Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Глобальные свойства сейсмической активности Земли и их связь с ее вращением

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Глобальные свойства сейсмической активности Земли и их связь с ее вращением"

На правах рукописи

КЛИМЕНКО АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГЛОБАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ И ИХ СВЯЗЬ С ЕЕ ВРАЩЕНИЕМ

Специальность 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Институте Астрономии Российской Академии наук (ИНАСАН)

Научные руководители: доктор физ.-мат. наук,

Академик РАН Фридман А.М. доктор физ.-мат. наук, Академик РАЕН Яламов Ю.И.

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук,

Чл.-корр. РАН Николаев A.B.

доктор физ.-мат. Наук

Кособокое В.Г.

Ведущая организация: Институт морской геологии и

геофизики ДВО РАН (Сахалин)

Защита диссертации состоится <</9~» 2005г. в часов

на заседании диссертационного совета К002.001.01 в Институте Физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН по адресу: 123995 Москва, Д-242, Б.Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ РАН

Автореферат раз&шан/У^Л;? 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Экспериментальному и теоретическому исследованию сейсмической активности Земли посвящены многочисленные статьи, обзоры и монографии. В этих работах многие свойства землетрясений нашли объяснение. Выявлены существенные детали сейсмической активности Земли. Накоплен огромный фактический материал о землетрясениях.

В то же время можно констатировать, что общая и достаточно точная модель сейсмической активности Земли на сегодняшний день отсутствует. Пока нет возможности детально описывать локальные и глобальные закономерности сейсмической активности, определять достаточные условия возникновения землетрясений и предсказывать их.

Построение динамической модели сейсмической активности Земли является одной из наиболее важных проблем современного естествознания. Главная трудность в построении такой модели состоит в чрезвычайной сложности строения Земли. Нелегко представить себе, что такая модель в достаточном для практических целей объеме будет разработана в ближайшее время.

Нам представляется, что полезными для создания общей динамической модели сейсмической активности Земли могут быть исследования, направленные на выявление ее свойств методами, в которых сложные детали строения Земли, а также каждого конкретного землетрясения, не учитываются. В этом нас вдохновляет пример

термодинамики, эффективность использования которой на практике общеизвестна, и в которой микроскопические детали реальных процессов не учитываются.

Анализ современных представлений о сейсмичности Земли указывает на ее глобальный характер. Это проявляется в следующем: 1) землетрясения происходят во многих местах земной поверхности; 2) рост/убывание количества землетрясений в одних частях Земли сопровождается и ростом/убыванием в других областях Земли, достаточно далеко отстоящих от первых; 3) имеются глобальные закономерности широтного распределения сейсмической активности.

Качественно понятно, что это связано с характером движения отдельных блоков земной коры, с какими-то, еще не до конца понятыми, механизмами взаимодействия коры и мантии, а также с особенностями вращения Земли.

Актуальность детального исследования глобальных свойств сейсмичности, выявление глубинных факторов, определяющих эти свойства, не вызывает сомнения. Понимание этих закономерностей позволит не только выявить глобальные механизмы, ответственные за сейсмическую активность в целом, но позволит правильно подходить к изучению ее мелких деталей. Например, выявлению новых важных факторов, определяющих динамику отдельных землетрясений, возможности их прогнозирования.

Цель и основные задачи исследования

Цель проводимых в диссертации исследований заключается в нахождении статистическими методами корреляций между величинами, характеризующими глобальные свойства сейсмической активности, и некоторыми макроскопическими характеристиками Земли. Нами учитываются лишь три характеристики каждого рассматриваемого землетрясения: его магнитуда, глубина залегания гипоцентра, а также географические координаты. Макроскопическими параметрами Земли, используемыми нами для выявления глобальных особенностей сейсмической активности, являются: географические координаты интересующих нас областей, угловая скорость и угловое ускорение вращение Земли и их зависимость от времени.

Нами изучаются следующие вопросы:

1) Существует ли корреляция между сейсмической активностью в различных, достаточно больших областях земной поверхности?

2) Какой уровень этих корреляций и от чего он зависит?

3) Какие существуют закономерности широтного распределения плотности землетрясений различной магнитуды от глубины залегания их гипоцентров?

4) Существует ли взаимосвязь между сейсмической активностью и угловой скоростью вращения Земли? Как влияет на эту взаимосвязь характер распределения гипоцентров землетрясений по глубине?

5) Существует ли взаимосвязь между сейсмической активностью и угловым ускорением Земли? Зависит ли эта активность от глубины залегания гипоцентров?

6) Существует ли общий механизм, ответственный за такие глобальные характеристики, как вращение Земли и ее сейсмическая активность?

7) Как зависит сейсмическая активность областей субдукции от ориентации разломов этих зон относительно меридиана?

Основные источники информации

Для детального исследования глобальных свойств сейсмической активности нами использовался каталог Национального информационного центра по землетрясениям Геологической службы США (VX-DAT), где содержится достаточно полная и точная информация о землетрясениях различной магнитуды, глубины залегания гипоцентров, а также характера их распределения в поверхностном слое Земли. Нас интересовали события с магнитудой более чем m=4 за период времени, начиная с 1964г., когда перечисленные выше параметры землетрясений определялись достаточно надежно. За период 1964-2000гг. каталог содержит информацию о более чем 340 000 землетрясениях за период 1964-2000гг. Из них примерно 200 000 имеют магнитуду Ш>4.0.

Данные об угловой скорости вращения Земли за период 1964 -1984г., взяты нами из работы Моррисона, более поздние данные из каталога IERS.

Основные результаты работы.

1. На значительном статистическом материале подтверждены результаты работ, ранее проводимых группой под руководством A.M. Фридмана о наличии двух компонент: Т (глобальная) и М (зеркальная) сейсмической активности Земли.

2. Коэффициенты корреляции QM между высокочастотными составляющими сейсмичности (М-компонентами), для произвольных пар крупных областей Земли оказываются, как правило, значительно меньшими, чем соответствующие значения коэффициентов корреляции Qx между низкочастотными составляющими (Т-компонентами).

Значения коэффициентов корреляции QM имеют заметное по абсолютной величине значение лишь для соседних областей Земли, имеющих общую границу. Феномен отрицательной корреляции между М-компонентами сейсмической активности соседних областей ярко прослеживается в зонах наибольшей сейсмической активности - вдоль границ тектонических плит, в системе срединно-океанических хребтов и континентальных горных систем. Наибольшее значение величина QM достигает в случае, когда границы смежных областей в виде зон субдукции или спрединга образуют тройную точку таким образом, что возникают поперечно действующие силы. Механизм, обуславливающий

наличие М-компоненты сейсмичности связан, по видимому, с локальными особенностями колебаний и движения тектонических плит.

3. Обнаружено принципиальное отличие в поведении М-компоненты в «спокойные» периоды и периоды высокой сейсмической активности. В «спокойные» периоды между М-компонентами сейсмичности некоторых, достаточно крупных, регионов имеет место отрицательная (зеркальная) корреляция, в то время как в активные периоды корреляция становится положительной.

4. Обнаружена корреляция между количеством землетрясений N(t) и угловой скоростью вращения Земли П(/)., угловым ускорением

и модулем углового ускорения Причем, тогда как

корреляция между N(t) и £i(i) и между N{t) и велика лишь

для слабых землетрясений (М>4.0 И М>4.5), то корреляция между N(t) и (К1/dt велика для всех магнитуд (за и с к л ю ч е Мй&(м и начиная с М>5.0 монотонно повышается с ростом магнитуды. Это означает, что на сейсмичность оказывает влияние не только величина углового ускорения, но и ее знак. Сейсмическая активность растет при увеличении углового ускорении и падает при его уменьшении.

5. Показано, что изменение углового ускорения вращения Земли запаздывает относительно изменения сейсмической активности на 1-2 года. Поскольку энергия всех землетрясений, за некоторый период времени, на два-три порядка меньше, чем вариации энергии вращения тонкого слоя земной коры где происходят землетрясения, за тот же период времени, то это указывает на существование некоторого

глобального физического процесса, который обуславливает деформации земной коры, сопровождающимися землетрясениями и со сдвигом, приблизительно в два года, проявляющегося в изменениях угловой скорости вращения Земли.

6. Доказана связь между сейсмической активностью зон субдукции в зависимости от их ориентации относительно оси вращения Земли. Показано, что наиболее хорошо коррелирует с изменением угловой скорости вращения Земли сейсмическая активность в тех зонах субдукции, которые расположены вдоль меридиана. Это, возможно, указывает на характер деформаций земной коры, которые приводят к изменению сейсмической активности в зонах субдукции и связанные с изменениями угловой скорости вращения Земли. К изменению числа землетрясений в зонах субдукции, ориентированных преимущественно вдоль меридианов, и аналогичному по знаку изменению угловой скорости вращения Земли должны приводить к деформации в экваториальной плоскости.

7. Существует сильная зависимость сейсмической активности Земли от широты, причем эта зависимость одинакова для землетрясений с различными магнитудами.

8. Особенностью Северного полушария является неизменность локализации максимумов плотности землетрясений с различными магнитудами на широте 40° с.ш., за исключением землетрясений с глубинами гипоцентров свыше 300км., когда максимум плотности землетрясений смещается на 30° с.ш., а также появляется меньший пик на 50° с.ш.

9. В Южном полушарии с ростом глубины гипоцентров происходит смещение максимумов плотности землетрясений. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат на глубинах менее 30 км., максимум плотности находится на экваторе. Тогда как для землетрясений с глубиной гипоцентров свыше 300 км. максимум плотности находится на 20° ю.ш.

Защищаемые положения.

1. Существуют глобальные свойства сейсмической активности Земли. Это проявляется в корреляции сейсмичностей больших участков земной коры достаточно далеко удаленных друг от друга. Наиболее ярко глобальные свойства проявляет низкочастотная составляющая сейсмичности Земли.

2. Существует корреляция между сейсмической активностью Земли и изменениями как угловой скорости ее вращения й^;), так и ускорения Земли.

3. Существует некоторый физический процесс, следствием действия которого является изменения сейсмичности Земли и ее угловой скорости вращения. Отклик изменения сейсмической активности Земли опережает соответствующие изменение угловой скорости ее вращения на 1-2 года.

4. Существует связь между сейсмической активностью в зонах субдукции и их ориентации относительно оси вращения Земли. Лучше всего с изменением угловой скорости вращения Земли коррелирует

сейсмическая активность в зонах субдукции, направленных вдоль меридиана.

5. Характер широтного распределения сейсмической активности существенным образом зависит от глубины залегания гипоцентров землетрясений.

Апробация работы и публикации

Основные результаты наших исследований опубликованы в четырех статьях и докладывались на многочисленных международных, всероссийских и институтских конференциях и семинарах.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, двух приложений и списка используемой литературы, включает 29 рисунков и 15 таблиц.

В первой главе описывается глобальный характер сейсмической активности Земли. Глобальный характер сейсмической активности земли проявляется в следующем:

1. Существует низкопериодическая (с характерным временем изменения >5 лет) компонента сейсмической активности Земли, названная глобальной Т-компонентой, которая ведет себя похожим образом в любых, достаточно крупных регионах Земли. Коэффициенты корреляции, между кривыми N(1) для таких регионов очень высоки для любых величин магнитуд землетрясений. Существование глобальной

Т-компоненты сейсмичности Земли указывает на существование некоторого физического процесса, с характерным периодом больше пяти лет, ответственного за сейсмический режим Земли в целом. 2. Коэффициенты корреляции QM между высокочастотными составляющими сейсмичности (М-компонентами), для произвольных пар крупных областей Земли оказывается, как правило, значительно меньшими, чем соответствующие значения коэффициентов корреляции Qт между низкочастотными составляющими (Т-компонентами).

Рис. 1. а) Изменение годового числа землетрясений с магнитудой т>6.0 в Восточном (1) и Западном (2) полушариях, б) Сглаженные по 5-ти

годам данные и разность между годовыми данными и

сглаженными кривыми.

Значения коэффициентов корреляции QM имеют заметное по абсолютной величине значение лишь для близких областей Земли. Механизм, обуславливающий наличие М-компоненты сейсмичности

связан, по-видимому, с локальными особенностями колебаний и движения тектонических плит.

Обнаружено принципиальное отличие в поведении М-компоненты в «спокойные» периоды и периоды высокой сейсмической активности. В «спокойные» периоды между М-компонентами сейсмичности некоторых, достаточно крупных, регионов имеет место отрицательная (зеркальная) корреляция, в то время как в активные периоды корреляция становится положительной. Феномен отрицательной корреляции между М-компонентами сейсмической активности соседних областей ярко прослеживается в зонах наибольшей сейсмической активности - вдоль границ тектонических плит, в системе срединно-океанических хребтов и континентальных горных систем.

Во второй главе рассматривается связь между глобальной сейсмической активностью и угловой скоростью вращения Земли.

В работах А.М.Фридмана с сотрудниками была развита идея о возможной связи глобальных свойств сейсмической активности Земли с особенностями ее углового вращения. Важным аргументом в поддержку этой идеи явилось доказательство существования глобальной компоненты сейсмической активности Земли. Детали этого вопроса подробно обсуждались нами в главе 1. Наличие высокой корреляции между сейсмическими активностями произвольных достаточно больших областей земного шара указывает на существование некоторого глобального процесса, меняющего интенсивность

сейсмической активности одновременно во всем поверхностном слое Земли.

Наблюдаемые вариации угловой скорости вращения Земли, , и ее временной производной, , должны неизбежно

вызывать напряжения (растяжения-сжатия) во всех трех основных областях Земли (коре, мантии и ядре). В поверхностном слое Земли это может привести, например, к возмущению движения литосферных плит. Следствием последнего могут являться разрушения границы соприкасающихся плит, воспринимаемые как повышенная сейсмическая активность в пограничных зонах плит (землетрясения в областях субдукции и спрединга).

Сделанная в 1989г. Фридманом с соавторами энергетическая оценка показала, что величина энергетического «резервуара», возникающая вследствие изменения угловой скорости вращения даже части сейсмически активного слоя Земли глубиной 300 км., на 3 порядка превосходит энергию землетрясений за тот же период времени.

Исходя из этой энергетической оценки, была предложена программа исследований зависимости сейсмической активности Земли от особенностей ее вращения. При этом казалось, что напряжения в земной коре возникают как при ускорении, так и при замедлении вращения Земли. В этом случае следовало ожидать корреляции между годовыми значениями количества землетрясений N(1) и модуля

углового ускорения Последующие исследования Фридмана с

соавторами показали, что коэффициенты корреляции между графиками

N(t) И \dTl/dt\ невелики при малых магнитудах землетрясений и

возрастают: а) с увеличением магнитуды; б) с усреднением графиков по 3-5 годам (скользящее среднее), в) при сдвиге графика N(t) назад по времени (на 1-3 года).

В этих исследованиях, на основе выборки из 113 тысяч землетрясений с т>4 из каталога геологической службы США за 25 лет (с 1964 по 1988гг.), было показано, что с ростом магнитуды землетрясений корреляция между графиками N(t) и Q(t) падает, в

отличие от случая, когда вместо кривой рассматривалась кривая

\eKl/dt\

Для того чтобы получить большую ясность в вопросе о связи глобальных свойств сейсмической активности Земли с особенностями ее углового вращения, было проведено детальное изучение этого вопроса. Новизна проводимого нами исследования заключается в подробном анализе взаимосвязи сейсмичности и распределения гипоцентров землетрясений разных магнитуд по глубине. Как было показано, учет фактора глубины залегания гипоцентров землетрясений позволяет понять важные детали взаимосвязи сейсмической активности и особенностей вращения Земли.

1. Без учета глубин залегания гипоцентров землетрясений корреляция между сейсмичностью и угловой скоростью вращения Земли проявляется ярко лишь для землетрясений с магнитудами т>4.0 И т>4.5. Однако с учетом глубин землетрясений эта взаимосвязь четко проявляется для землетрясений любых магнитуд.

2. Для сейсмичности любых магнитуд, всегда найдутся такие интервалы глубин земной коры, для которых коэффициенты корреляции между N(t) И (Kl/dt принимают большие значения.

3. Для землетрясений с магнитуд ой т>4.0 коэффициенты корреляции между и

велики почти для всех глубин залегания гипоцентров, поэтому

большими являются и общие коэффициенты корреляции.

4. Для сейсмичности с магнитудами т>4.5 существуют слои земной коры, где коэффициенты корреляции между N(t) и fi(f),

между принимают

отрицательные значения. Наличие слоев земной коры с отрицательной корреляцией между сейсмичностью и функциями и

особенно существенно для землетрясений с магнитудами близкими к m=5.0.

5. Коэффициенты корреляции между N(t) и (Kl/dt, для землетрясений с магнитудами и монотонно растут с ростом магнитуды. Они существенно больше, чем соответствующие коэффициенты корреляции между N(t) и ]£!/еЦ . Это означает, что на

сейсмичность оказывает влияние не только величина углового ускорения, но и ее знак. Сейсмическая активность растет при увеличении углового ускорении и падает, при его уменьшении.

Рис. 2. Зависимость коэффициентов корреляции между количеством землетрясений Щ() и модулем углового ускорения Земли |dß/ift| (светлые столбики); между N(t) и угловым ускорением Земли dCl/dt (темные столбики) от глубины залегания гипоцентров землетрясений. Все графики сглажены по 5-ти годам. Q3 - значение коэффициента корреляции между N(t) jdQ/ift|; Q4 между N(t) и dCljdt Коэффициенты Q3 и Q4 вычислены для землетрясений указанных магнитуд без учета того, на какой глубине залегают гипоцентры этих землетрясений.

6. Показано, что изменение углового ускорения вращения Земли запаздывает относительно изменения сейсмической активности на 1-2 года. Поскольку энергия всех землетрясений за некоторый период на два-три порядка меньше, чем вариации энергии вращения тонкого слоя земной коры, где происходят землетрясения, то это указывает на существование некоторого глобального физического процесса, который обуславливает деформацию земной коры, сопровождающуюся землетрясениями, и со сдвигом приблизительно в два года проявляющегося в изменениях угловой скорости вращения Земли.

7. Доказана зависимость сейсмической активности зон субдукции от ориентации последней относительно оси вращения Земли. Показано, что сейсмическая активность наиболее хорошо коррелирует с изменением угловой скорости вращения Земли в тех областях, которые расположены вдоль меридиана. Это, возможно, указывает на характер деформации земной коры, который приводит и к изменению сейсмической активности в зонах субдукции, и к изменениям угловой скорости Земли. Очевидно, что вращение Земли лучше связано с деформациями в экваториальной плоскости, а не в полярной. А «экваториальные» деформации, в свою очередь, по-разному влияют на взаимодействие плит, границы соприкосновения которых по-разному ориентированы относительно меридианов.

В третьей главе подробно изучается широтное распределение плотности землетрясений различной магнитуды, а также детально анализируется влияние на изучаемые распределения глубины залегания

гипоцентров. Проведенное исследование широтной зависимости плотности землетрясений, с учетом глубин залегания их гипоцентров, выявило новые, ранее не известные закономерности. 1. Существует сильная зависимость сейсмической активности Земли от широты, причем эта зависимость одинакова для землетрясений с различными магнитудами.

Рис.3 Распределение плотности землетрясений различной магнитуды от широты, вне зависимости от глубин залегания их гипоцентров. Цифрами 1,2,3,4,5 обозначены графики для землетрясений с магнитудами т>4.0; 4.5; 5.0; 5.5; 6.0 соответственно.

2. Особенностью Северного полушария является неизменность локализации максимумов плотности землетрясений с различными магнитудами на широте 40° с.ш., за исключением землетрясений с глубинами гипоцентров свыше 300км., когда максимум плотности землетрясений смещается на 30 с.ш., а также появляется меньший пик на 50° с.ш.

3. В Северном полушарии на широте 40° существуют три максимума плотности землетрясений: в Средиземном море южнее Турции, в районе Пакистана и восточнее Японии. Помимо этого, в Северном полушарии находятся еще два максимума плотности землетрясений: один - в Тихом океане недалеко от Панамы (10° с.ш.;100° з.д.), и другой - возле экватора в районе о.Калимантан. Любопытным является наличие большого количества поверхностных землетрясений вблизи Тихоокеанского побережья США и Канады, хотя при больших глубинах гипоцентров плотность землетрясений в этом районе остается невысокой.

4. В Южном полушарии с ростом глубины гипоцентров происходит смещение максимумов плотности землетрясений. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат на глубинах менее 30 км., максимум плотности находится на экваторе. Для землетрясений с глубиной гипоцентров свыше 300 км. максимум плотности находится на 20°ю.ш.

5. В Южном полушарии существуют две области с высокой плотностью глубоких землетрясений: вдоль линии о.Калимантан - север Новой Зеландии и вблизи побережья Чили.

6. Общее число землетрясений, зарегистрированных в Северном полушарии значительно превышает число землетрясений, зарегистрированных в Южном полушарии.

7. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат глубже 100 км., сейсмическая активность Южного полушария уже превосходит таковую

для Северного, а для глубоких (свыше 300 км.) землетрясений она полностью доминирует.

8. В то время как эпицентры поверхностных землетрясений распределены по значительной поверхности Земли, при росте глубины площадь распространения эпицентров землетрясений уменьшается, и наиболее глубокие землетрясения ^>300км.) происходят фактически в одном месте - вблизи 20° ю.ш. 180° в.д.

Заключение

Основные результаты выполненных исследований по изучению глобальных свойств сейсмической активности Земли могут быть кратко сформулированы следующим образом:

1. Подтверждены результаты ранее проводимых работ группы под

руководством Фридмана А.М о наличии глобальной Т-компоненты сейсмической активности Земли. Коэффициенты корреляции QT между низкочастотными составляющими сейсмичности (Т-компонентами), для любых пар крупных областей Земли, для землетрясений с магнитудами т>4.0 оказывается близкими к единице. Это означает, что низкочастотные составляющие в любых достаточно крупных областях поверхности Земли меняются практически одинаково, т.е. Т-компонента сейсмической активности Земли является глобальной для всей Земли.

2. Существование глобальной Т-компоненты сейсмичности Земли указывает на существование некоторого физического процесса, с характерным периодом больше пяти лет, ответственного за сейсмический режим Земли в целом.

3. Коэффициенты корреляции QM между высокочастотными составляющими сейсмичности (М-компонентами), для произвольных пар крупных областей Земли оказывается, как правило, значительно меньшими, чем соответствующие значения коэффициентов корреляции От между низкочастотными составляющими (Т-компонентами).

Значения коэффициентов корреляции QM имеют заметное по абсолютной величине значение лишь для соседних областей Земли, имеющих общую границу. Феномен отрицательной корреляции между М-компонентамй сейсмической активности соседних областей ярко прослеживается в зонах наибольшей сейсмической активности - вдоль границ тектонических плит, в системе срединно-океанических хребтов и континентальных горных систем. Наибольшее значение величина QM достигает в случае, когда границы смежных областей в виде зон субдукции или спрединга образуют тройную точку таким образом, что возникают поперечно действующие силы. Механизм, обуславливающий наличие М-компоненты сейсмичности связан, по видимому, с локальными особенностями колебаний и движения тектонических плит.

4. Обнаружено принципиальное отличие в поведении М-компоненты в «спокойные» периоды и периоды высокой

сейсмической активности. В «спокойные» периоды между М-компонентами сейсмичности некоторых, достаточно крупных, регионов имеет место отрицательная (зеркальная) корреляция, в то время как в активные периоды корреляция становится положительной.

5. Обнаружена корреляция между количеством землетрясений N(t) и угловой скоростью вращения Земли , угловым ускорением

dCi/dt и модулем углового ускорения jiÄYift]. Причем, если корреляция

между NQ) и П(0, и между N(t) и |dp/cft| велика лишь для слабых

землетрясений то корреляция между

велика для всех магнитуд (за исключением и начиная с , монотонно повышается с ростом магнитуды.

6. Для землетрясений с магнитудой т>4.0 коэффициенты корреляции между , между , и между и

велики почти для всех глубин залегания гипоцентров, поэтому

большими являются коэффициенты корреляции указанных пар графиков с учетом гипоцентров на всех глубинах.

7. Для сейсмичности с магнитудами т>4.5 существуют слои земной коры, где коэффициенты корреляции между , между принимают отрицательные значения. Наличие слоев земной коры с отрицательной

корреляцией между сейсмичностью и функциями Q(t), dd/dt и |ci!Q/ift| особенно существенно для землетрясений с магнитудами близкими к т=5. 0.

8. Коэффициенты корреляции между N(t) И dQ.jdt, для землетрясений с магнитудами и монотонно растут с ростом магнитуды. Они существенно больше, чем соответствующие коэффициенты корреляции между N(t) И . Это означает, что на

сейсмичность оказывает влияние не только величина углового ускорения, но и ее знак. Сейсмическая активность растет при увеличении углового ускорении и падает при его уменьшении.

9. Показано, что изменение углового ускорения вращения Земли запаздывает относительно изменения сейсмической активности на 1-2 года. Поскольку энергия всех землетрясений за некоторый период на два-три порядка меньше, чем вариации энергии вращения тонкого слоя земной коры, где происходят землетрясения, то это указывает на существование некоторого глобального физического процесса, который обуславливает деформации земной коры, сопровождающимися землетрясениями, и со сдвигом приблизительно в два года проявляющиеся в изменениях угловой скорости вращения Земли.

10. Доказана связь между угловой скоростью вращения Земли и сейсмической активностью зон субдукции в зависимости от их

ориентации. Показано, что наиболее хорошо коррелирует с изменением угловой скорости вращения Земли сейсмическая активность в тех зонах субдукции, которые расположены вдоль меридиана. Это, возможно, указывает на характер деформаций земной коры, которые приводят к изменению сейсмической активности в зонах субдукции и связанные с изменениями угловой скорости вращения Земли. К изменению числа землетрясений в зонах субдукции, ориентированных преимущественно вдоль меридианов, и аналогичному по знаку изменению угловой скорости вращения Земли должны приводить деформации в экваториальной плоскости.

11. Существует сильная зависимость сейсмической активности Земли от широты, причем эта зависимость одинакова для землетрясений с различными магнитудами.

12. Особенностью Северного полушария является неизменность локализации максимумов плотности землетрясений с различными магнитудами на широте 40° с.ш., за исключением землетрясений с глубинами гипоцентров свыше 300км., когда максимум плотности землетрясений смещается на 30° с.ш, а также появляется меньший пик на 50° с.ш.

13. В Северном полушарии на широте 40° существуют три максимума плотности землетрясений: в Средиземном море южнее Турции, в районе Пакистана и восточнее Японии. Помимо этого, в

Северном полушарии находятся еще два максимума плотности землетрясений: один в Тихом океане недалеко от Панамы (10° с.ш.;100° з.д.) и другой возле экватора в районе о.Калимантан. Любопытным является наличие большого количества поверхностных землетрясений вблизи Тихоокеанского побережья США и Канады, хотя при больших глубинах гипоцентров плотность землетрясений в этом районе остается невысокой.

14. В Южном полушарии с ростом глубины гипоцентров происходит смещение максимумов плотности землетрясений. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат на глубинах менее 30 км., максимум плотности находится на экваторе. Для землетрясений с глубиной гипоцентров свыше 300 км. максимум плотности находится на 20°ю.ш.

15. В Южном полушарии существуют две области с высокой плотностью глубоких землетрясений: вдоль линии о.Калимантан - север Новой Зеландии и вблизи побережья Чили.

16. Общее число землетрясений, происходящих в Северном полушарии, значительно превышает число землетрясений, происходящих в Южном полушарии.

17. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат глубже 100 км., сейсмическая активность Южного полушария уже превосходит таковую

для Северного, а для глубоких (свыше 300 км.) землетрясений она полностью доминирует.

18. В то время как эпицентры поверхностных землетрясений (с1<30км.) распределены по значительной поверхности Земли, при росте глубины площадь распространения эпицентров землетрясений уменьшается, и наиболее глубокие землетрясения происходят фактически в одном месте - вблизи 20° ю.ш. и 180° в.д.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.M. Фридман, С.К. Татевян, Ю.А. Трапезников, A.B. Клименко Об особенностях вариации глобальной и зеркальной компонент сейсмической активности Земли // Геология и геофизика, 2001, т. 42, № 10, с. 1504-1515.

2. Фридман A.M., Клименко A.B. Две компоненты сейсмической активности Земли и их связь с особенностями суточного вращения / Нелинейные волны'2002 / Отв. ред. А.В Гапонов-Грехов, В.И. Некоркин - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2003. с.133-155.

3. Фридман A.M., Клименко A.B. О связи сейсмической активности Земли с широтой в зависимости от глубины гипоцентров. // Физика Земли. 2002. №12. с.50-55.

4. A.M. Фридман, A.B. Клименко, Е.В. Поляченко, М.В. Фридман О связи глобальной сейсмической активности Земли с особенностями ее вращения. // Сейсмология и вулканология. 2005. № 1.

Z5.00

_ 1247

> * Г » \

T * «л. £ %

/ I* i ■ • i ( - a 7 1

■ 5 î » ; * * ♦ »■» ^ f

\ I - / 2 2 АПР 2005 ~ ' "

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Клименко, Алексей Владимирович

Введение

Актуальность темы.

Цель и основные задачи исследования.

Основные источники информации.

Предварительные замечания.

Публикации и оппробации.

Структура работы.

Глава 1 Глобальный характер сейсмической активности

Земли.

1.1 Методика исследований

1.2 Распределение сейсмической активности по 17 поверхности Земли.

1.3 Об общих чертах графиков N(1) сейсмической 21 активности при различных магнитудах.

1.4 Корреляция сейсмической активности Северного и 22 Южного полушарий.

1.5 Корреляция сейсмической активности Восточного и 26 Западного полушарий.

1.6 Корреляция сейсмической активности для любых 28 крупных регионов Земли.

1.7 М- и Т- компоненты сейсмической активности в 30 наиболее сейсмически активных регионах Земли.

1.7.1 Сейсмичность на стыке Евразийской, 30 Тихоокеанской и Индо-Австралийской плит.

1.7.2 Сейсмичность срединно-океанических 34 хребтов.

1.7.3 Сейсмичность Альпийско-Гималайского 35 пояса.

1.8 Распределение землетрясений по магнитудам.

1.9 Выводы.

Глава 2 О связи сейсмической активности Земли с особенностями ее вращения.

2.1 Исходные данные.

2.1.1 Зависимость угловой скорости вращения 43 Земли от времени.

2.1.2 Распределение гипоцентров землетрясений по 44 глубине.

2.2 Частота землетрясений и угловая скорость вращения 45 Земли.

2.3 Сейсмичность и угловое ускорение Земли.

2.4 Сейсмичность зон спрединга и неравномерность 50 вращения Земли.

2.5 Связь сейсмичности отдельных зон субдукции с 51 неравномерностью вращения Земли.

2.6 О механизме, ответственном и за изменение угловой 53 скорости вращения, и за сейсмическую активность

Земли.

2.7 О зависимости сейсмической активности зон 56 субдукции от их ориентации.

2.8 Выводы.

Глава 3 Зависимость сейсмической активности от широты.

3.1 Зависимость плотности землетрясений с различной 64 магнитудой от широты.

3.2 Зависимость плотности землетрясений с различной 66 глубиной гипоцентров от широты.

3.2.1 Глубины гипоцентров менее 30 км.

3.2.2 Глубины гипоцентров от 30 до 100 км.

3.2.3 Глубины гипоцентров от 100 до 300 км.

3.2.4 Глубины гипоцентров свыше 300 км. 69 3.3 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Глобальные свойства сейсмической активности Земли и их связь с ее вращением"

Актуальность темы

Экспериментальному и теоретическому исследованию сейсмической активности Земли посвящены многочисленные статьи, обзоры и монографии (см. например [1]—[10]). В этих работах многие свойства землетрясений нашли объяснение. Выявлены существенные детали сейсмической активности Земли. Накоплен огромный фактический материал о землетрясениях.

В то же время можно констатировать, что общая и достаточно точная модель сейсмической активности Земли на сегодняшний день отсутствует. Пока нет возможности детально описывать локальные и глобальные закономерности сейсмической активности, определять достаточные условия возникновения землетрясений и с достаточно большой надежностью предсказывать их ([5]—[10]).

Построение динамической модели сейсмической активности Земли является одной из наиболее важных проблем современного естествознания. Главная трудность в построении такой модели состоит в чрезвычайной сложности строения Земли. Нелегко представить себе, что такая модель в достаточном для практических целей объеме будет разработана в ближайшее время.

Нам представляется, что полезными для создания общей динамической модели сейсмической активности Земли могут быть исследования, направленные на выявление ее свойств методами, в которых сложные детали строения Земли, а также каждого конкретного землетрясения, не учитываются. В этом нас вдохновляет пример термодинамики, эффективность использования которой на практике общеизвестна, и в которой микроскопические детали реальных процессов не учитываются.

Анализ современных представлений о сейсмичности Земли указывает на ее глобальный характер. Это проявляется в следующем: 1) землетрясения происходят во многих местах земной поверхности; 2) рост/убывание количества землетрясений в одних частях Земли сопровождается и ростом/убыванием в других областях Земли, достаточно далеко отстоящих от первых; 3) имеются глобальные закономерности широтного распределения сейсмической активности.

Качественно понятно, что это связано с характером движения отдельных блоков земной коры, с какими-то, еще не до конца понятыми, механизмами взаимодействия коры и мантии, а также с особенностями вращения Земли.

Актуальность детального исследования глобальных свойств сейсмичности, выявление глубинных факторов, определяющих эти свойства, не вызывает сомнения. Понимание этих закономерностей позволит не только выявить глобальные механизмы, ответственные за сейсмическую активность в целом, но позволит правильно подходить к изучению ее мелких деталей. Например, выявлению новых важных факторов, определяющих динамику отдельных землетрясений, возможности их прогнозирования.

Цель и основные задачи исследования

Цель проводимых в диссертации исследований заключается в нахождении статистическими методами корреляций между величинами, характеризующими глобальные свойства сейсмической активности, и некоторыми макроскопическими характеристиками Земли. Нами учитываются лишь три характеристики каждого рассматриваемого землетрясения: его магнитуда, глубина залегания гипоцентра, а также географические координаты. Макроскопическими параметрами Земли, используемыми нами для выявления глобальных особенностей сейсмической активности, являются: географические координаты интересующих нас областей, угловая скорость и угловое ускорение вращение Земли и их зависимость от времени.

Нами изучаются следующие вопросы:

1) Существует ли корреляция между сейсмической активностью в различных, достаточно больших областях земной поверхности?

2) Какой уровень этих корреляций и от чего он зависит?

3) Какие существуют закономерности широтного распределения плотности землетрясений различной магнитуды от глубины залегания их гипоцентров?

4) Существует ли взаимосвязь между сейсмической активностью и угловой скоростью вращения Земли? Как влияет на эту взаимосвязь характер распределения гипоцентров землетрясений по глубине?

5) Существует ли взаимосвязь между сейсмической активностью и угловым ускорением Земли? Каково влияние на нее распределение гипоцентров по глубине?

6) Существует ли механизм общий для таких глобальных характеристик, как вращение Земли и ее сейсмическая активность?

7) Как зависит сейсмическая активность областей субдукции от ориентации разломов этих зон относительно меридиана?

Основные источники информации

Для детального исследования глобальных свойств сейсмической активности" нами использовалась достаточно полная и точная информация о землетрясениях различной магнитуды, глубины залегания гипоцентров, а также характера их распределения в поверхностном слое Земли за достаточно большой промежуток времени.

Известно, что наиболее полная информация о координатах, глубинах залегания гипоцентров, магнитудах, а также времени землетрясений содержится в соответствующих каталогах. Нами были использованы два, по-видимому, наиболее известных: каталог Национального информационного центра по землетрясениям Геологической службы США (VX-DAT) [11], и каталог Международного сейсмологического центра (ISC) [12]. Эти каталоги содержат не только большие объемы информации о землетрясениях, но и удобны для компьютерной обработки информации, содержащейся в них. Каталог VX-DAT содержит информацию о более чем 340 ООО землетрясениях за период 1964-2000гг. Из них примерно 200 000 имеют магнитуду ш>4.0. Не меньший объем информации о землетрясениях заключен в каталоге ISC.

Выполненный сравнительный анализ [13] этих каталогов позволил сделать вывод, что для изучения пространственно-временных особенностей слабых землетрясений лучше использовать каталог (VX-DAT), который дает более равномерный охват всех зон земной поверхности с определением характеристик землетрясения (время, координаты гипоцентра, магнитуда), хотя, возможно, и с меньшей точностью, чем в ISC-каталоге. Поэтому в основе наших исследований лежат данные о землетрясениях за период 19642000гг., содержащиеся в каталоге VX-DAT.

Данные об угловой скорости вращения Земли за период 1964 - 1984г., взяты нами из работы Моррисона [14], более поздние данные из каталога IERS [15].

Предварительные замечания

Прежде чем приступить к анализу статистических закономерностей сейсмической активности Земли следует, видимо, хотя бы очень кратко пояснить, как определяются величины N(t), т.е. как детектируются землетрясения и их основные характеристики.

Из очага землетрясения (размер которого зависит от энергии землетрясения, примем для определенности, что его порядок составляет несколько километров) испускаются сейсмические волны. Последние представляют собой низкочастотные звуковые волны в твердой упругой Земле. Они делятся на поверхностные и объемные. Первые распространяются вдоль земной поверхности, вторые, в свою очередь, делятся на продольные (упругие волны сжатия) и поперечные (упругие волны сдвига). Объемные волны в буквальном смысле слова «просвечивают» нашу планету и, подобно рентгеновскому анализу, позволяют выявлять внутреннее строение Земли без непосредственного проникновения в ее недра (Рис. 1). Скорость продольных волн в 1.7 раза больше скорости поперечных, поэтому продольные волны первыми регистрируются на сейсмографах и называются Р-волнами (primary). Поперечные волны называются S-волнами (secondary).

Рис. 1. [2] Распространение сейсмических Р-волн в Земле. Сечение Земли показывает пути сейсмических Р-волн, излучаемых из очага землетрясения, расположенного непосредственно под эпицентром (точка Е). Прерывистые линии (изохроны) указывают время прихода в минутах Р-волн в различные точки земной поверхности. Р-волны не регистрируются в обширной зоне тени, что обусловлено преломлением этих волн на границе мантия-ядро.

22

I/ 4 к н— и 1 3

1)

Согласно полученным сейсмологией данным Землю можно условно считать состоящей из трех основных областей: коры, мантии и ядра (Рис. 2). Кора отделена от мантии резкой сейсмической границей, на которой свойства среды скачкообразно изменяются (возрастают скорости ур и и плотность р). Толщина земной коры нерегулярна, она изменяется от -10 км. (с учетом толщи воды) в океанах до -100 км. и более в горных районах континентальных областей. Вклад земной коры в полную массу Земли и ее момент инерции мал, поэтому обычно при рассмотрении Земли в целом земную кору представляют в виде однородного слоя эффективной толщины -35 км. Ниже коры в интервале глубин 35 км. - 2885 км. расположена силикатная оболочка, или мантия Земли.

РебЧеетСКИ* ^ Атлантич Г

Зона Беньоффа (зона глубоких землетрясений)

Литосфера \ (кора)

Мантия

Рис. 2. Внутреннее строение Земли, состоящее из трех основных областей: коры мантии и ядра. Толщины литосферы и астеносферы сильно преувеличены.

Наконец, центральная часть Земли расположена в интервале глубин 2885-6371 км., образуя ядро. Так как средняя плотность Земли рср&5.5 г/см3, а плотности гранита и базальта, образующих поверхностный слой коры, равны,

Л 1 соответственно, 2.8 г/см и 3.0 г/см , то ядро должно быть достаточно тяжелым. Заметим, что плотность железных метеоритов составляет « 7.85 г/см3.

На границе мантия - ядро скорость Р-волн скачком падает от 13.6 км/с до 8.1 км/с, скорость Э-волн подает от 7.3 км/с до 0, плотность возрастает от 5.5 до 10 г/см . Так как в ядре у$=0, следовательно, согласно (1) /л=0, т.е. ядро является жидким.

Чарльз Рихтер ввел в сейсмологию понятие магнитуды землетрясения М& представляющую собой количественную характеристику последнего, связанную с параметрами возбуждаемыми этим землетрясением поверхностных волн (шкала Рихтера): м (2)

5 6 (771с) где а - амплитуда смещения почвы в микронах в поверхностных волнах с периодом Т в секундах (Т ~ 20с), А - эпицентральное расстояние, Н -глубина очага землетрясения. Эмпирическая формула /(А, И) позволяет приводить все наблюдения к стационарному эпицентральному расстоянию А = 100км., а С - поправка на отклонение грунта от «стандартного».

Логарифмическая шкала позволяет одной формулой охватить значительный интервал в интенсивности землетрясений. Сильнейшие землетрясения характеризуются магнитудами большими восьми баллов по шкале Рихтера. Так, катастрофическое чилийское землетрясение 22 мая 1960г. имело магнитуду М8 = 8.3. Это землетрясение вошло в историю еще и потому, что после него впервые был зарегистрирован весь спектр собственных колебаний Земли. Магнитуды слабых толчков, которые регистрируются, доходят до отрицательных величин (вплоть до -3).

Глубокие землетрясения излучают объемные волны. Характеризующая их магнитуда обозначается ш и определяется формулой аналогичной (2), где период Т=1с. Между обеими магнитудами существует связь (шкала Гутенберга - Рихтера): т = 2.5 + 0.63М. (3)

Определение магнитуды было выбрано таким образом, чтобы величины отражали энергетическую характеристику землетрясений. Представим себе, что сейсмическое излучение очага землетрясения состояло бы только из монохроматической волны с периодом Т=20с. Тогда энергия такого излучения Е8 ~ V2, где v ~ а/Т - скорость вертикальных колебаний почвы в поверхностной волне, тогда согласно (2) и (3)

1~ « ВМ3 + А, (4) где В = 2, Л = -1ё/(Д,К)-С (5)

Из-за более сложного спектра излучения и учета некоторых дополнительных факторов, на практике имеем

В »1.5, А »11.8. (6)

Окончательно имеем

5«11.8 + 1.5М5. (7)

Отсюда легко оценить энергию чилийского землетрясения (в эргах) подставив в (7) магнитуду =8.3. Получим Е^Ю24 эрг.

По глубине гипоцентров землетрясения классифицируются на неглубокие (литосферные), Ь<70 км., промежуточные (астеносферные), Ь~70-300 км., и глубокие, Ь>300 км. Глубже 720 км. землетрясения не наблюдались.

Публикации и оппробации

Основные результаты наших исследований опубликованы в статьях [16-19] и докладывались на многочисленных международных, всероссийских и институтских конференциях и семинарах.

Структура работы

В диссертации обобщены результаты работы, которая была выполнена автором в 2000-2003гг. в составе группы исследователей, возглавляемой академиком A.M. Фридманом.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Содержит 87 страниц текста, в том числе 29 рисунков, 15 таблиц и списка литературы включающегонаименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Клименко, Алексей Владимирович

Основные результаты работы.

1. Подтверждены результаты работ [21, 22, 13] о наличии глобальной Т-компоненты сейсмической активности Земли. Коэффициенты корреляции С*т между низкочастотными составляющими сейсмичности (Т-компонентами), для любых пар крупных областей Земли, для землетрясений с магнитудами ш>4.0 оказывается близкими к единице. Это означает, что низкочастотные составляющие в любых достаточно крупных областях поверхности Земли меняются практически одинаково, т.е. Т-компонента сейсмической активности Земли является глобальной для всей Земли.

2. Существование глобальной Т-компоненты сейсмичности Земли указывает на существование некоторого физического процесса, с характерным периодом больше пяти лет, ответственного за сейсмический режим Земли в целом.

3. Коэффициенты корреляции С^м между высокочастотными составляющими сейсмичности (М-компонентами), для произвольных пар крупных областей Земли оказывается, как правило, значительно меньшими, чем соответствующие значения коэффициентов корреляции С?т между низкочастотными составляющими (Т-компонентами).

Значения коэффициентов корреляции С2м имеют заметное по абсолютной величине значение лишь для соседних областей Земли, имеющих общую границу. Феномен отрицательной корреляции между М-компонентами сейсмической активности соседних областей ярко прослеживается в зонах наибольшей сейсмической активности - вдоль границ тектонических плит, в системе срединно-океанических хребтов и континентальных горных систем. Наибольшее значение величина Qm достигает в случае, когда границы смежных областей в виде зон субдукции или спрединга образуют тройную точку таким образом, что возникают поперечно действующие силы. Механизм, обуславливающий наличие М-компоненты сейсмичности связан, по видимому, с локальными особенностями колебаний и движения тектонических плит.

4. Обнаружено принципиальное отличие в поведении М-компоненты в «спокойные» периоды и периоды высокой сейсмической активности. В «спокойные» периоды между М-компонентами сейсмичности некоторых, достаточно крупных, регионов имеет место отрицательная (зеркальная) корреляция, в то время как в активные периоды корреляция становится положительной.

5. Обнаружена корреляция между количеством землетрясений N(t) и угловой скоростью вращения Земли Q(0» угловым ускорением dCl/dt и модулем углового ускорения \dQ/dî\. Причем, тогда как корреляция между N(t) и Q(t) и между N(t) и \dQ/dt\ велика лишь для слабых землетрясений (т>4.0 и т>4.5), то корреляция и между N(t) и dCl/dt велика для всех магнитуд (за исключением ш>5.0) и начиная с ш>5.0 монотонно повышается с ростом магнитуды.

6. Для землетрясений с магнитудой ш>4.0 коэффициенты корреляции между N(t) и Q(i), между N(t) и dCl/dt, и между N(t) и \dQ/dt\ велики почти для всех глубин залегания гипоцентров, поэтому большими являются и общие коэффициенты корреляции.

7. Для сейсмичности с магнитудами ш>4.5 существуют слои земной коры, где коэффициенты корреляции между N(t) и Q(t), между N(t) и dQ/dt, и между N(t) и \dQ/dt\ принимают отрицательные значения. Наличие слоев земной коры с отрицательной корреляцией между сейсмичностью и функциями Q(/), dQ/dt и \dQ/dt\ особенно существенно для землетрясений с магнитудами близкими к ш=5.0.

8. Коэффициенты корреляции между N(t) и dQ/dt, для землетрясений с магнитудами щ>5.5 велики (>0.5) и монотонно растут с ростом магнитуды. Они существенно больше, чем соответствующие коэффициенты корреляции между N(t) и \dQ/dt\. Это означает, что на сейсмичность оказывает влияние не только величина углового ускорения, но и ее знак. Сейсмическая активность растет при увеличении углового ускорении и падает при его уменьшении.

9. Показано, что изменение углового ускорения вращения Земли запаздывает относительно изменения сейсмической активности на 1-2 года. Поскольку энергия всех землетрясений за некоторый период на два-три порядка меньше, чем вариации энергии вращения тонкого слоя земной коры, где происходят землетрясения, то это указывает на существование некоторого глобального физического процесса, который обуславливает деформации земной коры, сопровождающимися землетрясениями и со сдвигом, приблизительно в два года, проявляющегося в изменениях угловой скорости вращения Земли.

10. Доказана связь между сейсмической активностью зон субдукции в зависимости от их ориентации относительно оси вращения Земли. Показано, что наиболее хорошо коррелирует с изменением угловой скорости вращения Земли сейсмическая активность в тех зонах субдукции, которые расположены вдоль меридиана. Это, возможно, указывает на характер деформаций земной коры, которые приводят к изменению сейсмической активности в зонах субдукции и связанные с изменениями угловой скорости вращения Земли. К изменению числа землетрясений в зонах субдукции, ориентированных преимущественно вдоль меридианов, и аналогичному по знаку изменению угловой скорости вращения Земли должны приводить деформации в экваториальной плоскости.

11. Существует сильная зависимость сейсмической активности Земли от широты, причем эта зависимость одинакова для землетрясений с различными магнитудами.

12. Особенностью Северного полушария является неизменность локализации максимумов плотности землетрясений с различными магнитудами на широте 40° с.ш., за исключением землетрясений с глубинами гипоцентров свыше 300км., когда максимум плотности землетрясений смещается на 30° с.ш., а также появляется меньший пик на 50° с.ш.

13. В Северном полушарии на широте 40° существуют три максимума плотности землетрясений; в Средиземном море южнее Турции, в районе Пакистана и восточнее Японии. Помимо этого, в Северном полушарии находятся еще два максимума плотности землетрясений: один в Тихом океане недалеко от Панамы (10° с.ш.; 100° з.д.) и другой возле экватора в районе о.Калимантан. Любопытным является наличие большого количества поверхностных землетрясений вблизи Тихоокеанского побережья США и Канады, хотя при больших глубинах гипоцентров плотность землетрясений в этом районе остается невысокой.

14. В Южном полушарии с ростом глубины гипоцентров происходит смещение максимумов плотности землетрясений. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат на глубинах менее 30 км., максимум плотности находится на экваторе. Тогда как для землетрясений с глубиной гипоцентров свыше 300 км. максимум плотности находится на 20° ю.ш.

15. В Южном полушарии существуют две области с высокой плотностью глубоких землетрясений: вдоль линии о.Калимантан - север Новой Зеландии и вблизи побережья Чили.

16. Общее число землетрясений, происходящих в Северном полушарии значительно превышает число землетрясений, происходящих в Южном полушарии.

17. Для землетрясений, гипоцентры которых лежат глубже 100 км., сейсмическая активность Южного полушария уже превосходит таковую для Северного, а для глубоких (свыше 300 км.) землетрясений она полностью доминирует.

18. В то время как эпицентры поверхностных землетрясений (сКЗОкм.) распределены по значительной поверхности Земли, при росте глубины площадь распространения эпицентров землетрясений уменьшается, и наиболее глубокие землетрясения (с1>300км.) происходят фактически в одном месте - вблизи 20° ю.ш. и 180° в.д.

Заключение

Защищаемые положения.

1. Существуют глобальные свойства сейсмической активности Земли. Это проявляется в корреляции сейсмичностей больших участков земной коры достаточно далеко удаленных друг от друга. Наиболее ярко глобальные свойства проявляет низкочастотная составляющая сейсмичности Земли.

2. Существует корреляция между сейсмической активностью Земли и изменениями как угловой скорости ее вращения так и ускорения Земли.

3. Существует некоторый физический процесс, следствием действия которого является изменения сейсмичности Земли и ее угловой скорости вращения. Отклик изменения сейсмической активности Земли опережает соответствующие изменение угловой скорости ее вращения на 1-2 года.

4. Существует связь между сейсмической активностью в зонах субдукции и их ориентации относительно оси вращения Земли. Лучше всего с изменением угловой скорости вращения Земли коррелирует сейсмическая активность в зонах субдукции направленных вдоль меридиана.

5. Характер широтного распределения сейсмической активности существенным образом зависит от глубины залегания гипоцентров землетрясений.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Клименко, Алексей Владимирович, Москва

1. Основы геодинамики. М.: Недра, 1987.

2. Жарков В.И. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука, 1978. 192с.

3. Ботт М. Внутренне строение Земли. М.: Мир. 1974, 376 с.

4. Стейси Ф.Д. Физика Земли. М.: Мир. 1976. 342 с.

5. Рихтер Ч. Элементарная сейсмология. М.: Иностр. Лит. 1963. 670 с.

6. Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир. 1979, 390 с.

7. Моги К. Предсказание землетрясений. М.: Мир. 1988, 384 с.

8. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука. 1993, 314 с.

9. Сейсмические опасности (отв. ред. Соболев Г.А.). // В кн.: Природные опасности России в 6-ти томах. М.: КРУК. 2000, т.2, 296 с.

10. Acad а Т., Исибаси К., Матсуда Т. и др. Методы прогноза землетрясений. Пер. с англ. М.: Недра, 1994, 312 с.

11. VX-DAT (1928—2000). US Geological Survey, National Earthquake Information Center.

12. Bulletin International Seismological Center

13. Morrison L. V. BIH Annual Reports, 1984, p. 815—816.

14. IERS Annual Report // Observatoire de Paris, 1992, p. 127—128.

15. A.M. Фридман, C.K. Татевян, Ю.А. Трапезников, A.B. Клименко Об особенностях вариации глобальной и зеркальной компонент сейсмической активности Земли // Геология и геофизика, 2001, т. 42, № 10, с. 1504-1515.

16. Фридман A.M., Клименко A.B. Две компоненты сейсмической активности Земли и их связь с особенностями суточного вращения / Нелинейные волны'2002 / Отв. ред. А.В Гапонов-Грехов, В.И. Некоркин Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2003. с.133-155.

17. Фридман A.M., Клименко A.B. О связи сейсмической активности Земли с широтой в зависимости от глубины гипоцентров. // Физика Земли. 2002. №12. с.50-55.

18. A.M. Фридман, A.B. Клименко, Е.В. Поляченко, М.В. Фридман О связи глобальной сейсмической активности Земли с особенностями ее вращения. // Сейсмология и вулканология, 2005. №1.

19. Горъкавый Н.Н, Минин В.А., Тайдакова Т.А., Фридман A.M. Существуют ли астрономические причины сильнейших землетрясений // Астр, цирк., 1989, N1540, р35-36.

20. Горъкавый H. Н., Левицкий Л. С., Тайдакова Т. А. и др. Об выявлении трех компонент и сейсмической активности Земли // Физика Земли, 1994в, № 10, с. 23—32.

21. Горъкавый H.H., Трапезников Ю.А., Фридман A.M., О глобальной составляющей сейсмического процесса и ее связи с наблюдаемыми особенностями вращения Земли // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 1994а, том 338, №4, с.525 527

22. Stoyko N. Sur les relations entre la variation de la rotation, oscillation libre et les tremblements de Terre // Compt. rend. Acad. sei. 1952. №26. P. 234.

23. Morgan W., Stoner J., Dicke R. Periodicity of earthquakes and the invariance of the gravitation constant // J. Geophys. Res. 1961. V. 66. № 11.

24. Кропоткин П. H., Трапезников Ю. А. Вариации угловой скорости вращения Земли, колебаний полюса и скорости дрейфа геомагнитногополя и их возможная связь с геотектоническими процессами // Изв. АН СССР, Сер. геол., 1963, № 11, с. 32—50.

25. Kanamari H. Proc. Int. School of Phys. "Enrico Fermi", Course LXXXV, 1983, p.596.

26. Münk W.U., Macdonald G.T.H. / The rotating of the Earth, Cambridge, The Uneversity Press, 1960

27. Moritz H., Muller I.I. / Earth rotating. Theory and observation. Vugar Publ. Comp. New York, 1987.

28. Горъкавый H.H., Левицкий Л.С., Тайдакова Т.Н., Трапезников Ю.А., Фридман A.M. О зависимости корреляции между региональной сейсмичностью Земли и неравномерностью ее вращения от глубины очагов землетрясений // ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 1999а, №10, с.52-66

29. Сидоренко Н.С. Физика нестабильностей вращения Земли. / М.:Физматлит. 2002.

30. Личков Б.Л. Природные воды Земли и литосфера. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960. 163с.

31. Левин Б.В., Чирков Е.Б. Особенности широтного распределения сейсмичности и вращение Земли // ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 1999, №6, с. 65-69

32. Левин Б.В. Роль движений внутреннего ядра Земли в тектоническом процессе // Фундаментальные проблемы общей тектоники, ст. подредакцией акад. Пущаровского Ю.М., 2001, М. «Научный мир», с. 444460.

33. Щиголев Б.М. Математическая теория наблюдений. М.: Наука, 1969.