За несколько секунд до землетрясения в Турции и Сирии люди видели в небе голубое свечение — причем и 6, и 20 февраля. О загадочном предвестнике стихийного бедствия.
Сейсмическая энергия
Большинство землетрясений происходит на глубинных разломах, служащих границами литосферных плит. В Турции и Сирии сходятся три такие плиты: Анатолийская, Аравийская и Африканская.
Аравийская движется на север, и Анатолийская, на которой расположена бо́льшая часть Турции, оттесняется на запад. Скольжению пород препятствует трение, накапливается энергия. Когда напряжение достигает критического значения, происходит разрыв.
Часть энергии при этом высвобождается в виде сейсмических волн, несущих разрушения, часть переходит в тепло. Вспышки, возникающие в небе над местом землетрясения, ученые связывают с сильными электрическими полями — еще одним следствием разрядки механических напряжений.
Возбужденный газ
Первая причина необычных световых эффектов, которые называют "огнями землетрясений" (earthquake lights, или EQL), — пьезоэлектрический эффект.
"Когда кристаллическое вещество деформируется, в нем генерируются электрические поля, — говорит главный научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Сергей Пулинец. — В обычной ситуации у каждого кристалла — своя направленность этого поля, а их сумма стремится к нулю. Но при внешнем воздействии напряженности складываются и возникают поля колоссальной силы".
Нормальная напряженность электрического поля у поверхности Земли — 100-150 вольт на метр. Перед землетрясением этот показатель может подскочить до нескольких киловольт на метр, отмечает ученый. Воздушные электрические разряды создают свечение, похожее на полярное сияние, но только в более низких слоях атмосферы — на высоте несколько километров.
Механическое напряжение в зоне разлома достигает максимума перед разрывом пород, то есть непосредственно перед землетрясением. Соответственно, в этот момент на пике и сила электрического поля.
"Свечение вызывает возбуждение атмосферных газов, — объясняет Пулинец. — Электроны переходят на более высокий энергетический уровень, а когда возвращаются обратно, испускают волну света. Цвет излучения определяется длиной волны, то есть разницей между энергетическими уровнями".
Ионизация
Еще один фактор — ионизация воздуха, связанная как с электрическими разрядами, так и с высвобождением из зоны разлома глубинных газов.
"В земной коре много различных газов, — говорит ученый. — При нарушении целостности литосферы они выходят на поверхность. Там всегда есть благородные газы, в том числе радиоактивный радон. При распаде он выделяет альфа-частицы очень высокой энергии, усиливающие ионизацию".
К заряженным ионам присоединяются молекулы воды, находящиеся в атмосфере. Крупные кластерные ионы образуют в воздухе дисперсную взвесь. В подобных аэрозольных средах (например, в облаках тумана или дыма) электричество распространяется намного быстрее.
Предвестники землетрясений
К сожалению, яркие вспышки атмосферного электричества возникают всего за несколько секунд до подземных толчков. Они не предупредят о катастрофе заранее, но можно использовать для этого порождающие их физические процессы.
Сергей Пулинец с коллегами разработали модель литосферно-атмосферно-ионосферного взаимодействия (Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling — LAIC), позволяющую на основе анализа ряда факторов предсказывать землетрясения. Прежде всего — по увеличению эмиссии радона. Далее — тепловые аномалии. Со спутника хорошо видны "пятна" повышенной температуры. Еще один важный показатель — резкое снижение влажности.
"Когда молекулы воды "прилипают" к кластерным ионам, резко падает влажность, — рассказывает исследователь. — Например, перед первым землетрясением в Турции, 6 февраля, влажность снизилась со ста процентов до 35 в течение нескольких часов. Двадцатого февраля было еще заметнее — влажность упала до нуля, а потом восстановилась до ста процентов".
После того как трещины закрываются, ионизация прекращается, влажность повышается. Часто льют дожди и резко, в течение нескольких часов, падает температура на четыре-пять градусов. В Турции 6 февраля даже пошел снег.
Изменения электрических свойств затрагивают и верхние слои атмосферы. Ученые установили, что в ионосфере аномалии, которые можно зафиксировать со спутников, проявляются за несколько суток до сильных тектонических подвижек.
Модель LAIC, в отличие от традиционного подхода, учитывающего только сейсмическую активность, полагается на целый комплекс физических факторов. Последовательное их проявление — увеличение концентраций радона, повышение поверхностной температуры воздуха и, наконец, ионосферные аномалии — однозначно, по мнению авторов, указывает на скорое землетрясение.
Владислав Стрекопытов