Геомагнетизм и аэрономия, 2022, T. 62, № 5, стр. 556-567

1. ВВЕДЕНИЕ

Оценка сейсмической активности Земли (САЗ) может быть произведена различным образом. Так, в работе [Шестопалов и Харин, 2004], проводится оценка по величине выделяющейся при землетрясении энергии в зависимости от его магнитуды. При этом энергия землетрясений вычисляется по формуле: lg E = 11.8 + 1.5Ms (эрг) для землетрясений, эпицентры которых находятся на глубине меньше 100 км, и по формуле: lg E = 5.8 + + 2.4mb для землетрясений, эпицентры которых находятся на глубине больше 100 км (здесь E – величина выделяющейся при землетрясении энергии в эрг, а Ms и mb – магнитуды землетрясений соответствующего типа в безразмерных единицах), а затем определяется суммарная энергия за выбранный промежуток времени (как правило, год).

В статьях [Барляева и др., 2000; Хегай и др., 2022] в качестве количественной меры САЗ выступает суммарное число землетрясений за год, превышающих по магнитуде (M) некоторый заданный уровень, N_EQ/Year(М ≥ 7.0) и N_EQ/Year(М ≥ 5.0) в первой и второй из перечисленных работ соответственно. В том и другом случае речь идет о сильных землетрясениях. В работах [Сытинский, 1989; Белов и др., 2009] используются оба типа оценки САЗ, адаптированные к конкретным целям проведенных исследований.

В этом исследовании в качестве меры интенсивности САЗ принята та же оценка, что и в работе [Хегай и др., 2022], т.е. число сильных (с магнитудой M ≥ 5.0) коровых (глубина гипоцентра 0 ≤ h ≤ 60 км) землетрясений в году, N_EQ/Year(M ≥ ≥ 5.0). Там же дано подробное обоснование такого выбора.

Так же, как и в работе [Хегай и др., 2022], в качестве меры солнечной активности (СА) в настоящей работе принят (вместо чисел Вольфа – W) суммарный годовой поток (как сумма среднемесячных его значений) солнечного излучения на длине волны 10.7 см (F10.7_Year, sfu), интегрально характеризующий уровень СА на временнóм интервале с 21-го по 24-й цикл СА (с 1973 по 2019 гг.).

Как указано в работе [Белов и др., 2021], галактические космические лучи (ГКЛ), вплоть до жесткостей ~100 ГВ, постоянно модулируются солнечным ветром. Эта модуляция наблюдается и наземными детекторами (мюонными телескопами и нейтронными мониторами). Чтобы получить изменения первичных ГКЛ, должна быть решена обратная задача – восстановление характеристик вариаций ГКЛ за пределами магнитосферы Земли. Именно такую задачу и решает метод глобальной съемки (см. подробное описание метода в работах [Белов и др., 2018; Belov et al., 2018]).

Таким образом, интенсивность потока ГКЛ на указанном выше временнóм интервале в настоящей работе оценивается двояким образом. Во-первых, на поверхности Земли, для указанного далее ряда станций наблюдения в различных регионах Земли в абсолютных единицах, как усредненная с годовым разрешением скорость счета детекторов I_GCR (имп/с) по данным мировой сети нейтронных мониторов – NMDB (Neutron Monitor Database (https://www.nmdb.eu/nest/)). Во-вторых (в относительных единицах), как среднегодовая вариация интенсивности ГКЛ (δ_Year, %), характеризующая интенсивность изотропной составляющей потока ГКЛ:

здесь A₀ – амплитуда вариации интенсивности ГКЛ на фиксированной жесткости 10 ГВ вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е., полученная методом глобальной съемки по данным всей мировой сети нейтронных мониторов. В качестве базового периода для нормировки выбран 2009 г., когда наблюдалось максимальное значение величины $\left\langle {{{A}_{0}}} \right\rangle $. С математической точки зрения, величина A₀ есть амплитуда нулевой гармоники вариации интенсивности ГКЛ (см. работу [Белов и др., 2018], уравнение 7), полученная в результате разложения этой интенсивности по сферическим гармоникам (см., напр., монографию [Yasue et al., 1982]). Именно эта вариация представлена в работе [Белов и др., 2021] с более высоким временны́м разрешением в сопоставлении с прямыми измерениями на космических аппаратах (см. [Белов и др., 2021], рис. 2). Забегая вперед, сразу отметим здесь, что наиболее высокая интенсивность ГКЛ наблюдается на расстоянии 1 а. е. от Земли в интервале 2008–2011 гг., что хорошо видно из этого рисунка.

Обычно отмечают умеренную антикорреляцию САЗ и СА на временны́х интервалах различной длительности (см. работы [Сытинский, 1989; Шестопалов и Харин, 2004; Белов и др., 2009; Хегай, 2018]). Однако, в исследовании [Хегай и др., 2022] было показано, что (в интервале с 21-го по 24-й цикл СА) при рассмотрении СА и ГКЛ как независимых факторов, формирующих САЗ, для соответствующих коэффициентов корреляции (ρ) выполняется неравенство (p – уровень значимости): |ρ(N_EQ/Year, δ_Year)|_{p< 0.05} = 0.459 > |ρ(N_EQ/Year, F10.7_Year)|_{p< 0.05} = 0.414, т.е. теснота связи между САЗ и интенсивностью ГКЛ (при прямой корреляции) больше, чем между САЗ и СА (при антикорреляции) на изученном интервале времени для массива сильных землетрясений с M ≥ 5.0. Таким образом, акцент смещается в сторону ГКЛ, с точки зрения одной из возможных первичных причин, определяющих общую интенсификацию САЗ. Концептуально, авторы исследования [Хегай и др., 2022] поддерживают и детализируют далее “сценарий”, развитый в работах [Сытинский, 1989; Барляева и др., 2000; Боков и Сытинский, 2002; Сытинский и др., 2003; Боков, 2011; Боков и др., 2011; Боков и Воробьев, 2014; Боков и Воробьев, 2016], подчеркивая при этом связь между мощью облачности и мощью (или увеличением количества) основных барических структур тропосферы – циклонов и антициклонов при росте интенсивности ГКЛ.

Механизмы формирования облачности, обусловленные воздействием энергичных частиц на земную атмосферу, также как и проблемы, связанные с этим вопросом, достаточно подробно описаны в обзорной работе [Mironova et al., 2015] (частично некоторые аспекты, корреляционных связей, наблюдаемых между аномалиями нижней облачности и потоками ГКЛ, обсуждаются также в работе [Хегай и др., 2022]). Как следует из работы [Mironova et al., 2015], в одном из обсуждаемых механизмов, обусловленном именно воздействием потоков ГКЛ, работает так называемый эффект “чистого воздуха” (“clear-air” effect). Согласно ему, ионизация, вызванная космическими лучами (cosmic ray induced ionization – CRII), генерирует новые сверхмелкие аэрозольные частицы. Эти частицы и служат ядрами конденсации облаков (cloud condensation nuclei – CCN), которые способствуют облакообразованию. Указанный эффект действительно наблюдается в эксперименте (см. Table 5 этой работы). Более подробно этот механизм изложен в работе [Carslaw et al., 2002].

Кроме того, в работе [Svensmark and Friis-Christensen, 1997] на основе анализа спутниковых данных ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project, [http://isccp.giss.nasa.gov/]) было получено, что общая облачность испытывает 11-летнюю вариацию, развиваясь в фазе с интенсив-ностью ГКЛ. Наконец, авторы [Marsh and Svensmark, 2000] обнаружили, что с вариациями потока ГКЛ наиболее тесно связано изменение площади облаков нижнего яруса. В указанной работе были приведены достаточно высокие коэффициенты корреляции между усредненными по земному шару аномалиями нижней облачности (по данным архива ISCCP-D2) и скоростью счета нейтронного монитора в Уанкайо для периода 1983–1994 гг. (R = 0.63 для несглаженных значений и R = 0.92 – для скользящих средних по 12 мес.), т.е. с конца 21 почти до конца 22-го цикла СА (см. Fig. 1(c) этой работы).

Если общая площадь облачности глобально возрастает при более высоких величинах интенсивности ГКЛ, то увеличивается вероятность успешного (для активации “созревших” очагов землетрясения, см. [Боков, 2011]) перекрытия (при благоприятном режиме атмосферной циркуляции) областей активных разломов земной коры (и прилегающих к ним зон сильных землетрясений) с областями возникающих более мощных основных барических структур атмосферы (циклонов и антициклонов с более мощной облачностью) или ростом их количества. При условии, что в этих областях уже существуют очаги “созревших” сильных землетрясений, такое перекрытие будет “провоцировать” подземные толчки, в соответствии со “сценарием”, предложенным в работах [Барляева и др., 2000; Боков, 2011; Боков и др., 2011]. Согласно этому “сценарию”, быстрые смещения крупных воздушных масс увеличивают или снимают нагрузки на земную кору и приводят к ее деформации. Образовавшиеся дополнительные деформации коры между геоблоками служат спусковым механизмом землетрясений, которые уже предварительно подготовлены эндогенными процессами. При этом активизация очага уже “созревшего” землетрясения решающим образом зависит от коллинеарности границы между областями высокого (антициклональной) и низкого (циклонической) давлений с ориентацией разлома. Оптимально для этого процесса необходимо, чтобы линия нулевой барической нагрузки проходила вдоль активного разлома, вертикальная проекция вблизи некоторой точки которого на поверхность Земли будет соответствовать эпицентру инициируемого землетрясения (см. рис. 8 статьи [Боков, 2011]). Кроме этого, необходимо также, чтобы перепад давления в атмосферных барических образованиях нужным образом соответствовал напряжениям на границах блоков разлома, только в этом случае он может стать триггером подземного толчка. В пользу развития именно такого “сценария” свидетельствуют и выводы работы [Соболев и Закржевская, 2020], основанные на изучении за период 2000–2017 гг. записей широкополосной сейсмической станции AAK системы IRIS, расположенной в районе Тянь-Шаня. Анализ этих записей дал возможность авторам сделать вывод о том, что статистически не случайное совпадение аномалий сейсмического шума и землетрясений совпадало с увеличением амплитуды вариаций атмосферного давления. Авторы этого исследования указывают также в заключении, что перемещения крупных воздушных масс приводят к изменению сил гравитации, и при этом не исключено инициирование как медленных подвижек (тектонических аномалий), так и динамических разрывов (землетрясений) в разломах, находящихся в условиях неустойчивого равновесия. Таким образом, возрастает и собственно роль крупных облачных воздушных массивов, в формировании которых задействованы потоки ГКЛ. В пользу этого свидетельствуют следующие положения, представленные в работе [Carslaw et al., 2002]): во-первых, эффект космических лучей может вызывать небольшие изменения в увеличении концентрации аэрозолей, способствующих образованию облаков, но в глобальном масштабе; во-вторых, воздействие космических лучей, вероятно, будет наиболее эффективным в регионах с низкой концентрацией аэрозоля, таких как чистые районы над океанами.

В результате глобально будет наблюдаться прямая умеренная корреляция между количеством сильных землетрясений в году N_EQ/Year и интенсивностью ГКЛ, которая количественно выражается параметром δ_Year в проведенном исследовании [Хегай и др., 2022]. Именно этот (вероятностный, но каузальный) аспект корреляции между САЗ и интенсивностью ГКЛ важен для представленного ниже исследования. При этом следует помнить, что описанный выше сценарий будет вносить лишь какую-то долю в общую САЗ и может быть далеко не единственным внешним “триггером” сильных землетрясений, очаги которых “созревают” в результате эндогенных процессов внутри Земли.

Таким образом, целью настоящего исследования является рассмотрение количественных характеристик САЗ в свете их связи с интенсивностью ГКЛ в 21–24-м циклах СА, с учетом регионального характера САЗ, обусловленного “привязкой” очагов сильных землетрясений к крупномасштабным тектоническим разломам земной коры. Сразу же отметим здесь, что глобально САЗ в 24-м цикле СА оказывается существенно выше (в особенности в его начале) по сравнению со всеми другими циклами СА, рассмотренными в данной работе.

Данные по величине среднего за месяц потока F10.7 (в sfu – solar flux units) с января 1973 по февраль 2015 г. были взяты с интернет-ресурса (https://www.ngdc.noaa.gov/stp/space-weather/solar- data/solar-features/solar-radio/noontime-flux/penticton/penticton_averaged/) NOAA National Centers for Environmental Information (NCEI), USA, а с февраля 2015 по декабрь 2019 г. – с электронного адреса (https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression) Space Weather Prediction Center National Oceanic and Atmospheric Administration, USA. Данные по землетрясениям получены из каталога Национального Центра информации о землетрясениях Геологической службы США (NEIC, USGS (https://www.usgs.gov/)) с 1973 г. по 2019 г.

2. ГЛОБАЛЬНАЯ И РЕГИОНАЛЬНАЯ САЗ С 21-ГО ПО 24-Й ЦИКЛ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ

На рисунке 1 представлена картина глобального распределения количества землетрясений по годам N_EQ/Year(M ≥ 5.0) (левая ось ординат, сплошная линия, затемненные кружки) и суммарный годовой поток (как сумма среднемесячных его значений) солнечного излучения на длине волны 10.7 см F10.7_Year (правая ось ординат, пунктирная линия, незатемненные кружки) на временнóм интервале с 1973 по 2019 г. (границы циклов СА обозначены вертикальными штрихпунктирными линиями). Для этой пары параметров статистически значимый (с уровнем значимости p < 0.004 в соответствии со статистикой Стьюдента) коэффициент линейной корреляции ρ_1973–2019(N_EQ/Year, F10.7_Year)_{p< 0.004} = –0.4139 (см. также работу [Хегай и др., 2022]), т. е. наблюдается антикорреляция с “умеренной” теснотой связи между N_EQ/Year и F10.7_Year на этом временнóм отрезке.

Сплошная горизонтальная линия отмечает среднее значение 〈N_EQ/Year(M ≥ 5.0)〉 на представленном временнóм промежутке, а горизонтальные штриховые линии – уровни ±2σ (где σ – стандартное отклонение) соответственно. Хорошо видно, что в интервале с 2007 по 2011 г. (отмечен затемненным прямоугольником под осью абсцисс) N_EQ/Year(M ≥ 5.0) значительно выходит за границу уровня +2σ, при этом максимальное относительное отклонение (в 2011 г.) от среднего составляет ≈ 78%. Такая ситуация наблюдается в конце 23 и начале 24-го циклов СА. При этом, как уже было сказано выше во Введении, указанный временнóй промежуток характеризуется максимальной интенсивностью ГКЛ на расстоянии 1 а. е. вне магнитосферы Земли на фиксированной жесткости 10 ГВ за весь период наблюдений (с пятидесятых годов прошлого столетия по настоящее время, см. рис. 2 работы [Белов и др., 2021]).

Подробные морфологические характеристики представленных на рисунке циклов СА даны в работе [Ишков, 2013]. В указанной работе 21 и 22-й циклы СА относятся к циклам достоверной эпохи “повышенной” СА (длительность которых составляет 10.2 и 9.6 лет соответственно), 23-й цикл отнесен к достоверному периоду перестройки СА, который длится 12.7 года, а 24-й цикл является циклом достоверной эпохи “пониженной” СА с длительностью 11.3 г. В этой работе уровень СА традиционно оценивается с помощью чисел Вольфа (W). Так как в нашем исследовании уровень СА оценивается с помощью энергетического параметра – суммарного годового потока солнечного излучения на длине волны 10.7 см (F10.7_Year, sfu), т.е. с разрешением в один год, то длительность соответствующих циклов СА (см. рис. 1): T₂₁ = T₂₂ ≅ 10 лет, T₂₃ ≅ 12 лет и T₂₄ ≅ 11 лет, что близко к данным работы [Ишков, 2013]. Таким образом, самым “длинным” из представленных на рис. 1 является 23-й цикл СА – цикл достоверного периода перестройки СА. Именно в его конце наблюдается первый “всплеск” САЗ, превосходящий уровень +2σ, при этом на участке в 5 лет (с 2007 по 2011 г. включительно) медиана САЗ N_EQ/Year(M ≥ 5.0)_{med(2007–2011)} превосходит медиану САЗ за весь представленный период N_EQ/Year(M ≥ ≥ 5.0)_{med(1973–2019)} на ≅54%.

Итак, при оценке глобальной САЗ можно сделать вывод, что в течение рассмотренных достоверных циклов СА, максимальный уровень САЗ наблюдается в интервале с 2007 по 2011 г., и этот уровень превосходит верхнюю границу разброса +2σ от среднего значения 〈N_EQ/Year(M ≥ ≥ 5.0)〉_1973–2019, вычисленного на интервале 1973–2019 гг., т.е. N_EQ/Year(M ≥ 5.0)_{|2007, 2010, 2011} > > 〈N_EQ/Year(M ≥ 5.0)〉_1973–2019 + 2σ.

Теперь, для того чтобы оценить временнóе поведение региональной САЗ, поступим следующим образом. Определим сначала область центральной зоны поверхности Земли (Center) как внутреннюю часть ее поверхности, ограниченную географическими параллелями на широтах φ = ±30°, тогда площадь поверхности такого шарового пояса сферы с радиусом Земли (R_З) окажется равной S_Center = $2\pi R_{{\text{З}}}^{2}.$ Соответственно, часть площади поверхности Земли (лежащая к северу от географической широты φ = +30°) S_North = = $\pi R_{{\text{З}}}^{2},$ так же как (лежащая к югу от географической широты φ = –30°) и S_South = $\pi R_{{\text{З}}}^{2}.$ Очевидно, что S_North = S_South и S_Center = S_North + S_South. Распределение числа землетрясений N_EQ/Year(M ≥ 5.0) по годам с 21-го по 24-й цикл СА глобально и по указанным выше зонам земной поверхности иллюстрирует рис. 2. Глобальное распределение сейсмических событий на рисунке дано сплошной толстой линией с точками, землетрясения зоны S_Center отмечает сплошная линия, а количество землетрясений, произошедших в зонах S_North и S_South, показано штриховой и штрихпунктирной линиями соответственно. Сплошная горизонтальная линия отмечает медиану глобального распределения сейсмических событий (для удобства восприятия), а границы циклов СА показаны вертикальными штрихпунктирными линиями. Хорошо видно, что в основном, землетрясения происходят в центральной зоне, а усредненное за 1973–2019 гг. отношение 〈{N_EQ/Year(M ≥ 5.0)_North + + N_EQ/Year(M ≥ 5.0)_South}/N_EQ/Year(M ≥ 5.0)_Center〉_1973–2019 ≅ ≅ 0.65.

Таким образом, в среднем, суммарное количество землетрясений северной и южной зон составляет 65% от их количества, произошедших в центральной зоне. Исключение составляет лишь 2011 г., когда это отношение равно ≅1.36 и суммарное число землетрясений северной и южной зон превосходит число землетрясений, случившихся в центральной зоне. Укажем здесь также на существенное преобладание числа землетрясений в южной зоне над их числом в северной в 2010 г. (обычно – наоборот). Отмеченные особенности наблюдаются в начале 24-го цикла СА и в пределах того же интервала (отмечен как затемненный прямоугольник под осью абсцисс), когда поток ГКЛ на расстоянии 1 а. е. вне магнитосферы Земли на фиксированной жесткости 10 ГВ особенно интенсивен. На этом же временнóм промежутке повышено и количество землетрясений центральной зоны. Следует отметить, что именно в области центральной зоны сосредоточены траектории основной массы тропических циклонов, что хорошо видно из рис. 3 работы [Ким и др., 2006], на котором приведено глобальное распределение траекторий тропических циклонов, построенное по данным базы “ГЛОБАЛ-ТЦ” за 22 года.

3. ВАРИАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКА ГКЛ С 21-ГО ПО 24-Й ЦИКЛ СА И ГЛОБАЛЬНАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ ЗЕМЛИ

Как уже было сказано во Введении, интенсивность ГКЛ оценивается в этом исследовании, во-первых, на поверхности Земли (усредненная с годовым разрешением скорость счета детекторов I_GCR (имп/с) по данным сети нейтронных мониторов (НМ), взятых из NMDB), а во-вторых – по изменениям определенной выше относительной вариации δ_Year на фиксированной жесткости 10 ГВ вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е., полученной методом глобальной съемки.

Величина I_GCR интенсивности ГКЛ на поверхности Земли, полученная методом наложения “эпох” [Дорман, 1972] по 5 станциям регистрации ГКЛ на поверхности Земли сети НМ (см. табл. 1) определялась как

при этом 〈I〉 – усредненная за год по часовым данным скорость счета (в имп/с) на соответствующей станции регистрации ГКЛ (начало “эпохи” – 1973 г., конец – 2019 г.). Кроме этого, рассматривалась величина I_TSMB ≡ 〈I〉_TSMB для единственной станции, попадающей в центральную зону (Center, жесткость R = 9.15 ГВ), данные для которой имеются для временнóго интервала 1976–2019 гг.

На рисунке 3 представлены временны́е развертки поведения N_EQ/Year(M ≥ 5.0) (нижняя панель, сплошная линия с точками), I_GCR (верхняя панель, сплошная линия с “открытыми” кружками) и I_TSMB (верхняя панель, сплошная линия) с разрешением в один год. На обеих панелях сплошные горизонтальные линии отмечают средние значения соответствующей величины, а штриховые горизонтальные линии – уровни отклонения на величину ±2σ для N_EQ/Year(M ≥ 5.0) и ±1.5σ (для I_GCR и I_TSMB) соответственно. Над верхней панелью приведены соответствующие парам величин линейные коэффициенты корреляции на указанных временны́х интервалах и уровнем значимости p по статистике Стьюдента, а интервал 2007–2011 гг., когда наблюдаются превышения верхних границ соответствующих отклонений, отмечен затемненным прямоугольником под осью абсцисс нижней панели. Границы циклов СА показаны вертикальными штрихпунктирными линиями.

Из рисунка видно, что по абсолютным измерениям интенсивности ГКЛ на поверхности Земли на группе станций сети NMDB в интервале 2007–2011 гг. наблюдаются превышения верхних границ соответствующих отклонений, которые совпадают с превышением на этом же временнóм интервале уровня 〈N_EQ/Year(M ≥ 5.0)〉_1973–2019 + 2σ в поведении N_EQ/Year(M ≥ 5.0). При этом ρ_1973‒2019(N_EQ/Year, I_GCR)_{p< 0.05} ≅ 0.4168 > > |ρ_1973‒2019(N_EQ/Year, F10.7_Year)_{p< 0.05}| ≅ 0.4139, т.е. связь интенсивности ГКЛ с САЗ (при прямой корреляции) и по этим данным абсолютных измерений оказывается теснее, чем связь СА с САЗ (при антикорреляции). Величина коэффициента корреляции по отдельной станции TSMB центральной зоны ρ_1976–2019(N_EQ/Year, I_TSMB)_{p< 0.05} ≅ 0.4613 оказывается еще более высокой, и, одновременно с этим (это также хорошо видно из рис. 3), ρ_1976–2019(I_GCR, I_TSMB)_{p< 0.05} ≅ 0.9743, т.е. интенсивности ГКЛ, несмотря на их значительное различие (в абсолютных единицах в разных точках Земли), хорошо коррелируют.

Сопоставим теперь относительную вариацию δ_Year на фиксированной жесткости 10 ГВ вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е., полученную методом глобальной съемки с разрешением в 1 год за период с 1973 по 2019 г., с временны́м поведением N_EQ/Year(M ≥ 5.0) на этом же временнóм промежутке (как это уже было сделано в работе [Хегай и др., 2022], в которой, однако, не был учтен последний 2019 г. 24-го цикла СА). Такое сравнение приведено на рис. 4, который повторяет рис. 3 с той лишь разницей, что вместо величин I_GCR и I_TSMB на верхней панели приведена величина δ_Year (%). В интервале 2007–2011 гг. также наблюдается превышение верхней границы уровня 〈δ_Year〉 + 1.5σ, которое совпадает с превышением на этом же временнóм интервале уровня 〈N_EQ/Year(M ≥ 5.0)〉_1973–2019 + 2σ в поведении N_EQ/Year(M ≥ 5.0).

Получается, что ρ_1973–2019(N_EQ/Year, δ_Year)_{p< 0.002} ≅ ≅ 0.4493, тогда abs{ρ_1973–2019(N_EQ/Year, δ_Year)_{p< 0.002}} – – abs{ρ_1973–2019(N_EQ/Year, F10.7_Year)_{p< 0.004}} = 0.4493 – – 0.4139 = 0.0354. К чему приводит такое небольшое различие в абсолютных величинах соответствующих коэффициентов корреляции, показывает рассмотрение, проведенное ниже.

Для разделения эффектов влияния на САЗ (т.е. на вариации N_EQ/Year(M ≥ 5.0)) двух различных факторов: СА (т.е. величины годового потока солнечного излучения на длине волны 10.7 см, взятого как сумма соответствующих среднемесячных потоков – F10.7_Year) и вариаций интенсивности ГКЛ (δ_Year) можно использовать метод частной корреляции, позволяющий оценить взаимосвязь между двумя переменными, при исключении влияния других переменных (см., напр., [Брукс и Карузерс, 1963]). Так, в случае трех переменных, коэффициент частной корреляции ρ_12-3 между переменными x₁ и x₂ при исключении влияния третьей переменной x₃ может быть записан как ρ_12-3 = (ρ₁₂ – ρ₁₃ρ₂₃)/[(1 – $\rho _{{13}}^{2}$) (1 – $\rho _{{23}}^{2}$)]^1/2, где ρ_ij – коэффициенты корреляции между переменными x_i и x_j. Коэффициент частной корреляции показывает тесноту взаимосвязи двух переменных относительно друг друга, без учета влияния третьей переменной. Вычисленные таким образом коэффициенты частной корреляции оказываются следующими:

ρ(δ_Year → N_EQ/Year) ≡ ρ_1973–2019(N_EQ/Year, δ_Year)_–F10.7Year ≅ ≅ 0.1979 (исключено влияние F10.7_Year) ρ(F10.7_Year → N_EQ/Year) ≡ ρ_1973–2019(N_EQ/Year, F10.7_Year)_–δYear ≅ –0.0488 (исключено влияние δ_Year)

откуда следует, что abs{ρ(δ_Year)/ρ(F10.7_Year)} ≅ 4.057. Таким образом, получается, что влияние вариаций интенсивности ГКЛ (вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е.) на поведение N_EQ/Year оказывается гораздо более существенным, чем воздействие на N_EQ/Year собственно вариаций СА, которые отражаются в изменениях величины F10.7_Year.

4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Представленные выше результаты, основанные на количественных оценках, прежде всего свидетельствуют в пользу того, что уровень относительной интенсивности первичных потоков ГКЛ (δ_Year), измеренной вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е. (как независимая величина) в большей степени влияет на изменение уровня САЗ (N_EQ/Year(M ≥ 5.0)), чем вариации собственно СА (мерой которой служит F10.7_Year). Такое более сильное влияние ГКЛ на САЗ может определяться ролью ГКЛ в формировании облачности и процессов тропического и внетропического циклоногенеза, определяющих мощь и количество основных барических структур атмосферы, которые могут стать триггерами “созревших” очагов землетрясений [Сытинский, 1989; Барляева и др., 2000; Carslaw et al., 2002; Боков и Сытинский, 2002; Боков, 2011; Боков и др., 2011; Боков и Воробьев, 2014; Боков и Воробьев, 2016; Соболев и Закржевская, 2020; Хегай и др., 2022] на траекториях своих движений. Так как квадрат коэффициента корреляции называется коэффициентом детерминации, и он показывает долю вариации результативного признака, объясненную вариацией факторного признака, то {ρ_1973–2019(N_EQ/Year, δ_Year)_{p< 0.002}}² ≅ 0.4493² ≈ 0.2, и в исследуемой ситуации примерно только 20% общей вариабельности N_EQ/Year(M ≥ 5.0), характеризующей САЗ, может быть объяснено изменениями δ_Year в рамках линейной однофакторной модели. Следовательно, интенсивность вариаций САЗ определяется далеко не единственным, но существенным фактором δ_Year, характеризующим вариации интенсивности ГКЛ.

В современных исследованиях инициация коровых землетрясений тропическими циклонами уже была рассмотрена на ряде конкретных примеров в работе [Костин и др., 2020]. Авторы этой работы показали, что при прохождении тропическим циклоном пограничных областей больших литосферных плит могут произойти безфоршоковые землетрясения магнитудой М > 4.6 на границах малых литосферных плит глубиной около 30 км. Физический механизм этого явления связан с литосферной передачей дополнительного момента сил из области разрежения над тропическим циклоном. Так, синхронное резкое падение давления над литосферными плитами, вызванное ураганами в восточной части и тайфунами в западной части Тихого океана, привело к изменению момента сил, воздействующих на малые литосферные плиты: Бирманскую, Сандвическую, Панамскую. В результате 24–26 июня 1992 г. на их границах произошли безфоршоковые литосферные землетрясения с магнитудой М ~ 4.6–5.9 на глубине ~30 км. Этот механизм обсуждался ранее в работе [Kostin et al., 2019]. Развитие исследований в этом направлении в работе [Костин и др., 2021] обнаруживает, что возникновение и развитие мощных источников воздействия на атмосферу – тропических циклонов и сильных литосферных землетрясений взаимосвязаны. Эта взаимосвязь проявляется следующим образом: в области разрежения тропических циклонов литосферные плиты резко приподнимаются, а на краях опускаются. Вследствие этого происходит сброс напряжений внутри твердой Земли, т.е. тропический циклон является триггером землетрясения. В свою очередь, акустическое воздействие сильных землетрясений на области барических тропических возмущений или ослабленный тропический циклон может интенсифицировать их.

Как показывает проведенное нами исследование, именно землетрясения центральной зоны (см. рис. 2) – в тропиках и субтропиках – составляют основной массив всех землетрясений N_EQ/Year(M ≥ 5.0) в 21–24-м циклах СА, что согласуется с концепцией, представленной в работе [Костин и др., 2021].

5. ВЫВОДЫ

1. Показано, что глобально, в интервале с 2007 по 2011 г., число сильных (магнитуда M ≥ 5.0) коровых (глубина гипоцентра 0 ≤ h ≤ 60 км) землетрясений в году N_EQ/Year(M ≥ 5.0), принятое как мера интенсивности сейсмической активности Земли, значительно превосходит верхнюю границу уровня в два стандартных отклонения, и максимальное относительное отклонение (в 2011 г.) от среднего, рассчитанного с 1973 по 2019 г. (21–24-й циклы СА), составляет ≈78%. Такая ситуация наблюдается в конце 23 и начале 24-го циклов СА. Указанный временнóй промежуток характеризуется максимальной интенсивностью ГКЛ на расстоянии 1 а. е. вне магнитосферы Земли на фиксированной жесткости 10 ГВ за весь период наблюдений (с пятидесятых годов прошлого столетия по настоящее время), а величина относительной интенсивности ГКЛ (δ_Year) превосходит в 2009 г. полтора стандартных отклонения от своей средней величины, вычисленной на интервале с 21-го по 24-й цикл СА.

2. В среднем, за период с 1973 по 2019 г., суммарное количество землетрясений N_EQ/Year(M ≥ ≥ 5.0) северной (North) и южной (South) зон составляет 65% от их количества, произошедших в центральной (Center) зоне, ограниченной географическими параллелями на широтах φ = ±30°. Исключение составляет лишь 2011 г., когда это отношение равно ≅1.36 и суммарное число землетрясений северной и южной зон превосходит число землетрясений, случившихся в центральной зоне. В 2010 г. наблюдается существенное преобладание числа землетрясений в южной зоне над их числом в северной (обычно – наоборот). Отмеченные особенности наблюдаются в начале 24-го цикла СА и в пределах того же интервала, когда поток ГКЛ на расстоянии 1 а. е. вне магнитосферы Земли на фиксированной жесткости 10 ГВ особенно интенсивен (на этом же временнóм промежутке существенно увеличивается и количество землетрясений центральной зоны).

3. Все проведенные в работе количественные оценки свидетельствуют в пользу того, что уровень относительной интенсивности первичных ГКЛ (δ_Year), измеренной вне атмосферы и магнитосферы Земли на расстоянии 1 а. е. (как независимая величина) в большей степени влияет на изменение уровня САЗ (N_EQ/Year(M ≥ 5.0)), чем вариации собственно СА (мерой которой служит F10.7_Year). Такое более сильное влияние ГКЛ на САЗ может определяться важнейшей ролью этих частиц в формировании глобальной облачности и процессов тропического и внетропического циклоногенеза, определяющих мощь и количество основных барических структур атмосферы, которые могут стать триггерами “созревших” очагов землетрясений на траекториях своих движений. Однако, в исследуемой ситуации примерно только 20% общей вариабельности N_EQ/Year(M ≥ 5.0), характеризующей САЗ, может быть объяснено изменениями δ_Year в рамках линейной однофакторной модели.

4. Описанный в работе сценарий связи между ГКЛ и САЗ опирается на ряд других исследований (см. работу [Хегай и др., 2022] и ссылки в ней), не противоречит проанализированным комплексным экспериментальным данным и частично объясняет наблюдаемые вариации САЗ.