Emergence of earthquakes footprint in natural electromagnetic field variations

Abstract

Загальновідомо, що сильні землетруси типово супроводжуються певними явищами, що належать до варіацій природного електромагнітного поля. Ґрунтуючись на ідеї про механізм літосферно-атмосферно-іоносферної взаємодії, ми сподіваємось виявити деякі передвісники сильних природних землетрусів у наборах електромагнітних даних, котрі реєструвались магнітотелуричними станціями досить далеко від епіцентрів. Методика. Аналізувались часові зміни спектральної густини енергії в компонентах природного електромагнітного поля відносно землетрусів магнітудою більше ніж 5 (M5+), котрі траплялись і у Європі, і по всьому світу. Результати. Варіації електричного і магнітного полів реєструвались у трьох точках встановлених на двох лініях: перша була розташована вздовж зони Тесера- Торнквіста в Польщі, а друга була перпендикулярно до неї. Спостереження проводились з вересня 2015 р до квітня 2018 р. Дані реєструвались за допомогою стандартних п'яти канальних магнітотелуричних станцій, а саме компоненти магнітного поля вимірювались в трьох ортогональних напрямках а електричного лише в двох ортогональних горизонтальних. Аналізувались спектри компонент електромагнітного поля відносно землетрусів з магнітудою M5+, які траплялись як у Європі так і по всій планеті. Зміни в інтенсивності спектрів, котрі можуть бути трактовані як передвісники землетрусів були виділені від 24 до 32 годин перед сейсмічною подією. Причини таких ефектів у статті теж обговорюються. Наукова новизна. Електромагнітний моніторинг типово проводиться поряд із сейсмічно активними регіонами, але згідно теоретичних трактувань, деякі явища мають глобальне походження. Ми використали звичайні магнітотелуричні дані, записані в точках розташованих в середніх широтах досить далеко від сейсмічно активних регіонів але ми продемонстрували, що такі глобальні зв’язки між сейсмічними і електромагнітними подіями з високою ймовірністю існують. Практичне значення. Подібні результати можуть доповнювати інформацію про передвісники землетрусів.

It is well-known that strong earthquakes are typically accompanied by some phenomena which relate to variations of natural electromagnetic fields. Based on the idea about the mechanism of lithosphere–atmosphere– ionosphere coupling we expect to detect some precursors of strong natural earthquakes in electromagnetic data sets recorded by magnetotelluric instruments far enough from epicenters. Methodology. The temporal changes of power spectral density in the natural electromagnetic field components were analyzed with respect to the earthquakes with a magnitude greater than 5 (M5+) occuring in Europe as well as worldwide. Results. Electrical and magnetic field variations were recorded at three sites located at two lines. The first line was placed along the Tesseyre-Tornquist Zone in Poland and the second one was perpendicular to the first. The observations have been carried out from September 2015 to April 2018. The data were recorded by standard five channels magnetotelluric instruments. The magnetic field components weremeasured in three orthogonal directions and electrical ones in two horizontal orthogonal directions. The spectra of the electromagnetic field components have been analyzed with respect to earthquakes with M5+ in Europe as well as around the globe. The changes in the intensity of the spectra which can be treated as earthquake precursors have been detected from 24 to 32 hours before the seismic events. The reasons for such effects are also discussed. Originality. The electromagnetic monitoring is typically carried out next to seismically active regions but according to theoretical explanations some of the phenomena are of global origin. We used ordinarymagnetotelluric data recorded at mid latitude sites placed far enough from the seismically active regions and we show that a global relationship exists between seismic and electromagnetic events with high probability. Practical significance. Such results can accomplish the information about earthquake precursors.

Общеизвестно, что мощные землетрясения типично сопровождаются соответствующими явлениями, относящимися к вариациям естественного электромагнитного поля. Базируясь на идеи об механизме литосферно-атмосферно-ионосферного взаимодействия, мы намереваемся выделить некоторые предвестники сильных натуральных землетрясений в наборах электромагнитных данных, зарегистрированных магнитотеллурическими станциями на достаточно большом растоянии от эпицентров. Методика. Анализировались временные изменения спектральной плотности мощности в компонентах естественного электромагнитного поля по отношению к землетрясениям с магнитудой больше 5 (М5+), которые имели место в Европе, а также по всему миру. Результаты. Вариации электрического и магнитного полей регистрировались в трех точках, установленных на двух линиях: первая линия проходила вдоль зоны Тесера-Торнквиста в Польше, а вторая – перпендикулярно к первой. Наблюдения проводились с сентября 2015 г по апрель 2018 г. Данные регистрировались при помощи стандартных пяти канальных магнитотеллурических станций, а именно компоненты магнитного поля измерялись в трех ортогональных направлениях, а электрического – в двух ортогоныльных горизонтальных. Анализировались спектры компонент электромагнитного поля по отношению к землетрясениям с магнитудой М5+, которые имели место как в Европе, так и по всей планете. Изменения в интенсивности спектров, которые можно интерпретировать как предвестники землетрясений, виявлены от 24 до 32 часов перед сейсмическими событиями. Причины этих эффектов также обсуждаются в статье. Научная новизна. Электромагнитный мониторинг типично проводится вблизи сейсмически активных регионов, но согласно теоретических толкований некоторые явления имеют глобальное происхождение. Мы использовали обыкновенные магнитотеллурические данные, зарегистрированные в точках, расположеных в средних широтах, достаточно далеко от сейсмически активных регионов, но мы продемонстрировали, что такие глобальные связи между сейсмическими и электромагнитными событиями с большой вероятностью имеют место быть. Практическое значение. Такие результаты могут дополнить информацию о предвестниках землетрясений.