Геофизический центр РАН
Институт космических исследований
Москва, Россия
Москва, Россия
Москва, Россия
Наблюдения ультранизкочастотных (УНЧ) вариаций геомагнитного и электротеллурического полей на сети наземных станций является экспериментальной основой нескольких геофизических направлений: магнитотеллурическое зондирование (МТЗ) земной коры; гидромагнитная диагностика околоземной плазмы; электромагнитный мониторинг динамических процессов в литосфере. В предлагаемом обзоре будут продемонстрированы возможности взаимного влияния этих, казалось бы, разнородных направлений. Магнитосферные резонансные эффекты могут вызывать искажения кривой МТЗ над слабопроводящими слоями вблизи локальной резонансной частоты, что может быть неверно истолковано как особенность структуры земной коры. С другой стороны, возможен новый метод гидромагнитной диагностики, использующий как магнитные, так и электрические компоненты вариаций УНЧ-поля, который дает возможность по данным одного пункта наблюдения определить широтный ход резонансной частоты. При поиске электромагнитных предвестников землетрясений можно воспользоваться возможностью разделения магнитосферных и сейсмогенных возмущений, опираясь на то обстоятельство, что для ионосферных источников кажущийся импеданс совпадает с поверхностным импедансом Земли, а импеданс возмущений, создаваемых литосферным источником, на порядок его превышает. До сих пор вызывает споры важный для МТЗ вопрос наличия электрической моды в поле падающих на земную поверхность геомагнитных пульсаций. Разработанная в физике МГД-волн модель взаимодействия альфвеновской волны с ионосферой показывает слабое возбуждение электрической моды. Генерация искусственных УНЧ-сигналов с использованием линий электропередачи в качестве горизонтальной излучающей мега-антенны дает возможность проведения МТЗ на большой площади.
УНЧ-волны, магнитотеллурическое зондирование, диагностика магнитосферы, электромагнитный прогноз землетрясений, активные эксперименты
1. Александров П.Н., Рыбин А.К., Забинякова О.Б. Разделение электромагнитного поля по положению источников в магнитотеллурическом методе. Ученые записки Казанского университета. 2018, т. 160, кн. 2, с. 339–351.
2. Альперович Л.С., Федоров Е.Н., Осьмакова Т.Б. Об особенностях теллурического поля вблизи резонансной магнитной оболочки. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1991, № 7, с. 60–71.
3. Анисимов С.В., Курнева Н.А., Пилипенко В.А. Вклад электрической моды в поле пульсаций Рс3-4. Геомагнетизм и аэрономия, 1993, т. 33, № 3, с. 35-41.
4. Бандилет О.И., Землянкин Г.И., Федоренко Ю.В. Пульсации вертикальной компоненты геоэлектрического поля в диапазонах Pi1-2 и Pc1. Геомагнетизм и аэрономия. 1980. т. 20, № 1. с. 165−168.
5. Беляев П.П., Поляков С.В., Ермакова Е.Н. и др. Первые эксперименты по генерации и приему искусственных УНЧ-излучений (0.3–12 Гц) на дистанции 1500 км. Изв. вузов. Радиофизика. 2002, т. 45, № 2, с. 156–162.
6. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред. М: Недра, 1992, 250 с.
7. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир, 2009, 680 с.
8. Ваньян Л.Л., Бутковская А.И. Магнитотеллурическое зондирование слоистых сред. М.: Недра, 1980.
9. Велихов Е.П., Жамалетдинов А.А, Собчаков Л.А. и др. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с применением мощной антенны СНЧ-диапазона. Доклады РАН. 1994, т. 338, № 1, с. 106–109.
10. Гетманцев Г.Г., Гульельми А.В., Клайн Б.И. и др. Возбуждение магнитных пульсаций при воздействии на ионосферу излучением мощного коротковолнового передатчика. Изв. вузов. Радиофизика. 1977, т. 20, № 7, с. 1017–1019.
11. Гохберг М.Б., Гуфельд И.Л., Гершензон Н.И., Пилипенко В.А. Эффекты электромагнитной природы при разрушении земной коры. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1985, № 1, с. 72–87.
12. Грин А.У., Вортингтон Е.У., Пилипенко В.А. и др. Влияние магнитосферного альфвеновского резонанса на спектр пакетов пульсаций Рс3-4 на средних широтах. Геомагнетизм и аэрономия. 1991, т. 31, № 4, с. 619–624.
13. Гульельми A.В. Гидромагнитная диагностика и геоэлектрическое зондирование. Успехи физических наук. 1989, т. 158, с. 605–637.
14. Гульельми А.В. Гидромагнитная диагностика космической среды. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1992, № 5, с. 45.
15. Гульельми А.В., Левшенко В.Т. Электромагнитные сигналы от землетрясений. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1994, № 5, с. 65–70.
16. Гульельми А.В., Гохберг М.Б., Рубан В.Ф. Гидромагнитная диагностика и геоэлектроразведка на базе одиночной обсерватории. Доклады АН СССР. 1989, т. 308, № 3, с. 578–581.
17. Ермакова Е.Н., Котик Д.С., Собчаков Л.А. и др. Экспериментальные исследования распространения искусственных электромагнитных сигналов в диапазоне 0.6–4.2 Гц. Изв. вузов. Радиофизика. 2005, т. 48, № 9, с. 788–799.
18. Жамалетдинов А.А., Шевцов А.Н., Велихов Е.П. и др. Исследование взаимодействия электромагнитных волн КНЧ-СНЧ-диапазона (0.1–200 Гц) с земной корой и ионосферой в поле промышленных линий электропередачи (эксперимент «FENICS»). Геофизические процессы и биосфера. 2015, т. 14, № 2, с. 5–49.
19. Зыбин К.Ю., Крылов С.М., Лепендин В.П., и др. О вертикальной электрической напряженности поля геомагнитных пульсаций, Доклады АН СССР. 1974, т. 218, № 4, с. 828–829.
20. Котик Д.С., Рябов А.В., Ермакова Е.Н. и др. Свойства УНЧ/ОНЧ-сигналов, генерируемых установкой СУРА в верхней ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 2013, т. 56, № 6, с. 382–394.
21. Крылов А.Л., Лифшиц А.Е., Федоров Е.Н. О резонансных свойствах магнитосферы. Изв. РАН. Физика Земли. 1981, № 6, с. 49.
22. Лосева Т.В., Кузьмичева М.Ю., Спивак А.А. Электрические и магнитные сигналы при стесненных движениях блоков земной коры. Доклады РАН. 2010, т. 432, № 5, с. 685–688.
23. Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Пилипенко В.А., Боровлева К.Е. Электромагнитные УНЧ-поля на земной поверхности и в ионосфере от подземного сейсмического источника. Изв. РАН. Физика Земли. 2024, № 2, с. 59–71. DOI:https://doi.org/10.31857/S0002333724020058.
24. Пилипенко В.A., Повзнер T.A., Савин И.В., Никомаров Я.Н. Локальная пространственная структура поля геомагнитных пульсаций на средних широтах. Изв. АН СССР. Физика Земли. 1988, № 10, с. 54–61.
25. Пилипенко В.А., Позднякова Д.Д., Савельева Н.В. Ультранизкочастотные волны в космосе и на Земле. Международный журнал гуманитарных и естественных наук. Физика. 2024a, vol. 96, № 9-3, с. 163–205. DOI:https://doi.org/10.24412/2500-1000-2024-9-3-163-205.
26. Пилипенко В.А., Мазур Н.Г., Федоров Е.Н., Шевцов А.Н. О возможности экспериментов по возбуждению искусственных ультранизкочастотных излучений в ионосфере установкой FENICS на Кольском полуострове. Известия РАН. Серия физическая. 2024б, т. 88, № 3, с. 392–400.
27. Пилипенко В.А., Ермакова Е.Н., Потапов А.С.и др. Возбуждение глобальных искусственных сигналов диапазона Рс1 в эксперименте FENICS-2024: 1. Наблюдения. Солнечно-земная физика. 2025, т. 11, № 2, с. 124–131. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-112202511 / Pilipenko V.A., Ermakova E.N., Potapov A.S., et al. Excitation of global artificial Pc1 signals during FENICS-2024 experiment: 1. Observations. Sol.-Terr. Phys. 2025, vol. 11, iss. 2, pp. 111–118. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-112202511.
28. Савин М.Г. Никифоров В.М., Харитонов В.М. Об аномалиях вертикальной электрической компоненты магнитотеллурического поля на Северном Сахалине. Физика Земли. 1991, № 2, с. 100–108.
29. Савин М.Г., Израильский Ю.Г. Новые возможности модели Четаева, Солнечно-земная физика. 2016, т. 2, № 2, с. 86–92, DOI:https://doi.org/10.12737/13465 / Savin M.G., Izrailsky Yu.G. New possibilities of the Chetaev model. Sol.-Terr. Phys. 2016, vol. 2, iss. 2, pp. 86–92. DOI:https://doi.org/10.12737/13465.
30. Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А. Электромагнитные поля в верхней ионосфере от горизонтального КНЧ наземного излучателя конечной длины. Изв. вузов. Радиофизика. 2022, т. 65, № 9, с. 697–712. DOI:https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_09_697.
31. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. М.: ИФЗ АН СССР, 1985, 228 с.
32. Alperovich L.S., Fedorov E.N. Hydromagnetic waves in the magnetosphere and the ionosphere. Astrophys. Space Sci. Library. 2007, vol. 353, Springer, Berlin, 418 p.
33. Baransky L.N., Borovkov Yu.E., Gokhberg M.B., et al. High resolution method of direct measurement of the magnetic field line’s eigen frequencies. Planet. Space Sci. 1985, vol. 33, iss. 12, pp. 1369–1374. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(85)90112-6.
34. Baransky L.N., Belokris S.P., Borovkov Yu.E., Green C.A. Two simple methods for the determination of the resonance frequencies of magnetic field lines. Planet. Space Sci. 1990, vol. 38, no. 12, pp. 1573–1576. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(90)90163-k.
35. Eliasson B., Chang C.-L., Papadopoulos K.J. Generation of ELF and ULF electromagnetic waves by modulated heating of the ionospheric F2 region. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, art. no. A10320. DOI:https://doi.org/10.1029/2012JA017935.
36. Ermakova E.N., Kotik D.S., Polyakov S.V., et al. A power line as a tunable ULF-wave radiator: Properties of artificial signal at distances of 200 to 1000 km. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A04305. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011420.
37. Freund F.T., Heraud J.A., Centa V.A., Scoville J. Mechanism of unipolar electromagnetic pulses emitted from the hypocenters of impending earthquakes. The European Physical Journal Special Topics. 2021, vol. 230, pp. 47–65. DOI:https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000244-4.
38. Green A.W., Worthington E.W., Baransky L.N., et al. Alfven field line resonances at low latitudes (L=1.5). J. Geophys. Res. 1993, vol. 98, pp. 15693–15699. DOI:https://doi.org/10.1029/93ja00644.
39. Guglielmi A.V. Diagnostics of the plasma in the magnetosphere by means of measurement of spectrum of Alfven oscillations. Planet. Space Sci. 1989, vol. 37, iss. 8, pp. 1011–012. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(89)90055-X.
40. Guo Z., Fang H., Honary F. The generation of ULF/ELF/VLF waves in the ionosphere by modulated heating. Universe. 2021, vol. 7? no. 2, p. 29. DOI:https://doi.org/10.3390/universe7020029.
41. Hayakawa M., Hattori K., Ohta K. Monitoring of ULF geomagnetic variations associated with earthquakes. Sensors. 2007, vol. 7(7), pp. 1108–1122. DOI:https://doi.org/10.3390/s7071108.
42. Kaufman A.A., Keller G.V. The magnetotelluric sounding method. Elsevier Science. 1981, New York, 595 p.
43. Kivelson M.G., Southwood D.J. Coupling of global magnetospheric MHD eigenmodes to field line resonances. J. Geophys. Res. 1986, vol. 91, p. 4345.
44. Kurchashov Yu.P., Nikomarov Ya.S., Pilipenko V.A., Best A. Local meridional structure of mid-latitude geomagnetic pulsations. Ann. Geophys. 1987, vol. 5A, p.147.
45. Menk F.W., Waters C.L. Magnetoseismology: Ground-based remote sensing of earth’s magnetosphere. 2013, p. 271.
46. Murphy B.S., Egbert G.D. Source biases in midlatitude magnetotelluric transfer functions due to Pc3‑4 geomagnetic pulsations. Earth, Planets and Space. 2018, vol. 70, no. 12. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-018-0781-0.
47. Pilipenko V.A., Fedorov E.N. Magnetotelluric sounding of the crust and hydromagnetic monitoring of the magnetosphere with the use of ULF waves. Ann. Geofisic. 1993, vol. 36, no. 5-6, pp. 19–33.
48. Pilipenko V., Vellante M., Anisimov S., et al. Multi-component ground-based observation of ULF waves: goals and methods. Ann. Geofisica. 1998, vol. 41, no. 1, pp. 63–77.
49. Pilipenko V.А., Fedorov E.N., Martines-Bedenko V.А., Bering E.A. Electric mode excitation in the atmosphere by magnetospheric impulses and ULF waves, Frontiers in Earth Science. 2021, vol. 8, pp. 687. DOI:https://doi.org/10.3389/feart.2020.619227.
50. Pilipenko V.A., Mazur N.G., Fedorov E.N. Discrimination of ULF signals from an underground seismogenic current. Earth, Planets and Space. 2024, vol. 76, no. 118. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-024-02058-9.
51. Southwood D.J. Some features of field line resonances in the magnetosphere. Planet. Space Sci. 1974, vol. 22, p. 483.
52. Southwood D.J., Hughes W.J. Source induced vertical components in geomagnetic pulsation signals. Planet. Space Sci. 1978, vol. 26, pp. 715–720.
53. Su B., Wang Y., Cao Q. Simulation of WEM using ELF modeling of local area and modified UPML. ISAPE2012, 2012, pp. 983–986. DOI:https://doi.org/10.1109/ISAPE.2012.6408939.
54. Vellante M., Villante U., De Lauretis M., et al. Simultaneous geomagnetic pulsation observations at two latitudes: resonant mode characteristics. Ann. Geophys. 1993, vol. 11, pp. 734–741.
55. Wait J.R., Geoelectromagnetism. Academic Press, 1982.
56. Zhao G.Z, Bi Y.X., Wang L.F., et al. Advances in alternating electromagnetic field data processing for earthquake monitoring in China. Science China Earth Sciences. 2015, vol. 58, no. 2, pp.172–182. DOI:https://doi.org/10.1007/s11430-014-5012-3.
57. URL: http://irimodel.org (дата обращения 3 мая 2025 г.).
