CC BY
27
Вестник ДВО РАН. 2016. № 5
УДК 550.34
Г.И. ДОЛГИХ, Ю.К. МОСКАЛЮК, В.А. ЧУПИН
Сверхнизкочастотные периодичности сейсмической активности Земли
Обсуждаются особенности периодичности сейсмической активности Земли сверхнизкочастотного диапазона.
Ключевые слова: сейсмическая активность, сверхнизкочастотный диапазон.
Super low-frequency periodicities of seismic activity of the Earth. G.I. DOLGIKH (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS, Vladivostok), Yu.K. MOSKALYUK (Far Eastern Federal University, Vladivostok), V.A. CHUPIN (V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS, Vladivostok).
Periodicities of seismic activity of the Earth in super low-frequency range.
Keywords: seismic activity, super low-frequency range are discussed in this article.
Введение
Сейсмическая активность Земли обусловлена геодинамическими процессами, природа развития которых носит как земное, так и внеземное происхождение. По мере накопления потенциальной энергии в коровой или мантийной области эпизодически происходит высвобождение накопившейся энергии в виде землетрясения. Предполагается, что спусковым механизмом землетрясений могут быть различные земные и внеземные процессы. В первом ряду такого возможного воздействия стоят так называемые чандлеров-ские колебания полюсов Земли [1], основные периодические составляющие которых равны 365 и 430 сут. Кроме того, на сейсмическую активность Земли могут воздействовать 11-12-летние циклы солнечно-юпитерианской активности, 60-летний цикл, связанный с тем, что 1 раз в 60 лет Юпитер, Сатурн и Земля полностью повторяют свое расположение в околосолнечном пространстве, 82-летний и 210-220-летние циклы солнечной активности, собственные (свободные) колебания Солнца. Влияние также могут оказывать более высокочастотные процессы, например, приливные колебания скорости вращения Земли, в спектре которых выделяются компоненты с периодами 1 год, 0,5 года, 13, 7, 27, 3 сут, 24, 12, 8 и 6 ч. В последние годы в журнале «Физика Земли» активно дискутируется тема о воздействии собственных колебаний Земли на сейсмическую активность, например [7]. При этом установлено, что афтершоковая активность проявляется спустя около 3 ч после главного толчка, что некоторые авторы связывают со временем распространения генерированных землетрясением поверхностных волн по поверхности Земли и их встречей в зоне эпицентра [3]. Хотя данная периодичность может быть связана и с изгибными собственными
ДОЛГИХ Григорий Иванович - член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток), *ЧУПИН Владимир Александрович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник (Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток), МОСКАЛЮК Юлия Константиновна - студентка (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). *Е-таП: [email protected]
Работа выполнена при частичной поддержке РНФ (соглашение № 14-17-00041).
колебаниями земной коры. Так, если принять для оценочных расчетов толщину земной коры 50 км, ширину слоя 100 км, то распределенная масса т рассматриваемого слоя будет пропорциональна 1,2 • 108 кг • с2/см2. При и ~ 102 кг/см2 получаем оценку круговой частоты собственных колебаний, равную ~ 10-3 рад/с, соответствующий период Т = 1,9 ч [6]. Учитывая, что параметры задачи меняются в широких пределах в зависимости от места наблюдения, примем предельную толщину земной коры равной 200 км, ширину слоя - 300 км. В данном случае распределенная масса т будет пропорциональна 1,5 • 109 кг • с2/см2, и ~ 5 • 102 кг/см2, частота будет равна 5,75 • 10-4 рад/с, а основной период изгибных колебаний земной коры - 3 ч [6]. Также в исследованиях сейсмических процессов локального масштаба показано, что сейсмическая активность синхронизируется с местным временем, и это связано с ионосферным влиянием [8]. Исследования проводятся по базе крупнейших сейсмических событий, имеющих магнитуду более 6, что наиболее соответствует глобальности, так как факт таких землетрясений объективно отмечается в различных источниках научного и исторического характера. Так было определено, что период основного общего периода геодинамического процесса составляет 250 лет [4]. Анализ распределения количества землетрясений по временным интервалам, или исследование квазипериодичности процессов, является одним из методов изучения закономерностей сейсмической активности. В данной статье рассмотрим возможные вариации сейсмической активности Земли на примере ряда длительностью один год, проанализировав диапазон периодов от 2 ч до 0,5 года, который назовем сверхнизкочастотным диапазоном.
Обработка данных
Данные по основным параметрам 36 181 сейсмического события были взяты с сайта Earthquakes today Европейско-Средиземноморского сейсмологического центра (European-Mediterranean Seismological Centre, http://www.emsc-csem.org) за период с 00:00:00 с 1 января 2013 г. по 00:59:59,99 с 1 января 2014 г. Сайт позволяет получить информацию по сейсмическим событиям, произошедшим в глобальном масштабе. В выходной таблице выводятся дата, время по Гринвичу, координаты, глубина, магни-туда и название региона события. Для каждого землетрясения была посчитана излученная энергия по формуле Гуттенберга-Рихтера [9]: log Es = a + bM, где a и b - константы, равные 4,8 и 1,5 соответственно. Полученные величины энергии сейсмических событий в результате были просуммированы 1-часовыми отрезками. Построенный таким образом ряд экспериментальных данных подвергался дальнейшей обработке посредством спектрального анализа, в результате чего были получены значения амплитуд спектральных компонент в диапазоне периодов от 2 ч до 0,5 года. На рисунке приведен график, на котором представлены сверхнизкочастотные спектральные компоненты, самый энергонесущий из которых соответствует периоду 48 сут 18 ч 41 мин 11,5 с, а первый значимый максимум соответствует периоду 170 сут 17 ч 24 мин 10,28 с. Учитывая плохое частотное разрешение, равное А/ = 1/T, где T - анализируемый интервал в секундах, этот пик можно приписать периоду 0,5 года, т.е. можно утверждать, что первый значимый пик вызван приливным колебанием скорости вращения Земли с периодичностью около 0,5 года.
Участок спектра сверхнизкочастотного диапазона с порядком усреднения, равным 3
Анализ полученных результатов
При анализе всего ряда наблюдений выделены основные максимумы сейсмической активности Земли сверхнизкочастотного диапазона (см. таблицу). Проанализируем возможное происхождение приведенных в таблице периодичностей. О первом максимуме мы уже упоминали. Природу 2-го, самого значимого, и 3-го максимумов мы не можем описать. Можно отметить 4-й и 5-й максимумы, происхождение которых может быть связано с приливным воздействием Луны (месячным и полумесячным). 10-й максимум, период которого равен примерно одним суткам, связан с приливными процессами. Его третья гармоника соответствует 11-му максимуму. Притом что механизм влияния приливных сил на литосферу Земли достаточно сложен для прямой реакции на сейсмичность [5], такая зависимость присутствует при изучении в массиве событий малой магнитуды [2]. Последний, 12-й, максимум может быть обусловлен изгибными колебаниями земной коры, его амплитуда может резко возрастать после землетрясений, что приводит к фор-шоковой активности.
Основные спектральные максимумы сейсмической активности Земли сверхнизкочастотного диапазона без усреднений
№ п/п Период, ч:мин:с Амплитуда, отн. ед. № п/п Период, ч:мин:с Амплитуда, отн. ед.
1 4097:24:10.28 1,37 х 10-1 7 184:09:10.56 1,28 х 10-1
2 1170:41:11.50 1,82 х 10-1 8 105:03:41.02 1,22 х 10-1
3 819:28:50.00 1,53 х 10-1 9 69:26:51.00 1,31 х 10-1
4 607:01:21.00 1,72 х 10-1 10 22:03:31.30 1,31 х 10-1
5 348:42:54.50 1,22 х 10-1 11 07:11:41.00 1,47 х 10-1
6 234:08:14.30 1,24 х 10-1 12 03:19:59.70 1,41 х 10-1
Заключение
Проведено исследование спектра годового распределения энергии землетрясений 2014 г. Выявлены спектральные максимумы на периодах приливных колебаний, суточных приливов, лунных приливов, полугодовых колебаний. Природа некоторых максимумов оказалась неизвестной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Викулин А.В., Кролевец А.Н. Чандлеровское колебание полюса и сейсмотектонический процесс // Геология и геофизика. 2001. Т. 42, № 6. С. 996-1009.
2. Гольдин С.В., Тимофеев В.Ю., Раумбеке М., Ардюков Д.Г., Лаврентьев М.Е., Седусов Р.Г. Приливная модуляция слабой сейсмичности для южной части Сибири // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11, № 4. С. 81-93.
3. Гульельми А.В. О кумулятивном эффекте сходящихся сейсмических волн // Физика Земли. 2015. № 6. С. 122-126.
4. Долгая А.А., Викулин А.В., Герус А.И. О волновом геодинамическом (сейсмическом и вулканическом) процессе // Материалы регион. науч. конф. «Вулканизм и связанные с ним процессы». Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2016. С. 190-197.
5. Левин Б.В., Сасорова Е.В. Общие закономерности в распределении сейсмических событий на Земле и на Луне // Докл. АН. 2010. Т. 434, № 2. С. 252-256.
6. Лисков А.И., Петрова Л.Н. К вопросу о колебаниях земной коры // Вестник СПбГУ 2002. Сер. 4. Вып. 2 (№ 12). С. 99-102.
7. Соболев Г.А. Вызванные землетрясениями когерентные колебания Земли // Физика Земли. 2015. № 1. С. 18-27.
8. Сычев В.Н., Богомолов Л.М., Сычева Н.А. О суточной квазипериодичности и случайной составляющей в потоке сейсмических событий // Тихоокеан. геология. 2012. Т. 31, № 6. С. 68-78.
9. Boatwright J.L. Global patterns of radiated seismic energy and apparent stress // J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100, N B9. P. 18205-18228.
