Механизм взрыва Тунгусского и Челябинского «метеоритов». Природа аномалий при землетрясениях и цунами

Одним из важных предвестников подготовки очагов землетрясений является изменение содержаний различных газов в подземных водах. На юге Байкала 27 августа 2008 г. в 10 час. 35 мин. местного времени (в 01 час. 35 мин. по Гринвичу) произошло сильное землетрясение. Магнитуда землетрясения составляла = 6.3, глубина очага 16 км. Землетрясение ощущалось на большой территории Сибири. Исследования содержаний газов, растворенных в глубинной воде Байкала, проведенные в течение двух лет (за период 2007—2008 гг.), показали существенные колебания концентраций гелия накануне землетрясения. Колебания в его содержании стали заметными в период с 4 по 18 августа 2008 года. Количество гелия сначала увеличилось до 6,83 ⋅ 10 мл/л, далее уменьшилось до 5,61⋅ 10 мл/л, затем снова возросло до 6,02 ⋅ 10 мл/л [114]. Вариации в содержании газа служат для автора публикации основанием считать их краткосрочным "предвестником" землетрясения. Аналогичные исследования проводились в Узбекистане. В районе города Ташкента, задолго до возникновения землетрясения 1966 года, были начаты измерения содержаний радона, гелия и других газов в подземных водах. Учеными было установлено, что в воде колодцев и скважин их содержание существенно изменилось перед землетрясением. М —5 —5 —5

Великое Суматро-Андаманское землетрясение 26 декабря 2004 года вызвало изменения уровня воды в Фэрбенксе, Аляска, на расстоянии 10 800 км от эпицентра. Скачкообразные изменения уровня воды, за которыми следует скачкообразный подъем уровня воды, наблюдались по меньшей мере в четырех скважинах. Предыдущее исследование показало постоянное повышение уровня воды во всех этих скважинах после землетрясения в разломе Денали в 2002 году и последовавших крупных повторных толчков. На основе общих наблюдений в [115] установили эмпирическую взаимосвязь между изменениями уровня воды, расстояниями до эпицентров и магнитудой землетрясения. Изменения уровня воды в скважинах объясняли сотрясением грунта от сейсмических волн. Расчетные средние изменения уровня воды из-за землетрясения на Суматре с использованием этой зависимости соответствовали наблюдаемым изменениям уровня воды. Исследователи пришли к выводу: поверхностными волнами землетрясения на Суматре вызвано сотрясение грунта в Фэрбенксе, оно было достаточным для изменения уровня воды в скважинах.

Федеральным государственным унитарно научно-производственным предприятием "Иркутскгеофизика" на озере Байкал создана система наблюдений электромагнитного поля Земли. Регистрация электрического поля Земли на оз. Байкал осуществляется в 9 пунктах. Они расположены вокруг южной части озера. Наряду с мониторингом электрического поля и вариаций геомагнитного поля, на каждом пункте наблюдений выполняются магнитотеллурические зондирования. Также ведут наблюдения за уровнем подземных вод в скважине. По данным наблюдений в поведении электрического поля и электропроводности геологической среды выявлены аномалии, которые связывают с землетрясением, произошедшим 27.08.2008 г. [116]. Перед землетрясением происходит затухание высокочастотных вариаций электротеллурического поля с периодами в десятки секунд. Затухание началось примерно за 20 минут до землетрясения. Близко к моменту землетрясения компоненты напряженности электрического поля скачкообразно изменяются (увеличиваются). В большей мере оно относится к вертикальной компоненте поля. На пунктах ближних к эпицентру – амплитуда сигнала больше. На удаленных пунктах амплитуда сигнала уменьшается. Аномалия уровня воды в скважине по времени совпадает с аномальным изменением напряженности электрического поля. Данную связь в [116] объясняют следующим образом: «Перед землетрясением увеличились тектонические напряжения, которые вызвали поднятие уровня подземных вод. В результате возникли электрокинетические, электрохимические и другие эффекты в верхних частях земной коры, которые проявились аномальным изменением напряженности электрического поля».

По результатам анализа данных, полученных при исследованиях ионосферы в сейсмически активных регионах, мнение ученых [117] склонилось к тому, что возмущения в ионосферной плазме инициированы внутренними гравитационными волнами, проходящими через ионосферу. Сами волны генерируются выходящими в приземную атмосферу литосферными газами. Альтернативным фактором, воздействующим на ионосферу, в работе называют электрическое поле, при этом не объясняют, что возбуждает его действие. В [117] предлагают рассматривать подготовку сильного землетрясения как заключительную стадию самоорганизации структурных элементов низкого порядка в элементы более высокого порядка, разрушаемых при землетрясениях.

Возрастание геомагнитных возмущений от уровня фоновых флуктуаций (0,1—0,2 нТл) до величин 1—2 нТл, с характерными периодами 15—150 мин, происходит синхронно по времени с зарегистрированными спорадическими волновыми возмущениями в литосфере и ионосфере Земли. Процесс коррелирован с возрастанием региональной сейсмической активности. Наблюдения свидетельствуют о наличии корреляции между динамическими процессами, происходящими в атмосфере и ионосфере Земли, с масштабными движениями земной поверхности. В трех соприкасающихся геофизических средах обнаружены процессы развития возмущений с периодами от 5—10 до 20—50 минут. Они представляют возрастание: синхронных деформаций земной поверхности, амплитуды вариаций атмосферного давления и уровня электронной концентрации в слое F2 ионосферы [118]. Отмеченные явления предваряют и сопровождают сейсмические события с магнитудами = 7—8. Наблюдаемые волновые явления характерны для земной поверхности, нижних слоев атмосферы и ионосферы Земли. Расстояния от пункта наблюдений до эпицентра достигало 7 тысяч километров. M

Над сейсмически активными регионами ионосферные возмущения проявляются, как специфические неоднородности, за несколько дней перед сильными землетрясениями. В окрестности эпицентра наблюдаются локализованные плазменные и электромагнитные возмущения. Экспериментальные исследования, проведенные со спутников Земли, свидетельствуют о существовании связи между процессами в литосфере Земли и электромагнитными и плазменными возмущениями в ионосфере [119].

В работе [117] приведен анализ экспериментальных данных, полученных на заключительной стадии подготовки землетрясений. В статье указывают на сомнительность электромагнитной и инфразвуковой связи литосферы с ионосферой накануне землетрясения. Эти гипотезы не способны описывать все наблюдаемые разнообразия. Авторы указывают на недостатки теорий: 1) неоднородности регистрируются и в магнитоспокойные периоды; 2) часто неоднородности, и связываемые с ними эффекты, остаются и после землетрясений; 3) неоднородности регистрируются как в нейтральной, так и в ионизованной компонентах ионосферы.

Пространственные масштабы ионосферных возмущений и длительность вариаций в F слое можно объяснить эффектами распространения ВГВ или появлением электрического поля [117]. В публикации  склоняются к мнению, что возникновение ионосферных неоднородностей за несколько дней перед сильными землетрясениями обусловлено распространением ВГВ через ионосферу. Их источником могут служить длинноволновые колебания Земли, локальный парниковый эффект и нестационарный приток литосферных газов.

Северокавказская геофизическая обсерватория (СКО) ИФЗ РАН включает четыре полномасштабных геофизические лаборатории в районе вулкана Эльбрус. В Баксанской нейтринной лаборатории, находящейся на глубине 3.5 км, с 2004 г. проводится поиск сигналов "предвестников". Причину характерных ультранизкочастотных волновых форм геомагнитных возмущений, отражающих процесс подготовки и развития землетрясения, ряд крупных российских ученых стали связывать с ВГВ. За несколько суток до землетрясения в Тохоку в этом районе проявились первые длиннопериодные сейсмогравитационные процессы [120]. Приборы Северокавказской геофизической лаборатории ИФЗ РАН зафиксировали несколько сейсмогравитационных всплесков, обусловленных подвижками больших массивов горной породы в области главного разлома. Здесь сформировались основные очаговые структуры цунамигенного события Тохоку [121]. Более 3000 км горной породы в разломе пришли в движение и переместились только по вертикали более чем на 3 метра. В движение было приведено более 100 млрд. м водной массы, которая со скоростью 800 км/ч двинулась к острову. По мнению ученых, этот сдвиг был подготовлен повышенной флюидной (водородно-гелиевой) активностью со стороны глубинных геосфер. 3 3

В публикации [121] сообщают об обнаружении на СКО до десятка глобальных квазипериодических сигналов с периодами 20—300 с за несколько часов до основного толчка землетрясений магнтудой > 5,5. Длительность зафиксированных наведенных магнитных сигналов укладываются в интервал от 3-х до 5 минут. Сами сигналы отличаются характерными волновыми формами, присущими только этому классу аномальных возмущений. Геомагнитные возмущения, отражающие процесс подготовки и развития землетрясения, ряд известных российских ученых, стали связывать с ВГВ. Первые длиннопериодные сейсмогравитационные процессы в районе Тохоку проявились за несколько суток до землетрясения [121]. Они сформировали основные очаговые структуры цунамигенного события. Более 3000 км горной породы в районе разлома пришли в движение и переместились только по вертикали более чем на 3.0 м. Этот сдвиг был подготовлен повышенной водородно-гелиевой активностью со стороны глубинных геосфер. В движение было приведено более 100 млрд. м водной массы, которая со скоростью 800 км/ч двинулась к острову. Приборы Северокавказской геофизической лаборатории зафиксировали несколько сейсмогравитационных всплесков, обусловленных подвижками больших массивов горной породы, входящей в состав активизировавшейся области главного разлома. М 3 3

Обоснование предвестников землетрясений опирается на гипотетические гравитационные волны, "открытые" группой западных ученых. Термин «гравимагнитные возмущения», который отражает зарождение и развитие УНЧ возмущений, в практику ввел академик РАН А.М. Прохоров. В монографии [122. С. 7] утверждается, что «гравитомагнитные возмущения» предваряют крупные сейсмические события. Возмущения отражают условия подготовки землетрясения в сейсмоопасном районе, что проявляется в аномальных вариациях магнитного поля Земли. Ученые предполагают, что тектонические процессы, развивающиеся в очаге землетрясения, генерируют поля. По мнению академика РАН Собисевича А.Л: «Сегодня есть достаточно оснований полагать, что аномальные возмущения в вариациях магнитного поля Земли, регистрируемые магнитными вариометрами при развитии очаговой области сильного землетрясения, являются производными гравитационных движений геологических отдельностей в литосфере и других геосферах» [123].

До настоящего времени не определено, что является первичным: «сейсмогравитационные возмущения, связанные с сейсмогравитационными процессами в геосферах, формирующими очаг сейсмического события, или развивающая суббуря, которая в неустойчивой энергонасыщенной ионосфере может возникнуть даже тогда, когда нет никаких очевидных причини признаков магнитной бури» [124].

Затруднительно интерпретировать результаты наблюдения "предвестников" землетрясений, основываясь на модели распространения ВГВ. Эти волны распространяются под углом к поверхности Земли. Чем больше период, тем меньше этот угол. ВГВ будут достигать высот ионосферы на удалении ~1000 км от эпицентра [119]. Однако плазменные и электромагнитные возмущения наблюдают в районе землетрясения. Эффектом распространения ВГВ трудно объяснить возникновение мелкомасштабных плазменных неоднородностей и продольные токи над эпицентром события. Теория ВГВ не дает ответа на вопрос, почему в нижней ионосфере наблюдаают колебания с периодами 10—12 и 20—25 мин.

Механизмы взаимодействия физических полей и процессы, происходящие в литосферно-ионосферно-атмосферной системе, остаются предметом разногласий между учеными. В работе [125] исследовали взаимосвязь сейсмических событий 24.05.2014 (Греция), 10.04.2016 (Афганистан), 30.10.2016 (Италия), 12.11.2017 (Ирак) и 20.07.2017 (Греция) с геомагнитными возмущениями, вызванными колебаниями земной поверхности. Данные о вариациях атмосферного давления и геомагнитного поля получены из базы данных "Синхронные измерения различных геофизических полей" в ГФО Михнево. В ней содержаться результаты комплексных измерений возмущений в литосферно-ионосферно-атмосферной системе, вызванных землетрясениями с магнитудой ≥ 6. В результате анализа данных регистрации сейсмических, акустических и геомагнитных сигналов установлена взаимосвязь сейсмических событий на расстояниях в 2—3 тыс. км от очага землетрясения с геомагнитными возмущениями, интерпретируемыми как результат воздействия на нижнюю ионосферу акустического возмущения, вызванного колебаниями земной поверхности. Акустические возмущения предлагают рассматривать [125] как механизм, обеспечивающий взаимодействие в литосферно—ионосферно—атмосферной системе. M

У поверхности Земли перед землетрясением в зоне эпицентра наблюдаются возмущения вертикальной компоненты электрического поля. В статье [126] рассматривают один тип предвестников землетрясений – возмущение электрического поля у поверхности Земли. Флуктуации электрического потенциала были измерены спутником на высоте 400 км. Максимальное возмущение вертикального электрического поля накануне сильных землетрясений может достигать 1000 В/м и десятков В/м – накануне слабых. В среднем значения возмущения равны 100—300 В/м. Токи, исходящие от поверхности Земли, текут сквозь атмосферу в ионосферу почти вертикально. Результаты расчетов электрического поля показывают, что вертикальная компонента плотности электрического тока не изменяется с высотой, следовательно, электрическое поле величины = 1000 В/м не может наблюдаться в ионосфере [126]. E

Гармский район (Республика Таджикистан) – один из наиболее сейсмоактивных в Средней Азии, верхние слои (10—12 км) представляют мезокайнозойскую терригенную толщу. В 1976—1978 гг. здесь регулярно проводилось глубинное электрическое зондирование коры одиночными импульсами. Район был ограничен = 38,2°—39,5° с. ш. и = 68,8°—71,5° в. д. В качестве источника тока использовался МГД-генератор. Нагрузкой служил электрический диполь с разносом электродов 3 км и сопротивлением 1,5 Ом [127]. При пуске МГД-генератора ток нагрузки достигал 1,5 кА, длительность зондирующего импульса составляла 2,5 с. Всего было проведено 34 пуска. Влияние импульсов тока на сейсмический режим рассматривалось в пределах временного окна ± 40 суток от момента каждого пуска. Обнаружено увеличение сейсмической активности, наступающее через 5-6 суток после акта зондирования. В последующем наступает спад активности, который длится несколько суток. Энергия, отдаваемая в электрический диполь при каждом пуске МГД-генератора, составляла 8,5 ⋅ 10 Дж. Энергия, выделенная землетрясениями в течение 40 суток, оказалась на 3,8 ⋅ 10 Дж больше энергии, выделенной в районе за тот же срок до них. Прирост энергии на каждый зондирующий импульс в среднем составил 1,1 ⋅ 10 Дж. Таким образом, сумма выделенной сейсмической энергии оказалась на пять порядков больше энергии, затраченной на электромагнитные импульсы. Сейсмический отклик относится к верхнему слою земной коры мощностью 5—10 км. Инициирующее воздействие импульса активно проявляется в приповерхностном слое коры и быстро снижается с глубиной. Высказано предположение, что такое перераспределение неслучайно. По результатам экспериментов с МГД-генератором авторы [128] сделали, по нашему мнению, не обоснованный вывод: облучение коры мощными электромагнитными импульсами приводит к дополнительной релаксации упругих напряжений в земной коре. φ λ 6 13 12

В 2000—2005 гг. на Бишкекском полигоне (Республика Кыргызстан) и Гармском полигоне была проведена новая серия из 53 сеансов облучения коры электромагнитными импульсами. Эксперимент отличался тем, что энергия облучения была выше, и вместо МГД-генератора использовался конденсаторно-тиристорный источник ЭРГУ-600. После облучения коры импульсами тока, была обнаружена активизация слабой сейсмичности. Ученые [129] провели анализ экспериментов по импульсному воздействию мощных МГД генераторов на изменение сейсмической активности. Обнаружено увеличение сейсмической активности, наступающее через 5-6 суток после акта зондирования. В последующем наступает спад активности, который длится несколько суток. Расстояние, на которое распространялось действие зондирующего диполя, доходило до 500 км, что на два порядка превосходит расстояние разноса электродов полюсов инициирующих источников (диполей) [129]. По глубине сейсмический отклик относится к верхнему слою земной коры мощностью 5—10 км. Энергия сейсмического отклика на электромагнитный импульс на много порядков выше, чем энергия зондирующих сигналов.

Полевые эксперименты, наблюдения и лабораторные эксперименты, проведенные в течение последние 25 лет для различных геологических условий (Памир и Северный Тянь-Шань) научными группами РАН, а также теоретический анализ показали: существует новый тип инициирования сейсмических событий и воздействия на деформационные процессы в земной коре – электромагнитные импульсы [130]. Ученым пока не удалось разработать физическую модель механизма, объясняющего магнитный эффект при конкретных землетрясениях. По мнению некоторых ученых [131], в горных породах происходят механико-электрические преобразования энергии, под действием меняющихся механических нагрузок. Эти преобразования сопровождаются возникновением импульса в электромагнитном поле (геомагнитный эффект).

С появлением спутников для изучения землетрясений стали широко применяться исследования, связанные с использованием космической тепловой съемки территорий. Современные спутниковые системы дают снимки тепловых излучений с высоким разрешением на местности, высокой чувствительностью (0,1 градус Кельвина) и высокой периодичностью (0,5 ч – 1 день) [132]. Спутники и поставляют ежедневные данные с разрешением 1 км в течение десятилетий. Геостационарные спутники дают изображение земного диска каждые 0,5 часа. NOAA EOS

По данным спутников "Интеркосмос", "", "" и "" и по наземным данным был выполнен комплексный анализ вариаций параметров электромагнитных полей над эпицентрами землетрясений (на разных стадиях подготовки) [133]. Исследовались изменения интенсивности магнитной и электрической компонент поля шумовых низкочастотных излучений (0,1—20 кГц), вариаций магнитного поля и изменения плотности, температуры ионосферной плазмы в период подготовки сильных землетрясений ( > 5,5). Анализ показал: в течение несколько дней перед сильными землетрясениями наблюдаются аномалии в параметрах полей на высотах максимума F-слоя ионосферы и выше (до ~1000 км). Magsat Alouette ISS-b М

Линеаменты – масштабные линейные и дугообразные элементы рельефа земной коры, связанные с глубинными разломами. Длина элемента структуры линейно ориентирована и во много раз превышает ширину. С регистрацией изменчивости систем линеаментов, выделяемых на спутниковых изображениях, связан метод оперативного анализа геодинамики сейсмоопасных территорий. Использование метода основано на предположении, что «системы линеаментов тесно связаны с системами сейсмогенных нарушений и реагируют на изменение деформаций, обусловленных изменением поля напряжений в земной коре» [134].

Точных механизмов генерации разного типа предвестников землетрясений пока не существует. Прогноз, базирующийся на анализе вариаций какого-то одного из параметров окружающей среды, не может быть достоверным. В XXI веке стало понятно, что обеспечить прорыв в прогнозе землетрясений поможет только всесторонний подход к исследованию предвестников землетрясений. В статье [135] представлена концепция обнаружения комплекса аномальных вариаций окружающей среды в области готовящегося землетрясения. В случаях прогноза землетрясений, ученые рассматривают в комплексе процессы, происходящие в системе литосфера – атмосфера – ионосфера, основываясь на измерениях многих параметров.