Облака в роли сейсмоиндикаторов землетрясений

22:30 25.02.2019 

Землетрясение — самое разрушительное стихийное бедствие, которое за считанные секунды уничтожает города, и губит тысячи жизней. Издревле считается, что спрогнозировать землетрясение невозможно. Но что же происходит сегодня? Неужели при текущем развитии науки и стремительном рывке в технологиях, это явление все так же невозможно спрогнозировать?

Наука этим вопросом занимается давно и выделено два типа прогнозирования — это долгосрочный и краткосрочный. Долгосрочное прогнозирование основывается на истории местности, геологических изысканиях, моделированиях. Результатом такого прогнозирования является «в течение 50 лет здесь может разразиться землетрясение в Х балов по шкале МСК-64». Касательно краткосрочного прогнозирования все гораздо сложнее. Учёные со всего мира бьются лбами об этот гранит науки, и общего знаменателя пока нет. Было проведено и проводится множество исследований, начиная с поведения животных, заканчивая работой с погрешностями измерений геополей.

Внимательно изучив данный вопрос мы бы хотели вам рассказать о некоторых методах в данной статье:

Облака в роли сейсмоиндикаторов землетрясений.

Один из участников «Маглипогода» под ником TW, впечатлившись разрушениями тайфуна Лионрок, озадачился вопросом проблем прогнозирования и траекторий тайфунов. На тот момент казалось, все просто. Берём колебания угловой скорости планеты, карту мпз, метеорологическую карту, накладываем и набиваем статистику, и получаем результат. И, почти пальцем в небо. Частично в этом вопросе продвинулся, но пока мало наработанных данных. Разглядывая в очередной раз спутниковые снимки облачности, TW заметил определенные аномалии в построении облаков, смог увязать эти аномалии с сейсмоактивностью. После чего, классифицировал различные типы облачных аномалий под различные типы и глубины землетрясений, и начал пытаться прогнозировать землетрясения. Не всегда успешно, но динамика до конца 2018 года была неплохая. Набив статистику, TW задался вопросом — неужели настолько очевидных вещей до него никто не замечал? Оказывается работы и исследования ведутся с середины прошлого века, как минимум. Из этих исследований мы хотели бы выделить труды Л. Доды и Л. И. Морозовой. В поисках ответа на вопрос «когда?» TW ушел очень далеко, но это материал для отдельной статьи.

Было изучено множество различных вариантов, но мы остановились на работах: Леонида Доды и Морозовой Л. И.

Метод прогнозирования Леонида Дода.

В основе этого метода лежит водород:
«Еще основоположник комплекса современных наук о Земле академик Владимир Вернадский в первой трети XX века высказал глубокую идею о «газовом дыхании Земли», главным компонентом которого является водород. По оценке специалиста в области геохимии природных газов, доктора геолого-минералогических наук Георгия Войтова (Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта), сделанной в 1986 г., суммарный годовой поток последнего с поверхности Земли составляет 6,084 млн т, причем 4,48 из них — в рифтовых зонах (Рифт — линейно вытянутая (на несколько сотен и тысяч км) щелевидная или ровообразная структура растяжения земной коры шириной от нескольких десятков до нескольких сотен км, ограниченная разломами. Рифтообразование — закономерная стадия развития земной коры). Общая же масса водорода, дегазованного за всю историю планеты, в сотни раз больше его суммарного количества в коре, атмосфере и гидросфере. Но раз процесс не затухает, то должен существовать источник постоянной подпитки (компенсации) потерь водорода той же мощности. Размышляя над данной проблемой, Вернадский высказал гениальную догадку: «термодинамические и химические условия глубин нашей планеты заставляют нас видеть в них среды, благоприятные для существования водородистых тел, в том числе растворов водорода в металлах». Развивая эту мысль, доктор геолого-минералогических наук Владимир Ларин, работавший в Геологическом институте АН СССР, на основе фактических данных в 1970-х годах выдвинул идею функциональной зависимости распределения химических элементов в Солнечной системе от их потенциалов ионизации. Это позволило ему предположить: изначально Земля преимущественно была сложена водородистыми соединениями металлов, т.е. гидридами, и ее ядро поныне сохранило этот исходный состав. А вынос оттуда водорода с флюидами во внешние геооболочки регулируется и синхронизируется ротационным режимом планеты, насыщение же данным химическим элементом геоматериала изменяет физико-химические свойства последнего. В частности, железо «охрупчивается», у других материалов иной становится пластичность, проводимость.

Транспорт водорода из глубин на поверхность происходит прежде всего в зонах с нарушением сплошной структуры материала — по мантийным каналам, границам тектонических плит и блоков, разломам земной коры. В силу отмеченной выше проникающей способности этого химического элемента на участках большой протяженности благодаря «оводораживанию» изменяются механические свойства взаимодействующих плит и блоков, возникают напряжения и деформации. Накопление же потенциала последних в количестве, достаточном для сброса сейсмотектонической энергии, — необходимое условие запуска землетрясения. Их проявления в различных геофизических полях обычно и называют предвестниками или признаками грядущих событий.»
(Фрагмент из статьи: «Космический мониторинг предвестников землетрясений». Авторы: Л. Дода, Н. Новикова, Л. Пахомов, И. Степанов).

Здесь указаны выкладки, от которых участник группы отталкивается, но ушел немного в сторону от метода Леонида Доды. Другие участники проекта могут подтвердить достаточно высокую эффективность этих заключений.

Наиболее информативными признаками при определении места и магнитуды прогнозируемого землетрясения оказались облачные сейсмоиндикаторы. На активизированных участках границ литосферных плит, блоков или разломов они повторяют их контуры, а часто проявляются в виде линейных или углообразных структур. Формирование прямолинейных гряд облачности происходит по причине локальной концентрацией ионов, обусловленной радиацией в зонах крупных разломов.

По современным представлениям, механизм образования облачных сейсмоиндикаторов, их связь с зонами подготовки землетрясений обусловлены инжекцией в атмосферу радона — источника дополнительной ионизации воздуха гамма-излучением. Увеличение плотности ионов и заряженных аэрозолей ведет к увеличению количества центров конденсации водяного пара в атмосфере над разломом и образованию специфической облачности. А продукты распада радона, прежде всего альфа-частицы, вступают в реакции рекомбинации, образуя молекулярные комплексы с водой. Турбулентное и регулярное действие воздушных масс разносит пространственный заряд по толще атмосферы, создавая аномальный электродный слой на больших площадях, а также облака повышенной ионизации, которыми и являются указанные структуры

Специалисты Центра обнаружили сейсмоиндикаторы 3-й 4-й угольной формы. Их образование объясняет модель электротеплового пробоя литосферы, разработанная в 2003 г. кандидатом физико-математических наук Владимиром Натягановым (кафедра газовой и волновой динамики механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). Согласно этой модели потоки тепла из недр Земли, локализуясь, образуют условную перевернутую пирамиду. Вершина ее находится в зоне подготовки землетрясения, конвективные потоки тепла распространяются по граням, а стороны основания в атмосфере образуют зоны повышенной конденсации указанной формы. Но без выбросов глубинного водорода процесс не обходится. Его заряженные струи в атмосферном электрическом поле «привязывают» облачные структуры к литосферным разломам, границам плит и блоков.

Пример линейных структур во Владивостоке перед землетрясением в Японии магнитудой 5.3. (за 6 часов до события).

Впрочем, облачность необычной формы возникает и как следствие подземных ядерных испытаний. Характерный пример — сейсмоиндикаторы, появившиеся после упомянутого события на территории КНДР и обнаруженные нашими специалистами на космоснимках. Нам удалось установить логарифмическую связь между максимальной протяженностью (D) облачной структуры, трассирующей участок активной сейсмотектонической области, и вероятной магнитудой. Заметим, сторона квадрата этой структуры составила примерно 110 км.

Фрагмент из статьи «Космический мониторинг предвестников землетрясений» авторы: Л. Дода, Н. Новикова, Л. Пахомов, И. Степанов:
«На космоснимках, получаемых прежде всего с геостационарных спутников, облачные структуры, обладающие такими признаками, удается выделить и обработать по специальной методике. В НЦ ОМЗ сформирован уникальный банк из более 1000 космоснимков облачных сейсмоиндикаторов самых мощных землетрясений 2002-2009 гг. Этот электронный архив — основа формируемой у нас геоинформационной системы для решения задач сейсмического мониторинга и прогнозирования.» 

Вывод:

То есть мы получаем поступление ионов в атмосферу, где происходит их реакция с водяным паром и формируются облачные структуры. По облачности можно определить локацию и магнитуду с небольшими погрешностями, но облачность не скажет вам , когда произойдет змт. В отдельных случаях облачные сейсмоиндуктивные структуры висят 2-3 месяца. Успешный прогноз по М6 на юге Сахалина 23.06.2018 показал, что первые признаки подготовки могут возникать за 6 месяцев.

Атмосферные облака метеорологической природы не имеют четких линейных границ, поэтому неудивительно, что линейно протяженные гряды облаков, обнаруженные на спутниковых снимках начала космической эры, вызвали в научной среде интерес к этому феномену. После того как снимки сопоставили с картами разломов земной коры, стало понятно, что облачные аномалии связаны с геологическим строением, а именно – разрывными нарушениями земной коры. Хотя природа необычного явления пока неясна, накопленная информация позволяет использовать его на практике – для выявления сейсмоактивных регионов.

В первой половине прошлого столетия было обнаружено, что над разломами земной коры возникают облачные гряды, не сдуваемые воздушными потоками.

Физические принципы этого явления однозначно объяснить не удалось, что, однако, не помешало впоследствии, в 1970-х гг., найти ему широкое применение в космической геологии. На снимках Земли из космоса контуры облаков оказались достаточно выраженными, чтобы с помощью фотографий проводить картирование разломов в шельфовых зонах континентов.

Протяженная гряда перистых облаков верхнего яруса атмосферы (на высоте 12—14 км) возникла над разломом земной коры под Охотским морем. На следующие сутки на Курильских островах произошла серия мощных подземных сейсмических ударов, а через две недели – извержение вулкана на о. Матуа. Ломаный край облачного массива севернее о. Сахалин отражает геодинамическое взаимодействие группы коротких разломов. Фото сделано с ИСЗ Terra (NASA/GSFC, Rapid Response) 31 мая 2009 г.

Благодаря спутниковым съемкам выяснилось, что протяженность линейных облаков может достигать нескольких сотен и даже тысяч километров. Вскоре обнаружили еще одно природное явление, сопоставимое с первым по значимости, но противоположное по характеру: размывание облачности над разломом (Морозова, 1980). Размывание облачности может проявляться двояко: либо в виде узкого просвета (каньона), возникающего в сплошном облачном покрове, либо посредством образования резкой неподвижной линейной границы облачного массива, надвигающегося на разлом. Все три вида необычной облачности получили общее название – линейные облачные аномалии (ЛОА).

С одной стороны, очевидно, что это явление не может быть обусловлено исключительно атмосферными процессами, поскольку ЛОА привязаны к геологии местности – повторяют конфигурацию разломов земной коры. С другой – разломов существует великое множество, а на облачности почему-то отображаются лишь некоторые из них: периодически появляясь и исчезая, они «живут» в течение нескольких минут или часов, а иногда и более суток. Причина кроется в том, что разлом оказывает влияние на атмосферу только в моменты тектонической или энергетической активности.

Гряда облаков протянулась через всю Северную Атлантику – от п-ва Ньюфаундленд до Балтики (слева). 9 марта 2011 г. параллельно линии этой гряды образовался каньон протяженностью 3 тыс. км, а над Бискайским заливом сформировалась другая облачная гряда (справа). Фото сделаны с ИСЗ на геостационарной орбите (NASA/GSFC, Rapid Response) и с ИСЗ MultiSat (Naval Research Laboratory, Marine Meteorology Division, Monterey, CA). Над разными участками разлома на дне Северной Атлантики у берега Гренландии одновременно образовались линейные аномалии всех известных видов: облачная гряда, переходящая в каньон, и расположенная южнее резкая граница облаков, также заканчивающаяся каньоном. Фото NASA/GSFC, Rapid Response 18 мая 2005 г.

Иначе говоря, линейные облачные аномалии имеют литосферную природу, и их появление служит сигналом, свидетельствующим о начале активизации геодинамических процессов. Такие процессы часто завершаются землетрясением, а значит, мониторинг ЛОА – это еще один возможный способ заблаговременно выявить надвигающуюся катастрофу.

Перед землетрясением.

Начиная со времени, когда доступ к метеорологиче­ским спутниковым снимкам открыли широкому научному сообществу и до наших дней удалось накопить достаточно информации, чтобы установить взаимосвязь между надвигающимся землетрясением и определенным состоянием облачности. Так, было установлено, что рой ЛОА возникает за несколько часов (иногда 1—2 суток) до землетрясения (Моро­зова, 2008).

Формирование резких угловатых границ облачных массивов в северной части Курильских о-вов предшествовало землетрясениям на всей островной гряде (2 мая – на Курилах и 3 мая – вблизи о. Хоккайдо). Фото сделаны с ИСЗ Terra (NASA/GSFC, Rapid Response) 30 апреля 2009 г.

В некоторых случаях на одном и том же снимке над разными разломами или различными участками одного разлома имеются и гряды, и каньоны. По-видимому, геодинамическая активность может приводить как к генерации, так и к деградации облачности, в зависимости от состояния атмосферы.

Пока облачное поле циклона находилось вне сейсмоактивной области в период серии японских землетрясений 11—14 марта 2011 г., оно имело типичную округлую форму (а). Спустя 3 часа (б) этот циклон достиг активного разлома – и юго-восточная граница облачности стала аномально прямолинейной. Фото сделано 13 марта 2011 г.

Динамику процесса нарушения облачности излучением из разлома наглядно иллюстрируют снимки циклона, движущегося с материка в сейсмоактивную область мегаземлетрясения, случившегося в марте 2011 г. у берегов Японии. Пока циклон находился вне этой области, его вихревое облачное поле имело характерную округлую форму с размытым контуром. По мере смещения циклона в зону сейсмичности, когда на него стало воздействовать излучение из линейного разлома земной коры, в облачном поле циклона над разломом образовалась вертикальная стена, отобразившаяся на снимке в виде резкой линейной границы облачности.

Помимо линейных облачных аномалий, обусловленных воздействием разрывных нарушений литосферы, предвестником землетрясений также могут служить облачные массивы неатмосферной природы, возникающие в регионе очага накануне толчка. Предположительно, они обусловлены выбросом флюидов из недр. Эти «облака землетрясений» возникают как накануне толчка, так и после него, и сохраняют свое положение в пространстве от нескольких часов до многих суток. Например, в период катастрофического землетрясения в Китае 12 мая 2008 г. короткая гряда таких облаков, возникшая за сутки до первого толчка над активным разломом вблизи эпицентра, наблюдалась более месяца, что свидетельствовало о сохранении сейсмической активности.

Аномальные облачные явления возникают и в результате техногенных землетрясений: наводимая сейсмичность инициирует активизацию разломов, и они становятся источниками мощного излучения. Так, например, сразу после подземного ядерного взрыва вокруг полигона наблюдались ЛОА, которые исчезали и вновь возникали на протяжении последующих двух недель. Во время испытаний ядерного оружия в Северной Корее они появлялись преимущественно над разломами морского дна в ареале воздействия взрывов. Важно отметить, что по масштабу влияния на земную кору запуск баллистических ракет оказался равноценен небольшому ядерному взрыву.

Таким образом, спутниковый мониторинг ЛОА позволяет осуществлять глобальный контроль испытаний мощного энергетического оружия даже при пасмурной погоде на полигоне. Такой контроль оптимален, поскольку нагляден, экологически чист и экономически эффективен.

Волнение в небесах.

В течение трех часов над Японским морем сохранялось облако необычной конфигурации. Такая «облачность землетрясений» обусловлена выбросом флюидов из недр. Одновременно над мелкими островами южнее о. Кюсю возникла линейная аномалия. Фото сделано с геостационарного спутника NASA 28 марта 2011 г. 

Горные хребты и массивы создают крупные возмущения в распределении воздушных течений, облачности. Когда из-за неоднородностей рельефа на подветренной стороне горных хребтов образуются параллельные гряды облаков, в метеорологии это явление называют орографической облачностью. Воздушный поток пересекает горный хребет, и с его подветренной стороны формируются волны. В восходящих холодных потоках этих волн образуются гряды облаков, а в теплых нисходящих – безоблачные промежутки. Такие же волны в атмосфере возникают и за островами в океане – они хорошо видны на спутниковых снимках.

Если орографические облака распространяются по воздушному потоку в одном направлении, то гряды сейсмогенных облаков взаимно пересекаются, образуя решетку. В период недавнего катастрофического землетрясения в Японии такая конфигурация облачных полей наблюдалась у Курильских островов, и это явление не могло быть вызвано орографическим влиянием или температурными неоднородностями над водной поверхностью. Сохранялась она не более двух часов, после чего на месте этой «сетки» остались только облачные полосы широтной ориентации (вдоль географической параллели – с запада на восток). Столь быстрая перестройка в атмосфере была обусловлена, по-видимому, большой энергетической мощно­стью литосферных процессов.

31 мая 2009 г. над Талассо-Ферганским разломом в Казахстане произошло размывание кучево-дождевой облачности в виде каньона. Слева – вращающаяся облачная спираль начинает наплывать на разлом, над которым формируется каньон. Справа – по мере того как облачная спираль наплывает на разлом, над ним все отчетливее проявляется каньон. Через полмесяца, 16 июня, вблизи разлома произошло землетрясение магнитудой 4,5. Фото сделаны с ИСЗ Terra и Aqua (NASA/GSFC, Rapid Response)

23 августа этого года произошло сильное землетрясение в штате Вирджиния (США), в 140 км от столицы государства. О предстоящем событии могли сообщить сразу два типа облачных предвестников, появившихся за сутки до первого подземного толчка. Над регионом землетрясения на фоне «сетки» из облачных полос образовались более широкие безоблачные каньоны. Кроме того, в это же время про­тяженные ЛОА наблюдались на значительном расстоянии – в сотнях километров от этого региона, над Атлантическим океаном, – причем эпицентр располагался на продолжении наземной проекции одной из этих аномалий.

Запуск ядерных ракет ближнего радиуса действия с западного берега Корейского п-ва вызвал активизацию разломов морского дна, которые отобразились на облачных массивах в виде аномально линейных краев (слева). Справа – метеорологические облака сместились, но возникшие аномалии сохраняются. Фото сделаны с ИСЗ Terra и Aqua (NASA/GSFC, Rapid Response) 29 мая 2007 г.

Появление облачных аномалий двух видов можно считать возможным краткосрочным предвестником землетрясения в регионе. Анализ статистических данных показал: вероятность того, что вскоре после обнаружения такого знамения дей­ствительно произойдет сейсмическое событие, составляет 77 %.

Орбитальные сторожа.

Территория (или акватория), которая находится под влиянием сейсмического процесса, может быть весьма обширной. Значит, сделать достоверный прогноз разрушительного землетрясения можно только в тех районах, где постоянно действует система наблюдений за предвестниками, способная одновременно охватывать область радиусом не менее 500 км. К сожалению, существующие сети геофизического контроля способны охватывать территории в десятки раз меньше. В то же время зона радиовидимости спутникового центра может простираться на многие тысячи километров, поэтому наиболее подходящей системой слежения за глобальной сейсмической активностью представляется спутниковый мониторинг линейных облачных аномалий. Дистанционное зондирование Земли с орбит искусственных спутников достаточно точно определяет основные параметры атмосферы, в частности вертикальные и горизонтальные размеры облачных массивов. Этого достаточно, чтобы получить правильное представление о глобальных и региональных изменениях в системе «атмосфера – литосфера» в различных временных и пространственных масштабах.

Иногда с подветренной стороны острова возникают орографические волны, обусловленные неровностями рельефа.

На спутниковых снимках с координатной привязкой дислокация ЛОА позволяет определить географическое расположение активизировавшихся разломов. По тому, как оно изменяется с течением времени, можно судить о направлении и скорости распространения напряжений в земной коре в региональном и глобальном масштабе. На мелкомасштабных снимках, полученных с высокоорбитальных спутников, фиксируется территория, охватывающая несколько тектонических плит, что позволяет следить за их взаимодействием.

К счастью, осуществлять сейсмический мониторинг вполне по силам уже существующей глобальной сети спутников, с которых поступают данные для прогнозирования погоды. Регламент орбитальных наблюдений за облачным покровом Земли вполне удобен для оперативной регистрации ЛОА. Данные со спутников поступают в режиме непосредственной передачи, скорость обработки информации достаточно высокая, так что результат можно получить за считанные минуты.

«Сетчатые» облака, образовавшиеся вблизи северной части Курильской гряды после землетрясения в Японии, свидетельствовали о сохранении сейсмической активности в регионе (слева). И действительно, хотя через полтора часа вместо этой «сетки» остались только облачные полосы широтной ориентации (справа), на протяжении последующих 3 суток подземные толчки продолжались. Фото сделаны с ИСЗ Terra и Aqua (NASA/GSFC, Rapid Response) 11 марта 2011 г.

Исследование спутниковых изображений Земли позволяет получать информацию о протекающих в ее оболочках процессах в широком временном и пространственном диапазоне. Так, мелкомасштабные снимки со спутников, облетающих планету по дальним круговым орбитам, отличаются обзорностью. Такие снимки позволяют анализировать атмосферную динамику и связанные с ней литосферные процессы на огромных территориях. Несколько десятков гео­стационарных спутников с орбиты высотой около 36 тыс. км могут передавать изображения практически любого места поверхности Земли с часовым или получасовым интервалом. Крупномасштабные снимки со спутников Terra и Aqua в настоящее время уже используются для того, чтобы получать карты мелких, локальных ЛОА и изучать составляющие их виды облаков.

К сожалению, один только спутниковый мониторинг облачных аномалий помогает уверенно прогнозировать лишь регион и время начала землетрясения (с точностью до суток). Для того чтобы точно определить положение эпицентра землетрясения, необходимы комплементарные методы. Хотя, по словам член-корреспондента РАН А. В. Николаева, председателя Экспертного совета по прогнозу землетрясений РАН, уже сегодня, «оставляя пока в стороне вопрос о возможном месте возникновения землетрясения, мы  увеличиваем вероятность точного предсказания времени возникновения землетрясения». Ближайшая цель – организовать синхронную регистрацию и совместную обработку ЛОА и сейсмических полей, что позволит в значительной мере усовершенствовать методику прогнозирования землетрясений.

За сутки до землетрясения 23 августа в США над штатом Вирджиния образовалась «сетка» из облачных полос. На ее фоне выделялись два более широких каньона, соединяющихся под углом (а). Пару часов спустя каньоны исчезли, но сетчатая структура облаков сохранялась и далее в течение некоторого времени. Фото сделаны с ИСЗ Terra и Aqua (NASA/GSFC, Rapid Response) 22 августа 2011 г. Одновременно линейные облачные аномалии появлялись и над разломами дна Атлантического океана (б) (Naval Research Laboratory, Marine Meteorology Division, Monterey, CA)

Значительную часть владений России занимают труднодоступные территории и акватории, поэтому дальнейшее развитие способов спутникового мониторинга природных явлений и катастроф – актуальная задача современной науки. Дальнейшее исследование обнаруженного атмосферного геоиндикатора сейсмического процесса не только принесет практическую пользу, но и расширит существующие представления о природе последнего. Разработка нового научного направления поможет открыть следующую страницу в изучении сейсмичности, разрывной тектоники, в осуществлении экологического контроля подземных ядерных взрывов.

Прогнозировать землетрясения не всегда дает положительный результат, но учитывая что сейсмическими прогнозами мало кто занимается или можно сказать их почти не существует, считаю уже достижением того что мы знаем и делаем. Некоторые прогнозы сбывались, а некоторые нет. Здесь нельзя построить более точный анализ, как например прогноз погоды. Также очень мало доступных ресурсов, чтобы делать более детальный мониторинг. Вот и получается, что прогнозировать землетрясения можно, но не всем это нужно?!

Следите за погодой и климатом вместе с нами!

С Уважением, Маглипогода!

Информация, которая размещается на сайте, не считается официальной. 
На всех страницах функционирует система уведомления правописания. Обнаружив ошибку или неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Присоединяйтесь к нам через социальные сети и подписывайтесь на рассылку по электронной почте.