Дослідження збурення стану іоносфери Землі при інтенсифікації фотохімічних процесів над осередками землетрусів за допомогою супутникових та наземних вимірювань. Взаємозв"язок сейсмогенних ефектів з наземними природними та техногенними процесами.
Аннотация к работе
Одним із потужних наземних джерел енергії є землетрус, і у звязку з необхідністю дослідження впливу землетрусів та вивержень вулканів на стан атмосфери, ідентифікація збурень в іоносфері та магнітосфері Землі, що викликані літосферними процесами, набула великого значення. Дана робота виконувалася під час навчання в аспірантурі на кафедрі астрономії та фізики космосу Київського національного університету імені Тараса Шевченка в рамках науково-дослідних тем науково-дослідної лабораторії “Фізика космосу”: “Фізика Сонячної корони та збурень міжпланетного і навколоземного простору” (№97006), “Дослідження взаємозвязків у плазмових оболонках системи Сонце-магнітосфера-іоносфера-Земля” (№97007), “Дослідження динамічних процесів у геліосфері, магнітосфері та атмосфері Землі за результатами наземних та супутникових вимірювань” (№01БФ051-14), в рамках гранту INTAS №99-0078 та гранту INTAS-CNES №97-1769. Для обробки спостережних даних та дослідження особливостей верхньої атмосфери над землетрусами використовувався статистичний метод накладання епох та безпосередній аналіз окремих подій. В роботах [14, 16, 19, 21, 26-31] автором самостійно проведено статистичний розгляд іоносферних відгуків, розроблено метод відокремлення збурень викликаних землетрусами та досліджено реакцію верхньої атмосфери на конкретні сейсмічні події. В роботах [13, 23] автором самостійно розглянуто відгук в критичній частоті шару F2 на землетрус при аналізі іонозондових спостережень над Якутськом.В даній дисертаційній роботі було вивчено зміни верхньої атмосфери Землі над потужними наземними джерелами енергії - землетрусами. Оскільки іоносферні відгуки на землетрус маскуються варіаціями іоносфери, повязаними із добовими, сезонними процесами в середовищі та ін., то при дослідженнях було проведено ототожнення збурень сейсмічного походження від фонових особливостей іоносфери. При аналізі використовувався статистичний розгляд і дослідження реакції верхньої атмосфери на конкретні сейсмічні події. Зокрема: При аналізі вимірів температури отриманих на супутнику UARS за період з грудня 1991 р. по квітень 1994 р. над 215 землетрусами, розміщеними по всій земній кулі, вперше виявлено: - підвищення температури на висотах мезопаузи (81 - 96 км), яке починається за декілька годин до землетрусу і триває протягом кількох діб, в радіальній зоні відносно епіцентру, що не перевищує 150 км. При аналізі вимірів горизонтальних складових швидкості вітру отриманих приладом WINDII на супутнику UARS над осередками 234 землетрусів, вперше виявлено особливості зміни в термосферній циркуляції Спостерігається підсилення радіального (відносно епіцентру) вітру на висотах 125 - 260 км.
Вывод
В даній дисертаційній роботі було вивчено зміни верхньої атмосфери Землі над потужними наземними джерелами енергії - землетрусами. Проведено аналіз, як супутникових, так і наземних вимірювань.
Оскільки іоносферні відгуки на землетрус маскуються варіаціями іоносфери, повязаними із добовими, сезонними процесами в середовищі та ін., то при дослідженнях було проведено ототожнення збурень сейсмічного походження від фонових особливостей іоносфери. При аналізі використовувався статистичний розгляд і дослідження реакції верхньої атмосфери на конкретні сейсмічні події.
В результаті виконання роботи виявлено відгук в іоносфері та верхній атмосфері Землі на близький землетрус. Зокрема: При аналізі вимірів температури отриманих на супутнику UARS за період з грудня 1991 р. по квітень 1994 р. над 215 землетрусами, розміщеними по всій земній кулі, вперше виявлено: - підвищення температури на висотах мезопаузи (81 - 96 км), яке починається за декілька годин до землетрусу і триває протягом кількох діб, в радіальній зоні відносно епіцентру, що не перевищує 150 км. Даний ефект спостерігається в основному для нічних вимірів;
- зниження температури після моменту головного удару на висотах 110 - 270 км, яке спостерігається як при статистичному розгляді, так і при аналізі конкретних подій. Зниження температури спостерігається, в основному, на епіцентральних відстанях ~ 240 - 500 км.
При аналізі вимірів горизонтальних складових швидкості вітру отриманих приладом WINDII на супутнику UARS над осередками 234 землетрусів, вперше виявлено особливості зміни в термосферній циркуляції Спостерігається підсилення радіального (відносно епіцентру) вітру на висотах 125 - 260 км.
Аналіз змін середньої амплітуди критичної частоти шару F2, отриманих методом вертикального зондування над Якутськом, та вибірки 65 землетрусів в радіусі 800 км показав, що в шарі F іоносфери (h ~ 200-250 км) щойно після головного удару землетрусу спостерігається зростання неоднорідності в розподілі електронної концентрації з переважанням негативних збурень, або іоносферних каверн.
Опрацювання спостережень полярних сяйв, проведених на чотирьох станціях Аляски, над 123 землетрусами, за період з 1957 по 1959 рр., показало депресію середньої яскравості сяйв, що вказує на зменшення електронної концентрації (і електропровідності) на висотах Е-шару іоносфери після головного удару землетрусу.
Шляхом чисельного моделювання отримано зміну коефіцієнтів турбулентної вязкості та температуропровідності при проходженні внутрішньої гравітаційної хвилі, що може генеруватися літосферним джерелом енергії. Проаналізовано зміну температурних профілів та циклу фотохімічних реакцій у верхній атмосфері в умовах турбулентної інтенсифікації.
Запропоновано концепцію підсилення турбулентних рухів на висотах мезопаузи та нижньої термосфери над епіцентрами землетрусів, яка добре узгоджується зі спостережуваними ефектами.
Список литературы
1. Дзюбенко М.І., Козак Л.В. Збудження іоносфери під час близького землетрусу // Вісник Київського університету. Астрономія. - 2000. - № 36. - С. 63-66.
2. Дзюбенко Н.И., Ивченко В.Н., Козак Л.В. Вариации температуры над очагами землетрясений по измерениям спутника UARS // Космічна наука і технологія. - 2001. - Т.7, №5/6. - С. 94-99.
3. Козак Л.В. Зміна турбулентних процесів у нижній термосфері при проходженні внутрішніх гравітаційних хвиль // Космічна наука і технологія. - 2002. Т.8, №5/6. - С. 86-90.
4. Козак Л.В., Ивченко В.Н. Изменения ветра в верхней атмосфере над землетрясениями по спутниковым измерениям // Космічна наука і технологія. - 2002. - Т.8, №4. - С. 54-63.
5. Dzubenko M.I., Kozak L.V. A search of correlation between aurora activity and near earthquakes/ Seismo Electromagnetics Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling/ edited by M. Hayakawa, O.A. Molchanov. - Tokyo: TERRAPUB, 2002. -P. 333-334.
6. Дзюбенко М.І., Козак Л.В. Вплив землетрусів на стан іоносфери // Космічна наука і технологія. - 2003. Т.9, №1. - C. 71-80.
7. Дзюбенко Н.И., Ивченко В.Н., Козак Л.В. Изменения температуры в термосфере над очагами землетрясений по спутниковым измерениям // Геомагнетизм и Аэрономия. - 2003. - Т. 43, №1. - С.118-123.
8. Dzubenko M.I., Kozak L.V. Aurora activity depresion after near seismic shocks // Proc. International Symposium from solar corona through interplanetary space, into Earths magnetosphere and groundbased observations. - Kyiv (Ukraine). - 2000. - P. 129-131.
9. Kozak L.V., Ivchenko V.M., Dzubenko M.I. The wind change in upper atmosphere over seismic activity regions // Proc. WDS`02 (11th Annual Student Conference Week of doctoral students 2002, June 11 - 14, 2002). - PARTII. - Prague (Czech). - 2002. - P. 361-366.
10. Dzubenko M.I., Kozak L.V. A search of correlation between aurora activity and near earthquakes // International Workshop on Seismo Electromagnetics, 2000 of NASDA. - Tokyo (Japan). - 2000. - C. 161.
11. Kozak L.V. A search of response in upper ionosphere on near earthquake // Abstracts YSC6, 6th Open Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics. April 27-30. -Kyiv (Ukraine). - 1999. - P. 57.
12. Kozak L.V. Aurorae and near earthquake: a statistical approach // Abstracts YSC6, 6th Open Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics. April 27-30. -Kyiv (Ukraine). - 1999. - P. 58.
13. Kozak L.V. Peculiarities of aurora activity variation after earthquake // Abstracts YSC7, 7th Open Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics. April 25-28. -Kyiv (Ukraine). - 2000. - P. 52.
14. Kozak L.V. Influence of an earthquake onto upper atmosphere temperature // Abstracts YSC8, 8th Open Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics. April 24-28. - Kyiv (Ukraine). - 2001. - P. 36.
15. Kozak L.V. The earthquakes influence on the thermospherical circulation // Abstracts YSC9, 9th Open Young Scientists’ Conference on Astronomy and Space Physics. April 23-27. - Kyiv (Ukraine). - 2002. - P. 66.
16. Kozak L.V., Dzubenko M.I., Ivchenko V.M. The variations of temperature and wind components over earthquakes from observations obtained by satellite UARS // Abstracts of COSPAR Colloquium "Plasma Processes in the Near- Earth Space: INTERBALL and Beyond". -Sofia (Bulgaria). - 2002, Feb. 5-10. - P. 66.
17. Дзюбенко Н.И., Ивченко В.Н., Козак Л.В. Исследование температурных изменений над очагами землетрясений // Сборник тезисов Первой украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. - Киев, Украина. - 8-11 October 2001, - P. 61-62.
18. Козак Л.В., Дзюбенко Н.И., Ивченко В.Н. Изменения скорости ветра над очагами землетрясений на высотах 80 - 300 км // Сборник тезисов Второй Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. - Кацивели, Крым. - 21-26.09.2002. - С. 38.
19. Kozak L.V., Dzubenko M.I., Ivchenko V.M. Temperature and thermosphere dynamics behavior analysis over earthquake epicenters from satellite measurements // Geophysical Research Abstracts. EGS-AGU-EUG Joint Assembly. - Nice (France). -2003. Vol. 5. - 00294.