Кратко обрисованы результаты, полученные к началу XXI века, и остающиеся вопросы по фундаментальной комплексной проблеме формирования геосфер. Сформулирована современная парадигма состояния ранней Земли.
В статье приведены результаты экспериментов по изучению дегазации метеоритного вещества (L-хондрит «Царев»). Полученный состав газов сопоставляется с рассчитанным в университете Дж. Вашингтона (Сент-Луис, США) для химического равновесия в условиях формирования планет. Наблюдается удовлетворительное качественное и количественное согласие эксперимента и расчетов.
Модель эволюции атмосферы под действием бомбардировки планеты астероидами и кометами, предложенная в работе [Zahnle, JGR, 1993], используется для оценки роста ранней земной атмосферы на самой поздней стадии аккумуляции планеты. В модель добавлено испарение ударника и коры после ударов. Используются коэффициенты потерь атмосферной массы и потерь масс ударяющих тел, вычисленные в работе [Shuvalov, M&PS, 2009]. Согласно расчетам, выполненным по этой модели, после окончания бомбардировки Земли космическими телами образуется атмосфера из углекислого газа с давлениями 50−100 бар и парциальным давлением азота 0,3−0,6 бар.
Рассматриваются последствия ударов космических тел и извержений, происходящих с одинаковой частотой: раз в год, в тысячу лет, 50 тысяч лет и 10–100 миллионов лет. Показано, что на временных масштабах 1–1000 лет вулканические извержения значительно опаснее ударов космических тел. С увеличением временного масштаба относительная опасность импактных событий увеличивается.
В работе представлены новые экспериментальные данные о дифференциальных временах пробега tBC-tDF сейсмических волн PKPDF и PKPBC в земном ядре. Невязки дифференциальных времен в узком диапазоне углов от 20 до 30° между направлением сейсмического луча в ядре и осью вращения Земли имеют специфическую особенность в форме «ковша», которая не согласуется с цилиндрической анизотропией внутреннего ядра Земли. Предложена модель с аномалией скорости продольных волн в 0,8% в цилиндрической области радиусом 1375 км во внешнем ядре, которая хорошо описывает экспериментальные данные.
Представлен краткий обзор состояния дел в перспективном направлении исследования земных недр с помощью нейтрино, рождающихся в недрах Земли в результате распада радиоактивных элементов (геонейтрино). Регистрация геонейтрино может дать непосредственную информацию о доле радиогенного тепла в энергетическом балансе Земли и распространенности радиоактивных элементов в различных геосферах.
Выполнена обработка высокоточных данных о пространственном расположении очагов землетрясений, приуроченных к крупной разломной зоне длиной около 40 км. Проведенный анализ показывает высокую степень пространственной локализации сейсмичности. Большая часть событий наблюдается в узкой зоне с характерной шириной порядка 100 м. Эта величина примерно соответствует верхней границе оценок эффективной ширины разломной зоны, выполненных на основе данных о параметрах шероховатости и волнистости нарушений сплошности массивов скальных пород.
Выполнен анализ данных наблюдений за вариациями уровня воды в скважинах при воздействии сейсмических колебаний от удаленных землетрясений. Показано, что в большинстве случаев величина постсейсмического изменения уровня пропорциональна корню квадратному из максимального значения скорости смещения грунта. При этом в зависимости от конкретных гидрогеологических условий интенсивность остаточных изменений уровня меняется в пределах 1÷5см/микрострейн динамической деформации, хотя наблюдаются и значительные отклонения от этого диапазона как в ту, так и в другую сторону.
В лабораторных экспериментах продемонстрирована возможность разрушения «барьеров», сформированных мелкими глинистыми частицами при воздействии импульса давления. Показано, что динамические воздействия могут приводить к изменению количества открытых трещин и их проницаемости. Экспериментально установлена возможность постепенного накопления эффекта при длительной виброобработке. Рассмотренная схема декольматации находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными. Важным представляется установленный факт пропорциональности скачка напора корню квадратному из максимального значения скорости смещения грунта.
В статье приведены результаты мониторинга уровня воды в скважине, вскрывающей напорный водоносный горизонт, на территории геофизической обсерватории ИДГ РАН «Михнево». В составе периодических колебаний уровня выделены гармонические ряды, обусловленные изменением состояния геологической среды под влиянием лунно-солнечных приливов. В рядах измерений с шагом 1 с прослежен гидрогеологический отклик на сейсмические события – землетрясения с магнитудой свыше 7 баллов.
В статье рассматривается применение парадигмы Донохо-Джонстона вейвлетфильтрации с целью выделения слабых сейсмических сигналов на зашумленной записи. Подобраны такие параметры обработки сигнала с помощью вейвлетов, которые позволяют выделять сигналы, плохо разрешаемые пороговым критерием. Методика протестирована на записях акустической эмиссии, полученных в экспериментах по закачке жидкости в пористые нагруженные образцы. По выделенным импульсам созданы каталоги событий акустической эмиссии. Правомерность использования предложенного подхода подтверждается оценками убывания амплитуды импульсов с расстоянием, вычисленными по полученным каталогам, а также построенными по этим данным графиками повторяемости.
Проведено лабораторное исследование электромагнитных эффектов в горных породах с низкой пористостью при воздействии акустических волн на примере следующих материалов: тиосульфата натрия, мрамора, гранита. Исследуется вопрос о связи электрического и акустического сигналов.
С целью сейсмического мониторинга ближнего района строящейся площадки Ленинградской АЭС-2 в октябре – ноябре 2009 года ИДГ РАН были проведены режимные сейсмические наблюдения в заданном районе. Впервые на территории России для этой цели использовалась малоапертурная сейсмическая группа. Основная цель работы – контроль сейсмического режима ближнего района размещения АС. Для проведения регистрации на берегу Финского залива была установлена и в течение месяца функционировала малоапертурная сейсмическая группа. Среди событий, не попадающих в категорию техногенных, было зарегистрировано три, относящихся к ближнему району размещения ЛАЭС-2. Магнитуда одного из событий оценивается величиной 1,01, у двух других – около 0.
Рассматривается вопрос соотношения морфотектонических элементов (блоков), линеаментов и характеристик их пространственного распределения, установленных методами визуального и автоматизированного линеаментного анализа с неотектоническими деформациями и регистрируемыми микросейсмическими событиями. На основе особенностей пространственного распределения наиболее надежно установленных линеаментов и их связи с дочетвертичным рельефом прослежено положение активных зон, в пределах которых возможность возникновения микросейсмических событий, достаточных для инструментальной регистрации, наиболее вероятна.
Анализ региональных структур центральной части Русской плиты выполнен на основе комплексирования данных по геологическому и геоморфологическому картированию территории, визуальному и автоматизированному дешифрированию космоснимков. Прослеживается частичная взаимосвязь между глубинным строением и структурами, выделенными в рельефе поверхности кристаллического фундамента и неоднозначно проявленными в осадочном чехле. Выполненные исследования позволили наметить основные черты неотектонического плана территории, локализовать и проследить геодинамическую активность отдельных морфоструктур.
В работе анализируются данные времен пробега Р-волн от местных землетрясений, зарегистрированные цифровыми станциями, расположенными в районе восточного окончания складчатой системы Большого Кавказа (46,5 – 49,9 в.д., 39,5 – 41,5 с.ш.). Данные от землетрясений собраны за период времени с 2005 по 2010 гг. Для восстановления трехмерной скоростной модели используется алгоритм, разработанный в ИДГ РАН (программа TomotetraFD). В полученной трехмерной скоростной модели характер неоднородностей меняется на глубине ~40 км. В зоне высокой плотности сейсмических событий скоростное поле сильно неоднородно.
Проанализированы сейсмические записи, полученные при сейсмическом просвечивании Токтогульской ГЭС в 1974–1985 гг. и записи ядерных взрывов за 1970–1989 гг. Анализ кинематических и динамических параметров сейсмических волн показал их значимые временные изменения на станциях, расположенных вблизи Таласо-Ферганского разлома. Показано, что зоны влияния разлома на динамику сейсмических волн может достигать 30 км.
Рассмотрены несколько моделей нарушенной и сплошной среды с использованием одномерного волнового уравнения и электро-механических аналогий. Аппроксимация экспериментальных амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) разломов, трещин и сейсмических трасс с помощью модельных АЧХ позволяет определить среднюю плотность породы и продольную скорость в зоне нарушений сплошности во вмещающей среде.
В работе приведены результаты исследования виброколебаний колокольни, которые возбуждаются при звоне многотонных колоколов. Получена зависимость амплитуды изгибных колебаний от массы колокола и от числа ударов. Обсуждается негативное влияние вибровоздействия звонов на конструкцию колокольни и устойчивость грунтов в ее основании.
Представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию устойчивости склона при слабых воздействиях. Модель склона выполнялась из слегка (0,05% по массе) увлажненного глицерином кварцевого песка. Импульсное воздействие осуществлялось слабыми ударами стальных шариков массой от 2 до 22 г по основанию контейнера, где размещалась модель склона. Измеренная скорость смещения грунта поверхности склона не превышала 5·10–5 м/с, а ускорение 0,2 м/с2. Опыты проводились при трех значениях угла склона 54, 57, 59°, близких к критическому углу (62°). Измеренные величины ускорений, значительно ниже критических значений, рассчитанных по методу Ньюмарка (~1,2 м/с2), что демонстрирует возможность накопления деформаций даже при весьма слабых динамических воздействиях.
При испытаниях инклинометров NA2-05 на постаменте ИДГ РАН проверялись характеристики наклономеров, а так же проведена длительная регистрация наклонов фундамента ИДГ. Полученные данные показали, что наклоны по азимуту Запад-Восток в два-три раза больше наклонов по азимуту Юг-Север. Объясняется это, по всей видимости, движением транспорта на Ленинском проспекте, находящимся к востоку от точки наклономерных измерений.
Представлен краткий анализ результатов в основном сейсмических исследований и перечень нерешенных задач, которые могут быть рассмотрены в эксперименте «Луна-Глоб».
Сформулированы основные цели и задачи оперативных инструментальных наблюдений за геофизическими полями на границе земная кора-атмосфера с помощью мобильного регистрирующего комплекса. Приведены состав и технические характеристики измерительных средств мобильной геофизической лаборатории ИДГ РАН.
Анализируются результаты инструментальных наблюдений за геофизическими полями на участках земной коры со сложной геолого-тектонической обстановкой. Наряду с традиционно рассматриваемыми физическими полями (электрическое поле в приземном слое атмосферы и на приповерхностных участках земной коры, магнитное поле на земной поверхности) рассматриваются также поля, сформированные микросейсмическими колебаниями и эманацией природного радона.
В работе сформулирована нестационарная многокомпонентная модель для описания инжекции газов в атмосфере при взрывных вулканических извержениях. Считается, что вулканический плюм состоит из следующих компонент: пепловые (силикатные) частицы, водяной пар, вулканические газы. В качестве начальных условий для расчета модельного извержения в субтропической зоне принимались скорость вулканического выброса 400 м/с, температура 1100 К, мощность массового выброса 4,3∙108 кг/с. Результаты предварительных расчетов показали, что процессы, контролирующие эволюцию воды в вулканическом плюме, оказывают сильное влияние на ход микрофизических процессов, развитие плюма как целого и на процессы седиментации частиц.
Приведен анализ источников эмиссии метана в арктическом регионе. Показано, что ранее не учитываемая мощность источников метана в атмосферу Земли, только на мелководном шельфе Тихоокеанского сектора Арктики составляет около 120 Тг/год. Проведены оценки изменения радиационного баланса тропосферы в инфракрасной области спектра при изменении концентрации метана для этого региона. Оценки соответствующего изменения температуры, связанного с лучистым энерговыделением, показали, что увеличение радиационного воздействия на тропосферу, вследствие увеличения концентрации метана в ней, может вызвать заметное возрастание температуры атмосферы.
Исследовано взаимодействие ветрового потока умеренной интенсивности (U0 = 10 м/сек) с орографическим возмущением, представляющим собой плато высотой 2 км с гладкими склонами. Продемонстрировано развитие интенсивного вихревого процесса. Показано, что над преградой воздух, переносящий взвешенную пыль, просветляется по сравнению с набегающим потоком.
Приводится статистика геоэлектрических импульсов. Предложена модельсхема генерации электрических импульсов в грунте с равномерно распределенными в пространстве источниками. С использованием данных регистрации геоэлектрического потенциала выполнена оценка размеров активных блоков земной коры в зонах влияния Курайской (Горный Алтай) и Тункинской (Байкальская рифтовая зона) тектонических структур. Предложен подход к определению сопоставительных характеристик среды: постоянной времени эмиссии электрических сигналов (интенсивность релаксационных процессов) и амплитудного коэффициента поглощения, отражающего электрическую проводимость среды.
Приводятся данные натурных измерений вариаций напряженности электрического поля и инфразвуковых колебаний давления в приземном слое атмосферы в районе озера Байкал. Сделано предположение, что данные возмущения вызваны микробаромами, образованными стоячими волнами на границе «водная поверхность – тыловая часть циклона».
Представлены материалы, полученные в результате комплексной геофизической экспедиции в район Тункинской впадины (Юго-западное крыло Байкальской рифтовой зоны) в 2009 году. Проведен анализ различных геофизических полей: электрическое поле в грунте и атмосфере, эманации радона, сейсмические колебания. Представлены основные характеристики и особенности регистрируемых полей.
Предложен механизм, объясняющий основные особенности геомагнитного эффекта при падении Тунгусского метеорита: локализацию, время регистрации и величины возмущений всех трех компонент геомагнитного поля. Определен азимут траектории Тунгусского тела.
Представлены результаты измерений акустико-гравитационных волн вызванных работой нагревного стенда «Сура». Измерения проводились на разных эпицентральных расстояниях в широтном и меридиональном направлениях. Анализ показал, что начало работы стенда, сопровождается возбуждением акустико-гравитационных волн, которые регистрировались на поверхности земли. Установлено, что начальная фаза колебаний имеет стабильную длительность, которая зависит от расстояния до пункта регистрации.
Для разных геофизических условий исследована динамика принимаемых геофизической обсерваторией (ГФО) ИДГ РАН «Михнево» сигналов от нагревного стенда SPEAR (арх. Шпицберген) и вариации магнитного поля в окрестностях работающего нагревного стенда. Показано, что прохождение радиоволн от стенда на трассе Шпицберген–Михнево наблюдается только в магнитно-спокойных условиях. Во время работы нагревного стенда по границе области нагрева в ионосфере генерируется поляризационный ионосферный ток.
Представлены статистические характеристики уровня радиосигналов СДВ-ДВ радиостанций, зарегистрированные в геофизической обсерватории (ГФО) ИДГ РАН «Михнево» в период Х.2007–IV.2009 гг. в условиях абсолютного минимума солнечной активности. Для анализа были выбраны радиостанции Le Blanc (Франция, 18,3 кГц), GBZ (Великобритания, 19,6 кГц), HBG (Швейцария, 75 кГц), DCF77 (Германия, 77,5 кГц), RBU (Россия, 66,6 кГц). Величина сигнала определяется динамикой процессов в нижней ионосфере. В амплитудах исследуемых сигналов наблюдается суточный и сезонный ход, а также долговременный тренд. Несмотря на отсутствие внешних возмущений ионосферы в отдельные дни наблюдаются интенсивные вариации уровня сигнала продолжительностью 2-3 часа, с перепадом амплитуды от 5 до 20 дБ в зависимости от частоты.
В работе исследованы эффекты воздействия солнечного затмения на состояние сети коротковолновых радиовещательных трасс северного полушария. Исследования полных солнечных затмений радиофизическими методами КВ-диапазона можно производить на любых принимаемых радиотрассах, пересекающих траекторию движения пятна полного затмения.
Описывается магнитоимпедансный магнитометр для измерения магнитного поля Земли в широком диапазоне частот (0–10000 Гц), превосходящий по некоторым характеристикам многие зарубежные аналоги. В качестве датчика напряженности магнитного поля используется датчик, выполненный на аморфном ферромагнитном материале.
В настоящее время в стадии разработки находится построение моделей возбуждения и развития крупномасштабных ионосферных возмущений. Необходимой компонентой таких моделей является учет влияния мелкомасштабной турбулентности на параметры переноса плазмы. В работе определяется характер турбулентности, участвующей в формировании перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ-ов). На основе модели газа солитонов огибающей получен спектр флуктуаций, лежащий в основе расчета связанных с турбулентностью коэффициентов переноса.
В ионосферной плазме могут содержаться нано- и микромасштабные частицы. В результате зарядки этих частиц формируется запыленная ионосферная плазма. В настоящей работе рассмотрено влияние эффектов резонансной перезарядки ионов при их взаимодействии с нейтралами, а также нагрева электронов при фотоэффекте (эффективность нагрева электронов зависит от концентрации нейтралов) на зарядку пылевых частиц в ионосферной плазме в присутствии достаточно интенсивного электромагнитного излучения. Определены области высот, на которых, указанные выше эффекты, могут оказывать заметное влияние на зарядку нано- и микромастабных частиц различного происхождения. Оказывается, что рассматриваемые эффекты важны при описании серебристых облаков, полярных мезосферных радиоотражений и частиц метеорного происхождения.
ISSN 2949-0995 (Online)
