Связь ускорения вращательного движения Земли и сейсмичности планеты (сумма сейсмических событий). Соотношение величины возмущающего фактора и ответной реакции среды. Земная кора как объект в процессе подготовки и реализации тектонического землетрясения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

20

Институт геофизики УрО РАН

Вариации неравномерного вращения земли и эффект триггерования сейсмичности планеты

В.И. Уткин, А.К. Юрков,

И.А. Цурко, И.А. Козлова

Екатеринбург, 620016

Аннотация

На основании данных каталогов NEIС и IERS рассмотрены связи между неравномерностью скорости вращения земли и общей сейсмичностью, проявляющуюся в количестве землетрясений за единицу времени. Показано, что сейсмичность Земли увеличивается как при ускорении, так и при замедлении вращения планеты. Показано, что между изменением скорости вращения и началом процесса тектонического землетрясения может проходить более 2 суток, что дает возможность организации краткосрочного прогноза тектонического события.

Ключевые слова: ускорение вращения Земли, изменение направления ускорения, плотность землетрясений во времени, запаздывание сейсмических событий относительно смены знака ускорения.

планета сейсмичность тектоническое землетрясение

Введение

В последние годы интенсивно изучается вопрос о возможной связи между глобальной сейсмичностью Земли и неравномерностью ее вращения [Горькавый и др., 1999; Викулин, 1992; Певнев, 2003; Сидоренков, 2002, 2004; Уткин, 2006; Ostшihanskэ, 2012 Varga 2005, 2006]. Эти исследования показали, что непостоянство угловой скорости вращения Земли существенно зависит от состояния атмосферы и гидросферы планеты. Развитие этих идей привело к формулировке понятия глобальной компоненты сейсмической активности Земли [Горькавый и др., 1994, 1999]. Можно сказать, что в работах предыдущих лет показано, что изменение скорости вращения Земли интегрально отражает изменения, происходящие в оболочках планеты (литосфера, гидросфера, атмосфера).

Большинство из указанных работ рассматривали корреляционные связи между различными параметрами в сильно усредненном (глобальном или "вековом") приближении, что при несомненной ценности этих данных, не позволяет судить о причинно-следственных связях этих параметров в процессе развития изменений в указанных оболочках. Кроме того, в многочисленных публикациях по данному вопросу практически не рассматриваются проблемы прогноза тектонических землетрясений, не рассматривается вопрос о том, как отражаются указанные изменений скорости вращения Земли на поведении земной коры, подготовке и реализации сейсмических событий [Завьялов, 2006; Кейлис-Борок, 1984; Кисилев 1980; Соболев 1993, 2003]. В то же время, очевидно, что такая связь должна существовать, ибо земная кора активно участвует в обмене энергией с другими оболочками Земли. Изучение этих связей на основе данных международных каталогов NEIC и IERS представлено в данной статье.

При анализе были приняты следующие допущения. Трещиновато-пористая среда, каковой являются все горные породы, считается квазиупругой, которая обладает способностью при деформации накапливать упругую энергию. Причем деформационный процесс развивается не за счет деформации (или разрушения) отдельных блоков земной коры, а за счет движения их по межблочным соединениям [Певнев]. Ансамбли блоков могут накапливать достаточно большую упругую энергию и сбрасывать ее потом при движении массива. При этом отдельные сейсмогенные блоки сохраняют свою величину и участвуют в следующих процессах подготовки землетрясений, а наблюдаемые разрывы сплошности массива проходят, как правило, по зонам исторических разломов. Такое приближение вполне соответствует наблюдаемым эффектам в сейсмогенных районах [Рогожин].

Поскольку отдельные литосферные блоки в процессе движения литосферных плит испытывают торможение, деформацию с накоплением упругой энергии и далее сброс этой энергии, землетрясения в данной точке принимаются как независимые события, поскольку параметры подготовки землетрясения существенно зависят от свойств сейсмогенерирующей среды, в которой расположен данный литосферный блок и величины накопленной энергии [Рогожин]. Об этом свидетельствуют так же данные экспериментов по мониторигу радона в сейсмогенной области [Уткин и др., 2006; King Chi-Yu и др., 1991].

При анализе использовались данные каталога NEIС о землетрясениях с магнитудой более 5. Эта величина была выбрана из соображений существенного уменьшения наносимого ущерба событиями с магнитудами менее 5. Кроме того, принято, что радиус области подготовки землетрясения с магнитудой равной 5 не превышает 100 км [Рикитаке; Уткин и др., 2006; King Chi-Yu и др., 1991], то есть только в таких пределах возникает возможность влияния друг на друга двух независимых тектонических событий (землетрясений). И последнее: поскольку землетрясение является следствием разрядки (сброса) упругих напряжений, накопленных в горном массиве, принимаем, что триггерование события внешними силами возможно только в "подготовленной" части земной коры, когда упругие силы, накопленные в процессе движения литосферных плит (блоков) уже достаточно велики, но недостаточны для обеспечения спонтанной "разрядки" (сброса) накопленных упругих напряжений, то есть предполагается, что землетрясения могут быть следствием воздействия на массив мощного триггерующего фактора, спускового механизма сброса упругих напряжений в земной коре, например описанного в [Боков].

Полученные результаты и обсуждение

В связи с большим объемом информации в каталогах NЕIC и IERS авторы с целью убыстрения обработки данных сформировали достаточно простые таблицы, условно названные ФОРМАТ-картой, в которых представлены для каждого района и в выбранного времени графики изменения ускорения вращения Земли и указаны произошедшие в это время сейсмические события. Каждая из формат-карты для удобства использования составляется на период наблюдения 60 дней. Минимальный уровень магнитуды землетрясения выбран равным 5. Такие карты составлены в настоящее время, начиная с 1 января 2000 года.

Формат-карта представляет собой фактически электронную таблицу с ограниченными условиями. Такое представление удобно при обработке данных возможностью комбинирования этих данных и составления графиков для различных условий измерения. На Рис.1. представлен образец форм-карты на период январь-февраль 2000 г.

В основу построения карт положено изменение вращательного ускорения Земли. Выбранное для анализа в качестве исходного параметра ускорение вращения планеты (фактически первая производная от изменения длительности суток) имеет важное значение с точки зрения изменения планетой ее кинетической энергии при прохождении от одной точки изменения ускорения до другой (на рис.1 от 5 до 12; от 12 до 16; от 16 до 22 января и т.д.). Анализ приведенных данных показывает следующие особенности связи изменения скорости вращения и сейсмичности Земли.

На возможную связь ускорения (первой производной скорости вращения планеты) с общей сейсмичностью планеты указывалось ранее [Горькавый Н.Н. и др., 1994], однако не рассматривалась возможность использования этих данных при решении проблем прогноза землетрясений.

Связь ускорения вращательного движения Земли и общей сейсмичности планеты (сумма сейсмических событий) показаны на графиках рис.2., на которых можно отметить несколько характерных точек, определяющих изменение плотности землетрясений (а, б, в, г, д). В указанных точках, например, существенно изменяется направление вращательного ускорения (в точке а от - 0.15 до + 0.1 мс / сутки; в точке б от + 1 до - 3, и т.д.). Эти же точки характеризуются заметным увеличением общей сейсмичности от 0 ед / сутки до 8 ед / сутки. Разница по времени между началом изменения вращательного ускорения и ростом (увеличение числа землетрясений) составляет от 24 до 48 часов.

На графике ускорения рис.2 видно, что 04.01 замедление вращения Земли изменяется на ускорение (точка а). Это немедленно (в течение суток) приводит к перераспределению напряжений в земной коре и, соответственно, к сбросу упругой энергии (землетрясениям) в сейсмогенных районах, где упругие напряжения в земной коре достигают своего "критического" значения. Сброс упругих напряжений продолжается почти 7 суток, при этом достигается высокая (до 9 событий в сутки) плотность землетрясений во времени.

На этом же графике видно, что резкая смена направления ускорения 4 января (точка а) приводит к резкому увеличению общей сейсмичности, начиная с 5 января. Смена ускорения на замедление (точка б) скорости вращения 13 января вызывает рост общей сейсмичности, который поддерживается за счет вариаций неравномерности вращения практически до конца месяца. При этом видно, что изменение ускорения в точке в (16 января) вызывает рост сейсмичности 19 января, изменение ускорения в точке г (23 января) вызывает рост сейсмичности с 24 января и так далее. Приблизительно равномерное ускорение вращения Земли от точки а до точки б практически не вызывает роста числа землетрясений. Вероятно, в это время происходит процесс накопления упругих напряжений (деформаций). Поэтому резкое замедление вращения Земли (точка б) немедленно приводит к увеличению сейсмичности (с 12 по 23 января).

Из приведенных графиков следует еще один важный вывод: увеличение общей сейсмичности в планетарном масштабе наблюдается минимум через 24 - 48 часов после изменения направления ускорения вращения планеты. Это обстоятельство отражает инерционность системы перестройки верхней части земной коры под действием изм...