Земного шара за 1900-2014 гг. по Global CMT Catalog [9, 10], совмещённого с

изменениями числа Вульва W за 1880- 2014 гг. (пунктирная линия). Из представленных данных можно отметить, что для большей части временных рядов Mw максимум солнечной активности часто соответствует снижению активности проявления наиболее крупных сейсмокатастроф с магнитудой Mw > 8. К примеру, пиковым значениям W = 135-152 в 19471949 гг. соответствовали пониженные значения Mw = 7.7- 8.1, а периоду снижения W от 112 до 10.2 в 1960 - 1964 гг. соответствует период проявления самых грандиозных землетрясений ХХ века: Великого Чилийского 1960 г. с Mw = 9.6 и Великого Аляскинского 1964 г. с Mw = 9.2 (рисунок 1). Такая же обратнопропорциональная зависимость отличается в период проявления грандиозных землетрясений начало XXI века: снижению W от 50 до 2 с 2003 г. по 2008 г. и небольшому росту до 40 в 2012 г. соответствует землетрясение о. Суматра 2004 г. с Mw = 9.0, Мауле в Чили 2010 г. с Mw = 8.8, Тохоку в Японии 2011 г. с Mw = 9.1, о. Суматра 2012 г. с Mw = 8.6 (рисунок 1).

Мировые 1900 - 2014 гг.

. 1 1 Г 1 Г Г Г -f э.е Mvií

CDW^i CDW^i □ ^, CD '-Г, '-Г, CD '-Г, CD CD □ 1Л □ W^idi W^idiW^iCIi^ О

COCO □ o [---СО СО С^ о □ —<

СО СО СО СО о\ ОЛ О*. С^ СУ*. С^ 0\ ОЛ ^ CD CD CD

Годы

.....число Вульфа (W)--максимальная годовая магшиуда (Mw)

Рисунок 1. Изменения максимальных ежегодных магнитуд Mw землетрясений Земного шара за 1900-2014 гг. по CMT Catalogue [9, 10] и чисел Вульфа W солнечной активности за 1880-2014 гг. по данным Nagovitsyn [20].

Рисунок 2. Перидиограммы колебаний максимальных ежегодных Mw крупных землетрясений Земного шара и чисел Вульфа W.

На рисунке 2 приведены совмещённые кривые периодограмм М^ и из которых следует, что главной гармоникой в колебаниях Мда является 10- летняя мода, затем следует 15-и, 4-х, 7-ми, и 23 летние составляющие. В колебаниях ' чётко выделяются 11-и и 12 летние моды, характеризующиеся максимальными амплитудами и подтверждающие ранее выполненные исследования о периодичности солнечной активности (рисунок 2). Представленные данные свидетельствуют о наличии главных гармоник в колебаниях Мда и близких по периоду 10- 12 лет и с которыми связаны глобальные изменения сейсмического режима. Здесь же следует отметить, что длительность солнечных циклов колеблется от 9 до 13.7 лет [19, 20].

С учётом вышесказанного на рисунке 3 показаны ожидаемые прогнозные изменения М' до 2025 г., расчёты которых выполнены по данным 1930 -1999 гг. и 1954 -1999 гг. [9, 10]. На этом же графике представлены прогнозные колебания чисел Вульфа ' до 2025 г., расчёты которых выполнены по данным 1867 - 1996 гг.

Рисунок 3. Графики наблюдённых, расчётных Mw (1999-2014 гг.) и чисел Вульфа ' (18672014 гг.) с прогнозом до 2025 г.

Из рисунка 3 следует, что расчётные Мда с 1999 г. по 2014 г. с высокой точностью соответствуют инструментальным значениям максимальных магнитуд М'. По прогнозным расчётам 1930-1999 гг., начиная с 2015 г. до 2019 г. произойдет снижение Мда ниже среднемноголетнего значения М' = 8.0 до М' = 7.0 (2018 г.), после чего наступит очередная фаза активизации с Мда = 8.2- 8.7 в 2020-2025 гг. (рисунок 3), которая по ряду Мда за 1954— 2008 гг. закончится в 2022 г. Что касается солнечной активности, то по прогнозным расчётам после максимума в 2014 г. ожидается снижение ' с минимумом в 2019- 2020 гг. и медленным подъёмом к 2025 гг. и этот цикл будет подобен (с 2003 г. до 2025 г.) минимуму Глейсберга, наблюдавшемуся с 1830 г. по 1930 г., когда на территории Тянь-Шаня проявились самые разрушительные землетрясения (Беловодское, 1885 г.; Верненское,1887 г.; Чиликское, 1889 г.; Кеминское, 1911 г. и др.).

3. Периодичность изменений Кт землетрясений Тянь-Шаня и солнечной активности.

На рисунке 4 приведено сопоставление значений ' (1880-2014 гг.) и Кт (1880- 2012 гг.), из которого видно, что для отдельных периодов увеличения Кт (1885-1915 гг., 19551965 гг. и 2004- 2011 гг.) соответствуют циклы снижения солнечной активности.

На рисунке 5. показаны периодограммы колебаний ' и Кт, которые показывают, что главная гармоника Кт с периодом Т0 = 11 лет, практически совпадает с основной солнечной модой с равным периодом. Вместе с тем, в составе короткопериодных амплитуд Кт чётко выделяются 3, 8, 13, 16, 18-ти летние составляющие, которые совместно с 36-38 - летней основной гармоникой создают сложную картину колебаний сейсмического режима Тянь-Шаня. Следует особо подчеркнуть, что средняя величина основной гармоники в ~ 37 лет полностью совпадает с лунным циклом 2Ть = 37.2 года, а 18.6 - летний лунный цикл отвечает длительности фаз активизации и затишья сейсмических процессов на Тянь-Шане, как и в других сейсмоактивных регионах Земного шара.

Рисунок 4. Сопоставление колебаний максимальных Кт для землетрясений Тянь-Шаня за 1880-2012 гг. и чисел Вульфа ' за 1880-2014 гг.

Рисунок 5. Периодограммы чисел Вульфа ' и колебаний максимальных Кт для землетрясений Тянь-Шаня за период 1880-2011 гг.

Из выше изложенного можно сделать важный практический вывод - процессы увеличения и уменьшения сейсмической активности не являются случайными и имеют циклический характер, что может быть успешно использовано при прогнозных построениях с использованием современных методов анализа временных рядов.

Результаты многолетних расчётов временных рядов Кт для ежегодных сильных землетрясений Тянь-Шаня (ф = 38,5° - 46° и 63° - 96°) показаны на рисунке 6 по данным 1880-2005, 1882-2001, 1930-2001, 1956-2009 гг. Кроме этого на рисунке 6 приведены возможные изменения Кт и солнечной активности W с 2015 г. до 2031 г. (пунктир). Для сравнения на рисунке 6 показаны колебания расчётных Кт и инструментальных Кт за 20002014 гг. Если пренебречь возможными мелкомасштабными отклонениями Кт, то в целом, повышение уровня сейсмической опасности по всему региону при Кт > 14.8 (выше среднемноголетнего Кт) следовало ожидать с 2003 г., а максимумы ожидались в 2006-2009 гг., когда могли произойти события с Кт=16.0-16.4. Эти прогнозы подтвердились Нура-Алайским разрушительным событием 2008 г. с Кя = 16.0, которому предшествовала серия крупных землетрясений: СУАР КНР (2003г.), приграничная зона Кыргыстана и КНР Куюкап (2005 г.), Кыргызстан Кочкор (2006г.) и Лейляк (2007г.) с сотрясаемостью 6- 8 баллов. При этом наибольшая сходимость инструментальных и расчётных Кя получена для ряда 19302001 гг. (рисунок 6).

к,„ 17

165 16 155 15 145 14 135

13 125 12

3 1 ъ \ Г.! ? 1 > — I ■г а и 1 и П. П =1 ТЗ £

\ / -

1 $ V \ к / к -

// л У \ 1 / \ _

■ - - - 1Г- -1 \ / _ V\ г4 _ 1 / У -/- - - ■ \- - . г г- ч. - - - ■ \ - ■ - 1

\ / А / * \ \ \ !

'Чп * 1 1 \ !

А ■ \ У ! ч -

! \ \ N ч / / \ — \ _

\ — \ ■4 — — -- N

-- 120

100

160

140

40 20

Годы

к;и|1-.м; *'н мыс I н! ч' йи, Кт

числи Буль фа, ЗД расчетный период 1867-1556 гг.

Расчетные периоды К]Г1

1888 -2Ш5 гг.--1582 -2001 гг.

- -2Ш1 гг. . 1956 -2003 гг.

средне мког о летее К,;1[р.

Рисунок 6. Наблюдённые ежегодные максимальные Кт сильных землетрясений Тянь-Шаня за 2000-2014 гг. и прогнозные Кт до 2031 гг., рассчитанные по различным временным рядам Кт; показаны ожидаемые изменения числа Вульфа с 2015 г. по 2031 г.

Из данных рисунка 6 следует, что резкому снижению солнечной активности с 2002 г. соответствует активизация сейсмичности с проявлениями сильных землетрясений Тянь-Шаня в 2003-2008 гг. Эта региональная фаза активизации полностью синхронна с проявлениями крупнейших сейсмокатастроф Земного шара, о чем было сказано в начале статьи (рисунок 3) По прогнозным расчётам очередная фаза снижения W ожидается в 20162021 гг., чему может соответствовать новая фаза активизации сейсмичности сейсмичности Тянь-Шаня (рисунок 6).

По расчётным данным в течение 2015- 2016 гг. колебания Кя ожидаются около или ниже среднемноголетних Кт = 14.8, что соответствует повышенным величинам солнечной активности по числам Вульфа.

ВЫВОДЫ

1. Установленные по многолетним наблюдениям 36-38 - летние циклы сейсмичности Тянь-Шаня соответствуют двойным 18.6 - лунным колебаниям, когда Луна и Земля обращаются вокруг общего барицентра с максимальными земными приливами.

2. Как и для многих сейсмоактивных зон Земного шара, активизация проявлений сильных землетрясений Тянь-Шаня на качественном уровне соответствует периодам снижения солнечной активности, что может быть использовано при средне-долгосрочных сейсмопрогнозах.

3. По предварительным прогнозным расчётам очередные фазы активизации сейсмичности Тянь-Шаня ожидаются в 2017-2019 и 2024-2027 гг., когда могут проявиться сейсмокатастрофы с максимальной сотрясаемостью 8-9 баллов и Кя = 15-16.5.

Рецензент: доктор, г.-м.-н., проф. Абдрахматов К.Э.

Литература

1. Абаканов Т.Д., Садыкова А.Б., Хачикян Г.Я. Современное сейсмотектоническое состояние земной коры на Северном Тянь-Шане. //Доклады НАН РК, 2015, №1, с.12-24.

2. Гамбурцев А.Г, Кондорская Н.В, Олейник О. В, Французова В.И., Хромецкая Е.А., Юдахин Ф.Н. Ритмы в сейсмичности Земли //Физика Земли, 2004, № 5, с.95-107.

3. Горбунова Е.А., Шерман С.И. Модельные деформационные волны в литосфере: фиксирование, параметры геодинамический анализ. //Тихоокеанская геология, 2012, т.31, № 1, с.18-25.

4. Гульельми А.В., Зотов О.Д. О скрытой часовой периодичности землетрясений. //Физика Земли, 2013, №1, с.3-10.

5. Гусев А.А. О реальности 56-летнего цикла и повышенной вероятности сильных землетрясений Петропавловске-Камчатском в 2008-2011 гг. согласно лунной цикличности. //Вулканология и сейсмология, 2008, № 6, с.55-65.

6. Гусев А.А., Петухин А.Г. О возможной синхронизации сильных землетрясений лунным 18, 6 - летним циклом. //Вулканология и сейсмология. 1997, №3, с.64-79.

7. Курскеев А.К., Абаканов Т.Д., Серазетдинова Б.З. Землетрясения: происхождение и прогнозирование. Алматы: Эверо, 2012, с. 314.

8. Любушин А.А., Писаренко В.Ф., Ружич В.В. Выделение периодичностей в сейсмическом режиме. //Физика Земли, 1998, № 1, с.62-76.

9. Мамыров Э. Временные изменения сейсмического режима на глобальном и региональном уровнях. //Журнал «Вестник Института сейсмологии», 2014 г., №1, с.70-86, http://www.seismo.kg

10. Мамыров Э., Кан М.В., Маханькова В.А. Анализ квазипериодичности сейсмических и деформационных процессов в пределах Северного Тянь-Шаня //Тр. Всерос. совещания, Новосибирск: СО РАН, 2003, с.370-372.

11. Мельхиор П. Земные приливы. Москва: Мир, 1968, с. 482.

12. Перцев Б.П. Приливные деформации поверхности геоида. //Физика Земли, 2002, №8, с.3-5.

13. Федотов. C.A. Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской дуги. Москва: Наука, 2005, с. 303.

14. 36. Федотов С.А., Соломатин А.В., Чернышев С.Д. Долгосрочный сейсмический прогноз для Курило-Камчатской дуги на IX 2010-VIII 2015 гг. достоверность предыдущих прогнозов и их применения. // Вулканология и сейсмология, 2011, №2, с.3-27.

15. Чипизубов А.В. Реконструкция и прогноз изменений сейсмичности Земли. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008, с. 240.

16. Шерман С.И. Сейсмический процесс и прогноз землетрясений: тектонофизическая концепция. Новосибирск: ГЕО, 2014, с. 359.

17. Широков В.А. Влияние космических факторов на геодинамическую обстановку и её долгосрочный прогноз для северо-западного участка Тихоокеанской тектонической зоны. //Вулканизм и геодинамика. Москва: Наука, 1977, с.103-105.

18. Володин И.А. Нелинейность и многомасштабность сейсмоакустики. // Проблемы геофизики XXI века, т.2, 2003, с.5-36.

19. Никольский Г.М. Цикличность солнечной активности. //Земля и Вселенная, 1983, №4, с.31-37.

20. Nogovitsyn Y. Extended time series of Solar Activity Indices (1090-2020). http://www.gao.spb.ru/database/esai/,2014.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.