Исследование вариаций приземного атмосферного электричества накануне землетрясения

Внедрение: 2011 г.

Группой исследователей из ДТОО «Институт ионосферы» (Алматы, Казахстан) был применён модуль E‑154 для исследования вариаций приземного атмосферного электричества [1].

Измерительные пункты вариаций приземного атмосферного электричества находятся в горах Заилийского Алатау близ г. Алматы на радиополигоне «Орбита» на высоте 2750 м и Космостанции на высоте 3340 м над уровнем моря. 

Измерение вариаций приземного атмосферного электричества на радиополигоне «Орбита» проводилось с помощью электрометра, способного регистрировать наведенное электричество от зарядов приземной атмосферы и электромагнитную составляющую, вызванную перемещением зарядов, рисунок 1.

Рисунок 1. Внешний вид датчика электрометра, установленного на радиополигоне «Орбита» [2].

Сигнал с датчика через коаксиальный кабель подается на «зарядовый усилитель» и далее на АЦП типа Е‑154. Оцифрованный сигнал поступает в компьютер и записывается в файл. Синхронизация времени компьютера осуществляется от атомного стандарта частоты и времени через интернет по протоколу ntpdate. Анализ полученных данных был выполнен при событиях, связанных с Капчагайским землетрясением 2011 г. и падением болида над г. Челябинском в 2013 г.

Установлено, что в условиях «хорошей погоды» в изменениях приземного атмосферного электричества – Е(t) – присутствуют слабые фоновые колебания. При общей схожести записей Е(t), зарегистрированных на пунктах радиополигона «Орбита» и Космостанции, имеются отличительные особенности в вариациях атмосферного электричества (рисунок 2).

Рисунок 2. Вариации приземного атмосферного электричества при одновременных измерениях в условиях «хорошей погоды» на измерительных пунктах радиополигона «Орбита» и Космостанции. По оси Х указано время от начала суток по времени GMT в секундах. Для удобства просмотра графики смещены по оси Y.

На радиополигоне «Орбита» преимущественный спектральный пик имеет частоту f=1/482 Гц, а на Космостанции больший по мощности спектральный пик равен частоте f=1/324 Гц (рисунок 3).

Рисунок 3. Спектры мощности вариаций приземного атмосферного электричества на радиополигоне «Орбита» (слева) и Космостанции (справа).

Достоверность выявления таких событий на разнесенных пунктах была проверена с помощью анализа записей E(t) на Космостанции и радиополигоне «Орбита» в момент падения болида 15 февраля 2013 года над Челябинском. Исходные записи E(t) подвергли фильтрации цифровым фильтром высоких частот (ФВЧ) с частотой среза f=1/500. Результаты обработки данных приведены на рисунке 4.
 

Рисунок 4. Вариации приземного атмосферного электричества на радиополигоне «Орбита» и Космостанции в условиях «хорошей погоды» при падении болида 15 февраля 2013 года над Челябинском. По оси Х указано время от начала суток по времени GMT в секундах. Для удобства просмотра графики смещены по оси Y.

1 мая 2011 года в 2 часа 31 мин 29 с в Капчагайском очаге, в 70 км от г. Алматы произошло землетрясение магнитудой М=5,4. На рисунке 5 приведена запись вариаций приземного атмосферного электричества на радиополигоне «Орбита» во время данного события.

Рисунок 5. Вариации атмосферного электричества на радиополигоне «Орбита» во время Капчагайского землетрясения и его афтершока, произошедших 1 мая 2011 г. в 02 ч 31 мин 29 с и в 09 ч 13 мин 55 с. Вертикальными линиями на графике обозначено время землетрясений. По оси Х – время от начала суток 30.04.2011 г. по времени GMT в секундах. Для удобства просмотра графики смещены по оси Y.

Графики построены фильтрацией скользящим средним исходной записи вариаций электрического поля E(t) по 25 точкам (секунд). Далее с целью наглядной демонстрации увеличения амплитуды фоновых колебаний перед землетрясением был рассчитан динамический спектр мощности (рисунок 6).

Рисунок 6. Динамический спектр мощности вариаций атмосферного электричества во время Капчагайского землетрясения и его афтершока, произошедших 1 мая 2011 г. в 02 ч 31 мин 29 с и в 09 ч 13 мин 55 с.

Расчет динамических спектров показал себя как чувствительный метод выявления возмущений в фоновых вариациях приземного атмосферного электричества накануне и во время Капчагайского землетрясения 2011 года.

Подтверждена способность регистрации электромагнитного импульса с помощью пространственно разнесенных электрометров на примере взрыва болида над Челябинском в феврале 2013 г.

Работа выполнена по РБП 002 «Прикладные научные исследования в области космической деятельности» в рамках проекта «Исследовать взаимосвязь динамических процессов в атмосфере с процессами естественного и антропогенного происхождения на Земле».

Источники:

1. Салихов Н.М., Сомсиков В.М., Жумабаев Б.Т. Особенности фоновых вариаций приземного атмосферного электричества накануне Капчагайского землетрясения 2011 года // Геодинамика и солнечно-земные связи. – Алматы: ТОО «А‑Три Принт». – 2013. – С. 252‑260.
2. Салихов Н.М., Дробжева Я.В., Краснов В.М., Жумабаев Б.Т., Сомсиков В.М. Проявление сейсмической волны Капчагайского землетрясения в записях инфразвука и электрического поля // Известия Национальной Академии наук Республики Казахстан. – 2011. – № 4. – С. 129‑135.

Разработчик: Салихов Н.М., Жумабаев Б.Т., Сомсиков В.М., Дробжева Я.В., Краснов В.М. (АО «НЦКИТ НКА РК», ДТОО «Институт ионосферы», Алматы)