ИСТИНА

При сильных землетрясениях и извержениях вулканов могут возникать низкочастотные акусто-гравитационные волны (АГВ). Проникновение АГВ из атмосферы в нижнюю ионосферу приводит к возмущениям ионосферной плазмы, генерации токов и геомагнитным возмущениям (ГМВ). Такие явления неоднократно наблюдались как с помощью глобальных навигационных спутниковых систем, так и во время наземных измерений [1]. В частности, после Суматрского землетрясения 2004 года, вулканического извержения Hunga Tonga-Hunga Haʻapai в 2022 г. и ряда других катастрофических явлений наблюдались геомагнитные пульсации с характерной частотой 3,5-3,7 мГц на расстояниях порядка 1000 км от эпицентра события. Предполагается, что один из возможных физических механизмов данного явления связан с влиянием на ионосферу вертикального акустического резонанса между поверхностью земли и термосферой, который возбуждается поднимающейся вверх АГВ, генерируемой смещениями земной поверхности [2]. В данной работе, разработана двумерная аналитическая модель ионосферного отклика на низкочастотный акустический резонанс между поверхностью земли и термосферой. Вначале в рамках плоско-слоистой модели атмосферы и ионосферы рассматривается распространение гармонической АГВ, вызываемой вибрациями поверхности земли. Высота отражающего атмосферного слоя подбирается таким образом, чтобы частота основной моды акустического резонанса была близка к частотам 3,5-3,7 мГц, наблюдаемым на эксперименте. Исследованы дисперсионное уравнение и горизонтальная групповая скорость волны при акустическом резонансе. В этом частотном интервале атмосферу следует считать проводящей, поскольку ток проводимости больше тока смещения, уже начиная с высот около 10 км. Решение, описывающее распространение АГВ, используется в дальнейшем для расчёта токов и электромагнитных возмущений в атмосфере и Е-слое ионосферы, который рассматривается в приближении тонкого слоя с наклонным геомагнитным полем. Анализ решения задачи показывает, что в спектре электромагнитных полей содержится полюс или резкий максимум (при учёте поглощения энергии АГВ), на частоте, отвечающей акустическому резонансу. Для численных оценок использовались данные о наземных измерениях вариаций атмосферного давления во время акустического атмосферного резонанса, вызванного землетрясением Iwate-Miyagi Nairiku (M = 7.2), произошедшего в 2008 г. в Японии [Iyemori et al., 2013]. Расчёты, основанные на этих данных, показали, что спектральная амплитуда мощности ГМВ на земле составит порядка 212 нТл2/Гц в зависимости от горизонтального волнового числа АГВ, что согласуется с данными наземных измерений, полученных во время этого землетрясения. Из расчётов также следует, что при пересечении Е-слоя ионосферы горизонтальный волновой вектор ГМВ постепенно поворачивается на 90, причём спектральная амплитуда мощности ГМВ в ионосфере может быть на много порядков больше, чем на земле. Этот факт позволяет допустить, что ионосферные возмущения, вызванные АГВ, могут быть зафиксированы в магнитно-сопряжённой области ионосферы. Работа выполнена при поддержке РНФ, грант № 22-17-00125.