Взаимосвязь динамики скорости дрейфа магнитных полюсов Земли и статистических показателей природных катаклизмов

Как известно, эндогенная активность Земли, выраженная в виде землетрясений и извержений вулканов, является всего лишь внешним проявлением внутренней энергетики нашей планеты, основным источником которой является ядро и прилегающие к нему слои. В настоящее время наука не располагает точными и однозначными сведениями о механизмах выделения внутренней энергии Земли, вызывающей конвекцию в мантии и, как следствие, движение литосферных плит. Между тем, достоверно известно, что магнитное поле Земли сформировано в результате процессов, происходящих во внутреннем и внешнем ядре нашей планеты. Общепризнанная на сегодня модель образования магнитного поля Земли была рассмотрена в предыдущих разделах.

Одним из наиболее ярко выраженных показателей энергетических процессов в ядре Земли, является скорость движения ее геомагнитных полюсов. Существуют разные теоретические модели, объясняющие дрейф геомагнитных полюсов. Между тем, независимо от рассматриваемой модели, очевидно, что существенный скачок в изменении скорости северного геомагнитного полюса свидетельствует о повышении энергетики на уровне ядра Земли и окружающих его слоев. Скачек скорости северного магнитного полюса более, чем на 500%, может быть связан с существенными изменениями энергетических процессов во внутреннем и внешнем ядре. В этом случае, выброс внутренней энергии Земли, должен отразиться на повышении эндогенной активности нашей планеты в виде сильных землетрясений и извержений вулканов.

С другой стороны, резкое изменение скорости движения северного магнитного полюса Земли, должно оказать влияние и на глобальные климатические из­ме­не­ния. Как известно, магнитное поле Земли действует на движение плазмы, элект­ри­ческие токи и общие электрические свойства верхней области ионосферы. Кроме того, геомагнитное поле Земли вызывает захват высо­коэнергичных заря­жен­ных частиц и оказывает существенное влияние на процессы в магнитосфере. Пя­тикратное ускорение дрейфа северного магнитного полюса и раскрытие угла раст­вора каспов изменяет энергетический потенциал ионосферы и верхней части ат­мосферы, что может оказывать влияние на перераспределение системы цик­лонов и антициклонов. Эта идея требует дальнейшего тщательного исследования и высказана, чтобы показать возможный физический механизм влияния пе­ре­ра­с­пре­деления геомагнитного поля Земли на глобальные климатические процессы.

Разработке математической модели описания механизма формирования маг­нит­ного поля Земли посвящено много работ различных авторов (Campbell, 2003; Newitt, et al., 2002; Barton, 2002; Alldridge 1987; Кузнецов, 1990, 1997). Как указывает в своих исследованиях В.В. Кузнецов, дрейф магнитных полюсов (на­правление и скорость дрейфа) – является одной из важнейших характеристик гео­магнетизма. Между тем, на многие вопросы можно получить ответы путем исследования воз­мож­ной корреляции изменения скорости движения северного магнитного полюса Земли с динамикой числа сильных землетрясений, извержений вулканов и цунами.

На рис.52 показано сравнение графиков изменения скорости дрейфа северного магнитного полюса Земли, числа сильных землетрясений, цунами и извержений вулканов с 1900 по 2010 годы. Сравнительный анализ позволил выделить два характерных цикла повышения ста­тистических значений параметров на всех графиках, которые были обоз­на­че­ны А и В. Цикл А охватывает период с 1970 по 1983 год, а цикл В с 1998 года по нас­тоящее время. Во время цикла А наблюдается ускорение дрейфа северного маг­нитного полюса, примерно, с 8 до 18 км в год.

В этот же период времени наблюдается скачек в числе погибших при сильных зем­летрясениях, увеличение числа сильных землетрясений, числа катаст­ро­фи­че­ских цунами и числа извержений вулканов. При этом, наиболее ярко выражено увеличение числа сильных землетрясений, числа погибших при землетрясениях и числа извержений вулканов. Между тем, наличие в этот период цикла повышенной активности сильных цунами также однозначно фиксируется.

Рис. 52. Сравнение графиков изменения скорости дрейфа северного магнитного
полюса и параметров отражающих динамику природных катаклизмов с 1900
по 2010 годы (Составил Халилов Э.Н., 2010 г.)
(1) – график скорости дрейфа северного магнитного полюса Земли;
(2) – график числа погибших при сильных землетрясениях;
(3) – График динамики числа сильных землетрясений с M>8;
(4) – график динамики числа катастрофических цунами;
(5) – график динамики числа извержений вулканов.

Рассмотрим второй, наиболее ярко выраженный цикл резкого повышения всех статистических показателей – цикл В. Этот цикл охватывает период с 1998 года по настоящее время. Именно в этот период произошел резкий скачок всех статистических показателей рассматриваемых катаклизмов. Так, к 1998 году возрастание скорости дрейфа северного магнитного полюса приблизилось к максимальному уровню – около 50 км в год. На графиках отчетливо видно, что 1998 год является переломным для всех рассматриваемых катаклизмов и с этого года начался резкий рост числа сильных землетрясений и погибших при землетрясениях, числа сильных цунами и извержений вулканов. Примечательно, что рост статистических параметров в этот период происходит по экспоненте и в настоящее время все статистические показатели находятся на стадии стабильно продолжающегося роста, о чем свидетельствует более глубокое изучение характера динамики этих процессов с помощью тренд анализа в разделе - Приложение 1.

6.2. ДИНАМИКАИ ВЗАИМОСВЯЗЬ КОЭФФИЦИЕНТА J₂
И СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ КАТАКЛИЗМОВ

Изучение некоторых геофизических параметров не является традиционным для исследований природных катаклизмов и одним из таких параметров является коэффициент J₂. Этот коэффициент определяется с помощью измерений, произведенных системой лазерной дальнометрии со спутников.

В лазерной дальнометрии со спутников (ЛДС), глобальная сеть станций измеряет мгновенное время распространения ультракоротких импульсов света от наземных станций до спутников, оборудованных специальными рефлекторами и отраженных обратно. Это обеспечивает мгновенное измерение расстояния до уровня миллиметровой точности. Данная информация накапливается для точного определения орбит спутников и различных научных исследований. ЛДС является самой точной методикой, имеющейся в данное время для определения геоцентрической системой Спутник-Земля, позволяющей проводить точную калибровку радарных замеров и отделять долгосрочное смещение аппаратуры от вековых изменений в топографии океана. Способность ЛДС измерять временные вариации в поле гравитации Земли и контролировать движение сети станций с учетом гео-центра, вместе со способностью контролировать вертикальное движение в абсолютной системе, делает ее уникальной для моделирования и оценки долгосрочного изменения климата, посредством обеспечения системы отсчета для постледникового скачка, изменения морского уровня и объема льда. ЛДС позволяет определять временное перераспределение массы твердой Земли, океана и системы атмосферы. 25 лет получения данных с помощью ЛДС поз­во­лили создать эталонную модель стандартного, высокоточного, длинноволнового гра­витационного поля Земли и изучения его временных вариаций из-за пере­рас­пре­деления массы (http://ilrs.gsfc.nasa.gov).

Для измерения временных изменений в гравитационном поле, ЛДС измеряет эффекты перераспределения массы в общей системе Земли. Десятилетия получения ежемесячных величин определенных с помощью ЛДС второй зональной гармоники гравитации Земли, обеспечивает независимую проверку перераспределения массы, подразумеваемую моделями глобальной атмосферной циркуляции, используемыми для предсказания глобального изменения климата.

В 1998 году наблюдалось начало аномальных изменений некоторых гео­фи­зи­ческих параметров Земли, в частности, скачок в значениях коэффициента J₂. Кристофер Кокс и Бениамин Чао опубликовали в журнале Science статью, в которой сообщается о новом и совершенно неожиданном результате, касающемся вариаций в гравитационном поле Земли. Они использовали данные спутниковой лазерной дальнометрии в течение последних 25 лет, для определения дол­го­сроч­ных вариаций в зональном коэффициенте сферической гармоники Земли второй степени, так называемого коэффициента J₂. Коэффициент J₂ отражает динамику соотношения экваториального и полюсного радиусов Земли. В течение многих лет коэффициент J₂ уменьшался, как принято считать, из-за высвобождения талой воды из мантии со времен ледникового периода. Между тем, новые данные показывают, что с 1998 г. J₂ начал увеличиваться (B. Chao and C. Cox, 2002).

Данные лазерной дальнометрии со спутника (ЛДС) приведенные на рис.53. обоз­на­чают по истечении времени сдвиги в изменениях сплющенности Земли. При этом, если с 1980 г. и вплоть до 1997 г. величина коэффициента J₂ оставалась приб­лизительно постоянной при –2,8 · 10^–11в год, то, начиная с 1998 г. про­ти­во­по­лож­ное изменение J₂(t) ускорилось в соответствии с каким-то непонятным меха­низмом.

Рис. 53. Изменения значений коэффициента J2 по
данным C. Cox, и B.F. Chao, 2002

По данным NASA, этот процесс отражает расширение Земли в экваторе и сплющивание в полюсах, так как это показано на рис.53. Специалисты NASA, связывают, полученные по данным ЛДС, отклонения орбит искусственных спутников Земли с глобальными изменениями гравитационного поля Земли.Таким образом, как видно из графика, в 1998 году произошло некое событие глобального масштаба, которое повлияло на резкое изменение формы Земли.

B.F. Chao (B.F.Chao, 2003) отмечает, что, в соответствии с общепринятой на сегодня моделью, прямолинейный тренд коэффициента J₂, показанный на рис.53 может отражать увеличение радиуса Земли в полюсах и, соответственно, его уменьшение в области экватора в результате замедления ее вращения, что при­водит к приближению формы Земли к сферической. В то же время, наблюдаемый в 1998 году скачок значений J₂ может означать обратную тенденцию в изменении формы Земли – уменьшение ее радиуса в полюсах и увеличение в области экватора. В работе B.F. Chao (B.F. Chao, 2003) показан график произошедших землетрясений за тот же период. B.F. Chao отмечает, что землетрясения также имеют кумулятивное влияние на Землю. В течение прошлых 25 лет, вызванные землетрясениями изменения J₂ могут быть на два порядка меньше наблюдаемой величины аномалии.

Впоследствии, в ряде работ сделана попытка объяснить скачок коэффициента J₂ таянием антарктических льдов и перераспределением воды в мировом океане.
В работе Frank G. Lemoine и других (Frank G. Lemoine et al., 2009) говорится о том, что скачок J₂ может являтьсяотклонением, которое относится к разряду перио­дически повторяемых в определенные годы. По мнению указанных авторов, для наблюдения указанных изменений в коэффициенте J₂ необходимо появление дополнительной разницы между экваториальным и полюсным радиусами в 2 мм.

Между тем, в работе B.F. Chao говорится о недостаточности этих факторов для того, чтобы произошли подобные отклонения коэффициента J₂. В некоторых исследованиях рассматривается возможность влияния сверх длиннопериодного гравитационно-волнового импульса, который при прохождении через Землю, квадрупольно изменил ее форму и пространтвенно-временной континуум околозем­ного космического пространства (Халилов Э.Н., 2004).