Комплексный глубоководный и наземный электромагнитный мониторинг с целью изучения, и прогнозирования крупномасштабных природных процессов и глубинного зондирования Земли

Исследование направлено на решение фундаментальной проблемы электромагнитного взаимодействия геосфер, использования измерений электромагнитного поля для изучения динамики природных процессов в сопряженных геосферах и глубинного зондирования Земли. Пространственно-временная структура электромагнитного поля Земли является чувствительным индикатором, как геофизических процессов-источников поля в различных геосферах, так и распределения проводимости в земной коре и мантии, и, следовательно, геологических структур. Целью исследования является изучение методами электромагнитного мониторинга динамики, взаимосвязи и возможностей прогнозирования крупномасштабных процессов с большой случайной составляющей в гидросфере, литосфере и сопряженных геосферах в комплексе с изучением геоэлектрического строения литосферы и физических свойств слагающих ее горных пород. Исследование сконцентрировано в нескольких морских и континентальных регионах, включая продолжение длительного эксперимента по электромагнитному прогностическому мониторингу в озере Байкал. При этом развиваемые новые теоретические и экспериментальные методы и подходы должны носить достаточно универсальный характер. Актуальность проблемы связана с тем, что электромагнитное поле, возбуждаемое динамическими (и некоторыми физико-химическими) процессами в одной из геосфер охватывает другие геосферы и несет информацию как о процессах-источниках, так и о структуре охваченных им геофизических сред. Это отличает электромагнитное поле от других физических полей Земли и делает соответствующим образом поставленный его мониторинг, мощным средством изучения связей явлений и процессов в различных геосферах и их прогноза. Планирование многих видов деятельности в изменчивой окружающей среде и, особенно, уменьшение последствий природных катастроф, требует развития адекватных методов прогноза. Адекватность подразумевает определенность прогноза времени и места катастрофического события. Необходимыми условиями реализации такого прогноза является мониторинг региональных и некоторых глобальных процессов, оценка их динамики и взаимосвязи. Эффективность мониторинга определяется оптимальностью комплекса наблюдаемых параметров. С одной стороны, эффективный мониторинг должен служить задачам прогноза разнотипных процессов (например, сейсмических и гидрологических). С другой стороны, набор наблюдаемых параметров по практическим причинам не может быть слишком широким. Поэтому особый интерес представляет мониторинг электромагнитного поля как достаточно универсального индикатора. Это позволяет использовать его для изучения множества процессов в различных геосферах. Поэтому проблема использования электромагнитного поля для мониторинга процессов ответственных за его генерацию, в особенности в гидросфере и литосфере, является весьма актуальной. Более того, в ряде случаев, за счет наличия асинхронных корреляций наблюдения электромагнитного поля могут быть использованы для прогнозирования процессов в различных геосферах. Особенную значимость решение проблемы динамики источников может иметь для прогнозов процессов с большой случайной составляющей (обусловленной расходимостью траекторий в фазовом пространстве). Мониторинг и, тем более, прогноз процессов с большой случайной составляющей имеют исключительную научную значимость. Типичными процессами такого рода являются (на короткой шкале времени) землетрясения. Другим примером регионального процесса с большой случайной составляющей является изменчивость морских течений (макротурбулентность), глобального – солнечные вспышки и их отклик в геомагнитной активности за горизонтом времени достижения Земли плазменным возмущением. Менее принципиальным, но пока очень существенным препятствием является недостаточное знание и вполне детерминированных связей процессов в различных геосферах, асинхронный характер которых может быть использован для прогноза. В предлагаемом решении проблемы реализуются уникальные возможности мониторинга электромагнитного поля для изучения процессов-источников в различных геосферах и использования макроскопических нелокальных (квантовых) корреляций для прогноза их случайной составляющей. С другой стороны, мониторинг естественного поля, предполагающий длительные измерения и, соответственно охват спектра вариаций до крайне низких частот несет информацию о глубинном геоэлектрическом разрезе, которую невозможно извлечь из обычных электроразведочных (магнитотеллурических) съемок поэтому разработка методов применения электромагнитного мониторинга для изучения глубинного строения коры и верхней мантии весьма актуальна, равно как и геофизическая интерпретация накопленных данных. Данные пассивного мониторинга могут быть эффективно дополнены измерениями с искусственными источниками, ориентированными на региональные особенности. Так в криозлитозоне особенно эффективно применение методов вызванной поляризации; в зонах современного орогенеза важно применение специальных исследований анизотропии проводимости. В результате интерпретация данных может дать геологическую информацию как структурного, так и петрофизического характера. Так, глобальные климатические изменения и возрастающая техногенная нагрузка на криосистему полярных территорий делает актуальной проблему контроля за состоянием мерзлоты и предотвращения катастрофических последствий. Есть основания считать, что частотно-дисперсные электрические свойства мерзлых горных пород более чувствительны к процессам деградации мерзлоты, чем обычно используемые для режимных наблюдений температурные измерения. Изучение их динамики позволит на ранней стадии обнаружить развитие негативных процессов. Наконец, актуальность проблемы связана с поиском и определением современных возможностей геофизического мониторинга для получения объективной информации о геодинамических процессах, протекающих в земной коре сейсмоактивных регионов. Она основана на логическом продолжении предыдущих исследований, на Тянь-Шаньской НС РАН, которые требуют комплексного анализа получаемых результатов наблюдения не только электромагнитных и сейсмических полей, но и других геофизических данных, образующих длительные синхронные и постоянно пополняющиеся временные ряды.