Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 5(25). C. 115-129. ISSN 2079-6641

Содержание

DOI: 10.18454/2079-6641-2018-25-5-115-129

УДК 539.9, 550

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

В. Н. Уваров, И. А. Ларионов, Е. И. Малкин

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, c. Паратунка, Камчатский край

E-mail: uvarovvnng@yandex.ru

Геологическая среда земной коры рассматривается как неравновесная активная открытая система. Показано, что горная порода является благоприятной средой для возникновения сейсмо-акустических колебаний и неблагоприятной для возникновения электромагнитных колебаний в низкочастотной области. Показано, что в основе анализа известных механо-электромагнитных механизмов, объясняющих существование сопутствующего землетрясениям электромагнитного излучения, лежит деформационно-индуцированное дипольное излучение, интенсивность которого определяется как характером движений, так и электрофизическими свойствами породы. Анализ двумерных гистограммы деформаций коры и естественного электромагнитного излучения позволил выделить несколько кластеров, соответствующих устойчивым условиям механо-электромагнитных преобразований, которые можно объяснить характером механо-электромагнитных свойств породы в очагах деформации. Совместный анализ каталога землетрясений и сигналов электромагнитного излучения позволил выделить электромагнитные сигналы литосферного происхождения.

Ключевые слова: сейсмоэлектромагнетизм, электродинамика литосферы, электромагнитное излучение коры, сейсмическая активность, электромагнитные и механические свойства горных пород

PACS: 41.20.Jb + 91.10.Kg + 91.30.Px

ELECTROMAGNETIC MANIFESTATIONS OF THE ACTIVE CRUST

V. N. Uvarov, I. A. Larionov, E. I. Malkin

Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 684034, Russian Federation, Kamchatka region, Elizovskiy district, Paratunka, Mirnaya str., 7 Russia

E-mail: uvarovvnng@yandex.ru

The geological environment of the earth’s crust is considered as a non-equilibrium active open system. It is shown that the rock is a favorable medium for the occurrence of seismic-acoustic oscillations and unfavorable for the occurrence of electromagnetic oscillations in the low-frequency region. It is shown that the analysis of known mechano-electromagnetic mechanisms, explaining the existence of electromagnetic radiation accompanying earthquakes, is deformation-induced dipole radiation, the intensity of which is determined by both the nature of the movements and the electrophysical properties of the rock. An analysis of two-dimensional histograms of crustal deformations and natural electromagnetic radiation made it possible to identify several clusters corresponding to stable conditions of mechano-electromagnetic transformations, which can be explained by the nature of mechano-electromagnetic properties of the rock in the deformation sites. A joint analysis of the catalog of earthquakes and electromagnetic radiation signals made it possible to isolate electromagnetic signals of lithospheric origin.

Key words: seismoelectromagnetizm, crust electromagnetic radiation, natural electro-magnetic field of ELF-VLF range, seismic activity, rock electromagnetic and mechanic properties, lithosphere electrodynamics.

Список литературы/References

  1. Садовский М. А., Электромагнитные предвестники землетрясений, Наука, М, 1982, 145 с. [Sadovsky M. A., Electromagnetic Precursors of Earthquakes, Nauka, Moscow, 1982, 145 pp.]
  2. Surkov V., Hayakawa M., Ultra and Extremely Low Frequency Electromagnetic Fields, Springer, Japan, 2014, 486 pp.
  3. Krumbholz M., Electromagnetic radiation as a tool to determine actual crustal stress -application and limitation, Dissertation zur Erlagung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissetschaftlichen Fakultaten der Georg-August-Universitat zu Gottingen, Gottingen, 2010, 151 pp.
  4. Уваров В. Н., “Электромагнитно-деформационные волны земной коры”, Геофизический журнал, 38:6 (2016), 180-185. [Uvarov V. N., “Electromagnetic-deformation waves of the earth’s crust”, Geophysical Journal, 38:6 (2016), 180-185].
  5. Uvarov V., “Electromagnetic-Deformation Response of the Crust”, E3S of Conference, 62, 03003.
  6. Уваров В. Н., “Механо-электромагнитные механизмы и электромагнитно-
    деформационные волны коры”, Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений, Сборник тезисов докладов VII международная конференция, с. Паратунка, Камчатский край, 29 августа — 2 сентября 2016 г., ИКИР ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 2016, 52. [Uvarov V. N., “Mechano-electromagnetic mechanisms and electromagnetic-deformation waves of the cortex”, Solar-earth relationships and physics of earthquarters of earthquakes, Collection of abstracts of reports VII international conference, p. Paratunka, Kamchatka Krai, August 29 — September 2 2016, IKIR FEB RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, 2016, 52].
  7. Уваров В. Н.“Деформационно-электромагнитные механизмы и гибридные волны коры”, Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений, Сборник тезисов докладов IX международной конференции. Паратунка. Камчатский край. 17 — 21 октября 2018, 2018, 66. [Uvarov V. N., “Deformation-electromagnetic mechanisms and hybrid waves of the cortex Solar-earth relationships and physics of earthquarters of earthquakes”, A collection of abstracts of the IX international conference. Paratunka Kamchatsky kray. 17 — 21 October 2018, 2018, 66].
  8. Пархоменко Э. И., Явления электризации в горных породах, Наука, М, 1968, 225 pp. [Parkhomenko E. I., The phenomenon of electrification in rocks, Nauka, Moscow, 1968, 225 pp.]
  9. Светов Б. С., Губатенко В. П.“Электромагнитное поле механоэлектрического
    происхождения в пористых влагонасыщенных горных породах: 1. Постановка задачи”, Физика Земли, 1999, № 10, 67-73. [Svetov B. S., Gubatenko V. P., “Electromagnetic field of mechanoelectric origin in porous moisture-saturated rocks: 1. Statement of the problem”, Physics of the Earth, 1999, № 10, 67-73].
  10. Скипочка С. И., Механоэлектрические эффекты в породах и их использование в горной геофизике, Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2002, 177 с. [Skipochka S. I., Mechanoelectric effects in rocks and their use in mining geophysics, National Mining Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2002, 177 pp.]
  11. Соболев Г. А., Демин В. М., Механоэлектрические явления в Земле, Наука, М, 1980, 215 с. [Sobolev G. A., Demin V. М., Mechanoelectric phenomena in the Earth, Nauka, Moscow, 1980, 215 pp.]
  12. Villary E., “Change of magnetization dy tension and by electric curerent”, Ann. Phys. Chem., 126 (1865).
  13. Jiles D. C., “Theory of the magnetomechanical effect”, J. Phys. D: Appl. Phys., 28 (1995), 1537-1546.
  14. Светов Б. С., “К теоретическому обоснованию сейсмоэлектрического метода геофизической разведки”, Геофизика, 2000, № 1, 28-39. [Svetov B. S., “To the theoretical justification of the seismoelectric method of geophysical prospecting”, Geophysics, 2000, № 1, 28-39].
  15. Гульельми А. В., “Проблемы физики геоэлектромагниных волн”, Физика Земли, 2006, № 3, 3-16. [Guglielmi A. V., “Problems of physics of geoelectromagnetic waves”, Physics of the Earth, 2006, № 3, 3-16].
  16. Hadjicontis V., C. Mavromatou C., Antsygina T. N., Chishko K. A., “Mechanism of electromagnetic emission in plastically deformed ionic crystals”, Phys. Rev. B, 76:2 (2007), 024106.
  17. Шевцова И. Р., “Заряжение дислокации при деформировании кристаллов с ионным типом связи”, Физика Земли, 1984, № 4, 106-112. [Shevtsova I. R., “Discharging of dislocations during deformation of crystals with an ionic bond type”, Physics of the Earth, 1984, № 4, 106-112].
  18. Tzanis A., Vallianatos F., “A physical model of electric earthquake precursors due to crakc propagation and thq motion of charged edge dislocations”, Seismo Electromagnetics Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling, Terrapub, Tokyo, 2003, 117-130.
  19. Молоцкий М. И., “Оже-механизм дислокационной экзо-эмиссии”, Физ. Тверд. тела, 25:1 (1983), 121-126. [Molotsky M. I., “Auger mechanism of dislocation exo-emission”, Phys. Solid. body, 25:1 (1983), 121-126].
  20. St-Laurent F, Derr J.S., Freund F.T., “Earthquake ligth and the stress-activation of positive hole chadge carriers in rocks”, Physics and chemistry of the earth, 2006, № 31, 305-312.
  21. Hayakawa M., Molchanov O.A., “Seismo-electromagnetics as a new field of radiophysics: Electromagnetic phenomena associated with earthquakes”, Radio Sci. Bull., 2007, № 320, 8–17.
  22. Ланлау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теоретическая физика, Учебное пособие в 10 т, Теория поля, Наука, М., 1988, 512 с. [Lanlau L. D., Lifshits E. M., Theoretical physics, Textbook in 10 tons, Field Theory, Nauka, Moscow, 1988, 512 pp.]
  23. Larionov I., Malkin E., Uvarov V., “Deformation-Electromagnetic Relations in Lithospheric Activity Manifestations”, E3S of Conference, 62 (2018), 03002.
  24. арионов И. А., Малкин Е. И., Уваров В. Н, “Деформационно-электромагнитные связи в проявлениях литосферной активности”, Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений, Сборник тезисов докладов IX международной конференции. Паратунка, Камчатский край. 17-21 октябрь 2018, 2018, 59. [Larionov I. A., Malkin E. I., Uvarov V. N., “Deformation-electromagnetic connections in manifesta- tions of lithospheric activity”, Solar-earth relationships and physics of earthquarters of earthquakes, Announcer Abstract of reports of the IX international conference. Paratunka. Kamchatsky kray. 17-21 October 2018, 2018, 59].

Список литературы (ГОСТ)

  1. Садовский М. А. Электромагнитные предвестники землетрясений. М: Наука, 1982. 145 c.
  2. Surkov V., Hayakawa M. Ultra and Extremely Low Frequency Electromagnetic Fields. Springer Japan 2014, 486p. DOI 10.1007/978-4-431-54367-1.
  3. Krumbholz M. Electromagnetic radiation as a tool to determine actual crustal stress-application and limitation. Dissertation zur Erlagung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissetschaftlichen Fakultaten der Georg-August-Universitat zu Gottingen, Gottingen, Januar 2010, 151 p.
  4. Уваров В. Н. Электромагнитно-деформационные волны земной коры. Геофизический журнал. Т.38. 2016. №6. C.180-185.
  5. Uvarov V. Electromagnetic-Deformation Response of the Crust. 2018. vol. 62. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186203003
  6. Уваров В. Н. Механо-электромагнитные механизмы и электромагнитно-
    деформационные волны коры // Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений. Сборник тезисов докладов VII международная конференция, с. Паратунка, Камчатский край, 29 августа — 2 сентября 2016 г. Петропавловск-Камчатский: ИКИР ДВО РАН, 2016. C. 52.
  7. Уваров В. Н. Деформационно-электромагнитные механизмы и гибридные волны коры // Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений. Сборник тезисов докладов IX международной конференции. 17 — 21 октябрь 2018. Паратунка. Камчатский край. 2018. C. 66.
  8. Пархоменко Э. И. Явления электризации в горных породах. М: Наука, 1968. 225 с.
  9. Светов Б. С., Губатенко В. П. Электромагнитное поле механоэлектрического происхождения в пористых влагонасыщенных горных породах: 1. Постановка задачи // Физика Земли. 1999. №10. С. 67-73.
  10. Скипочка С. И. Механоэлектрические эффекты в породах и их использование в горной геофизике.- Днепропетровск: Национальная горная академия Украины, 2002. 177 с.
  11. Соболев Г. А., Демин В. М. Механоэлектрические явления в Земле. М: Наука, 1980. 215 с.
  12. Villary E. Change of magnetization dy tension and by electric curerent // Ann. Phys. Chem. 1865. vol. 126, 87.
  13. Jiles.D.C. Theory of the magnetomechanical effect // J.Phys. D: Appl. Phys. 1995. vol. 28. P. 1537-1546.
  14. Светов Б. С. К теоретическому обоснованию сейсмоэлектрического метода геофизической разведки // Геофизика. 2000, №1. C. 28-39.
  15. Гульельми А.В. Проблемы физики геоэлектромагниных волн // Физика Земли. 2006. №3. C. 3-16.
  16. Hadjicontis V., C. Mavromatou C., Antsygina T. N., Chishko K. A. Mechanism of electro-magnetic emission in plastically deformed ionic crystals // Phys.Rev.B. 2007. vol. 76. no. 2. 024106.
  17. Шевцова И. Р. Заряжение дислокации при деформировании кристаллов с ионным типом связи // Физика Земли. 1984. № 4. C. 106-112.
  18. Tzanis A., Vallianatos F. A physical model of electric earthquake precursors due to crakc propagation and thq motion of charged edge dislocations. pp. 117-130. in book «Seismo Electromagnetics Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling», Eds. Hayakawa and Molchanov, Tokyo: Terrapub, 2003. 477 p.
  19. Молоцкий М.И. Оже-механизм дислокационной экзо-эмиссии // Физ. Тверд. тела. 1983. Т. 25. № 1. С. 121-126.
  20. St-Laurent F, Derr J. S., Freund F. T. Earthquake ligth and the stress-activation of positive hole chadge carriers in rocks. Physics and chemistry of the earth. 2006. vol. 31. P. 305-312.
  21. Hayakawa M. Seismo-electromagnetics as a new field of radiophysics: Electromagnetic phenomena associated with earthquakes / M. Hayakawa, O. A. Molchanov // Radio Sci.Bull. 2007. № 320. P. 8–17.
  22. Ланлау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Учебное пособие в 10 Т. Теория поля. М: Наука, 1988. 512 с.
  23. Larionov L., Malkin E. and Uvarov V. Deformation-Electromagnetic Relations in Lithospheric Activity Manifestations // E3S of conference. 2018. Vol. 62. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186203002.
  24. Ларионов И.А., Малкин Е.И., Уваров В.Н Деформационно-электромагнитные связи в проявлениях литосферной активности // Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений. Сборник тезисов докладов IX международной конференции. 17 — 21 октябрь 2018. Паратунка, Камчатский край. 2018. C. 59.

Для цитирования: Уваров В. Н., Ларионов И. А., Малкин Е. И. Электромагнитные проявления активной земной коры // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2018. № 5(25). C. 115-129. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-25-5-115-129.
For citation: Uvarov V. N., Larionov I. A., Malkin E. I. Electromagnetic manifestations of the active crust, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2018, 25: 5, 115-129. DOI: 10.18454/2079-6641-2018-25-5-115-129.

Поступила в редакцию / Original article submitted: 30.11.2018

Uvar  Уваров Владимир Николаевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, с. Паратунка, Россия.
   Uvarov Vladimir Nikolaevich – Ph.D. (Phys. & Math.), Senior Researcher, Laboratory of electromagnetic radiation, Institute of Space Physics Research and Radio Wave Propagation FEB RAS, Kamchatskiy kray, Paratunka, Russia.

1

1

Larionov  Ларионов Игорь Александрович – кандидат физико-математических наук, ведуший научный сотрудник лаборатории акустических исследований, замистель директора по научной работе, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, Россия.
   Larionov Igor’ Aleksandrovich – PhD. (Phys.& Math), Leading Researcher, Laboratory for Acoustic Research, Deputy Director for Research, Institute for Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation, Far East Branch, Russian Academy of Sciences, Kamchatka Krai, Elizovsky District, Paratunka, Russia.

1

1

Malkin    Малкин Евгений Ильич – младший научный сотрудник, и.о. заведующего лабораторией электромагнитных излучений, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, Елизовский район, c. Паратунка, Россия.
      Malkin Evgeny Ilich – Junior Researcher, Acting Head of the Laboratory of Electromagnetic Radiation, Institute of Cosmophysical Research and Radio Wave Propagation of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Kamchatka Krai, Elizovsky District, c. Paratunka, Russia.

1

1

Скачать статью  Уваров В.Н., Ларионов И.А., Малкин Е.И