Электромагнитный эксперимент в озере Байкал по наблюдению и прогнозированию геофизических процессов с большой случайной составляющей

Проект направлен на исследование динамики, взаимосвязи и возможностей прогнозирования крупномасштабных процессов с большой случайной составляющей в гидросфере и сопряженных геосферах с помощью специально разработанной электромагнитной установки, развернутой на Байкальской глубоководной нейтринной обсерватории.Актуальность исследования связана с наличием во многих крупномасштабных геофизических процессах большой случайной составляющей (обусловленной расходимостью траекторий в фазовом пространстве). Это является главным препятствием для геофизических прогнозов, ограничивая горизонт предсказуемости. Менее принципиальным, но существенным препятствием является недостаточное знание вполне детерминированных связей процессов в различных геосферах, асинхронный характер которых может быть использован для прогноза. В проекте реализуются уникальные возможности измерений естественного электромагнитного поля для изучения процессов-источников в различных геосферах и использования макроскопических нелокальных (квантовых) корреляций для прогноза их случайной составляющей.Реализация проекта на Байкале обусловлена наличием отлаженной части системы измерений. Однако значимость исследования выходит за региональные рамки: оно затрагивает принципиальные проблемы мониторинга и прогноза геофизических процессов, включает изучение как региональных гидросферно-литосферных, так и глобальных солнечно-земных процессов, а развиваемый экспериментальный подход может быть перенесен на другие глубоководные акватории.Научная новизна предлагаемого проекта имеет два аспекта. Во-первых, эффективность мониторинга крупномасштабных процессов зависит интегрирующих свойств измеряемых параметров. Электромагнитное поле, измеренное в немногих точках, по своей природе, несет информацию о источниках и свойствах среды в большой области пространства, акцентируя крупномасштабный характер изучаемых процессов. Электромагнитное поле гидросферы позволяет вести мониторинг различных динамических процессов в самой гидросфере, литосфере и в удаленных магнитосферно-ионосферных областях. Проблема разделения полей решается как математическими методами, так и инструментальным контролем части источников. Подобный подход является новым, ставшим возможным только на современном уровне морских электромагнитных исследований. Во-вторых, применяемый в проекте подход к прогнозу процессов с большой случайной составляющей основан на новейших достижениях физики квантовой информации. Будет использоваться уникальная аппаратура (детекторы макроскопические нелокальных корреляций), оригинальные прогностические алгоритмы, использующие опережающую часть нелокальных корреляций случайных диссипативных процессов в источниках и детекторах.Важнейшей частью аппаратного комплекса эксперимента будет действующая автономная глубоководная установка для измерения вертикальной компоненты электрического поля на базе поверхность-дно, нелокальных корреляций и набора гидрологических параметров. Установка будет оснащена интерактивной системой гидроакустической телеметрии. Сеть измерений вариаций магнитного поля и его градиента будет развернута как на побережье Байкала, так и на удалении до 100 км от него. Опорные измерения макроскопических нелокальных корреляций будут производиться на обсерваторской установке ЦГЭМИ-ИЗМИРАН в Троицке. Данные будут обрабатываться с помощью программного комплекса, реализующего, в том числе, оригинальные методы причинного анализа и прогнозов на основе расчета текущей импульсной переходной характеристики.Часть результатов будет иметь диагностический характер, из них наибольший интерес представляют не имеющие аналогов данные о вариациях полных потоков течений и вариациях гидросферно-литосферного тока замыкания глобальной электрической цепи. Но особенно важными представляются экспериментальные прогнозы гидрологической активности в деятельном слое Байкала и случайных компонент глобальной солнечно-геомагнитной активности с заблаговременностью несколько месяцев, а также сильных землетрясений (в случае их происшествия в районе мониторинга) с заблаговременностью несколько суток, причем при цунамигенных землетрясениях будут оценены параметры гидродинамической волны в момент ее зарождения.Для количественной интерпретации электромагнитных эффектов землетрясений, на основе полученных в ходе проекта магнитовариационных данных большой длительности (и с использованием уже имеющихся магнитотеллурических данных) будет построена детальная глубинная трехмерная геоэлектрическая модель Байкальского рифта. С учетом имеющихся конкурирующих гипотез, эта модель будет иметь самостоятельное диагностическое значение.В результате проекта будут получены новые знания об электромагнитном взаимодействии геосфер, о связи структурных особенностей Байкальского региона и крупномасштабных динамических процессов, о возможностях и ограничениях их прогнозирования.