Исследователи Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) проанализировали ионосферные эффекты, вызванные турецко-сирийскими землетрясениями 6 февраля 2023 года. Они выяснили, что оба землетрясения вызвали круговые волны в ионосфере, однако эффект получился асимметричным. Амплитуда ионосферного отклика дневного землетрясения в пять раз превысила тот же показатель ночного, несмотря на то, что магнитуда днем была меньше.

Землетрясения 6 февраля 2023 года в Турции и Сирии стали одним из крупнейших бедствий, затронувших регион за многие годы. Первое крупное событие магнитудой 7,8 произошло ночью на юге Турции, недалеко от северной границы Сирии. Примерно через девять часов последовал второй толчок магнитудой 7,5. Это было самое сильное землетрясение в Турции с 1939 года. 

«Нам, как исследователям, интересно, какие волны порождаются в результате землетрясения, они дают дополнительную информацию о том, что происходит в земной коре. Есть и практическое применение данных ионосферы, их можно использовать для предсказания землетрясений. Ведь по одной из гипотез, перед сейсмическим событием возникают многочисленные аномальные изменения в атмосфере и ионосфере. Помимо этого, можно сделать систему раннего предупреждения цунами, оно часто начинается после подводных землетрясений. Благодаря тому, что сейсмическая волна в ионосфере распространяется быстрее, чем в океане, можно заранее выявить начало такого опасного явления», — комментирует ведущий научный сотрудник ИСЗФ СО РАН кандидат физико-математических наук Юрий Владимирович Ясюкевич. 

Ионосфера — это слой земной атмосферы, расположенный на высоте от 50 до 1 000 километров. В нем содержится большое количество заряженных частиц: электронов, атомарных и молекулярных ионов. Исследования последних лет свидетельствуют о существовании связи между процессами, протекающими в земной литосфере, и возмущениями в ионосфере.

Реакция ионосферы на землетрясения может проявляться разными волнами. Ученые различают их по скорости распространения от эпицентра. Самые быстрые связаны с сейсмическими волнами Рэлея (~2000—3000 м/с). Следом идут связанные с атмосферными акустическими (~700—1200 м/с) и внутренними гравитационными (~150—300 м/с) волнами.

«Волна Рэлея начинается с толчка, от которого образуется сейсмическая волна. Она колеблет поверхность земли то вверх, то вниз и распространяется по всей поверхности, “ударяя” по атмосфере. Появляется вторичная волна, которая поднимается наверх и уже может называться ионосферной. Существуют и чисто атмосферные волны: акустическая и внутренняя гравитационная. Это один из случаев, когда кратчайшее расстояние между двумя точками не прямая линия. Волна быстрее распространяется до точки в ионосфере по двум коротким катетам — поверхности земли и атмосфере, чем по одной длинной гипотенузе от источника возмущения через атмосферу. Землетрясение в Турции интересно еще и тем, что после толчка не было третьей классической волны с более медленной скоростью. Обычно она есть», — делится Юрий Ясюкевич.

Не все землетрясения обладают достаточной энергией, чтобы вызвать ионосферный отклик. Если удар будет слабый, то волна просто не дойдет до атмосферы. Важную роль играет и механика удара: при движении земных плит сверху вниз удар по атмосфере сильный, при движении вбок возмущение гораздо слабее.

«Первые ионосферные эффекты мы наблюдали через 10 минут после толчков и видели, как они распространялись на расстояние до 750 км от эпицентра. Оказалось, что дневной толчок сопровождался более сильными ионосферными эффектами по сравнению с ночным. Возможно, повлияло направление нейтрального ветра, он может ослаблять волны и препятствовать их распространению до ионосферных высот. Отразиться могла и плотность числа электронов в ионосфере, в ночное время она была ниже. Другой причиной могли стать особенности самих землетрясений: дневной толчок сопровождался более длительным колебанием земной поверхности», — рассказывает Юрий Ясюкевич.

Даже небольшое смещение земной поверхности при землетрясении может вызвать заметные колебания нейтрального газа в верхних слоях атмосферы. Соединение этих колебаний и ионосферных частиц и фиксируют ионосферные датчики. Для анализа ионосферного отклика ученые использовали двухчастотные приемники глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) и ионозонды.

«Ионозонд в какой-то степени более информативен, потому что получает информацию с разных высот, GPS же дает интегральное число. Благодаря тому, что GPS-приемников у нас было около 300, мы зондировали атмосферу с помощью 6 000 лучей. Ионозонд, который мы использовали, может смотреть только вверх. К тому же, стандартные приемники измеряют ионосферу раз в 30 секунд, тогда как ионозонд раз в 5 минут. Быстрые волны имеют длительность полторы—две минуты, и можно просто проскочить между этими интервалами зондирования», — рассказывает Юрий Ясюкевич.

Исследования турецко-сирийского землетрясения будут продолжаться и дальше. Сейчас зарубежные коллеги занимаются моделированием сейсмического процесса на основе данных статьи сибирских ученых.

«Я думаю, что по этому землетрясению будет еще много работ. Нам удалось быстро сделать статью благодаря тому, что пять лет назад мы модифицировали работу по обработке данных. Теперь все что нужно сделать — это нажать несколько кнопок, чтобы скачать и обработать данные», — делится Юрий Ясюкевич.

Источник: «Наука в Сибири»

Текст: Полина Щербакова