Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Взаимосвязь нерегулярных вариаций скорости вращения Земли и глобальных геофизических параметров

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Взаимосвязь нерегулярных вариаций скорости вращения Земли и глобальных геофизических параметров"

г »1 ФЕВ ^97

На правах рукописи

ХОМУТОВ Сергей Юрьевич

ВЗАИМОСВЯЗЬ НЕРЕГУЛЯРНЫХ ВАРИАЦИЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕЙИЯ ЗЕМЛИ И ГЛОБАЛЬНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

04.00.22 - физика твердой Земли

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК - 1997

Работа выполнена в Институте геофизики СО РАН

Научный руководитель: доктор технических наук

В.В.Кузнецов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Г.М.Цибульчик (г.Новосибирск);

кандидат физико-математических наук В.М.Киселев (г.Красноярск)

Ведущая организация: Новосибирский госуниверситет

Защита состоится 19 марта 1997 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 002.10.01 при Вычислительном центре СО РАН.

Адрес: 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ВЦ СО РАН.

Автореферат разослан "_"_1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н. Ю.И.Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объектом исследования настоящей работы являются статистические взаимосвязи между нерегулярными вариациями скорости осевого вращения Земли и такими глобальными геохарактеристиками как сейсмическая активность, магнитное и гравитационное поля и др.

Актуальность темы обусловлена как научным, так и прикладным характером проблематики. Современное бурное развитие новейших средств измерений привело к появлению высокоточных данных с высоким пространственно-временным разрешением о различных параметрах, описывающих состояние среды во внутренних и внешних геооболочках и в околоземном пространстве. Разработка производительных информационных технологий и новых методических подходов к геофизическим исследованиям сделало особенно актуальной проблему построения единой модели Земли, внутренне согласованной и непротиворечащей всему комплексу экспериментальных данных. Одним из важнейших критериев ее достоверности является соответствие между следующими из нее зависимостями временных вариаций различных параметров и результатами исследования таких связей с помощью статистических методов. Однако несмотря на длительную историю этих исследований многие вопросы остаются дискуссионными, что связано с рядом факторов, таких, например, как отсутствие данных необходимого объема и качества, использование неадекватных методов и др. Поэтому сохраняется актуальным изучение корреляций между временными вариациями глобальных характеристик Земли: параметров вращения, сейсмической активности, магнитного и гравитационного полей и др. При этом вращение планеты (угловая скорость и движение полюсов) занимает особое место в ряду геопараметров - с одной стороны как результат влияния большого количества геофизических процессов в широком пространственно-временном диапазоне, с другой - как фактор, оказывающим воздействие практически на все оболочки планеты.

Практический аспект рассматриваемой проблемы связан с прогностическими задачами, в том числе с прогнозом землетрясений, подготовка и реализация которых происходит в переменном поле напряжений, создаваемом неравномерным вращением.

Целыо работы является получение новой информации о взаимосвязях между различными геооболочками путем статистического

анализа временных вариаций параметров, характеризующих состояние этих оболочек.

Задача исследования - количественно оценить степень коррелированностп нерегулярной составляющей угловой скорости вращения Земли с сейсмической активностью в зонах спрединга и субдукции, с глобальной ориентацией вектора относительных смещений тектонических блоков при землетрясениях, с сейсмичностью отдельных выбранных регионов земной поверхности, а также выполнить сопоставление ряда глобальных геохарактеристик, таких как составляющие магнитного поля, индексы геомагнитной активности и др., для выделения синхронных аномальных возмущений.

Фактический материал и методы исследований. Теоретической основой решения поставленных задач являются уравнения Эйлера-Лиувилля, устанавливающие связь между вращением деформируемой Земли и возмущающими воздействиями. В качестве фактического материала в исследовании используются следующие данные:

- 5-суточные значения параметров вращения Земли (координат полюса и продолжительности суток) за 1962-1994 гг., полученные Международной службой вращения Земли (Париж);

- глобальный каталог землетрясений (Гарвардский университет, США), содержащий данные о параметрах очага (положение нодальных плоскостей, компоненты тензора центроида и скалярный момент) за 1977-1990 гг. (более 9 тыс. событий);

- выборки из каталога землетрясений Геологической службы США (УХ-формат); сейсмические события с магнитудами больше 6.0 за 19501988 гг. (глобальное распределение; около 4 тыс. событий) и все землетрясения в юго-западной части Тихого океана, включая район желобов Тонга и Кермадек, за 1975-1994 гг. (более 9 тыс. событий);

- среднемесячные значения составляющих геомагнитного поля, полученные по данным измерений на 201 магнитных обсерваториях, включая станцию "Ключи" Института геофизики СО РАН (г.Новосибирск), и скомпилированные в базу данных МЦД-А (Боулдер, США);

- данные МЦД-А о геомагнитной (среднемесячные значения аа- и Дулиндексов за 1950-1994 гг.) и солнечной активности (среднемесячные значения количества солнечных пятен и вспышек и потока радиоизлучения на частоте 2800 МГц за 1950-1994 гг.);

- месячные значения интенсивности нейтронной компоненты космических лучей, полученные по измерениям на ряде станций, в том числе на супермониторе Института геофизики СО РАН (г.Новосибирск);

- среднемесячные значения индекса Южного колебания за 18661991 гг. (представлены А.Робоком, Принстонский университет, США);

- данные о состоянии околоземного пространства: плотность и скорость плазмы солнечного ветра и составляющие межпланетного магнитного поля (МЦД-А).

Обобщение большого количества фактического материала и его качество определяют надежность и достоверность полученных результатов. Исследования базируются на статистических методах (спектральный и корреляционный анализ), реализованных в прикладных программных пакетах NAG, SSP и MatLab, а также на непараметрических оценках зависимостей между процессами и технологиях математического моделирования. Разработанные автором программные продукты в языковой среде Ассемблер, Fortran, FoxPro и MatLab тщательно тестировались на контрольных примерах и модельных данных. Расчеты выполнялись на вычислительных комплексах типа "Электроника-В" в операционных системах RSX-11M и RT-11 и на компьютерах РС-серии.

Основные защищаемые положения:

1. Существует статистическая взаимосвязь межгодовых нерегулярных изменений угловой скорости вращения Земли с сейсмической активностью (годовым количеством землетрясений со скалярными моментами больше 1.1x1025 динхсм) в зонах спрединга (областях наращивания тектонических плит), количественно выражаемая коэффициентом корреляции Пирсона +0.7 с 95-процентными доверительными границами по критерию Фишера от +0.61 до +0.77, и со среднегодовым значением проекции единичного вектора относительных смещений тектонических блоков при землетрясениях по нормали к оси вращения Земли (коэффициент корреляции достигает -0.6 при уровне значимости не хуже 0.05). Эта зависимость определяется преимущественно аномальными возмущениями в рассматриваемых характеристиках в период 1982-1983 гг.

2. С помощью непараметрических оценок была выполнена проверка статистической гипотезы о независимости глобальной и региональной сейсмичности от ускорения Земли. Для отдельных

регионов гипотеза может быть отвергнута с уровнем значимости не хуже 0.05. Наиболее устойчиво зависимость проявляется в районе глубоководных желобов Тонга и Кермадек (уровень значимости около 0.01) и обусловлена аномальными изменениями рядов в периоды 19821983 и 1986-1987 гг.

3. Во временных рядах продолжительности суток, вертикальной и горизонтальной составляющей магнитного поля, £>¿7- и аа-индексах геомагнитной активности, интенсивности космических лучей, плотности плазмы солнечного ветра и отдельных характеристиках сейсмической активности проявляется синхронное возмущение импульсного типа, относящееся к периоду 1982-1983 гг., и менее отчетливо выраженные импульсы в 1972-1973 и 1991 гг. Выделенные сигналы совпадают с эпохами событий Эль-Ниньо, представляющих собой нарушение нормального цикла циркуляции атмосферы и гидросферы в тропической и субтропической областях южной части Тихого океана.

Научная новнзна работы.

1. На основании вероятностно-статистического анализа данных Гарвардского каталога о механизме очага землетрясений впервые показано, что эти данные могут быть использованы для оценки временных вариаций и ориентации вектора относительного смещения тектонических блоков при сейсмических событиях без привлечения дополнительной геологической или тектонической информации о районе землетрясения. Неопределенность, возникающая из-за равновероятности двух вариантов ориентации вектора при решении тензора момента центроида, дает приемлемую погрешность при достаточном интервале усреднения по времени. Выполненные оценки позволили обнаружить корреляцию межгодовых нерегулярных изменений продолжительности суток и составляющей этого вектора вдоль нормали к оси вращения Земли.

2. Предложен оригинальный подход к изучению взаимосвязи между ускорением Земли и сейсмической активностью, основанный на непараметрических оценках степени и значимости ожидаемых зависимостей. Метод использовался для выделения регионов, обладающих высокой сейсмочувствительностыо к режиму вращения Земли.

3. Сопоставлением временных рядов ряда глобальных параметров впервые показано, что эпохи Эль-Ниньо сопровождаются значительными возмущениями не только в системе "атмосфера-океан",

но и в других геооболочках (земной коре, магнитосфере, ионосфере) и в околоземном пространстве.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты работы докладывались на 7 Научной ассамблее МАГА (Буэнос-Айрес, Аргентина, 1993), XXI Генеральной ассамблее МСГГ (Боулдер, США, 1995), Международном рабочем совещании "Применение космических технологий для геодинамических исследований в России" (Иркутск, 1995), Международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" (Томск, 1996) и ежегодной научно-практической конференции Сибирской государственной геодезической академии (Новосибирск, 1996). По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Работа является составной частью плановых научных исследований Института геофизики СО РАН по проекту 1.8.4.4 "Изучение динамики космических лучей в гелиосфере; коллективных процессов в магнитосфере, ионосфере и атмосфере".

Автор глубоко признателен научному руководителю д.т.н. В.В.Кузнецову за постоянное внимание, интерес и многочисленные обсуждения различных аспектов работы. Автор искренне благодарен коллегам В.В.Плоткину и В.И.Соханю, оказавшим внимание и поддержку на различных этапах подготовки диссертации, а также сотруднику ИАиЭ СО РАН Г.П.Арнаутову, д-ру А.Робоку (Принстонский ун-т, США), д-ру Э.Михаэлю (Стэнфордский ун-т, CUJA) и д-ру Г.Ригору (Геологическая служба CIJJA) за предоставленные данные.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 136 страниц текста, 31 рисунок, 9 таблиц. Библиография содержит 166 наименований.

Расположение материалов в диссертации обусловлено их последовательностью при проведении исследований: в первой главе рассмотрены общие проблемы вращения Земли как глобальной геодинамической и геофизической характеристики, во второй и третьей исследуется связь вариаций скорости вращения с различными показателями сейсмической активности. Четвертая глава является логическим продолжением и обобщением результатов, полученпых в предыдущих главах, на ряд друпгх глобальных геопараметров. В

заключении сформулированы основные результаты работы, отмечены нерешенные вопросы и определено направление дальнейших исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность постановки исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены общие проблемы вращения Земли как глобальной геодинамической и геофизической характеристики. Акцент сделан на анализе характеристик имеющихся рядов (точность, дискретность, продолжительность и др.), связанных с методами и средствами определения параметров вращения Земли (ПВЗ) - координат полюса х,у и угловой скорости ш, начиная от изучения палеоданных и античных измерений до современных наблюдений с помощью радиоинтерферометров со сверхдлинной базой, лазерной локации ИСЗ и др. Даны оценки представительности ПВЗ во временной и частотной областях. Показано, что за во второй половине XX столетия погрешности индивидуальных 5-суточных определений продолжительности суток и координат полюса снизились примерно с 12 мс и 0.01-0.02 у гл.с до 0.01 мс и 0.0001 угл.с, то есть более чем на два порядка.

Выполненный обзор показывает, что вращение Земли является одной из важнейших геофизических и геодинамических характеристик, которая служит индикатором множества процессов, протекающих как в недрах планеты, так и во внешних ее оболочках. Имеющиеся временные ряды продолжительности суток достаточно представительны для решения поставленных задач: полностью соответствуют требованиям по спектральному диапазону и в значительной степени - по точностным характеристикам.

Во второй главе анализируется связь межгодовых нерегулярных вариаций продолжительности суток с сейсмической активностью. Анализ состояния проблемы (работы О.М.Барсукова, В.Е.Жарова, Н.Н.Горькавого, М.Б.Гохберга, А.С.Конова, С.С.Моисеева, А.К.Некрасова, В.Б.Смирнова, Ю.А.Трапезникова, А.М.Фридмана, Chao B.Fong, R.S.Gross и др.) показал, что в выполненных статистических исследованиях рассматривается только глобальная сейсмичность при различных срезах по магнитуде. Однако при этом

происходит усреднение для регионов, которые в силу своих тектонических, геологических и других особенностей могут обладать совершенно различной сейсмочувствительностью к внешним нагрузкам. Поэтому были поставлены задачи статистически исследовать взаимосвязь нерегулярных вариаций продолжительности суток с временными изменениями сейсмичности двух существенно различающихся типом границ плит - областей спрединга и субдукции, а также с параметрами, определяющими механизм очага землетрясении, в том числе направление вектора подвижки.

Из исходного ряда 5-суточных значений продолжительности суток с1Р был исключен эффект земных зональных приливов, а также удалены тренд и сезонные компоненты с последующим сглаживанием результирующего ряда с помощью годового скользящего среднего и прореживанием с шагом 1 мес. Для оценки углового ускорения использовались первые разности продолжительности суток с!(с1Р). В качестве параметра, характеризующего сейсмическую активность, выбрано суммарное количество землетрясений N в заданной области Земли за 1 год (скользящее 12-месячное суммирование). Анализ Гарвардского каталога показал, что он достаточно представителен для землетрясений со скалярными моментами Мд^ЫхЮ25 динхсм. На рис.1 представлены анализируемые ряды - месячные значения с!(ёР), Мспр/Мсуб (б), Мспр (в), Мсуб (г), где Мспр и Мсуб - годовые количества землетрясений в зонах спрединга и субдукции, соответственно, полученные по данным Гарвардского и УХ-каталогов.

Максимум корреляции между с!(с]Р) и МСПр на общем временном интервале обоих каталогов достигается практически при нулевом сдвиге и составляет -0.7 с 95-процентными доверительными границами по критерию Фишера от -0.61 до -0.77. Таким образом, результаты показывают, что сейсмичность в зонах спрединга растет в периоды ускорения Земли и, соответственно, снижается в периоды торможения, тогда как для зон субдукции статистически значимая корреляция не наблюдается.

Для решения второй задачи в качестве параметра, характеризующего механизм очага землетрясения, была рассмотрена составляющая ис единичного вектора относительного смещения тектонических блоков (направляющий косинус) вдоль нормали к оси вращения Земли. Основная проблема методического характера заключается в том, что решения тензора момента центроида дают два

возможных и равновероятных варианта ориентации этого вектора. Для устранения этой неопределенности обычно используются данные о геологическом и тектоническом строении района землетрясения, что не всегда возможно, особенно при глобальном анализе.

-0.05

2 О?

0.00

1-.

VX. шЬ>5.5 УХ, тЬ>5.0

Нагуагй. Мо>1.1Е25 дин с

20 10 О

(Г)

1«

1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992

Время, лет Рис.1

Используя данные Гарвардского каталога с помощью четырех последовательных вращений можно преобразовать систему координат, связанную с вектором смещения, в локальную земную систему и, таким образом, найти интересующую компоненту и^. Поскольку само смещение относительно, то в дальнейшем используются абсолютные значения и^. Вероятностно-статистический анализ распределения ис показал, что оптимальной в отношении систематических и случайных погрешностей является среднее из двух возможных реализаций ис. При условии, что выбор правильного и ошибочного решения для вектора равновероятен, распределение ожидаемых ошибок в оценке и^ будет симметричным (смещение равно нулю) со стандартным отклонением 0.25.

По данным Гарвардского каталога для каждого землетрясения были вычислены абсолютные значения и^ и среднее и^ из двух этих реализаций. Ряд был сглажен 365-суточным скользящим средним и отнесен к тем же нормальным точкам, что и рассмотренные выше данные о вращении (месячные значения с!Р и с!(с1Р)). Результирующие кривые ёР и < 11(.> для трех срезов по скалярному моменту представлены на рис.2. Для сейсмических данных (кривая (б)) показан доверительный интервал ±1а, где а=0.022 - оценка стандартного отклонения для нормального значения < и;>, полученная как 0.25/^, а N - количество событий в интервале усреднения (в среднем около 130). Как видно, неопределенность в оценке < и<-> велика. Тем не менее, следует признать значимыми изменения в период 1982-1983 гг. Максимум ВКФ между ёР и <и,;> достигает +0.6 при уровне значимости не хуже 0.05 и незначительном (около 3-6 мес.) опережении вариаций в сейсмических данных. Сопоставление кривых показывает, что в периоды замедления вращения наблюдается активизация землетрясений с очагами определенного типа, что может быть результатом как непосредственного влияния напряжений, возникающих в теле планеты при изменении угловой скорости, так и опосредованно, как следствие некоторой общей причины^

2 а

0.4 0.2 0.0 -0.2 0.56

0.52

0.48 0.56

0.52

0.48

\

' ' О "

1976 1978 1980 1982 1984 1986

Время, лет

Рис.2

Результаты, полученные в гл.2 (рис. 1,2),

1988

1990

1992

показывают, что

наблюдаемые корреляции между вращением Земли и параметрами

сейсмичности в значительной степени определяются синхронными аномальными возмущениями, совпадающими по времени с хорошо известным событием Эль-Ниньо (ЭН) 1982-1983 гг.

В третьей главе исследование взаимосвязи между сейсмичностью и вращением Земли базируется на методике, отличающейся от стандартного корреляционного анализа, используемого в предыдущей главе. Как известно, одна из особенностей анализа вариаций сейсмической активности связана с дискретностью событий, формирующих сейсмический процесс и, таким образом, с необходимостью переходить от отдельных событий к некоторой непрерывной функции. При этом для повышения устойчивости оценок корреляции приходится либо задавать достаточно большим интервал суммирования, либо применять последующие сглаживание, что приводит к существенному сокращению частотного диапазона исследуемых процессов в короткопериодной части спектра.

Используемая в данной главе методика основана на непараметрическои оценке корреляции (подобный метод применялся В.А.Николаевым при исследовании зависимости сейсмичности от фазы прилива). Поверхность Земли была разделена 20-градусные зоны, для каждой из которых вычислялся параметр 1а=(п-р^/а, где п -фактическое количество землетрясений, моменты которых приходятся на фазу ускорения, pN - ожидаемое количество событий в предположении о независимости, р - доля временного интервала в фазе ускорения в общей продолжительности ряда, N - общее количество событий в зоне, Ыр(1-р) - дисперсия биномиального распределения для п. Значения 1Ц>0 указывают' на положительную корреляцию сейсмической активности и ускорения Земли, а их абсолютные значения определяют степень ее достоверности: гипотеза о случайности отклонения может быть отвергнута с уровнем значимости а=0.05 при Кц|>2.0 и а=0.012 при |га |>2.5. Сейсмическая активность оценивалась по пяти выборкам землетрясений: (а) - все события; (б) - землетрясения с сейсмическим моментом М0> 1.1x10—^ динхсм; (в) - с исключенными афтершоками; (г) и (д) - с глубиной гипоцентра < 50 км и > 100 км. Кроме исходных использовались также следующие ряды с!(с!Р): (а) -полученные по сглаженным с помощью чебышевского фильтра (частота среза 0.02 сут."1) исходным с!Р; (б) - с!(с!Р), превышающие по абсолютной величине 0.1 мс; (в) - ё(с1Р) за период 1984-1990 г.

В качестве примера на рис.3 представлены результаты расчетов для полного каталога и исходных с1(с!Р) (а) и для поверхностных землетрясений при исходных с1(с1Р) (б) и данных за 1984-1990 г. (в). Символами "+" и "-" показаны зоны, где статистика непредставительна, но значения п-р>1, соответственно, положительны и отрицательны. Пустые ячейки указывают на отсутствие землетрясений в данном районе. Распределение 1а достаточно хаотично и не имеет хорошо выраженных пространственно связанных областей, однако существуют регионы, где отклонения фактического количества землетрясений от ожидаемого значимы с а до 0.05. Так, для различных выборок из каталога землетрясений и различных рядах продолжительности суток относительно устойчиво проявляется чувствительность к режиму вращения Земли района глубоководных желобов Кермадек и Тонга, который характеризуется чрезвычайно сложным и интенсивным взаимодействием Тихоокеанской и Индо-Австралийской плит. Здесь наблюдается значимое (доверительная вероятность около 99%) повышение сейсмической активности в период торможения Земли. Оценки 1а для Земли в целом показали, что корреляция глобальной сейсмичности с ускорением отсутствует (абсолютные значения 1а не превышают 1.0).

Более подробный анализ района Тонга-Кермадек по данным УХ-каталога показал, что связь с ускорением в значительной степени обусловлена аномальной активизацией сейсмичности в декабре 1982 г. и в конце 1986 г. Эти периоды близки к эпохам явления Эль-Ниньо.

Четвертая глава является логическим продолжением результатов, полученных в гл.2 и 3: и в сейсмичности, и в угловой скорости вращения наблюдаются аномальные вариации, приходящиеся на период 1982-1983 гг., известного как эпоха сильнейшего Эль-Ниньо двадцатого столетия.

События Эль-Ниньо (ЭН) представляют собой нарушения нормального цикла циркуляции атмосферы и гидросферы в тропической и субтропической областях южной части Тихого океана (т.н. отрицательная фаза Южного колебания), сопровождающиеся широкомасштабными аномальными климатическими процессами. Естественно ожидать, что такие глобальные временные возмущения в системе "атмосфера-океан" будут происходить также и в других геофизических процессах и полях: с одной стороны, как отражение причин, порождающих Эль-Ниньо, с другой - как результат его

воздействия. Отдельные аспекты проявления ЭН-сигнала в различных геосферах рассмотрены в работах Н.С.Сидоренкова, Chao B.Fong, R.D.Rosen, J.O.Dickey, N.A.Morner, A.Robock, D.A.Walker и др. В то же время отсутствуют исследования возможных ЭН-возмущений в таких

2В0 100 120 3 4 Ц ЗСП

' -- i ij + ! +. .;:+" ..' + ■ ••• ' + -»'Г +

: i f i;--' " 0.5 V-

SO 1 о J 120 14 J ICO 1 á O 200 2L'0

1.2^-0.9.-1.7; 1.8;-0.9!-0.6,

• 0.6 ■ -0..6|-2.2 0.3' -1.0}-0.9^27j + i + 'л0"7; -Vt-I^-' 1 0.3i-0.2, '+

~ :-0.2:10.0.81 - '-O.siv

i, i -+ N _ *

' + ;_Z6] 1.1 ^Q'3^.3"; 0.0\ i.2 \ ' ¡~-Ó.8~[ + "\0.3 ; "'^ + "pzo 0.3' + I v.4\í.íj +f'i.1 I-2.31 " "|"+"ГчХЗ" + '-Ó.9~ "•

S-7________

11.9,1.0, , +

1 -

~¡1¿T + 1-0.6 ¡0.3

"T -J-J,

• 20 ,

o ] '

v"+ 1 + 1 - ■ + - ; +;í-b,1 '"'0.1' -0..7' -I.7' 0.8<-1.0j-Ó'.6' 2.4

-2.3: о.эргг-о.^; -

■+■ i' - -v; -Чч)8

•0'¡ -2.3; - ; 1.1,0.2, + ¡ ;'+ _26 - 2.4|-0.8;1.1 1.4 0.9 0.3 • + +\ V f > 0.81 -3 5' Г- \ ■ +У- 1 +11.91 ó.5¡ i +"

'■•: ¡ -+-*í + lk' C.5

1 r1 ' 1

-0.2;d.'5l-0.5! - |-0.5|'ч+

(a)

-I,

3

-0.8; + 4,1.2 ¡ -0.3 • -1.0

+ 'i +"!'^'Г+1-0.7! 0.3

1 -t'.t" "T---л —r

I - I +

— I +-Ч--. rtí-T +"¡4

1 - 1 + 1 - ' 22 1.(Г' - 'X' + ; -A- ' + '

■ -■— 1---i —>- —I—i- _ -i — -I- ji--1 .. - j _ -J-

+-•-1.0,'1,5;-0.2'-O.r - >'-0.11 1.5' + '-'-.- 143,8', - Y* '-' + '/

- ! '-'''• - I -^Гзлл';- o.7' 0.4 "! ! + ' 0.4'i".ь-ü.9: - ! 0.2

(6)

00

1.9'

0.5;;0.8v,p.7: 2.8 0.5 ! +

V +..; > '-0.2 -4.0' '-o:s "+

- Г + 1.0 - , + ■ -, +. +

+ : + 1 г + ' + '

120 НО КО 1К0 20 0 220 гю :¿o :

,-0.1,

Рис.3

характеристиках, как магнитное и гравитационное поля, геомагнитная активность, состояние околоземного пространства. Поэтому в данной работе было выполнено сопоставление временных серий ряда параметров, представляющих состояние различных геооболочек. Качественный анализ показал наличие практически во всех данных

синхронного по времени возмущения в период 1982-1983 гг., совпадающее с наиболее сильным за последнее столетие событием ЭН. Менее ярко выражены аномальные вариации в эпоху ЭН 1972-1973 гг. и продолжительного ЭН, начало которого приходится на 1991 г. В качестве примера на рис.4 показаны месячные значения следующих параметров: поток солнечного радиоизлучения на частоте 2800 МГц (F-<F>, где <F> - долгопериодическая компонента), плотность плазмы солнечного ветра п в см"3 и оценка потока его энергии через магнитопаузу nV^ в 10^ (км/с)^см"^, где V - скорость плазмы, интенсивность космических лучей по данным мониторов Новосибирска 1(Нов) и Клаймэкса, США l(Cli), аа- и ДуМшдексы геомагнитной активности в нТл, среднее по 13 станциям значение вертикальной составляющей магнитного поля Земли <Z> в нТл, индекс Южного колебания SOI в мб (отрицательные значения соответствуют эпохам ЭН), продолжительность суток dP, параметры сейсмической активности <iiç> и NCM|, (глава 2) и количество землетрясений в районе желобов Тонга-Кермадек N(t-k).

Полученные результаты позволяют предположить, что вероятной причиной наиболее геоэффективных Эль-Ннньо является приток солнечной энергии в магнитосферу и ионосферу с последующим переносом возмущений в систему "атмосфера-океан" и к внутренним оболочкам Земли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом работы является получение статистических зависимостей между нерегулярными вариациями скорости осевого вращения Земли и сейсмичностью и доказательство значимости этой связи в период события Эль-Ниньо 1982-1983 гг. В отличие от ранее выполненных исследований была проанализирована сейсмическая активность таких геологически и геотектонически существенно различающихся границ плит, как зоны спрединга и субдукцип, и показано, что чувствительностью к режиму вращения на характерных временах 1-10 лет обладают области наращивания плит. Количественно эта связь для землетрясений со скалярными сейсмическими моментами Мо>1.1x10-5 динхем оценивается коэффициентом корреляции Пирсона +0.7 при уровне значимости не ниже 0.05.

1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992

"Т—1-1-1—I-1-1-1--1--1-1-1-1-1-1-1-1-1-!-1-1-1-1-)-1-1-1-1-1-1-1—

л

50 ц. -50

15 ; с 10 5

М Чулд* !

пУ"3

3500 4000 4500

каш л//:

-40 | I ■ I

0'

0.54

л

з 0.51

v

0.48

V V

.40 . 20

^у-. Ы(спо)

1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 Время, лет Рис.4

Вторым важным результатом является обоснование возможности использовать для оценки глобальной ориентации вектора подвижки

данные о механизме очага землетрясений, публикуемые Гарвардским университетом в виде двух равновероятных решений тензора момента центроида, без привлечения дополнительной информации о геологических и тектонических условиях района, где произошло сейсмическое событие. Впервые показано, что при оптимальном усреднении временные вариации проекции вектора относительных смешений блоков на нормаль к оси вращения Земли могут 6i.it:> получены с приемлемым уровнем значимости, достаточным для уверенного выделения аномальной активизации землетрясений с определенным очагом в 1982-1983 гг. Межгодовые вариации продолжительности суток с!Р показывают положительную корреляционную связь со среднегодовым значением данного параметра для землетрясений со скалярными моментами Мд> 1x10^5 динхсм (коэффициент корреляции оценивается величиной порядка +0.4 при 95-процентных доверительных границах от +0.20 до +0.55).

Анализ статистической связи ускорения вращения Земли с сейсмической активностью с помощью непараметрических критериев показал, что существует повышенная сейсмочувствительность отдельных регионов к режиму вращения. Так, устойчиво проявляется отрицательная корреляция между сейсмичностью в зоне желобов Тонга и Кермадек и ускорением Земли с уровнем значимости не хуже 0.05. Менее надежно выделяется такая зависимость для северо-восточного края Тихоокеанской плиты и зоны спрединга в центральной части Индийского океана. Полученная региональная корреляция определяется преимущественно более слабыми землетрясениями на небольших глубинах и проявляется на характерных временах 2-3 месяца и менее. Более детальный анализ сейсмичности района желобов Тонга-Кермадек показал, что ее активизация происходит синхронно с эпохами Эль-Миньо 1972-1973, 1982-1983 и 1987 гг.

Совместный анализ ряда глобальных характеристик, таких как сейсмичность зон спрединга, ориентация вектора подвижки при землетрясениях, продолжительность суток, вертикальная и горизонтальная составляющие магнитного поля Земли, £>¿7- и аа-индексы геомагнитной активности, интенсивность космических лучей и параметры солнечного ветра, показал, что во внутренних и внешних геооболочках и в околоземном пространстве наблюдаются нерегулярные возмущения, синхронные с событиями Эль-Ниньо. При этом эпоха 1982-1983 гг., совпадающая с сильнейшим Эль-Ниньо этого

столетия, является уникальной по мощности и глобальности проявлений. Наличие ЭН-сигналов во временных вариациях параметров солнечного ветра указывает на то, что вероятный источник этих возмущений косвенно или непосредственно связан с притоком солнечной энергии в систему "магнитосфера - ионосфера - атмосфера -океан - твердая Земля".

Дальнейшее направление работы автор видит, во-первых, в более детальном исследовании сейсмичности в районе южных тропиков Тихого океана и соответствующих тектоноактивных окраин с целыо оценки возможной взаимосвязи с вариациями климатических параметров в периоды Эль-Ниньо и, во-вторых, в количественной оценке фазово-амплитудных характеристик между глобальными геопараметрами и разработке качественной модели взаимодействия между ними.

Основные работы по теме диссертации:

Хомутов С.Ю. Нерегулярные изменения продолжительности суток и глобальная сейсмичность, 1977-1987 годы. - Новосибирск, 1991.-18с. -(Препр./ОИГГиМ СО РАН, N13).

Хомутов С.Ю. Исследование зависимости глобальной сейсмичности от положения Луны (проверка законов Перре). -Новосибирск, 1992,- 27с. - (Препр./ОИГГиМ СО РАН, N10).

Хомутов С.Ю. О возможной взаимосвязи параметров очагов землетрясений с нерегулярными изменениями скорости вращения Земли. - Новосибирск, 1993 - (Препр./ОИГГиМ, N3).

Kuznetsov V.V., Khomutov $.Yu. The exibition of El-Ninc phenomenon event (1982-1983) in secular variations of the Earth magnetic field and in seismicity of the south part of African plate // IAGA Bull. Pt B. ■ 1993. - N55. - P.127. - (7th IAGA Sci. Assem., Buenos-Aires, Argent., 8-2C Aug., 1993).

Timofeev V.Y., Arnautov G.P., Saricheva Y.K., Kalish E.N., Stus Y.E. Tarasyuk V.G., Smirnov M.G., Khomutov S.Yu. Observation of tidal gravit; changes by means of an absolute gravimeter and an Askania gravimeter a Novosibirsk stations // Merees Terrestres. Bull, d'lnformations. - 1994. ■ N120.

Хомутов С.Ю. Исследование зависимости глобально? сейсмичности от положения Луны // Геол. и геофиз. - 1995. - Т.Зб, N4. • С.88-102.

Kuznetsov V.V., Khomutov S.Yu. The irregular synchronous variations of the geoparameters on El Nino periods // Ann. Geophys. - 1995. -V.13,SuppI, Pt.l. - P.34.

Kuznetsov V.V., Khomutov S.Yu. The relationship between the global seismicity and the Moon's position (the test of Perre's lows) // XXI General Assembly of International Union of Geodesy and Geophysics, Boulder, Colorado, July 2-14, 1995. Abstracts. Week A, SA31G-27, p.A3S2.

Kuznetsov V.V., Khomutov S.Yu. A possible relationship between the earthquake source parameters and irregular variations of the Earth's rotation // XXI General Assembly of International Union of Geodesy and Geophysics, Boulder, Colorado, July 2-14, 1995. Abstracts. Week A, GA52B-17, p.A65.

Кузнецов В.В., Хомутов С.Ю. Нерегулярные синхронные вариации геопараметров в периоды Эль-Ниньо // Мониторинг окруж. среды и проблемы солн.-земн. физики / Тез. докл. междунар. симп., посвящ. 60-летию регулярных ионосферн. исслед. в- России, 18-21 июня, 1996г. -Томск: ТГУ, СФТИ, 1996. - с.82-83.

Подписано к печати 03.02.97. Формат 60x84/16. Бумага офсет N 1. Гарнитура тайме. Офсетная печать. Печ.л. 0,93. Тираж 100. Заказ 42.

Новосибирск, 90, Университетский просп., 3 НИЦ ОИГГМ СО РАН