3.5.2. Развитие грозовой активности в Горном Алтае во время землетрясений

Многими исследователями отмечается наличие положительной корреляции между сейсмической и грозовой активностью (Сорокин, Ященко, 2000; Сурков, 2000; Воробьев, 1977). В связи с обозначенной выше спецификой проявления крупных и малых землетрясений на территории исследуемого региона важно изучение распространения гроз в период сейсмической активизации, имеющей место на территории Горного Алтая с 1985 года (Еманов и др., 2004). Стоит отметить, что Горный Алтай характеризуется разнообразием физико-географических условий и высокой гелиочувствительностью геофизических полей (Дмитриев, 1987, 1998; Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002; Дмитриев и др., 2004), которые и обуславливают отклонения от общих закономерностей в механизме "отклика" гроз на проявление землетрясений.

Целью данной работы являлось изучение сопряженности районов грозовой и сейсмической активности на территории Горного Алтая. Районирование по степени грозоопасности проводилось на основе информационного массива по грозовой активности за 1955-2004 гг., являющегося "ядром" разработанной информационной системы "Гроза" (Давыдкин и др., 2002). Изучение особенностей проявления сейсмической активности проводилось на основе данных ОИФЗ РАН о землетрясениях Алтае-Саянской складчатой области с 1771 по 1991 гг. и данных о суммарной сейсмической энергии, выделившейся на территории Горного Алтая в период с 1963 по 2001 гг. (Еманов и др., 2004).

На основе данных о грозах за 1955-1998 гг. по сети ГМС было проведено районирование территории Горного Алтая по степени грозоопасности. В результате были выявлены устойчивые грозовые очаги (Турочак, Шебалино, Онгудай), а также районы со средней (Кызыл-Озек, Усть-Кан Усть-Кокса, Улаган) и низкой грозовой активностью (Кош-Агач).

С целью изучения зависимости количества гроз от развития сейсмической активности нами был проведен корреляционный анализ суммарного годового количества гроз, регистрируемых сетью ГМС, и суммарной (за год) сейсмической энергии, вычисленной на основе инструментальных наблюдений по сети сейсмологических станций Алтайского сейсмологического полигона с 1983 по 2001 гг. (Еманов и др., 2004). В таблице 11 представлены ГМС, для которых были получены значимые коэффициенты ранговой корреляции (по Спирмену).

Таблица 11

Коэффициенты ранговой корреляции (по Спирмену)
логарифма количества гроз и суммарной сейсмической энергии
за период с 1983 по 2001 гг.

Заметим, что формирование и развитие грозовой активности происходит под влиянием комплекса метеорологических и гелио-геофизических факторов. В частности для территории Горного Алтая была выявлена сильная зависимость гроз от активности Солнца. Поэтому наличие средних связей между грозовой и сейсмической активностью представляется вполне естественным.

В рассматриваемый период (1983-2001 гг.) основные сейсмические события были сосредоточены в районе Курайского хребта (Еманов и др., 2004). В работе (Сурков, 2000) высказывается предположение о передаче сейсмической энергии в виде электромагнитных волн от эпицентров землетрясений вдоль разломов. Следовательно, эпицентры землетрясений 1983-2001 гг., за счет вариаций концентрации ионов в приземной атмосфере могли оказывать существенное влияние на состояние электрического поля на прилегающих к Курайскому разлому участках, что, возможно, обусловило наличие положительной связи между грозовой и сейсмической активностью на ГМС Улаган.

Полученные отрицательные коэффициенты корреляции для ГМС Кызыл-Озек и Усть-Кокса свидетельствуют о сложных механизмах реакции грозового режима на сейсмическую активизацию. Отметим также, что ГМС Кызыл-Озек расположена на участке с повышенной генерацией радона по отношению к смежным участкам. Т.е. имеет место радоновая аномалия, что сильно влияет на вариации ионов в приземной атмосфере.

Отсутствие статистически значимой корреляции между числом гроз и суммарной сейсмической энергией для грозовых очагов Турочак, Шебалино и Онгудай указывает на своеобразное "молчание" грозовых очагов в годы повышенной сейсмической активности.

Наряду с интегральной характеристикой взаимообусловленности проявления грозовой и сейсмической активности также важно проследить поведение гроз непосредственно за несколько дней до и после землетрясения. На первом этапе изучения грозовой активности на территории Горного Алтая был выявлен эффект уменьшения суммарного числа гроз за один день до и во время землетрясения, а также резкое увеличение числа гроз в последующие дни (Дмитриев и др., 2004). При этом высказывалось предположение о взаимодействии геосфер в форме "перекачки" энергии между земными оболочками и атмосферой.

Проверка данного предположения проводилась методом наложенных эпох (Пановский, Брайер, 1972), который заключается в составлении последовательности характеристик исследуемого явления в предшествующие и последующие дни относительно заданной "ключевой даты". Считается, что при осреднении по достаточно большому числу таких временных последовательностей фоновые изменения сглаживаются. Поэтому можно выделить сравнительно небольшие изменения, обусловленные воздействием "ключевого события". Так, "ключевой датой" являлся день проявления землетрясения. Учитывались землетрясения Алтае-Саянской складчатой области, происходившие в грозовые сезоны в период с 1955 по 1991 гг.

Представляет интерес реакция атмосферного электричества в непосредственной близости от даты проявления сейсмического события. Для решения задачи был выбран 15-дневный интервал до и после землетрясения. Принятый временной промежуток был продиктован необходимостью исключения дополнительных факторов, оказывающих влияние на региональную интенсивность грозовой активности, к которым, прежде всего, относится солнечная и геомагнитная активность.

Для пятнадцати дней до и после ключевой даты (день землетрясения) производился подсчет суммарного числа гроз, регистрируемых сетью ГМС по всей территории Горного Алтая. Всего было получено 332 последовательности, согласно которым были вычислены средние величины и стандартное отклонение числа гроз (рис. 18). При помощи t-критерия (Боровиков, 2003) выявлялись значимые различия грозовой активности в день землетрясения и через определенное количество суток до и после сейсмического события. В результате было обнаружено, что в 13 сутки до землетрясения, а также в 1, 2, 3, 6, 8, 11 и 12 сутки после землетрясения наблюдается значимое повышение грозовой активности на всей территории Горного Алтая.

Рис. 1. Среднее число гроз в период 15-ти дней до и после землетрясения:
нулевой день соответствует дню сейсмического события;
знак у номера дня указывает на предшествующие и последующие дни;
* - статистически значимое изменение грозовой активности (p< 0.05)

Так как необходимые условия применения t-критерия (нормальность распределения данных) не были выполнены, то заверка полученного результата производилась при помощи критерия знаков, который в свою очередь, обнаружил достоверность эффекта увеличения числа гроз только в 1, 2 и 5 сутки после землетрясения. Таким образом, два различных подхода выявляют именно 1 и 2 сутки после землетрясения как наиболее значимые по отношению к влиянию сейсмической активности на грозы.

Заметим, что среднее число гроз в день в целом для всей территории составляет 4,2 с ошибкой среднего 0,06 и стандартным отклонением 3,5. Поэтому увеличение количества гроз впервые и вторые сутки после землетрясения происходит относительно грозовой активности в день землетрясения, а не относительно средних величин, характерных для изучаемого региона. При этом средние значения числа гроз в день землетрясения оказываются значительно ниже средних многолетних показателей. Также не достигает средних величин всплеск числа гроз на 1 и 2 день после землетрясения. Заметим, что основной вклад в средние значения числа гроз вносится активностью грозовых очагов. Следовательно, наблюдаемое уменьшение числа гроз в день землетрясения косвенно подтверждает предположение о "молчании" грозовых очагов во время сейсмической активизации.

Таким образом, обнаружены факты, подтверждающие наличие на территории Горного Алтая эффектов снижения грозовой активности в день землетрясения и ее увеличения в следующие двое суток, которые вскрывают пост сейсмическую релаксацию глубинной и атмосферной наэлектризованности. При этом об увеличении грозовой активности в последующие дни можно утверждать только для ГМС Улаган, расположенной непосредственно в зоне влияния очагов землетрясения. Для более глубокого понимания и доказательства происходящих во время сейсмической активизации процессов нужны дальнейшие наблюдательные и расчетные работы.

Кроме того, в связи с обнаруженным фактом (рис.11) целесообразно привести информацию о ранее выявленном эффекте снижения уровня сейсмичности территории (Катунско-Теректинская динамопара хребтов) в связи с региональной максимизацией встречаемости крупно- и среднемасштабных природных самосветящихся образований (Дмитриев, 1987, 1998; Дмитриев, Кочеева, Шитов, 2002; Дмитриев и др., 2004). Эти образования, как и региональная грозоактивность, тесно коррелируют с периодизацией Солнечной активности. Таким образом, отмеченное нами локальное снижение грозовой активности во время землетрясений может свидетельствовать о нарастании вероятности сброса упругих напряжений механическим, а не электромагнитным процессом. И в этом отношении представление о двух механизмах сброса упругих тектонофизических напряжений (сейсмическое и электромагнитное (Дмитриев, 1987)) находит свое дополнительное подтверждение и является точкой роста дальнейших комплексных исследований.