Влияние солнечной активности на генерацию импульсов радиоволн земной коры
1Забродин С.М., 1Перетокин С.А., 2Салагаева А.В., 1Сибгатулин В.Г.,
2,3Хлебопрос Р.Г.
1 Экологический центр рационального освоения природных ресурсов, г. Красноярск
2 Учреждение академии наук Красноярский научный центр СО РАН, г. Красноярск
3Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
В результате анализа данных мониторинга естественного импульсного электромагнитного поля Земли на Камчатке и Сахалине в январе-марте 2010 г., установлено, что уровень электромагнитных шумов антикоррелирует с солнечной активностью (коэффициент корреляции –0,88 (Рис.1, цит. по [1]).
Для объяснения данного явления выдвигаются следующие предположения: во время солнечной вспышки интенсивность вторичных космических лучей, особенно нуклонов, резко возрастает (Рис.2), а, следовательно, должна возрастать и электропроводность литосферы, т.к. вторичные нуклоны косвенно ионизируют породы литосферы. В этом случае глубина проникновения скин-слоя в земной коре должна резко уменьшиться. В свою очередь, амплитуда электромагнитного сигнала обратно пропорциональна электропроводности земной коры. Следовательно, минимальное количество импульсов радиоволн должно наблюдаться во время максимума развития солнечной вспышки.
Введение
Естественное импульсное электромагнитное поле Земли (ЕИЭМПЗ) генерируется горными породами в процессе непрерывного движения земной коры. Импульсы возникают на границах блоков земной коры, в структурных и литологических неоднородностях, трещинах. При определенных способах установки датчиков и соответствующей настройки чувствительности аппаратуры удается отстроится от атмосферных помех и обеспечить преимущественный прием импульсов из литосферы, которые содержат информацию о физических свойствах горных пород. Благодаря этому, метод мониторинга вариаций ЕИЭМПЗ применяют для оценки сейсмогеодинамического состояния геологической среды и степени сейсмической опасности.
Однако, динамика ЕИЭМПЗ, регистрируемого на поверхности земли определяется не только источниками электромагнитной эмиссии, но и колебаниями параметров среды, между источником и приемником импульсов, в частности колебаниями проводимости литосферы. Одним из факторов, оказывающих влияние на проводимость верхних слоев земной коры, является солнечное излучение, а также затяжные дожди в регионах
Первичные космические лучи (преимущественно протоны) при взаимодействии с ядрами атомов воздуха (преимущественно с ядрами азота) генерируют вторичные космические лучи (π-мезоны, нейтроны, мюоны, электроны, гамма-кванты) [2-4]. Вторичные космические лучи распределяются по поверхности планеты неравномерно – максимальная интенсивность космических лучей соответствует высоким широтам (60º–90º N, 60º–90º S) [3, 5-7]. Наибольшие вариации интенсивности испытывает нуклонный компонент (до 5000%) [7, 8]. Вариации общеионизующего компонента (мюонов и электронов) не превышают 10%. Проникая в верхний слой земной коры, нейтроны способствуют косвенной ионизации вещества. Следовательно, в максимум развития солнечной вспышки электропроводность литосферы должна скачкообразно увеличиваться (в течение 15 минут), особенно в высоких широтах. Также переменные токи, текущие в ионосфере, индуцируют в Земле магнитотеллурическое поле, глубина проникновения которого зависит от периода вариаций (скин-эффект) и распределения электропроводности [10,11]. Во время солнечной вспышки горизонтальная составляющая геомагнитного поля претерпевает вариации, что должно вносить дополнительный вклад в изменение электропроводности литосферы, хотя и значительно меньший, чем вариации интенсивности вторичных космических лучей. Непосредственно перед падением интенсивности радиоволн наблюдается резкий всплеск электромагнитного сигнала, т.к. вследствие эффекта Форбуша [12,13] электропроводность земной коры резко уменьшится в результате падения интенсивности вторичных космических лучей. Далее электромагнитный сигнал медленно возрастает в течение 8-10 часов. Это объясняет антикорреляцию числа импульсов радиоволн с вариациями интенсивности вторичных космических лучей (преимущественно нуклонов).
Результаты экспериментов
На Рис. 1. изображены вариации интенсивности нуклонного компонента и числа импульсов радиоволн, генерируемых литосферой на Сахалине в январе-марте 2010 г. во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 г.
Рис. 1. Вариации интенсивности нуклонного компонента и импульсов радиоволн земной коры во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 г.
Видно, что число импульсов радиоволн антикоррелирует с интенсивностью нуклонов. На Рис. 2 показаны вариации числа импульсов радиоволн и электропроводности литосферы.
Следует отметить, что аналогичный эффект наблюдался в экспериментах с водопроводной водой: при максимальной солнечной активности электропроводности воды увеличивалась [9], но данный эффект пока не получил должного объяснения.