Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование неоднородной структуры среднеширотной р-области ионосферы (включая эффекты землетрясений с помощью наземных ионозондов и ИСЗ Ореол-3)

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование неоднородной структуры среднеширотной р-области ионосферы (включая эффекты землетрясений с помощью наземных ионозондов и ИСЗ Ореол-3)"

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГССР ТБИЛИССКИЙ^ГОСУДАРСТВЕННЫЙ.УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.ДОШАХИШВШШ АН СССР ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ" -- - —- - ...

На ппасях рукописи

УДК 550.388.2

550.348.098,45

ДЖАПАРИДЗЕ ГРИГОРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ СРЕЩНЕШИРОТНОЙ

Р-ОЕЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ (ВКЛЮЧАЯ ЭФФЕКТЫ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ) С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНЫХ ИОНОЗОНДОВ й ИСЗ ОРЕОЛ-3

04.00.22-Геофизика

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТБИЛИСИ 1990

Работа выполнена в Тбилисском государственном университете им. И.Джавахишвили и Институте космических исследовании Академии наук СССР

доктор физико-математических наук, профессор Ю.И.Гальперин, кандидат фиэико-математическйх наук, СНС З.С.ТЦарадэе

ОФиуиальные_оппоненты^

доктор физико-математических наук, профессор О.А.Молчанов (Институт физики Земли АН СССР) кандидат физико-математических наук, З.Л.Кобаладзе (Институт геофизики АН ГССР)

Ведущая организация

Институт прикладной геофизики Государственного комитета по гидрометеорологии

Защита диссертации состоится "_23___" „ноября____1990 г. на

заседании Специализированного совета К 007.14.01 в Институте геофизики АН ГССР в конференц-зале Института по адресу: 380093, г. Тбилиси ул. З.Рухадзе, I

С диссертацией можно 'ознакомиться в библиотеке ИГ АН ГССР Ученый секретарь Совета

Автореферат разослан

кандидат физико-математических

ОБЩАЯ" ХАРАКТЕРИСТИКА . РАБОТЫ

АктумЬЦ2£ть_Е§боты. Проблема неоднородной структуры ионосферной плазмы - одна из ключевых проблем физики ионосферы. Особое место в исследовании неоднородной структуры ионосферы занимает изучение т.н. волнообразных неоднород-ностей электронной концентоации Я«. , которые принадлежат к эффектам, вызываемым акустико-гравитационными волнами (АГВ), распространяющимися в нейтральной термосфере.

В диссертационной работе рассматриваются эффекты, вызываемые АГВ на высотах Р области среднеширотной ионосферы. С этой целью сначала были изучены эффекты АГВ (или ВГВ -внутренние гравитационные волны) на ионограммах наземных ионозондов. На основании этих исследований основных проявлений АГВ на иокограммах модно в тех случаях, когда источник АГВ известен (напр. ззмлетряеения, наземные химические взрывы), уточнить идентификацию эффектов АГВ (ВГВ) в электронной концентрации как на высотах Р-области, так и в верхней ионосфере. Для исследования этой проблемы были использованы одновременно как назем-чне ионосферные данные, так и материал, полученный с помощью 1СЗ "Ореол-3" на высотах верхней ионосферы. Научная аппаратура, установленная на борту ИСЗ "Ореол-3", позволяла выявить гонкие эффекты, вызываемые прохождением АГВ на высотах ионосферы. Такой подход к изучению проблемы определяет ее новизну I научнуэ ценность.

Б последние годы особую актуальность приобрело изучение ффокто? ремлетрясеккй и промышленных хиьяческих взрывов ¡а ионосферу к магнитосферу. Эта проблема, с пднш! стороны, рсно сиязгласг^ся с вопросами генерации, распространения и о ату-

хания акустических волн на ионосферных высотах, с изучением физических проявлений трансформации акустической волны в разные типы электромагнитных волн и проблемой генерации неоднородностей. С другой стороны, такие исследования важны для проблемы прогнозирования землетрясения, т.к. сильному землетрясению практически всегда предшествуют слабые колебания земной коры (форшоки), которые, как мы стали убехдатся в последние годы, могут стать источниками слабых акустических волн, а следовательно, и их ионосферных эффектов. Но поскольку эти неоднородности имеют в верхней ионосфере большое время жизни, возможно накопление слабых эффектов, так что, пятно возникающих мелкомасштабных неоднородностей в верхней ионосфере может отражать наличие постоянного источника слабых АГВ (готовящегося землетрясения). Таким путем ионосферные измерения с Земли и из космоса способны дать дополнительную информацию, полезную при прогнозе землетрясений. А эта проблема при известных катастрофических последствиях землетрясений в последние годы приобретает особенно важное значение для народного хозяйства.

исследовать параметры перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) как естественного, так и исскуственног происхождения, связанных с АГВ (ВГВ) и наблюдавшихся в Р-об-ласти среднеширотной ионосферы;

-выявить основные характеристики ПИВ, вызывающих на ионограмма сопутствующие отражения (СО) и появление слоя Р25 (Р2-спора-дический);

-выявить эффекты землетрясений и промышленных химических взрывов в электронной концентрации Р-области среднеширотной ионосферы с помощью наземных ионозондов и ИСЗ "Ореол-3".

Науткйя ковкзна"'работе- состоят. в_том, что в первие определены параметры ПИВ (скорости V , периоды Т, длины золн Д. . аэикутв $ ) вызывающих на сседнеширотных станциях вертикального зондирования (БЗ) ионосферы явление СО и появление слоя Р2£.

Показано, что ПКВ, обусловлена» ВГВ, приводящие к серповидным искажениям ионограмшого следа и лояг-лению слоя Р25 , имеют пр?.г?ии«оки' одотякоине параметры (T,V ,Л), что и те ПИВ, которые не приводит к образованию слоя P2S (в услотаях высокой активности Солнца); различны у них только амплитуды возмущения и направления распространения. Явления СО как на дневных, так и на ночных ионограшах обусловлены прохождением ПИВ среднего и крупного масштабов.

Выявлено, что сильные землетрясения и связанные с ними :-ф$е:;ты в ней тральной верхней атмосфере могут быть причиной гоэипккорения на высотах Р области ионосферы НИЗ, регистрируемых гтанциямч БЗ ионосферы; они могут охватывать довольно большую >бласть пространства, распространяясь на тысячи километров. 1чя нескольких сильных землетрясений раечитакы параметры ПИВ, ¡вязанных с этими землетрясениями. Установлены интервалы высот i частот искаженного ионограммного следа н нижней части У об-пс-и ионосферы, связанного а сильными землетрясениями.

Впервые идентифицированы случал пересечения спутником в эрхней ионосфере области с возмущением электронной концентра-ии 'е сстедствие распространения эффектов ПИВ на высоты ерхней ионосферы и с сопровождаю»«?«* КНЧ-СИЧ яумеми, обуслов-еннкми ме.-:комаегатабными флуктуациями /4 • Генепация келко-аовгабных неоднородностей яе на фронге АГс в случаях земле-эясения и в случаях промышленного хииичзекгтп взрывг. презешв-ist собой новый механизм генерации неоднородностей в верхней

ионосфере.

Показано, что характеристики КНЧ-ОНЧ шумов, возбуждаемых ВГВ (АГВ) от этих двух различных источников, подобны между собой и, кроме того, аналогичны тем, которые получены другими авторами по измерениям со спутников "ИК-19" и "Ореол-3" над эпицентрами готовящихся крупных землетрясений. На этом основании высказано предположение о генерации эффектов в ионосфере над эпицентром готовящегося землетрясения в результате АГВ от слабых подвижек земной коры и форшоков.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты изучения СО и К^ как следствий ВГВ, распространяющихся в нейтральной термосфере по измерениям на станциях ВЗ ионосферы (включая экспериментальный полигон ТГУ).

2. Результаты экспериментального изучения влияния сильных землетрясений на Р область ионосферы, определяемого с помощью наземных ионозондов.

3. При обработке измерений, проведенных со спутника "Ореол-3' идентифицированы эгМякты в верхней ионосфере, обусловленные ВГВ, генерированных крупными землетрясениями и также промышленными химическими взрывами по программе МАССА. Обнаружено возбуждение мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации

в магнитных силовых трубках, опирающихся на передний фронт распространяющейся ВГВ. Это новый способ генерации мелкомасштабных неоднородностей в верхней ионосфере.

Личный_вклад_автопа_1 Автор принимал личное участие в проведении экспериментов по серии координированных измерениях на Земле (НИЛ ионосферы ТГУ) и спутника "Ореол-3" и их интерпретации, проведении наблюдений на экспериментальном полигоне в районе

Тбилиси'за ПИВ,-Обработку, всего материала, его анализа. Автором была выполнена массовая обработка данных витков-спутника "Ореол-3" в режимах запоминания, с целью выявления агентов сильных землетрясений производимых ими на верхнюю ионосферу, проведен анализ данных полученных по приборам И30ПР0Б и ОНЧ-ТШ. Кроме этого в соавторстве автором былы обработаны и проанализированы ионосферные данные, которые выявили производимые на ионосферу влияния землетрясений.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на У-Всесоюзном совещании по исследованию динамических процессов в верхней атмосфере Земли, 1985; Обнинск; на рабочих совещаниях по ионосферным эффектам землетрясений, ИЗМИР АН, январь 1987 г; февраль 1989 г; на ХУШ Всесоюзном совещании по полярным сияниям и свечению ночного неба, Абасту-мани 1989 г; на семинарах лаборатории гйизики магнитосферных процессов ИКИ АН СССР и НИЛ ионосферы ТГУ.

Публикации. Основные результаты, предствленные в диссертации, опубликованы в восьми работах, список которых поиведен в конце автореферата.

Диссертация состоит из трех глав, введения, заключения и списка цитируемой литературы из 208 наименований. Материал изложен на 177 страницах машинописного текста. Рисунков 40. Таблиц4,

. Ф

л . - I» -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснован выбор темы, ее актуальность, определены задачи, которые решаются в диссертации, показана научная новизна и практическая ценность диссертации. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

приводится обзор основных данных по теоретическому и экспериментальному исследованию АГВ (ВГВ).

Первый параграф посвещается обзору теории АГВ (ВГВ) в верхней атмосфере, обсуждается вопрос о распространении и затухании этих волн на ионосферных высотах. Особый интерес для наших исследований представляет взаимодействие нейтральной компоненты с ионизированной при прохождении АГВ. Изменения в ионизированной компоненте при прохождении АГВ включает в себя появление средне и крупномасштабных распространяющихся неод-нородностей электронной концентрации волнообразной природы, вариации электронной температуры и т.д. Наличие этих волнообразных структур подтверждается как модельными расчетами, так и прямыми экспериментальными исследованиями.

§2_522£2М_Е!§2§ЕВ2:1)2 этой главы описывается реакция Р-облас-ти ионосферы на прохождение АГВ, заключающееся в наличии волнообразных неоднородностей Нв -т .н. перемещающиеся ионосферные возмущения ПИВ. Движения нейтрального газа, связанного с АГВ (ВГВ), должны индуцировать движения ионов посредством взаимодействия путем столкновений, а движения ионов должны вызывать возмущения плотности ионизвции.

Дальнейшие рассуждения относятся к.обзору данных о тех ПИВ, которые вызывают СО и появление спорадического слоя И

(Р2У). Приводятся основные-результаты по изучению таких ПИВ как советскими, так и зарубежными учеными. ~ .

Внимание уделяется изучению ионосферных неоднородностей с исскуственных спутников Земли (ИСЗ). Коротко рассмотрены данные полученные с помощью ИСЗ АТУ-1, Л&мяХлЛ -2, "Кос-мос-900", "ИК-19", "ТАШ", "ИК-14", ИК-Копепник-500", "Ореол-3".

Уиетий па^агоя* посвящен возможным источникам АГВ (ВГВ). Среди них выделяются метеоксточники, аЕроряльныв явления, движение терминатора, землетрясения и взрывы вулканов, а также активные эксперименты по проекту МАССА, являющиеся модельными источниками АГВ.

Особое внимание уделяется землетрясениям и эфЛектам промышленных химических взрывов как источникам АГВ. Колебания земной поверхности при землетрясениях могут стать эффективным источником АГВ в атмосфере, которые, распростоаняясь до ионосферных высот, приведут к соответствующим колебаниям электронной концентрации, детектируэмими современными методами радиозондирования ионосферы. Отмечается, что многими исследователями было установлено, что землетрясения и взрывы вулканов могут быть также и источниками электромагнитного излучения в ионосфере и магнитосфере в форме низкочастотных колебаний плазмы в диапазонах частот 0,1 - 15,0 кГц,

§2_222Е2Ё_Е2®2Ё приводятся и анализируются результаты оригинальных наземных исследований ПИВ в среднеширотной Р области ионосферы, которые способны вызывать на ионограммах БЗ ионосФери СО и появление спорадического слоя С2$ , а так-рассматриваются ионосферные эффекты сальных землетрясений. Параметры средигнасштабных ПИВ (СПИВ) сопровождающие появ-

лением СО и Р2£ на монограммах, исследовались нами на экспериментальном полигоне ТГУ в районе Тбилиси с помощью трех ионосферных станции ВЗ типа АИС, расположенных в вершинах измерительного треугольника со сторонами~30 - 50 км. Круглосуточные наблюдения в 5-минутном режиме в течение 10 или 15 суток велись для каждого сезона 1982 - 1984' гг. Крупномасштабные ПИВ (КПИВ), приводящие к появлению Р25 и СО на ионог-раммах ВЗ ионосферы, исследовались по ионограммам далеко разнесенных среднеширотных станций европейского (Тбилиси, Ростов на Дону, Киев, Москва) и среднеазиатского (Свердловск, Алма-Ата, Караганда, Ташкент, Новоказалинск, Ашхабад) регионов, образующих измерительные треугольники с базами ^ 800 - 1000 км. Анализировались ионограммы за регулярные мировые дни 1964, 1965, 1966 гг.* Параметры СПИВ и КПИВ определялись кросс-спектральным анализом квазипериодических вариаций критических частот слоя Р2 ( 5»Р2), действующих высот отражения на Фиксированных частотах высоты максимума слоя Р2 (&рР2),

снимавшихся с ионограмм в периоды наличия и СО.

§_П®222У_П§Е§ЕЕ§Ф§ изучается взаимосвязь между ПИВ и спорадическим слоем Р2 (^ ) в ионосфере средних широт. Исследования процесса возникновения, развития и исчезновения слоя а также анализ ионосферных условий, в это время представляют большой интерес как с точки зрения изучения неоднородной структуры, так и для прогнозирования условий устойчивой радиосвязи, зависящих от состояния области Р.

В периоды наличия ПИВ, которые проявляются серпообразными искажениями о но граммах и приводят к образованию слоя Р23 ,

ионограммы, кроме тбилисских, пойучены из МЦД-Б2.

ocCteHFO четко-выражены кваапериодические (Т- 30 - 120 ;/ин) £арг.ац«и параметров %FP, и . Следует отмстить? что. вариа-_.. иии действующих высот на фиксированных частотах протекают в противсфаза или с заметным сдвигом фазы относительно вариации ш. . Моменты существования серпообразных искажений на ионограмяах, приводящих к появлению связаны в основном г положительными гребнями возмущения li^t) на более высоких частотах, близких к £0Е2, т.е. - появление Р2* связано с определенной фазой ПИВ, Если существование Р25обязательно опт-чало положительный гребень в , то обратное утверждение

не всегда справедливо. Расчетами т -профилей выявлено, что с возникновением P2S связаны значительные деформации высотных профилей с заметными изменениями полутолщины (УМР2) и высоты максимума слоя F2 (f^F2). Установлено, что обычно серпы, переходящие в F2S , наблюдаются при низком расположении максимума слоя F2 < 250 - 280 км). В райо-

не Тбилиси СПИВ, сопровождающиеся появлением К; (СПИВ—I), изучались по данным наблюдений в январе 1984 г. (низкая активность Солнца), а те СПИВ, которые не приводили к возникновению P2s (СПИВ-2), изучались по данным наблюдений в январе 1982 г. (высокая активность Солнца). Параметры СПИВ-I и СПИВ-2 почти одинаковы и лежат в интервалах: периоды 20 -- 90 мин; скорости 40 - 200 м/с,и длины волн 150 - 700 км. Но СПИВ-I преимущественно распространяются в шном и юго- западном направлениях, в то время как СПИВ-2 в зональном

направлении. КПИВ, приводящие к возникновению F2S над сред. 'л

ноаэиатским регионом, характеризуется следующими" величинами: , периоды 40 - 60 и 90 - 200 мин, скорости iéS - 500 м/с. длины волн 900 - 2400 км; а направление распространения преимущест-

- ¿и -

венно к экватору.

Ш_1Ш2ШМ_1Ш1ШЕЕ§Ф§ изучается вопрос о связи между ПИВ' и сопутствующими отражениями (СО") в ионосфере средних широт. Ранее разными авторами из модельных расчетов доказано, что СО возникают в результате зеркального отражения от волнообразных поверхностей соп&1 в слое Р2 ионосферы. Искривления' изо-ионных поверхностей обусловленны прохождением ПИВ. В периоды наличия на ионограммах СО наблюдались квазипериодические вариации (Т= 40 - 90 мин) параметров > . Анализ ионограмм, снимавшихся через каждую минуту, показал, что "время жизни" СО меняется в интервале 4-35 мин, и преимущественно они существуют 5 - 1Ь мин. Анализом 18 случаев появления СО на ионограммах станций европейского региона, связанных с прохождением ПИВ, распространяющихся к экватору, во всех случаях продолжительность СО уменьшалась с уменьшением широты. Более того, часто ПИВ, которые над Москвой сопровождались наклонными отражениями, над Тбилиси не приводили к образованию СО. Нужно отметить, что ПИВ - это не одиночная синусоидальная волна с определенной длиной волны, а набор таких волн, распределенных в горизонтальном направлении по частоте. Спектр этого набора зависит от источника волн и от дисперсионных свойств ионосферы. Спектральный анализ квазисинусоидальных вариаций $0Р2, и ^ над разнесенными станциями показал, что ПИВ, распространяющиеся к экватору над Москвой, содержат более интенсивную короткопериодическую (1Ь - 40 мин) гармонику, чем над Ростовом на Дону, а до Тбилиси они Фактически очень редко проникают. Из анализа -профилей установлено, что интенсивные короткопериодические ВГВ, вызывающие ПИВ, наиболее часто

приводят гс образованию СО при низком.расположении максимума слоя Р2. Показано, что в районе Тбилиси дневные и ночные СО вызываются ПИБ, преобладающие значения периодов, скоростей и горизонтальных размеров которых примерно одинаковы и лежат в интерполах: 30 - 90 мин, 50 - 250 м/с, ТОО - 600 км соответственно. Для дневных ПИВ, вызывающих СО, преобладает движение в зональном направлении. По данным далеко разнесенных ионосферных станций удается установить, что в сСразовянии СО как в дневное, так и в ночное время в среднеширотной ионосфере наряду с СПИВ участвуют и КПИВ с параметрами: УлЗЬО - 400 м/с,

I Мм. Эти ПИВ, вызывающие СО над европейским и среднеазиатским регионами, как днем, так и ночью преимущественно распространяются в юго-западном направлениях.

В_тоотьем_паоаг2а.Фе анализируются свойства ионосферных возмущений, зарегистрированных на среднеширотных ионосферных станциях ВЗ, возбуждение которых связано с сильными (М-^-8,0) землетрясениями. Над очагами землетрясений на высотах ионос-5>еры ожидантся трансформация АГВ в короткопериодные электромагнитные волны. Предполагается, что движение нейтоальиых шстиц, обусловленных акустической волной, при их соударениях : ионами вызывает смещение ионов относительно замагниченных 1лектроноь, что должно приводить к локальной генерации элек- -■рического поля и токов.

Вслпд за землетрясением в течение ~ 30 - 50 мин. в ионос-<?рс регистрируются возмущения, распространяющиеся от эпицент-а со скоростями ~ 1,2 - 4,3 км/с. Кроме этих возмущений с емлотрясепиями связаны крупномасштабны« ПИВ, распространят!-

щиеся на высотах F-области ионосферы со скоростями 130 - 600 м/с; с этими возмущениями связаны квазипериодические вариации основных параметров слоя F2: \F2, £¡>F2, -R'^ с периодами ~ 40 -- 60 мин. Результаты исследований подтверждают точку зрения, согласно которой медленные возмущения, обусловленные АГВ, иницированы землетрясениями в райойз эпицентра и распространяются затем по ионосфере до точки наблюдения. Что касается кратковременного появления на ионограммах так называемого "быстрого сигнала", о котором ранее сообщалось в ряде публикаций, то искажения ионограмм, связанные с ним, наиболее четко проявляются в промежуточной £ - F области в виде дополнительных расслоений в интервале высот ^ ПО - 200 км. Опираясь на ряд прямых сопоставлений ионосферных и сейсмографических измерений, можно заключить, что подтверждается уже на сегодняшний день принятый механизм их происхождения, а именно: сейсмические волны, инициируемые землетрясениями и распространяющиеся вдоль земной поверхности, на пути распространения в соприкасающейся среде (атмосфере) порождают АГВ, которые способны достигать ионосферных высот. Следовательно, ионосферные возмущения, вызванные акустическими волнами, от пункта к пункту будут "распространятся" почти с теми же скоростями, что и сейсмические волны, т.е. - несколько км/с. Вместе с тем, ионосферные измерения независимо подтверждают, что сейсмические колебания даже небольшой амплитуды вызывают вполне заметные вариации в ионосфере.

В заключении параграфа рассматриваются некоторые эффекты в ионосфере в периоды подготовки крупных землетрясений. С этой

- цальв рассматривается те случаи сил:.К!-гх оемяетойсьякй лл.-которых имеются достаточно полные'гатзриалы измерений.л четко были выражены вогмущекил в ионосфере, связали с ог.аи землетрясениями. Отмечается изменение спектральной плотности вариаций параметров ионосферы от нескольких дней до нескольких чзеов до толчка, и изменения вариаций значений ¿5^2 в максимуме ? области ионосферы за несколько десятков часов до землетрясения. Эти резуль-сагы сог.тасугтея о. данными, полученными ранее в других исследованиях '.I в других рег'/о^ах и свидетельствуют о появлении вариаций в ионосфере над эпицентраль-ной областью готовящегося землетрясения за десятки часов до главного толчка,

1_22§2Ь§й_главе рассматриваются результаты исследования ВГВ со спутника "Ореол-3" на высотах верхней Р области ионосферы. Исследования неоднородностей ведутся в основном в двух направлениях: поиск случаев регистрации неоднородностей электронной концентрации ^г , генерированных сильными землетрясениями, и неоднородностей, генерированных наземными промышленными химическими взрывами и сопоставление их характеристик. Для их выявления используется комплекс советско-французской аппаратуры, установленной на борту ИСЗ "Ореол-3".

анализируются случаи пересечения спутником "Ореол-3" ВГВ от сильных землетрясений. Для этого велись одновременные наблюдения как за ходом электронной концентрации Ле , определяемой поибооом ИЗОПРОБ, так и за вариациями низкочастотных шумов в КНЧ-ОН'*; диапазонах, измерявшихся с помощью прибооа 0ЯЧ-ТБ5.

Рассмотрение эффектов землетрясений в верхней ионосЬеое в первую очередь сводились к поиску моментов волнообразного

изменения Ле , отождествляемого с эффектом в ионосфере от ВГВ генерированного землетрясением. Рассматривались сильные (с ыаг-нитудой М>4,5) землетрясения, происшедшие в 1981 - 1984 гг. Для анализа выбирались лишь те пролеты спутника, которые ле-

вов землетрясений. При этом проводилась следующая .селекция случаев: учитывались средне- и низкоширотные землетрясения (1.^3) и отбирались пролеты спутника относительно них.

После этого отбора, проведенного по нескольким сотням пролетов спутника "Ореол-3", осталось всего три достоверных случая.

Дата Момент 11Т Географ, коорд, Магнитуда

Скорость ВГВ, генерированной после землетрясения, определялась следующим образом: по расчетам Яе. , полученным путем обработки данных прибора ИЗОПРОБ, определялись моменты начала квазиволновых флуктуаций V« , а также моменты времени начала роста КНЧ-ОНЧ шумов на записях эксперимента ОНЧ-ТБФ, в различных спектральных диапазонах КНЧ-ОНЧ волн. Эти моменты считались временем начала регистрации ВГВ на спутнике. Зная эпицентральные расстояния и временные задержки появления возмущении Лв и КНЧ-ОНЧ шумов относительно моментов землетрясения (с учетом ГО - 15 мин. задержки времени, нужной для того, чтобы акустическая волна достигла высоты верхней Р области), рассчитывались горизонтальные скорости распространения ВГВ.

Для случая №1, пролет произошел через I ч 50 »дан после

г.али по широте и долготе в районе ¿20° относительно эпицент-

04.12.1981 02.35.37 41,04°)Г; 48,27°Е

22.04.1983 . 00.37.42 12,8°У; 99,2°Е

26.05.1983 03.00.00 40,35°У; 139,0°Е . '

4,5 5,9 7,7

землетрясения на высота" 1100 км. В ото время И30ПРСБ не пэ-ззолил точно определить истинное ?нбчение Мг - (т.к. на приборе был вкдачен реу.им сканирования по частоте). Для качественного определения сариаций М? была проанализирован:» временная зависимость максимальной частоты имподанскых кривых, полученных обработкой данных прибора И30ПР0В. Известно, что вариацж зри-вой могут быть вызваны только наличием вдоль орбиты с.-угкакп неоднопопноста."; . Эта рврияпия в указанном случав имела кзсто. Анализом запасен прибора 01М~ТБ5 по ка"».лям магнитных и электрических компонент с 10 Гц до 15000 Гц, было установлено, что сигнал, предположительно связанный распространением в подстилающей атмосфере АГВ (ВГВ) от землетрясения, имеет вапышечную структуру с периодом 4-16 сек. Скорость распространения ВГВ, определенная по Яц и КНЧ-ОНЧ записям, д:».л? приблизите огдааклзу». гоякчину <•• 270 Анализ одно-ьреглш".; :">кос* даннь-х, прг.;.--^-'-.-.!:^ г лИл коиссФезь» Т:?< , П'.мвп;,;;л определи г-^ схорес .''^ разпростр-гге.: ЗРЯ, СВ." Д с пгчм с?млбгрясениде, она ссстовляла ~*300 м/с, '---"о согласуется с, оценкой по дани»51 спутника "Орсол-3". Всммтаеаха в КНЧ-ОНЧ диапазоне отмечаются как в -глехтричзгкхх, так ;л ь м&пытшос компонентах.

Ро «тором случае .на в.-.'соте "630 км в ходе Яъ обна-

ружена резкая впадина (пролет через ч 33 мин п^сле землетрясения). Связывая эту неоднородность с ВГВ, генерированной землетрясением, можно определить скорость распространения ВГВ,

она равна ~ 550 м/с. Анализ данных по электрическим КНЧ-ОНЧ каналам прибора 0НЧ-ТЕФ, даст величину, скорости ~620 м/с. 2ежим работы прибора 0НЧ-ТБФ в этом пролете не позволил опреце-

лить магнитную компоненту.

3 третьем случае спутник пролетал наиболее далеко от эпицентра и он находился сравнительно близко от авроральной области (1.~3), поэтому, необходимо было проверить, не связано ли наличие неоднородности Ле и сигналов в КНЧ-ОНЧ диапазонах с ВГВ, обусловленных авроральными явлениями. Для этого был гроанализирован глобальный индекс авроральной активности (АЕ) у. магнитной активности (К^), а также анализу подвергались данные расположенных вокруг эпицентра землетрясения ионосфернь станций ВЗ (Акита, Кокобунджий, Вакканай, Магадан, Южно-Сахалинск). Оказалось, что этот день являлся спокойным днем в течении ~ 20 ч. до момента землетрясения, и обработка ионогра показала, что возмущения сначала появляются на близко расположенных от эпицентра станциях ВЗ ионосферы, а затем на более отдаленных. Это. может означать, что источник этих возмущений расположен в районе эпицентра землетрясения, и что возникла ВГВ, генерирующая эти возмущения. Скорость распространения возмущения, определенная по монограммам,дает величину —500 м/с а согласно измерениям со спутника "Ореол-3" по записям шумов в КНЧ-ОНЧ диапазоне и всплеску Яе соответственно ~550 м/с и 570 м/с. Т.е. данные наземных ионосферных измерений подтверя дают, что и в этом случае мы имеем дело с эффектами в верхней ионосфере, обусловленными прохождением в атмосфере ВГВ от круп го землетрясения. .

Итак, ВГВ, генерируемые землетрясениями, вызывают сильные возмущения в верхней ионосфере на высотах по крайней мере вплоть до ~>1200 км, которые приводят к появлению на указанных высотах неоднородностей. Не и КНЧ-ОНЧ излучений. Мы имеем дело с некоторым новым механизмом генерации флуктуации

,Уе , и а них на градиентах плотности возникают слабо поляризованные поперечные электромагнитные-волны.- _ .........

¡Й-.£22Е£Ы-!32£2Г£§!5§ анализируются измерения со спутника "Ореол-3" в турбулизозанной верх!!вй ионосфере после прохождения ВГВ, генерированных в актиеных экспериментах МАССА.

Мощный наземный пропиленный химический взрыв в некоторой степени в отношении генерации АГВ (ВГБ) и затек ВГВ в атмосфере является моделью землетрясения, хотя надо помнить, что эта модель не полностью описывает оригинал, т.к. у промышленного химического взрыва нет предистории, а землетрясение готовится в недрах Земли в течении длительного времени. Полезно выявить, в какой степени промышленный химический взрыв и вызванные им АГВ и ВГВ в атмосфере моделируют землетрясение в отношении возбуждения мелкомасштабных неоднооодностеи Хе в верхней ионосфере. В предыдг-Цбм парагр«** было установлено, что область иеодноооцнзетей, генерируемая землетрясением, являет -и источником электромагнитных ¡¿умов г.: ГН'Р'КЧ диапазоне, а диада природа возбуядакчя этих п^геов остается неясной. Нортону выявление аналогии «¡зкау х?р акте рем :(НЧ-0,ф: колебаний, впгк-вг.емых АГВ (.ВГВ) в верхней ион<зс{<о:я, и слабыми олектпомагнит -кьми шумами, неоднократно наблюдавшимися со спутников ИК-ГЭ и 'Срэол-3'' н^д •.»пкг-'трзта* п."оаш'-'.-.хся земяо'.'г-яегг'й (см. о^зор з гл.1) может облегчить ьадачу ид- нг'фпкацни мехап;:з:."1 ¡те?;-эации низкочастотных шумоэ над эпицентрами готовящегося зем-гатрясения.

Чтобы рассмотреть эффекты, посизводимье наземными промышлен-шми химическими взрывам на веохнюв ионосферу, были рассмотрены

те пролеты спутника "Ореол-З" относительно места промышленного химического взрыва, проводившихся по программе МАССА, которые были по времени позже~15 - 25 мин. после момента взрыва (время нужное для формирования ВГВ), или искались пролеты на втором витке после взрыва. Для анализа из семи экспериментов по программе МАССА было отобрано два случая: .

Дата Время взрыва Ц-Т Геогр. коорд.места &эксп. 28.11.1981 00.31.00 43,48°«-; 76,51°Е МАССА I

26.05.1983 12.18.00 39,0°?Г; 64,5°Е МАССА 5

Анализ первого случая показал, что на втором витке спутника "Ореол-З" после взрыва спустя ч на радиальном расстоянии от точки взрыва ~ 3000 км на высоте 800 км зафиксировано резкое увеличение шумов КНЧ-0НЧ диапазона в интервале частот 0,14 - 12,8 кГц. Сигнал имеет электромагнитный характер. Оценка скорости.распространения от точки взрыва, определенная по шумовым областям в верхней ионосфере, дает величину --'550 м/с. Анализ Яг в этом случае был невозможен из-за особенного режима работы прибора И30ПР0Б. С помощью наблюдений за доплеровским смещением частоты радиосигнала отраженного от ионосферы, проведенных в этот день в НИЛ ионосферы ТГУ, было установлено, что скорость распространения возмущения состовляла ~600 м/с, что согласуется в пределах ошибки с оценкой по шумовым областям со спутника "Оре'ол-3" и таким образом подтверждает, что речь идет действительно о регистрации эффектов в верхней ионосфере, обусловленных ВГВ от взрыва.

Во втором случае сигналы КНЧ-ОНЧ диапазона появляются в точк траектории спутника на расстоянии -1000 км. от места взрыва на Высоте ~423 км спустя ^30 мин после него. Оценка скорости рас-

-пространения ВГВ в этом случае дает величину-^555 м/с, хаоак-теристякк КНЧ-ОНЧ шумов аналогичны первому случаю._

Видно, что как частотный диапазон (100 Ги - 12 кГц) шумов, так и их состав по компонентам оказывается в экспериментах МАССА близок к тому, что были по измерениям со спутников ИК-19 и "Ореол-З" над эпицентрами готовящихся землетрясений. Поэтому разумно предположить, что природа возбуждения КНЧ-ОНЧ шумов в верхней ионосфере через ВГВ от наземных промышленных химических взрывов и от землетрясений является одинаковой, они представляют собой слабые нестационарные электромагнитные колебания, в основном в диапазоне частот 100 Гц - 12 кГц, и связаны с мелкомасштабными флуктуациями электронной концентрации.

Основные выводы полученные в диссертации.

В результате проведенной работы в диссертации получены ■■ледутщие основные рывога:

ПИВ, ответственные за серповидные исхакен?я на иокограчмзх -о ионосферы, могут пгяводить к образованию спорадичег.'ого слоя

. Зимой в период нжчюй *%т»-шк>сти Солнца, когда максимум лоя расположен наиболее низко, к ос'пазованию слоя Р25 пси-одят ПИВ, преимущественно распространяющиеся в меридиональной носкости к з'чяатору. Зимой, а период высокой активности Солнца, егистрируемые в районе Лрц Р2 среднеыасхтабные ПЛВ преимущеетвен-о распространяются в зональном направлении и не приводят к об-азовзнию слоя Р25.

. Искажения ионогиаммного следа ВЗ ионосферы типа сопутствующих гражении (СО), как на дневных, так и на ночных ионограммах ВЗ 5условлены прохождением ПИВ среднего и крупного масштабов.

- zo -

Направления распространения этих ПИВ в дневное и ночное время различны, что может быть объяснено влиянием фоновых термосфер-яю: ветров.

3. Быявлено, что сильные землетрясения и связанные с ними эффекты s нейтральной верхней атмосфере могут быть причиной возник-новенрк на высотах F области ионосферы возмущений,' регистрируемых станциями ВЗ ионосферы. Они могут охватывать довольно большую область пространства, распространяясь на тысячи километров от эпицентра. '

/станззлено, что в ионосфере во время сильных землетрясений -регистрируются быстрые (I ssV 5 км/с) и медленные (130 ¿f оГС м/с) возмущения. Медленные возмущения, обусловлены АГВ, хницируекыми землетрясениями в эпицентральной области и распрос-тоакяющимися затем по ионосфере до точки наблюдения. Быстрые ионосферные возмущения наиболее четко проявляются в промежуточной E-F области (в интервале высот ПО - 200 км). Они могут иметь акустическую природу: сейсмические волны, иницируемые •землетрясениями и распространяющиеся вдоль земной поверхности, на пути распространения в соприкасающейся среде (атмосфера) порождают АГВ, которые могут достигать ионосферы. Следовательно, ионосферные возмущения, вызванные акустическими волнами, от ч. пункта к пункту будут "распространяться" почти с теми же скоростям:'!, что и сейсмические волны - несколько км/с.

4. При рассмотрении некоторых эффектов в ионосфере в периоды подготовки нескольких сильных землетрясений обнаружены чётко выраженные возмущения в.ионосфере, связанные с этими землетрясениями. Выделяются изменения спектральной плотности вариации ионосферных параметров и аномальное увеличение электронной

' концентрации-Р-области ионосферы от нескольких дне-Д до нс-скох .-

ких часов до толчка. ~------— ---------

5. При обработке измерении, проведенных со спутн/ка "Эое<.л-с . выявлены эффекты в верхней ионосфере, обусловлю:.кие АГВ, гофрированных крупными землетрясениями, а такне промышлекч :?ли химическими взрывами по программе МАССА.

Идентифицированы случаи пересечения спутником б вер-.ней ионосфере области с возмущением электронной концентрации , вследствие распространения эффектов ПИВ на высоте верхней ионосферы и с сопровождающими КНЧ-ОНЧ шумами, обусловленными мелкомасштабными флуктуациями Не . Показано, что эффекты в верхней ионосфере генерируемые землетрясениями и промышленными химическими взрывами однотипны, что дает право говорить о том, что из двух основных путей передачи эффекта от уровня Земли до высот ионосферы, а именно - электрического или акустического, акустический является либо доминирующим, либо, по крайней мере, играет значительную роль.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях: I. Шарадзе З.С., Дкапаридзе Г.А., Лиадзе 3.31., Мосашвили Н.В., Чохели О.П. Перемещающиеся ионосферные возмущения и спорадический слой F2 в ионосфере средних широт. Геомагнетизм и аэрономия, 1986, т. 26, »3, с. 396 - 400. I. Шарадзе З.С., Джапаридзе Г.А., Матиашвили Т.Г., Мацаберидзе B.C., Мосашвили Н.В. Землетрясения и возмущения электронной концентрации ионосферы электромагнитной природы. Тез. докл. У-Всесоюзного совещания по динамическим процессам в верхней атмосфере Земли, Обнинск, 1985, с.35.

3. Оарадзе З.С., Джапаридзе Г.А., Матиашвили Т.Г., Мацабе-ридзе B.C., Мосашвили Н.В. Волновые возмущения в ионосфере, возбуждающиеся при сильных землетрясениях. Работа депонирована в ГрузЭДИНТИ, 06.01.86., И98-Г, 23 с.

Шарадзе 3.G., Дкапаридзе Г.А., Гогиашвили Ж.Г. и др. взаимосвязь между волновыми процессами в ионосфере и геомаг-¡•итчом поле на средних широтах. Работа, депонирована в ГрузНИйНТИ, 26.11.86., №256-Г, 42 с.

5. Шарадзе З.С., Дтапаридзе Г.А., Киквилашвили Г.В., Лиадзе З.Л., Матиашв/.ли Т.Г., Мосашвиди Н.В. Волновые возмущения неакустической природы в среднеширотной ионосфере. Геомагнетизм и аэрономия, 1988, т. 28, № 3, с. 446-451.

6. Шарадзе 3.G., Дкапаридзе Г.А., Матиашвили Т.Г., Мосашвили Н.В. Сильные землетрясения и связанные с ними возмущения в ионосфере и геомагнитном поле. Изв. АН СССР Физика Земли, 1989,

№ I, с. 20- 32 .

7. Джапаридзе Г.А., Мосашвили Н.В., Николайшвили Н.Ш., Шарадзо З.С. Перемещающиеся ионосферные возмущения и сопутствующие отражения в ионосфере средних широт в денвное время. Геомагнетизм и аэрономия, 1989, т. 29, Щ 2, с. 340 - 343 .

8. Шарадзе З.С., Джапаридзе Г.А., Жвания З.К., Квавадзе Н.Д., Киквилашвили Г.Б., Лиадзе З.Л., Матиашвили Т.Г., Мосашвили Н.В., Николайшвили Н.Ш. Возмущения в районе Тбилиси геомагнитного поля и ионосферы, сопровождающие спитакское 'землетрясение. Тез.докл. ХУШ Всесоюзного совещания по полярным сияниям и свечению ночного неба, 1989, Абастумани, с. 31 -- 32 .

------ - /cóQúfiotio (¡fiocpc úOX)b¿epñ¿p-d3

¿óS^p^nb oaönbqgßnü F <¡útó¿pc>b úñ¿3/?Oá3¿fir>3oGo bañsóetfrto ó¿®nJ3C33¿ /60® 3a!4nb Soßobd36jaj a®3Jc33àci/ PQPÙÔOSùîq опбпбпбрдЛоЬо po pnpoänßnb

Ühicr>36jñ ЛобоваSotfÄ "nêy>ç>-Qu ob Ooöjoojä^o

/fijbjo 3В0ЗС/ adnçnbn 1990

iF'UT.'Mx л. - i ,з V4í:¡ .КЗДЛТ.Л. - i

Bi^lW ГЬО

заказ a g70 г;;['л;.;

УОП ГГУ.гнпромрта, тбилиси пр. давида агмашенебели 150