Статья опубликована в №113 (январь) 2023
Разделы: Науки о Земле
Размещена 09.01.2023. Последняя правка: 17.01.2023.
Просмотров - 447

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ОЧАГАХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ СЕВЕРНОГО ТЯНЬ-ШАНЯ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Литовченко Ирина Николаевна

нет

Институт сейсмологии Республика Казахстан

Ведущий научный сотрудник

УДК 550.343

Введение. На современном этапе активизации сейсмичности в регионе Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий, стало актуальным исследование термодинамических условий в очагах землетрясений. В этом направлении достигнуты определенные успехи в решении подобных задач. Так ранее в [3,6] рассматривались методы исследования физических условий в очагах землетрясений. В продолжение этой темы, автором предлагается применить формулы расчета из [6] для получения термодинамических параметров в очагах землетрясений региона исследования.
Исходные данные. Для исследования применялся каталог землетрясений (СОМЭ, NEIC) за 1960-2022 г.г. с М>2.0. региона исследования 70-85°N, 39-46°E [2,5]. На рисунках 1-2  показаны пространственно-временные распределения землетрясений с М>2.0 и сильных землетрясений за период 1960-2022 г.г [2]; на рисунках 3-4  - 2-D и 3-D модели пространственно-временного распределения  землетрясений в регионе исследования.
Цель исследования. Рассчитать характеристики для землетрясений с магнитудой больше 6.0 и выше: энергия сейсмических волн (Е); температура среды очага (Т°(С); температурные напряжения, деформация объема (V) и формы очага; плотность энергии деформирования; потенциальная энергия (U) деформирования очага; предел прочности среды в объеме разрушения; определение соотношения величины потенциальной энергии деформирования; энергии разрушения, вязкость (η) и др. На рисунках 5-6 показаны взаимосвязь параметров между собой.

 

Рисунок 1 - Пространственно-временное распределение землетрясений с М>2.0, за период 1960-2022 г.г [2]	Рисунок 3 – 3-D проекция гипоцентров землетрясений региона исследования за 1960-2022 г.г. по каталогам (СОМЭ) [2]
Рисунок 2 – Пространственно-временное распределение сильных землетрясений региона исследования за 1960-2022 г.г. по каталогам (СОМЭ) [2]	Рисунок 4 – 3-D модели проекции гипоцентров сильных   землетрясений региона исследования в зависимости от магнитуды за 1960-2022 г.г.[2]

Актуальность расчета и анализа каждого из параметров в очагах сильных землетрясений неоспорима [1,6, 7,9,10-25]. Многие авторы исследовали физические условия в очагах землетрясений. 
Новизна проводимого исследования заключается в том, что по вычислительной методике расчета термодинамических параметров в каждом очаге сильных землетрясений региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий, получены    результаты (см.. Таблицу), которые дают представление о состоянии среды в этих очагах. Природа явления исследуется автором во многих аспектах [10-25]. Так, логарифм критических размеров объема очага (lgV) находится в квадратичной зависимости от магнитуды (М). В диапазоне магнитуд   от 6≤M≤7.3 расчетные значения V меняются в пределах 3.16E+18≤V≤1.58E+20. Наличие параметров E и V дало возможность для расчета плотности потенциальной энергии сейсмических волн в единице объема U (в эрг/см³) [1,3-15]. Причем, lgU=lgE-lgV. Так, в диапазоне магнитуд от 6≤M≤7.3 значения U изменяются в пределах от 1949.845≤U≤2630.268. Отметим, что логарифм удельной (объемной) плотности энергии сейсмических волн (lgU) в отличие от (lgV) находится в прямолинейной зависимости от магнитуды (см. рисунок 5) [3,4,6-15]. Величина потенциальной энергии сейсмических волн зависит от величины объема очага и практически не зависит от удельной плотности энергии U. Это следует из различий в изменениях V  и U для диапазона магнитуд от 6.0 до 7.3 для сильных землетрясений.
Результаты. В результате проведенных исследований, получены численные значения термодинамических параметров в каждом из очагов сильных землетрясений.  На рисунке 5 представлена взаимосвязь термодинамических параметров от магнитуды, температуры в очагах землетрясений, на рисунке 6 представлены 3-D и 2-D проекции гипоцентров землетрясений региона исследования и физико-механических параметров (в цвете - на примере логарифма вязкости  (Lgη) в земной коре.

 

lgE – логарифм энергии сейсмических волн, lgη – логарифм вязкости, G – объемный модуль упругости, τkr – эффективные касательные напряжения, αV – коэффициент теплового объемного расширения, ε – деформация объема, σ – эффективные нормальные напряжения от T(0C) температуры Рисунок 5 – Диаграмма соотношений реологических  и термодинамических  параметров в очаговых зонах землетрясений  (M>4.5)  от температуры Т(0 С) и магнитуды по [2,5]

Рисунок 6 – 3-D и 2-D модели проекции гипоцентров землетрясений и термодинамических  параметров в очагах землетрясений региона исследования (в цвете) (на примере логарифма вязкости (Lgη) – шкала значений справа)

При анализе Таблицы 1 термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений (M≥6) на территории Казахстана за 1970-2022 г.г.[2, 5], можно видеть, что в очагах сильных землетрясений с магнитудой больше 6.0:  энергия  Е (Эрг) имеет порядок в диапазоне от 21 до 23, при этом объем V имеет порядок от 18 до 20. Температуры в очагах Т°(С) с магнитудой 7.3 равняется 485°С , при  измении магнитуд до М=6, температуда Т= 835.5°С. Дальнейшее поведение термодинамических параметров можно видеть на диаграмме из рисунка 5, где показаны  соотношения реологических  и термодинамических  параметров в очаговых зонах землетрясений    от температуры Т(⁰ С) и магнитуды соответственно.

Заключение. На основе полученных новых термодинамических характеристик установлены закономерности изменения магнитуд землетрясений в литосфере Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий. Впервые получены численные значения термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений (Таблица 1).

1. Курскеев А.К., Колумбетова К.К., Литовченко И.Н., Амиров Н.Б., Лютикова В.С. О физической природе магнитуды землетрясений//Межд.науч.-практ.конф. «Современные методы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений. -Алматы, 2022.-CC. 141-148.
2. Каталог землетрясений /Сейсмическая опытно-методическая экспедиция (СОМЭ) МЧС РК [Электронный ресурс]: режим доступа -http://some.kz/index.php?p=card&outlang=1&oid=9.
3. Курскеев А.К. Землетрясения и сейсмическая безопасность Казахстана. Алматы, 2004.- 504с.
4. Тулиани Л.И. О взаимодействии магнитуды землетрясения с термодинамическими параметрами в очаговой области//Докл.АН СССР, 1983, Т.270, № 1, СС.74-77.
5. Мировой каталог землетрясений /[Электронный ресурс]: режим доступа: http://www.earthquake.usgs.gov/earthquakes/search
6. Тулиани Л.И. О связи сейсмичности с физическими параметрами тектоносферы//ДАН, 1996, Т. 350, № 6.-СС.824-827. [Электронный ресурс]: режим доступа: http://www.mathnet.ru/link/51d102a08e31063cd1e10f16984846/dan50199.pdf
7. Левин Л.Э. Магнитуда землетрясений как индикатор физико-механических параметров тектоносферы (к 80-летнему юбилею выдающегося грузинского сейсмолога и геофизика Лии Ивановны Тулиани)//Геология и геофизика Юга России, №1,2017.-СС.34-38.
8. Литовченко И.Н. Физические параметры очаговых зон сильных землетрясений земной коры Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий//Известия НАН РК.Серия геологическая.-2009. №5, СС.59-67. /[Электронный ресурс]: режим доступа: http://www.nblib.library.kz/elib/library.kz/journal/Litovchenko1.pdf
9. Тулиани Л.И. Сейсмичность и сейсмическая опасность на основе термодинамических и геологических параметров тектоносферы.-М:Научный мир.-1999.216с.
10. Литовченко И.Н. О расчете термодинамических и реологических характеристик в очагах землетрясений // Инновационные технологии в геопространственной цифровой инженерии. Международная научно-практическая конференция, посвященная 115 летию чел-кор.АН.Каз ССР Машанова А.Ж. и 100 летию академика АН Каз ССР Ержанова Ж.С. (18.03.2022) Satbayev University. Алматы. Казахстан. С. 544-549.
11. Литовченко И.Н. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКЕ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ В ОЧАГАХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ЗЕМЛИ. МАТЕРИАЛЫ X Международной научно-практической конференции
 «Наука и образование в современном мире: вызовы XXI века».-Нур-Султан, 2022.-СС.7-11.
12. Литовченко И.Н. О некоторых физических параметрах в очагах землетрясений Земли//Структура, Вещественный состав, свойства, современная геодинамика и сейсмичность платформенных территорий и сопредельных регионов.-XXII Всероссийская с межд. участием науч.-практ. конф. Щукинской конференции.-Воронеж, 2020.-СС.208-212.
13. Литовченко И.Н. К вопросу о методике расчета термодинамических и реологических характеристик в очагах землетрясений Земли// Проблемы геодинамики и геоэкологии внутриконтинентальных орогенов. Мат. докл.VII Межд.симпоз. К 80-летию Ю.А. Трапезникова.-2018.-СС.216-221.
14. Литовченко И.Н., Амиров Н.Б. Глубинное представление и зависимости термодинамических параметров в очагах землетрясений Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий//Проблемы геодинамики и геологии внутриконтинентальных орогенов .- Бишкек, 2021.-СС.34-37.
15. Литовченко И.Н., Лютикова В.С. Исследование связи между физическими параметрами очаговых зон роев землетрясений//14 Научно-практическая конференция молодых ученых.-Бишкек, 2022.
16. Лютикова В.С., Литовченко И.Н. Роевая активность в сейсмичности Северного Тянь-Шаня и прилегающих территориях// Межд.науч.-практ.конф. «Современные методы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений.-Алматы, 2022.- CC. 281- 287.
17. Lyutikova V.S., Litovchenko I.N., Amirov N.B. Activation of Weak Seismicity as an indicator of the forvation of source zone of strong earthquekes in the earth’s crust Northern Tien Shan//Материалы Межд.науч.-метод.журнала «Global Science and innovations 2022: Central Asia».-Нур-Султан, 2022.-СС.3-7.
18. Литовченко И.Н., Амиров Н.Б., Лютикова В.С. Распознавание образов роев землетрясений и их численные характеристики//Инновационные технологии и геопространственное цифровой инженерии. Межд.науч.-практ. Конф.,Алматы, 2022.-СС.549-555.
19. Лютикова В.С., Литовченко И.Н., Амиров Н.Б. ACTIVATION OF SEISMICITY AS AN INDICATOR OF THE FORMATION OF SOURCE ZONES OF STRONG EARTHQUAKES IN THE EARTH’S CRUST NORTHERN TIEN SHAN// МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ. XVI ГЛОБАЛЬНЫЕ НАУКИ И ИННОВАЦИИ 2022: ЦЕНТРАЛЬНАЯ АЗИЯ. Нур-Султан. Казахстан. С.3-7.
20. Казаков В.В., Литовченко И.Н., Паршуков М.Ю. Рои землетрясений на Северном Тянь-Шане // Прогноз землетрясений и глубинная геодинамика. Материалы международного симпозиума. Алматы, 1997. - СС.145-151.
21. Литовченко И.Н., Лютикова В.С. Универсальный алгоритм распознавания образов роевых последовательностей землетрясений в современной сейсмичности региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий//XX Всероссийская конференция с международным участием «Глубинное строение, минерагения, современная геодинамика и сейсмичность Восточно-Европейской платформы и сопредельных регионов».-Воронеж, 2016. c. 236-240.
22. Славина Л.Б., Левина В.И., Бабанова Д.Н. Особенности возникновения и распределения роевых последовательностей землетрясений в сейсмоактивной зоне в акватории Тихоокеанского побережья Камчатки // http://www/emsd.ru/konf091011/pdf/largesteqs
23. Лютикова В.С. Рои землетрясений как отклик энергонасыщенных структур земной коры на воздействие астрофизических факторов//Всемирный Конгресс инженеров и ученых «Энергия будущего: инновационные сценарии и методы их реализации», WSEC-2017.-Астана, Казахстан,.-Т.4.- Алматы, 2017.-С.С.328-331.
24. Литовченко И.Н., Амиров Н.Б., Лютикова В.С. Распознавание образов роев землетрясений и их численные характеристики//Инновационные технологии и геопространственное цифровой инженерии. Межд.науч.-практ. Конф.,Алматы, 2022.-СС.549-555.
25. Лютикова В.С., Литовченко И.Н. Технология распознавания образов в выявлении роев землетрясений//Знания-Онтологии –Теории (ЗОНТ-2019).-Мат.VII Межд.конф., 2019.-СС.233-237.

Рецензии:

9.01.2023, 10:54 Ященко Ирина Германовна
Рецензия: Представлена статья на очень актуальную тему, особенно в современных условиях катаклизмов. Хотелось бы конкретики по таблице, таблица есть, а объяснений по ней нет, как взаимосвязаны указанные параметры, можно привести коэффициенты корреляции. Из каких источников данные за 1974-2017 гг. (в название заявлено с 1970 по 2022 гг.)? Увеличилась или нет вулканическая деятельность или нет, какие прогнозы. Если будут ответы на эти вопросы, то статью можно рекомендовать к публикации в журнале.

9.01.2023, 13:36 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: 26 апреля 1966 года в 5:23 в центре Ташкенте произошло разрушительное землетрясение с магнитудой 5,2 баллов, с силой толчков на поверхности в эпицентре 8 баллов и в результате которой без крова осталось более 78 тысяч семей, или свыше 300 тысяч человек, 8 человек погибло и около 200 были госпитализированы с травмами [https://www.gazeta.uz/ru/2021/04/26/earthquake/]. Во всем мире ежегодно приборами регистрируется более миллиона землетрясений. Физика землетрясения (ударно-волновая модель землетрясения), несмотря на то, что эта проблема стоит перед человечеством более 100 лет, до сих пор она так и остается не ясной [https://www.geokniga.org/sites/geokniga/files/inbox/5226/10.pdf]. Исследования направленные на изучение характеристик землетрясений очень важны для раннего выявления и предупреждения об опасности сильных землетрясений. В статье автором впервые получены численные значения термодинамических параметров в очагах сильных землетрясений и получены 3-D и 2-D модели проекции гипоцентров землетрясений и термодинамических параметров в очагах землетрясений региона Северного Тянь-Шаня и прилегающих территорий. В статье приведены 25 литературных ссылок по исследованию разных авторов физических условий землетрясений. Статья автора Литовченко И.Н. имеет актуальность и научную новизну. Статью рекомендую к публикации в журнале.

12.01.2023, 22:50 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Актуальность статьи складывается из актуальности проблемы землетрясений вообще, актуальности изучения одной из самых разрушительных зон, каковой является Тян-Шанское высокогорье и актуальности самого контента статьи. По актуальности статья отвечает требованиям журнала. Однако простая перепечатка данных автором из своей уже опубликованной статьи недостаточна без доведения до читателя, что нового именно в этой статье. На обзор работа не дотягивает, т.к. многие ссылки даны в формате типа [2 - 25]? [3 - 16]. Отсутствие заключения, выводов превращает статью в каталог или перечень данных в виде сложно понимаемой таблицы. Несколько замечаний по оформлению. Проверить грамматику (например, в данном контексте «также» пишется вместе). Ссылки в квадратных скобках пишутся с пробелом, как и дефисный вариант. Про модели и гипотезы можно было автору посмотреть работы российских авторов. Например или в т.ч., Э.Г. Мирмовича (в Интернете есть ссылки). Однако и несмотря на замечания рецензент оставляет на усмотрение автора принять их или не принимать. Всё же небольшое заключение по работе хотелось бы увидеть. Например. «Анализ данных таблицы 5 показывает, что с запаздыванием от 3 до 10 суток всплеск термодинамического параметра может считаться предиктором провала микрозоны субдукции вблизи горного массива, вызывающего последующее землетрясения…». Это, разумеется, выдуманная фраза. Рецензент согласен на публикацию статьи научного сотрудника И. Н. Литовченко в данном журнале. Её публикация в определённой мере открывает дорогу статьям по конкретным естествкенно-научным вопросам, создающим журналу более профессиональный формат, а не электронную площадку для рассуждений о «тёмных материях» и устройстве всей Вселенной. Спасибо Ирине Николаевне за смелый поступок.

17.01.2023, 22:05 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Буду рад, если примите хоть толику замечаний к исправлению. Например, грамматику и заключение.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий