Землетрясения и окружающая среда

Более полутора веков продолжается целенаправленный научный поиск следов влияния лунно-солнечного гравитационного прилива на сейсмичность. Однако наряду с исследованиями, подтверждающими гипотезу о влиянии приливов на землетрясения, есть много работ, в которых эта гипотеза подвергается сомнению или даже с большой надежностью сделанного вывода полностью отвергается.

Более реально существование суточной периодичности землетрясений, обнаруженной еще в конце XIX в. Сводка данных по разным регионам представлена в работе. В работе Shimshoni, 1971 было установлено статистически значимое превышение числа землетрясений, возникающих ночью, по сравнению с их количеством в дневное время.

Однако вслед за этим появились публикации, в которых возникновение суточной периодичности землетрясений объяснялось изменением реальной чувствительности сети наблюдений из-за повышения в дневное время уровня помех. Решающим аргументом для такого вывода стал тот факт, что при повышении энергии включаемых в выборку землетрясений суточная периодичность исчезала.

Выполненные нами исследования показали, что суточная периодичность землетрясений наблюдается повсеместно, она отчетливо видна как в детальных каталогах локальных землетрясений отдельных регионов, так и в мировых каталогах землетрясений всего земного шара. Этот эффект проявляется главным образом для слабых землетрясений и становится незначимым с ростом их энергии. Суточный ход чаще имеет максимум в ночное время. В спектрах, кроме периода 24 ч, уверенно выделяются период 12 ч, а иногда еще 8 и 6 ч.

Важнейший итог наших исследований состоит в том, что в спектрах сейсмичности не выявлено никаких особенностей на доминирующих периодах лунного гравитационного прилива. Это дает основания с достаточной степенью надежности утверждать, что лунно-солнечный гравитационный прилив, как правило, не оказывает влияния на сейсмичность.

Экспериментальные данные в большинстве случаев не противоречат гипотезе о связи суточной периодичности с меняющимся уровнем помех. Наиболее важным аргументом в поддержку этой гипотезы следует, как нам кажется, рассматривать обнаруженную в некоторых районах приуроченность энергетической (магнитудной) границы исчезновения суточной периодичности к уровню представительности землетрясений анализируемого каталога.

Вместе с тем в отдельных регионах мира обнаружена суточная периодичность землетрясений, магнитуда которых заметно превышала порог представительности землетрясений в исследуемом каталоге. Например, в каталоге землетрясений Греции, представительном для землетрясений магнитудой М>3.1, суточная периодичность сохраняется вплоть до М>4.0, причем внутрисуточные изменения количества представительных землетрясений больше чем на 2 ч отстают по фазе от аналогичных изменений слабых, непредставительных землетрясений.

Еще один важный экспериментальный факт, противоречащий обсуждаемой гипотезе, - наличие необычной суточной периодичности землетрясений с максимумом количества землетрясений не ночью, а днем, вскоре после полудня.

В настоящей работе кратко изложены некоторые результаты анализа каталогов землетрясений 14 регионов мира, информация о которых представлена в таблице.

Для дальнейшего анализа использовался метод Рэлея - Шустера, суть которого состоит в том, что сначала каждое n-е землетрясение, независимо от его энергии, представляется единичным вектором с фазовым углом Q = tn-2n/T, где tn - время возникновения землетрясения; Т = 24 ч - продолжительность суток. Затем все эти векторы последовательно суммируются и строится результирующий вектор, по длине которого оценивается статистическая значимость исследуемой периодичности.

Фазовый угол результирующего вектора соответствует акрофазе внутрисуточных изменений количества землетрясений. Во всех исследованных каталогах значимость оказалась очень высокой, - как правило, р < 10-12, часто р < 10-100.

Район	Интервал наблюдений	Количество событий	Мпр	Центр тяжести эпицентров	Источник данных
Аляска	2001-2008	157436	1.3	61.4N 150.4W	Сейсмологический информационный центр Аляски
Камчатка	1962-2008	45962	4.0	53.6N 160.1Е	Камчатский филиал геофизической службы РАН
Канада	1985-2007	48009	3.0	52.9N 115.4W	Геологическая служба Канада
Гармский полигон	1955-1991	92597	1.1	39.0N 70.6Е	Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Невада	2000-2008	54137	1.3	38.1N 118.2W	Сейсмологическая лаборатория Университета Невада, Рино
Испания	1974-2003	22180	2.9	38.1N 3.7W	Национальный географический институт Испании
Греция	1964-2008	75912	3.1	37.8N 23.2Е	Институт геодинамики Греции
Нью-Мадрид	1975-2008	5504	1.5	36.4N 89.6W	Нью-Мадридский центр исследований землетрясений и информации
Южная Калифорния	2001-2008	96591	1.6	34.4N 117.1 W	Центр данных о землетрясениях Южной Калифорнии
Центральная Америка	1994-2001	7051	3.1	17.5N 73.8W	Сейсмографический консорциум Центральной Америки
Перу	1983-2005	35725	3.9	11.4S 75.7W	Tavera, 2007
Австралия	1980-2008	18200	4.5	26.8S 130.5Е	Агентство Правительства Австралии по наукам о Земле
Новая Зеландия	1981-2008	320168	3.7	40.8S 174.0Е	Институт геологических и ядерных исследований Новой Зеландии
Япония	1986-1998	194528	2.5	29.9N 139.6Е	Центр данных для прогнозирования землетрясений Института исследования землетрясений, Университет Токио

На рис. 4.1 представлена зависимость акрофазы суточной периодичности землетрясений в различных регионах от среднего значения долготы всех эпицентров каталога, характеристики каталогов представлены в таблице. Коэффициент корреляции р = 0.99, линия регрессии описывается уравнением:

θ = -λ + 366.7 ≈ -λ + 360

т.е. при смещении по долготе на 15° (один часовой пояс) акрофаза суточной периодичности тоже изменяется на 15°, или 1 ч.

Рис. 4.1. Зависимость акрофазы суточной периодичности землетрясений от долготы

Ярко выраженная зависимость акрофазы суточной периодичности количества землетрясений от долготы с очень высоким коэффициентом корреляции дает основания считать, что суточный ход сейсмичности управляется Солнцем.

Это позволяет легко пересчитывать данные каталогов землетрясений, в которых используется время по Гринвичу tG, к локальному солнечному времени ts:

ts = tG + λ/15

В дополнение к упоминавшейся выше Греции, на рис. 4.2 приведен еще один пример суточной периодичности достаточно сильных землетрясений. На этом рисунке представлен суточный ход количества землетрясений разной энергии (магнитуды) в Новой Зеландии, приведенный к локальному солнечному времени.

С увеличением энергии амплитуда суточных вариаций уменьшается, растет полуденный пик. Похожая ситуация наблюдалась на Гармском полигоне, где очень узкий высокодобротный пик на периоде 24 ч в спектре слабой сейсмичности при переходе к сильным землетрясениям расширялся, «размазывался» по соседним периодам, т.е. происходила десинхронизация с внешним воздействием.