Проявление сейсмических процессов в электромагнитных и деформационных полях Земли

Исследованы GPS-сигналы, регистрируемые как ионосферный отклик на прохождение акустических волн после ряда сильнейших (с магнитудой Mw ≥ 8,2) подводных землетрясений. Показано, что сигналы могут содержать информацию об энергетических характеристиках этих сейсмических событий. Оценки сейсмической энергии таких событий по форме характерного возмущения полного электронного содержания ионосферы (длительности фазы сжатия ударной волны) согласуются с оценками по сейсмическим данным и могут быть получены на интервале менее 15 мин после события. Рассмотрен отклик полярной ионосферы на ряд стратосферных потеплений. Обнаружен эффект мезосферного похолодания, мезосферного шира зонального ветра и фильтрации ВГВ во время сильных потеплений. Рассмотрен процесс диффузионного транспорта во время вторжения метеороидов в полярную ионосферу. Показано, что присутствие метеорной пыли в плазме ионосферы существенно замедляет процесс диффузии и его можно исследовать даже посредством ионозонда с высоким разрешением. Наблюдения посредством метеорного радара в обс. Соданкюла (67° 22′N, 26° 38′E, Финляндия) показывают, что температура мезосферы, определяемая по времени распада метеорных следов, систематически недооценивается на величину порядка 20 - 50 К во время метеорного потока Геминид, имеющего место 13 декабря. Очень хорошее совпадение определяемого минимума температуры мезосферы с максимумом метеорного потока (определяемого по числу метеоров за день) регулярно наблюдалось именно в этот день декабря за период 2008 - 2014 гг. Эти наблюдения указывают на наличие большого числа сверхплотных метеорных следов по сравнению с обычными спорадическими метеорами. Именно это обстоятельство влияет на недооценку температуры мезосферы. Наблюдения, однако, указывают и на необычные свойства (например, массы, скорости, химического состава) метеороидов группы Геминид. Аналогичные свойства обнаружены для потока Квадрантид (январь 2009 - 2015 гг.), которые, как и Геминиды, имеют источником астероид, а не другие метеорные ливни. Показано, что неустойчивость турбулентных течений с экмановскими профилями скоростей вблизи границы ядро - мантия приводит к образованию горизонтально ориентированных валиковых циркуляционных структур. Рассмотрены геофизические следствия присутствия таких структур в жидком ядре: создание локальных горячих зон повышенной проводимости и влияние на инверсии геомагнитного поля. Рассмотрена корреляция вариаций частоты вращения Земли и геомагнитных джерков в 1900 - 2008 гг. Обнаружено, что джерки предшествуют темпу изменения частоты вращения Земли в интервале периодов 5 - 8 лет. Предложен механизм, позволяющий рассматривать джерки как следствие возбуждения магниторотационной неустойчивости в земном ядре с последующей генерацией крутильных колебаний, обусловливающих изменение частоты вращения Земли. Рассмотрена проблема влияния основных приливных гармоник гравитационного поля Земли на результаты измерений в лазерных интерферометрах на свободных массах, не имеющая в настоящее время удовлетворительного объяснения. Для описания взаимодействия переменного скалярного гравитационного поля с электромагнитным полем произведен переход от ковариантной 4-мерной формы уравнений Максвелла к трехмерной. Проведен теоретический анализ диаграмм направленности систем гравитационно-волновых детекторов; получены оценки прямого и обратного эффекта Герценштейна - Зельдовича. Мониторинг напряжённого состояния на основе геомеханической модели и текущей сейсмичности выполнен на примере Южной Калифорнии в течение 2009 - 2016 гг. при введении в модель каждые 3 мес. около 3 - 4 тыс. текущих сейсмических событий, определяющих послойную повреждённость земной коры, а также динамику касательных деформаций и напряжений и аномальных мест приближения пород к пределу прочности – мест возникновения землетрясений. Аномальное изменение этих параметров, как показал мониторинг, предшествовал всем четырем сильным землетрясениям с M = 5,6 - 7,2 за неделю перед событиями. Установлено, что когда в северной провинции в верхней коре на глубинах 3,5 - 10 км наблюдается увеличение сдвиговых деформаций - а в районе разлома Сан-Андреас смещения направлены с юга на север - в южной провинции напряженное состояние находится на фоновом уровне. Когда же течение пород в северных областях приостанавливается (как бы образуется преграда), начинают накапливаться напряжения даже при сравнительно слабых вариациях деформаций в южной оконечности разлома Сан-Андреас, что выражается в приближении пород к пределу прочности. Время переходного режима составляет 0,5 мес. при длительности одного режима порядка месяца – года, что создает предпосылки для количественных оценок реологических свойств земной коры на макроуровне. Завершен крупный этап комплексных исследований динамики процессов, протекающих в природной, антропогенной и социальной средах в разных масштабах пространства и времени. В результате работы над 5-томным Атласом временных вариаций получены новые результаты, и в 2016 г. опубликованы две книги, развивающие направление и имеющие научное и практическое значение. Ряд результатов внедрен в практику и в образовательный процесс. Продолжаются междисциплинарные исследования ритмических и других особенностей динамики процессов в разных сферах Универсума. Начато рассмотрение вопроса о существовании и роли недельного ритма в некоторых процессах. Обработка заключалась в спектральном, спектрально-временном, корреляционном и некоторых других видах анализа временных рядов. Получено, что недельный и/или полунедельный ритм существует для следующих процессов: для скорости вращения Земли, катастрофических землетрясений всего земного шара, лунной сейсмичности, многих заболеваний, криминальных событий в Москве. Начаты поиски причин переменной полиритмичности процессов в природе и обществе. Представляется, что одной из причин появления и исчезновения ритмов являются шоковые нагрузки, вызывающие десинхронизацию и/или ресинхронизацию процессов. Выявлены некоторые особенности динамики временных рядов вызовов скорой медицинской помощи в зависимости от пола и возраста в разных условиях. Продолжено сопоставительное изучение геодинамических и метеорологических процессов во время сейсмической активизации и их возможного влияния на здоровье населения (Горный Алтай). При использовании глубоких землетрясений Гиндукуша и островов Фиджи исследованы некоторые черты динамики процессов в породах литосферы Балтийского щита и Восточно-Европейской платформы. Получено, что уровень напряжений на щите выше и подвержен флюктуациям, что не отмечено на платформе. Установлены некоторые причинно-следственные связи между процессами в природной и антропогенной сферах (в том числе сейсмическая активизация, процессы в атмосфере и др.) и здоровьем человека. Показана необходимость создания системного медико-экологического мониторинга. Соответствующие предложения признаны правильными (на уровне Совета безопасности РФ).