Лаборатория теории
электромагнитных полей

Электродинамическая модель литосферно – атмосферно – ионосферных связей

Электродинамическая модель литосферно – атмосферно – ионосферных связей (В.М. Сорокин и А.К. Ященко). Воздействие на ионосферу осуществляется в результате возмущения электрического тока в глобальной атмосферно – ионосферной цепи во время усиления сейсмической и метеорологической активности. Источником возмущения тока служит ЭДС, возникающая в нижней атмосфере в процессе инжекции в нее заряженных аэрозолей и радиоактивных веществ совместно с почвенными газами и их дальнейший вертикальный перенос и гравитационное оседание. Согласно данной модели формирование ЭДС в нижней атмосфере возникает в процессе подготовки землетрясений, извержений вулканов, развития тайфунов, торнадо, циклонов и других явлений и сопровождается появлением в ионосфере тока проводимости.

Возмущение электрического тока в глобальной цепи

Теория формирования сильного квазистатического электрического поля в ионосфере над районом подготовки землетрясений (В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Источником поля служит эффективная ЭДС, возникающая в приземной атмосфере в результате инжекции в нее заряженных аэрозолей и радиоактивных веществ в процессе подготовки землетрясений.

 

Результаты расчета пространственного распределения электрического поля возмущенного тока в глобально цепи над активным разломом.

Левая панель – поле на поверхности земли, средняя панель – поле в тропосфере, правая панель – поле в ионосфере. Поле в ионосфере достигает 10 мВ/м, поле в тропосфере достигает пробойных значений, а на поверхности Земли не превышает 100 В/м.

Ограничение величины вертикальной компоненты электрического поля на поверхности земли в области формирования стороннего тока в результате инжекции в атмосферу заряженных аэрозолей (В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Это ограничение существует из-за обратной связи между сторонним током ЭДС и вертикальной компонентой электрического поля на поверхности земли. Она возникает в результате потенциального барьера для заряженных частиц при их переходе из проводящей земли в атмосферу.

Впервые обнаружено усиление электрического поля в низкоширотной ионосфере, связанное с подготовкой и развитием тропических штормов и тайфунов, на основе совместного анализа результатов регистрации квазиста­ционарных электрических полей на спутнике «Космос-1809» и наблюде­ний за морскими штормами и тайфунами (Н.В. Исаев, В.М. Сорокин, В.М. Чмырев, О.Н. Серебрякова, А.К. Ященко). Величины напряженности электрического поля при этом достигают ~20 мВ/м, что для низкоширотной и приэкваториальной ионосферы является аномально высокими значениями.

Проведены оценки величины электрического поля на основе модели его возникновения в результате формирования стороннего электрического тока в возмущенной области нижней атмосферы и воздействия этих токов на глобальную атмосферно – ионосферную токовую систему.

 

Реакция ионосферы на подготовку землетрясений

Усиление тока в глобальной цепи над сейсмическим регионом приводит к возмущению концентрации электронов в D слое ионосферы (А.И. Лаптухов, В.М. Сорокин). Ионосферное возмущение возникает в результате смены типа носителей заряда - от электронов в верхней части слоя к отрицательным ионам в нижней его части.

 

 

Возмущение E слоя ионосферы электрическим током глобальной атмосферно – ионосферной цепи над сейсмическим регионом (В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Перенос положительно заряженных ионов компенсируется электронами продольного тока и отрицательно заряженными ионами поперечного тока, что приводит к формированию ионосферного возмущения.

 

 

Усиление электрического тока в глобальной цепи в результате инжекции заряженных аэрозолей приводит к возмущению полного электронного содержания ионосферы за счет дрейфа плазмы в электрическом поле и в результате ее нагрева (В.М. Сорокин, А.К. Ященко).

Результаты расчета пространственного распределения полного электронного содержания (ПЭС) (верхняя панель) и электрического поля в ионосфере (средняя панель) при заданном распределении концентрации заряженных аэрозолей (нижняя панель) на поверхности Земли.

Инжекция аэрозолей в атмосферу сопровождается дрейфом плазмы и ее нагревом возмущенным током, что формирует модификацию горизонтального распределения ПЭС.

 

Механизм модификации ионосферы электрическим полем, возникающим над сейсмическим регионом во время подготовки землетрясений (В.М. Сорокин, В.М. Чмырев). Рост электрического поля приводит к дополнительному выделению джоулева тепла в нижней ионосфере. Выделение тепла в нижней ионосфере сопровождается увеличением температуры газа и вертикальным потоком нейтральных частиц. Этот эффект сопровождается подъемом максимума F2 слоя, уменьшением в нем концентрации ионов и ростом концентрации легких ионов в верхней ионосфере.

Усиление электрического тока в глобальной цепи приводит к неустойчивости акустико-гравитационных волн в электрическом поле и образованию горизонтальных плазменных неоднородностей (В.М. Сорокин, В.М. Чмырев). Неустойчивость АГВ в ионосфере в окрестности частоты Бранта-Вяйселя возникает в том случае, когда электрическое поле превышает пороговое значение примерно равное 10 мВ/м. В нелинейной стадии возникают дипольные вихри, формирующие горизонтальные неоднородности ионосферной проводимости, а также продольные токи и плазменные слои вдоль геомагнитного поля.

Взаимодействие электрического поля молниевых разрядов с горизонтальными неоднородностями проводимости ионосферы приводит к генерации когерентных гиротропных волн, распространяющихся вдоль проводящего слоя ионосферы (В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Эти волны формируют линейчатый спектр колебаний магнитного поля на поверхности Земли. Эффект генерации гиротропных волн подтверждается регистрацией дополнительной спектральной линией шумановского резонанса, возникающей при подготовке землетрясений.

 

 

Электрические разряды в тропосфере над районом подготовки землетрясений

Механизм УКВ радиоизлучения случайных разрядов, возникающих в тропосфере при подготовке землетрясения (В.М. Сорокин, А.К. Ященко, Ю.А. Ружин). Электрическое поле достигает пробойных значений в тропосфере над районом подготовки землетрясений. При таких условиях в турбулентных ячейках возникают электрические разряды. На рассчитанном спектре электромагнитного излучения на расстоянии 300 км от эпицентра отмечены результаты его регистрации с помощью двух узкополосных фильтров за горизонтом относительно эпицентра во время подготовки землетрясений.

 

 

 

 

Модель распространения за горизонт радиоволны УКВ передатчика, трасса распространения которой проходит вблизи эпицентра готовящегося землетрясения (В.М. Сорокин, А.К. Ященко).Аномальное усиление поля волны за горизонтом происходит в результате рассеяния падающей волны на случайных разрядах в слое тропосферы, в котором электрическое поле достигает пробойного значения. Расчеты показали, что за горизонтом интенсивность рассеянной на случайных разрядах волны значительно превосходит интенсивность волны дифракции.

 

 

 

Возмущения геомагнитного поля подводными источниками

 

Возмущения внешнего магнитного поля при движении шара в идеальной проводящей жидкости (В.В. Сурков, В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Возмущения внешнего магнитного поля производятся потоками проводящей несжимаемой жидкости, обтекающей движущийся в жидкости диэлектрический шар. Для случая потенциального течения жидкости, постоянной скорости шара и произвольной ориентации внешнего магнитного поля получено аналитическое решение задачи. Исследованы угловое распределение магнитных и электрических возмущений, а также зависимости убывания амплитуд этих возмущений с расстоянием.

 

 

Возмущение геомагнитного поля движущимся шаром в проводящем жидком полупространстве (В.В. Сурков, В.М. Сорокин, А.К. Ященко). Найдено приближенное аналитическое решение задачи в случае произвольной ориентации внешнего магнитного поля и ламинарного течения несжимаемой жидкости. Получено пространственно–временное распределение возмущения геомагнитного поля в зависимости от глубины движущегося шара. Амплитуда геомагнитных возмущений, генерируемых потоком жидкости вокруг шара, сравнивается с соответствующей амплитудой гравитационных волн в жидкости.

 

 

 

Генерация геомагнитных возмущений в ионосфере волной цунами (В.М. Сорокин, А.К. Ященко, В.В. Сурков). Источником возмущения являются электрические токи в морской среде и в ионосфере. Ток в морской среде возникает в результате ее движения в волне цунами, а ток в ионосфере возникает в результате падения на нее акустико-гравитационной волны, распространяющейся из атмосферы. Её источником является вертикальное смещение поверхности морской среды во время распространения в ней волны цунами. Генерация электрического тока в ионосфере значительно меняет характеристики возмущения геомагнитного поля, генерируемого волной цунами. Расчеты показали возможность космического мониторинга волн цунами с использованием спутников для регистрации возмущений геомагнитного поля.