Геофизические исследования

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2018, том 19, № 4, с.5-15. https://doi.org/10.21455/gr2018.4-1

УДК 550.34 551.510.537

Аннотация  Литература  Полный текст  Полный текст (англ.)

О ПРОЯВЛЕНИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ В ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СРЕДАХ

© 2018 г. А.В. Гульельми⁽¹⁾, А.С. Потапов⁽²⁾

⁽¹⁾ Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия

⁽²⁾ Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск, Россия

В статье, имеющей преимущественно методический характер, рассмотрены эффекты, возникающие вследствие нестационарности трех геосфер – магнитосферы, атмосферы, литосферы. В магнитосфере усиление конвекции во время геомагнитной бури приводит к самовозбуждению электромагнитных ультранизкочастотных колебаний нарастающей частоты в вечернем секторе. Приведен яркий пример наблюдения колебаний нарастающей частоты на среднеширотной ст. Монды (51.6 °с.ш., 100.9 °в.д.), иллюстрирующий исключительную сложность нестационарных процессов, реально протекающих в магнитосфере. В верхней атмосфере (в ионосфере) после захода Солнца выключается источник ионизации, вслед за чем начинает снижаться концентрация электронов. Нестационарность среды состоит в монотонном понижении температуры атмосферы сразу после захода Солнца и проявляется в заметном отклонении эволюции концентрации электронов от предсказанной на основе простой теории рекомбинации. Этот пример интересен тем, что дает ключ к пониманию известного в литосфере отклонения потока афтершоков от простого гиперболического закона Омори. Подмеченная аналогия дает нам идею, во-первых, представить закон в виде дифференциального уравнения эволюции афтершоков и, во-вторых, дает нам нетривиальное обобщение закона Омори, которое учитывает нестационарность очага землетрясения, “остывающего” после главного удара. В методическом отношении к указанным примерам примыкают шланговая МГД неустойчивость в расширяющейся солнечной короне и гравитационная неустойчивость Джинса в расширяющейся Вселенной. Общий вывод состоит в том, что следует внимательно анализировать возможные проявления нестационарности среды, даже если нестационарность плавная и, на первый взгляд, не имеет отношения к делу.

Ключевые слова: магнитосфера, ионосфера, литосфера, ультранизкочастотные колебания, землетрясения, рекомбинация, деактивация, закон Омори, шланговая неустойчивость, неустойчивость Джинса.

Литература

Бучаченко А.Л. Магнитопластичность и физика землетрясений. Можно ли предотвратить катастрофу? // УФН. 2014. Т. 184, № 1. С.101–108.

Бялко А.В. Релаксационная теория климата // УФН. 2012. Т. 182, № 1. С.111–116.

Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Физматгиз, 1960. 552 с.

Гульельми А.В. О групповой скорости медленных волн в дрейфующей магнитоактивной плазме // Геомагнетизм и аэрономия. 1963. Т. 3, № 4. С.754–757.

Гульельми А.В. Форшоки и афтершоки сильных землетрясений в свете теории катастроф // УФН. 2015. Т. 185, № 4. С.415–429. DOI: 10.3367/UFNr.0185.201504f.0415

Гульельми А.В. Закон Омори (из истории геофизики) // УФН. 2017. Т. 187, № 3. С.343–348. DOI: 10.3367/UFNr.2017.01.038039

Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 1973. 208 с.

Гульельми А.В., Зотов О.Д., Завьялов А.Д. Динамика афтершоков Суматра-Андаманского землетрясения // Физика Земли. 2014. № 1. С.66–74.

Гульельми А.В., Завьялов А.Д., Зотов О.Д., Лавров И.П. 123 года после открытия закона Омори // Материалы 4-й Всероссийской конференции с международным участием “Триггерные эффекты в геосистемах” / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна. ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2017. С.114–120.

Золотухина Н.А. Возбуждение геомагнитных пульсаций в результате инжекции и нестационарного дрейфа энергичных частиц: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ АН СССР, 1979. 15 с.

Золотухина Н.А. Об интерпретации геомагнитных пульсаций IPDP в рамках кинетической неустойчивости протонов кольцевого тока // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1981. № 58. С.41–47.

Зотов О.Д., Завьялов А.Д., Гульельми А.В., Лавров И.П. О возможном эффекте кругосветных поверхностных сейсмических волн в динамике повторных толчков сильных землетрясений // Физика Земли. 2018. № 1. С.187–201. DOI: 10.7868/S0002333718010155

Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Наука, 1980. 299 с.

Киппер Α.Я. О гравитационном парадоксе // Вопросы космогонии. 1962. Т. 8. С.58–96.

Паркер Е. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: Мир, 1965. 302 с.

Потапов А.С., Довбня Б.В., Баишев Д.Г., Полюшкина Т.Н., Рахматулин Р.А. Узкополосное излучение с изменяющейся от 0.5 до 3.5 Гц частотой на фоне главной фазы магнитной бури 17 марта 2013 года // Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 4. С.13–23. DOI: 10.12737/ 21240

Guglielmi A.V. Interpretation of the Omori law // arXiv:1604.07017 [physics.geo-ph], 2016.

Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Geoelectromagnetic waves. IOP Publ. Ltd.: Bristol and Philadelphia. 1996. 402 p.

Guglielmi A., Potapov A., Dovbnya B. 5-minute Solar Oscillations and Ion Cyclotron Waves in the Solar Wind // Solar Phys. 2015. V. 290, N 10. P.3023–3032. DOI: 10.1007/s11207-015-0772-2

Jeans J.H. The Stability of a spherical nebula // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character. 1902. V. 199. P.1–53.

Kangas J., Guglielmi A., Pokhotelov O. Morphology and physics of short-period magnetic pulsations (A Review) // Space Sci. Rev. 1998. V. 83. P.435–512.

Omori F. On the aftershocks of earthquake // J. Coll. Sci. Imp. Univ. Tokyo, 1894. V. 7. P.111–200.

Troitskaya V.A. Pulsations of the Earth`s electromagnetic field with periods of 1-15 sec and their connection with phenomena in the high atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. V. 66, N 1. P.5–18.