1. 1(30)2021
  2. Електромагнітні провісники землетрусів в діапазоні УНЧ І НЧ: перспективи досліджень

Електромагнітні провісники землетрусів в діапазоні УНЧ І НЧ: перспективи досліджень

JGD.
2021;
Випуск 1(30)2021, Номер 1(30)
: 48-57
https://doi.org/10.23939/jgd2021.01.048
Надіслано: Березень 17, 2021
Автори:
  1. Рахман Пірієв
1
Бакинський державний університет

Інтерес до досліджень з виявлення провісників землетрусів зростає з кожним роком. В цьому напрямку були виділені результати попередніх досліджень, а потім позитивні результати деяких досліджень, проведених за останні 5 років. Зокрема, при вивченні землетрусів особливу увагу привертають провісники в діапазоні УНЧ. Здійснено порівняння результатів електромагнітних моніторингових досліджень, проведених у діапазоні ULF у попередні роки, і результатів електромагнітних моніторингових досліджень за останні 5 років. Були розглянуті позитивні результати дослідників, які вивчають зміни електромагнітного поля перед землетрусом в діапазоні УНЧ. Наприклад, УНЧ аномалії від відносно слабких (з 4<МW<5) і неглибоких (з глибиною менше 50 км) землетрусів неодноразово спостерігалися в 2017 році в Індонезії. Перед сильними землетрусами виявлені багатообіцяючі УНЧ-провісники землетрусів. Високоамплітудні УНЧ аномалії зафіксовані перед мегаземлетрусом Тохоку в 2011 році, аномальні зміни вектора індукції Землі виявлені на 6-ти обсерваторіях в Японії. Аналогічні аномалії також зафіксовані в діапазоні УНЧ (0,001-0,083 Гц) геомагнітними обсерваторіями Теолойкана і Тусона в США з 1 серпня по 16 вересня 2017 року, до землетрусу в Чьяпасе в Мексиці магнітудою 8,1. Загалом за результатами аналізу численних даних за періоди 1976-2010 і 2007-2016 рр. різними дослідниками виявлено кілька десятків електромагнітних провісників землетрусів з різними амплітудними, спектральними та часовими параметрами. В результаті проведеного аналізу пропонується новий підхід до пошуків електромагнітних провісників землетрусів. Він полягає у вивченні змін геоелектричних полів (потенційних інфранизькочастотних провісників землетрусів) як більш чутливих. Обробка та інтерпретація цих змін може привести до виділення саме провісників землетрусів. Таким чином, ми також зможемо визначити геодинамічні активні зони, в яких можуть статися землетруси.

землетрус
передвісники
аномальні ультранизькочастотні (УНЧ) сигнали
електромагнітне випромінювання
admittance
низькочастотні сигнали
  1. Armansyah, & Ahadi, S. (2017). Anomalous ULF signals and their possibility to estimate the earthquake magnitude. AIP Conference Proceedings 1857, 020006 (2017); https://doi.org/10.1063/1.4987048.
  2. Athanasiou, M. A., Anagnostopoulos, G. C., Iliopoulos, A. C., Pavlos, G. P., & David, C. N. (2011). Enhanced ULF radion observed by DEMETER two months around the strong 2010 Haiti earthquake. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2011, 11, 1091-1098.
  3. Bertello, I., Piersanti, M., Candidi, M., Diego, P., & Ubertini, P. (2018). Electromagnetic field observations by the DEMETER satellite in connection with the 2009 L'Aquila earthquake. Ann. Geophys. 36, 1483-1493.
  4. Bhattacharya, S., Sarkar, S., Gwal, A. K., & Parrot, M. (2009). Electric and magnetic field perturbations recorded by DEMETER satellite before seismic events of the 17 th July 2006 M7.7 earthquake in Indonesia. Journal of Asian Earth Sciences, 34(5): 634-644. DOI: 10.1016/j.jseaes.2008.08.010.
  5. Bleçki, J., Parrot, M., & Wronowski, R. (2010). Studies of the electromagnetic field variations in ELF frequency range registered by DEMETER over the Sichuan region to the 12 May 2008 earthquake. Int. J. Remote Sens. 31, 3615-3629.
  6. Campbell, W. H. (2009). Natural magnetic disturbance fields, not precursors, preceding the Loma Prieta earthquake. Journal of Geophysical Research, 114.
  7. Currie, J. L., & Waters, C. L. (2014). On the use of geomagnetic indices and ULF waves for earthquake precursor signatures. Geophys. Res. Space Physics, 119, 992–1003, doi:10.1002/2013JA01953.
  8. Eftaxias, K., Panin, V., & Deryugin, Y. (2007). Evolution-EM signals before earthquakes in terms of meso-mechanics and complexity. Tectonophys, 431: 273-300.
  9. Eftaxias, K., Balasis, G., Contoyiannis, Y., Papadimitriou, C., Kalimeri, M., Athanasopoulou, L., ... & Nomicos, C. (2010). Unfolding the procedure of characterizing recorded ultra low frequency, kHZ and MHz electromagnetic anomalies prior to the L’Aquila earthquake as pre-seismic ones-Part 2. Nat Haz Earth Sys Sci 10: 275-294.
  10. Enescu, B. D., Enescu, D., Constantin, A. P. (1999). The use of electromagnetic data for short-term prediction of Vrancea (Romania) earthquakes: Preliminary data. Earth Planets Space 51: 1099-1117.
  11. Febriani, F., Anggono, T., Syuhada, Prasetio, A. D., Dewi, C. N., Hak, A. S., & Ahadi, S. (2020). Investigation of the ultra low frequency (ULF) geomagnetic anomalies prior to the Lebak. Banten earthquake (M=6.1; January 23, 2018). International conference on trends in material science and inventive materials: ICTMIM 2020. AIP Conference Proceedings 2256, 090002
  12. Fraser-Smith, A. C., A. Bernardi, P. R. McGill, M. E. Ladd, R. A. Helliwell, & O.G. Villard, Jr. (1990). Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the Ms 7.1 Loma Prieta earthquake, Geophys. Res. Lett., 17, 1465, 1990.
  13. Gokhberg, M., Morgounov, V., Yoshino, T., & Tomizawa, I. (1982). Experimental Measurement of Electromagnetic Emissions Possibly Related to Earthquakes in Japan. J Geophys Res 87: 7824-7828.
  14. Han, P., Hattori, K., Hirokawa, M., Zhuang, J., Chen, C.-H., Febriani, F., Yamaguchi, H., Yoshino, C., Liu, J.-Y., and Yoshida, S. (2014). Statistical analysis of ULF seismomagnetic phenomena at Kakioka, Japan, during 2001–2010, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 4998 –5011, doi:10.1002/2014JA019789.
  15. Hayakawa, M. (1997). Electromagnetic precursors of earthquakes: Review of recent activities, Review of Radio Science 1993-1996, edited by W. Ross Stone (Oxford Science Publications), 807-818.
  16. Hayakawa, M. (Editor) (1999). Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes (Terra Sci. Pub. Co., Tokyo), p. 996.
  17. Hayakawa, M. (2016). Earthquake prediction with electromagnetic phenomena. AIP Conference Proceedings 1709, 020002; https://doi.org/10.1063/1.4941201 Published Online: 01 February 2016.
  18. Hayakawa, M. (2015). Earthquake prediction with radio techniques (John Wiley & Sons, Singapore), p 294.
  19. Hayakawa, M. (Editor) (2012). The Frontier of earthquake prediction studies (Nihon-senmontosho-Shuppan, Tokyo), p 794.
  20. Hayakawa, M. (Editor) (2013). Earthquake prediction studies: Seismo Electromagnetics (TERRAPUB, Tokyo), p 168.
  21. Hayakawa, M., and Fujinawa, Y. (1994). Electromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction, Terra Scientific Publ., Tokyo, 677 p.
  22. Hayakawa, M., Itoh, T., Hattori, K., & Yumoto, K. (2000). ULF electromagnetic precursors for an earthquake at Biak, Indonesia on February 17, 1996. Geophysical Research Letters, Vol. 27, No. 10, pp. 1531-1534, May 15, 2000.
  23. Hayakawa, M., Kawate, R., Molchanov, O., and Yumoto, K. (1996). Results of ultra-low frequency magnetic field measurements during the Guam earthquake of 8 August 1993. Geophys Res Lett 23: 241-244. 48.
  24. Ho, Y. Y., Jhuang, H. K., Su, Y. C., and Liu, J. Y. (2013a). Seismo-ionospheric anomalies in total electron content of the GIM and electron density of DEMETER before the 27 February 2010 M8.8 Chile earthquake. Adv. Space Res. 2013, 51, 2309-2315.
  25. Ho, Y. Y., Liu, J. Y., Parrot, M., & Pinçon, J. L. (2013b). Temporal and spatial analyses on seismo-electric anomalies associated with the 27 February 2010 M=8.8 Chile earthquake observed by DEMETER satellite. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2013, 13, 3281-3289.
  26. Karakelian, D., Klemperer, S. L., Fraser-Smith, A. C., and Thompson, G. A. (2002). Ultra-low frequency electromagnetic measurements associated with the 1998 Mw 5.1 San Juan Bautista, California earthquake and implications for mechanisms of electromagnetic earthquake precursors. Tectonophysics 359 (2002) 65-79.
  27. Kopytenko, Y., Ismagilov, V., Hayakawa, M., Smirnova, N., Troyan, V., & Peterson, T., (2001). “Investigation of ULF electromagnetic phenomena related to earthquakes: Contemporary achievement and the perspective”, Ann. Geofis, 44, pp 325­334.
  28. Kopytenko, Yu. A., Matiashivili, T. G., Voronov, P. M., Kopytenko, E. A., and Molchanov, O. A. (1993). “Detection of ultralow-frequency emissions connected with the Spitak earthquake and its aftershock activity based on geomagnetic pulsations data at Dusheti and Vardzia observatories”, Phys. Earth Planet. Inter. 77, 85-95.
  29. Liu, J. Y., Chen, Y. I., Huang, C. C., Parrot, M., Shen, X. H., Pulinets, S. A., Yang, Q. S., & Ho, Y. Y. (2015). A spatial analysis on seismo-ionospheric anomalies observed by DEMETER during the 2008 M8.0 Wenchuan earthquake. J. Asian Earth Sci. 2015, 114, 414-419.
  30. Louerguioui, S., Gaci, S., and Zaourar, N. (2014). Irregularities of the ionospheric plasma and the ULF electric components obtained from DEMETER satellite experiments above Chile earthquake (27 February 2010). Arab. J. Geosci. 8, 2433-2441.
  31. Masci, F., & J. N. Thomas (2015). Are there new findings in the search for ULF magnetic precursors to earthquakes?, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 10, 289–10, 304, doi:10.1002/ 2015JA021336.
  32. Mofiz, U. A., & Battiston, R. (2009). Possible ion-acoustic solution formation in the ionospheric perturbations observed on DEMETER before the 2007 Pu'er earthquake. Earthq. Sci. 2009, 22, 257-262.
  33. Molchanov, A., Kopytenko, A., Voronov, M., Kopytenko, A., Matiashviali, G., T. G., Fraser‐Smith, A. C., & Bernardi, A. (1992). Results of ULF magnetic field measurements near the epicenters of the Spitak (Ms= 6.9) and Loma-Prieta (Ms= 7.1) earthquakes: comparative analysis. Geophys Res Lett 19: 1495-1498.
  34. Novruzov, E. S., & Piriyev, R. H. (2015). Efficiency of magnetotelluric monitoring in the study of geodynamic processes. Gorno-geologicheskiy Zhurnal, (3-4), 36-39 (in Russian).
  35. Parrot, M., Berthelier, J. J., Lebreton, J. P., Sauvaud, J. A., Santolik, O., & Blecki, J. (2006). Examples of unusual ionospheric observations made by the DEMETER satellite over seismic regions. Phys. Chem. Earth Parts A/B/C 2006, 31, 486-495.
  36. Piriyev, R. (2021). Effectiveness of electromagnetic monitoring in studying earthquakes. Geofizicheskiy Zhurnal, 43(2), 166-177.
  37. Piriyev, R. (2018a). Research and analysis of electromagnetic monitoring. J Environ Geol; 2(1): 29-34.
  38. Piriyev, R. H. (2018b). Analysis of Electromagnetic Monitoring in Geodynamic Active Areas. Int J Earth Sci Geophys 4:021.
  39. Pisa, D., Parrot, M., & Santolik, O. (2011). Ionospheric density variations recorded before the 2010 Mw8.8 earthquake in Chile. J. Geophys. Res. Space Phys. 2011, 116.
  40. Prattes, G., Schwingenschuh, K., Eichelberger H.U., Magnes, W., Boudjada, M., Stachel, M., Vellante, M., Villante, U., Wesztergom, V., and Nenovski, P. (2011). Ultra low frequency (ULF) European multi station magnetic field analysis before and during the 2009 earthquake at L'Aquila regarding regional geotechnical information. Natural Hazards and Earth System Sciences, 11, 1959-1968.
  41. Rokityansky, I. G., Babak, V. I. & Tereshyn, A. V. (2019). Low-Frequency Electromagnetic Signals Observed before Strong Earthquakes DOI: http://dx.doi.org/10.5772/ intechopen.88522. Seismic Waves - Probing Earth System. Open access peer-reviewed chapter. Published: September 27th 2019.
  42. Ryu, K., Parrot, M., Kim, S. G., Jeong, K. S., Chae, J. S., Pulinets, S., & Oyama, K. I. (2014). Suspected seismo-ionospheric coupling observed by satellite measurements and GPS TEC related to the M7.9 Wenchuan earthquake of 12 May 2008. J. Geophys. Res. Space Phys. 2014, 119, 10305-10323.
  43. Sarkar, S., & Gwal, A. K. (2010). Satellite monitoring of anomalous effects in the ionosphere related to the great Wenchuan earthquake of May 12, 2008. Nat. Hazards 2010, 55, 321-332.
  44. Saroso, S., Hattori, K., Ishikawa, H., Ida, Y., Shirogane, R., Hayakawa, M., Yumoto, K., Shiokawa, K., and Nishihashi, M. (2009). ULF geomagnetic anomalous changes possibly associated with 2004–2005 Sumatra earthquakes. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 34(6-7), 343-349.
  45. Sevgi, L. (2007). A critical review on electromagnetic precursors and earthquake prediction. Turk J Elec Engin, 15(1).
  46. Smirnova, N., Hayakawa, M., and Gotoh, K. (2004). Precursory behavior of fractal characteristics of the ULF electromagnetic fields in seismic active zones before strong earthquakes. Phys Chem Earth 29: 445-451.
  47. Smirnova, N., & Hayakawa, M. (2007). Fractal characteristics of the groundobserved ULF emissions in relation to geomagnetic and seismic activities. J Atmos Solar-Terrestrial Phys 69: 1833-1841.
  48. Smith, B., & Johnston, M. (1976). A tectonomagnetic effect observed before a magnitude 5.2 earthquake near Hollister, California. J Geophys Res 81: 3556-3560.
  49. Stănică, D. A, & Stănică, D. (2019). ULF Pre-Seismic Geomagnetic Anomalous Signal Related to Mw8.1 Offshore Chiapas Earthquake, Mexico on 8 September 2017. Entropy, 21, 29; doi:10.3390/e21010029.
  50. Swati, Birbal Singh, Devbrat Pundhir, Ashwini K. Sinha, K. Madhusudan Rao, Anirban Guha, & Yashuhide Hobara (2020). Ultra-low frequency (ULF) magnetic field emissions associated with some major earthquakes occurred in Indian Subcontinent. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Vol. 211, December 2020, 105469.
  51. Toader, V. E., Moldovan, I. A., Constantin, I., & Marmureanu, A. (2017). ULF Radio Monitoring Network in a Seismic Area. Seismic Network, National Institute for Earth Physics, Romania. Session NH4.5/AS4.31/EMRP4.4/SM9.3, EGU2017-18037, Poster X3.163.
  52. Walker, S. N., Kadirkamanathan, V., & Pokhotelov, O. A. (2013). Changes in the ultra-low frequency wave field during the precursor phase to the Sichuan earthquake: DEMETER observations. Annales Geophysicae. 31(9), 1597-1603.
  53. Xiong, P., Long, C., Zhou, H., Battiston, R., Zhang, X., and Shen, X. (2020). Identification of electromagnetic pre-earthquake perturbations from the DEMETER data by machine learning. Remote Sensing, 12(21), 3643-.doi:10.3390/rs12213643.
  54. Yusof, K. A.; Abdullah, M.; Hamid, N. S. A.; Ahadi, S.; & Yoshikawa, A. (2021). Correlations between Earthquake Properties and Characteristics of Possible ULF Geomagnetic Precursor over Multiple Earthquakes. Universe 7(1), 20. https://doi.org/10.3390/ universe7010020.
  55. Zhang, X., Qian, J., Ouyang, X., Shen, X., Cai, J., and Zhao, S. (2009a). Ionospheric electromagnetic perturbations observed on DEMETER satellite before Chile M7.9 earthquake. Earthq. Sci. 2009, 22, 251-255.
  56. Zhang, X., Shen, X., Liu, J., Ouyang, X., Qian, J., and Zhao, S. (2009b). Analysis of ionospheric plasma perturbations before Wenchuan earthquake. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 9, 1259-1266