Выявление аномалий геофизических полей при подготовке сильных землетрясений с магнитудами М=7.1, М=6.4 в Калифорнии в июле 2019 г.

Понимание литосферно-атмосферно-ионосферных связей является фундаментальной проблемой в области наук о Земле. Разнообразные процессы, происходящие на поверхности Земли, в ее атмосфере и ионосфере, в связи с сейсмической активностью, представляют основной объект исследований. Проявлениями таких процессов являются изменения температуры и влажности почвы, температуры, влажности и химического состава приземного слоя атмосферы и др. Многочисленные экспериментальные исследования явлений, сопровождающих землетрясения, показывает, что в литосфере, атмосфере и ионосфере происходят события, имеющие непосредственную связь между собой. Существующие теории о механизмах осуществления связи в системе «литосфера-атмосфера-ионосфера» в период последней активной стадии сейсмической деятельности (Липеровского, Пулинца, Гохберга, Шалимова и др.), в ряде случаев дополняют, но нередко противоречат и исключают друг друга. Поэтому особую актуальность приобретают исследования, позволяющие осуществлять совместный анализ значимых параметров различных геофизических сред, позволяющий уточнить связи между ними при подготовке и протекании землетрясений.
В настоящей работе исследованы аномалии геофизических полей, возникающих в процессе взаимодействия литосферы, атмосферы и ионосферы при подготовке и протекании сильных землетрясений, произошедших в Калифорнии 04.07.2019 с М=6.4 и 05.06.2019 с М=7.1, проведен их совместный анализ, а также проанализирован сейсмический режим на исследуемой территориии.
Для выявления атмосферных аномалий в Калифорнии были использованы ежедневные данные прибора AIRS (спутник Aqua) 3 уровня обработки AIRS3STD с значениями уходящего длинноволнового излучения (OLR) [Ouzounov et al, 2007]. Обрабатывались данные для временного периода с 15.06.2019 г. по 12.07.2019 г., а также данные предшествующих лет (с 2003 по 2018 год) за указанный период. Проведенный анализ позволил выявить аномальное повышение значений нормализованного индекса OLR перед землетрясением. Аномальные превышения значений нормализованного индекса OLR обнаружены 29.06.2019 г. (Ni=0.6). Аномалия высокой интенсивности зафиксирована 01.07.2019 г. и 02.07.2019 г., нормализованные значения которой Ni=0.75 и Ni=0.8 соответственно и располагалась в северо-восточном направлении от эпицентра землетрясения. В день землетрясения (05.07.2019 года) зафиксированы максимальные значения нормализованного индекса уходящего длинноволнового излучения Ni=1.
Для выявления аномалий в ионосфере рассматривались вариации электронной концентрации ионосферы, рассчитанные по методике, приведенной в работах [Бондур, Смирнов, 2005, Смирнов и др., 2018], а также полного электронного содержания (vTEC), рассчитанного по методике, описанной в работах [Ciraolo, Spalla, 1997, Пулинец и др., 2010, Klimenko et al, 2011]. Исходные данные спутниковой навигационной системы GPS были получены для периода с 08.06.2019 г. по 13.07.2019 г. (наземные станции CCCC, P573, P079, RAMT, GOL2, CPBN, P094, P311, P081, DCME, USLO, MONB, P020, P039, PRDS, P393, P777). По данным, полученным со станций, расположенных в радиусе 50 км от эпицентров землетрясений 04.07.2019 г. (М=6.4) и 05.07.2019 г. (М=7.1), было зарегистрировано резкое уменьшение электронной концентрации на высоте максимума 01.07.2019 г., по данным станций, расположенных примерно в 400 км к северо-востоку от эпицентров землетрясений, подобные аномалии были зарегистрированы 30.06.2019 г., по данным станций удаленных от эпицентров землетрясений на расстояние более 1500 км такие изменения в эти даты зарегистрированы не были. Отрицательные аномалии девиаций ТЕС наблюдались в период с 7 до 13 часов по местному времени 29.06.2019 г., с 11 до 14 часов – 30.06.2019 г., с 5 до 9 часов – 01.07.2019 г., а также с 17 до 21 часа – 03.07.2019 г. по данным станций, расположенных в радиусе 500 км от эпицентров землетрясений. Таким образом анализ высотных профилей электронной концентрации, а также девиаций полного электронного содержания над приемной станцией позволил выявить закономерности, характерные для готовящихся сильных землетрясений.
Для выявления литосферных аномалий были построены и проанализированы различные показатели линеаментных систем [Бондур, Зверев, 2005, 2016]. Исследован ряд космических изображений, полученных аппаратурой MODIS (спутник Terra/Aqua) начиная с мая по август 2019 г. Проведенные исследования позволили выявить предвестниковую закономерность в изменении линеаментных систем для землетрясений, произошедших в Калифорнии в 2019 году. Резкое изменение количественных характеристик роз-диаграмм линеаментов проявлено, начиная с 05.06.2019 г., то есть за месяц до землетрясений 4 и 5 июля 2019 г. Максимальная длина лучей северо-западного (продольного) и северо-восточного (поперечного) простираний приходится на дату 30.06.2019 г., т.е. за несколько дней до землетрясения. Рой афтершоковых землетрясений характеризуется постепенным уменьшением суммарной длины лучей роз-диаграмм. Максимальный размер роз-диаграмм, то есть максимальное проявление линеаментов на космических изображениях, характерен для периода начиная с 05.06.2019 – 18.07.2019 гг.
Были также обнаружены согласованные аномалии в локальном пространственном и временном масштабе. Совместный анализ индекса OLR и полного электронного содержания показал, что 28.06.2019 г. и 30.06.2019 г. понижению значений индекса OLR соответствует повышение ТЕС, 29.06.2019 г. наблюдается обратный эффект, в то время как с 15.06.2019 г. по 27.06.2019 г. такой закономерности не наблюдается. Также 30.06.2019 г. зафиксирована максимальная длина лучей простираний на роз-диаграммах направленности линеаментов. приходится на дату 30.06.2019 г. Такие закономерности могут указывать на высокую вероятность возникновения сильного землетрясения в рассматриваемом регионе.
Исследование выполнено в рамках Государственного задания №075-00896-19-01 (тема №ON58-2019-0030) в НИИ «АЭРОКОСМОС»