Современные короткопериодные вариации
Вариации тектонической активности и климата, проявляющиеся на разных масштабных уровнях, можно рассматривать как сочетание колебаний разной частоты. Их наиболее высокочастотные проявления (годы и первые десятки лет) рассмотрены в разделе 7.1 на примере соотношений колебаний уровня Каспия в течение последних 160 лет с изменениями его климатически обусловленного водного баланса и сейсмичности региона как показателя его тектонической активности.
Поскольку обнаружилась связь колебаний уровня моря с изменениями как водного баланса, так и сейсмичности, мы вправе говорить о синхронности вариаций параметров определяющих их факторов - климата и тектонических движений. Никакой генетической связи между их столь частыми колебаниями не устанавливается. Поэтому встает вопрос о некоей «третьей силе», регулирующей изменения этих параметров.В.И. Кафтан и С.К. Татевян [1996] сопоставили рассматриваемые колебания уровня Каспия с изменениями индекса солнечной активности и вековыми вариациями угловой скорости вращения Земли, выполнив их гармонический анализ. Модель колебаний уровня моря, построенная по первым шести гармоникам с наибольшими амплитудами, не только хорошо согласовывалась с реальной кривой, но и позволила предсказать прекращение подъёма уровня моря в 1997 г. (рис. 192). Это даёт основание предположить, что высокочастотные вариации климата и тектоники связаны парагенетически - регулирующим воздействием вариаций солнечной активности и скорости вращения Земли.
Периодичность вариаций магнитных возмущений и солнечной активности, коррелирующие с ними изменения погодно-климатических условий, урожайности сельскохозяйственных культур, нашествий саранчи, эпидемий и т.п. рассмотрели и обосновали А.Л. Чижевский [1973] и его последователи. Ими была показана наибольшая устойчивость 11-летнего цикла, соответствующего среднему периоду вариаций числа Вульфа (количества пятен на Солнце), и выявлена кратная ему иерархия циклов: 5-6, 22, 33-35 лет и около 90 лет.
10-1.1-летняя (в среднем) ритмичность изменений приземной температуры воздуха, как глобальной, так и (более отчетливо) в северном полушарии, с 1850 г. по 1990 г. просматривается на рис. 193. В.М. Ляхтер [2000] обратил внимание на изменчивость продолжительности основного цикла (в среднем 11-летнего) и на примере последних 250 лет показал, что она также может быть квазициклической с периодом в 60-100 лет. Вместе с тем многие климатологи признают связь высокочастотных климатических колебаний с изменениями параметров вращения Земли, прежде всего его угловой скорости, причем эта связь может быть двусторонней, поскольку изменения атмосферных течений и объёма ледников способны изменять скорость вращения [Селиванов, 1996].Отмечена корреляция циклов солнечной активности и числа землетрясений [Чижевский, 1973; Сытинский, 1987], а также средних интервалов между землетрясениями с М > 7 и изменений длины цикла [Лятхер, 2000]. Цикличность в 9-12 и 5-6 лет выявлена и во временных рядах оползневой активности в Европе [Макаров и др., 1995]. Эти циклы отражают, с одной стороны, периодичность увлажнения, т.е. климатических изменений, а, с другой стороны, периодичность сейсмической активизации Альпийского пояса, к которому тяготеет значительная часть оползней.
Рис. 192. Сопоставление кривых колебаний уровня Каспийского моря: наблюдённой (1) и модельной (2) [Кафтан, Татевян, 1996]
Fig. 192. Curves of the Caspian Sea level changes: observed (1) and calculated (2) [Кафтан, Татевян, 1996]
Рис. 193. Отклонение среднеполушарной (А - северное полушарие, Б - южное полушарие) и глобальной (В) приземной температуры воздуха в период с 1850 г. по 1990 г. от средней температуры, рассчитанной за период 1951-1980 гг. [Лосев, 2001]
Fig. 193. Deflections of annual air temperatures near the land surface since 1850 up to 1990 from the average temperature for 1951-1980 in the northern hemisphere (A), southern hemisphere (Б), and global (В) [Лосев, 2001]
Интересные для обсуждаемой проблемы сопоставления выполнили К.Г.
Леви и его соавторы [2002]. Отмечая периодичность природных процессов, соответствующую «циклу Вульфа», они, вместе с тем, обнаружили кратные ему более долгопериодные ритмы и циклы. Так, по данным А.В. Чипизубова, ими в течение последних 400 лет выявлена ритмичность максимумов выделения сейсмической энергии с наиболее характерным периодом 20-30 лет и хуже проявленными периодами 45, 90, 150 и 195-200 лет. При этом фазы максимального энерговыделения запаздывают до 10 лет по отношению к фазам наибольшей частоты сильных сейсмических событий. В Байкальском регионе частота совпадений кривых выделения сейсмической энергии и частоты землетрясений дала ритмы в 20, 40 и 70 лет.Тот же период в 20-30 лет оказался характерным для ритмичности вулканических извержений за последние 400 лет; хуже проявлены ритмы в 50, 110-130, 160 и около 200 лет. Как и при сейсмических процессах, наиболее энергоёмкие вулканические события отстают во времени от фаз наибольшей частоты извержений. В целом намечена тенденция противофазной реализации вулканических и сейсмических событий. Сходная ритмичность в 20 и 30 лет (наряду с периодом в 17(0-190 лет) выявлена для импульсов прироста древесины с 1362 г. в Байкальском регионе. Наиболее чёткую цикличность в 20-26 лет дали импульсы прироста лиственницы. Циклы в 22-30 и 40 лет отмечены за последние 250 лет в колебаниях уровня Байкала, а температурные вариации в районе г. Иркутска с 1881 г. показали периодичность в 11, 22-25 и 35-37 лет. Таким образом, во всех проанализированных природных событиях с наибольшей очевидностью просматривается цикличность вариаций, близкая к сдвоенному «циклу Вульфа» и иногда кратная ему [Леви и др., 2002].
На основе Каталога сильных (Ms ≥ 5,7) землетрясений Альпийско-Гималайского пояса между 15° и 80° в.д. Е.Р. Сенько и В.Г. Трифонов выполнили анализ временного распределения числа землетрясений и количества выделенной ими сейсмической энергии во второй половине XIX в. и в XX в.
(см. раздел 3.2.4 и рис. 65-82). Выполненный анализ подтвердил выводы прежних исследователей о значении 11-летнего цикла и, отчасти, о связи продолжительности цикла и силы землетрясений. В отдельных зонах и провинциях рассмотренного нами региона преобладает 1 (0-12-летняя цикличность, но наряду с ней присутствуют и сдвоенные циклы в 22 года, и циклы около 15 лет. Отмечено возрастание продолжительности цикла перед особенно сильным землетрясением, реже - после него. Дополняя друг друга, эти вариации выделения сейсмической энергии складываются для всего региона в более чёткую картину, давая циклы в 10-11 лет.Н.Н. Горькавый, Ю.А. Трапезников, А.М. Фридман, С.К. Татевян и их соавторы рассмотрели связь изменений числа землетрясений с изменениями угловой скорости вращения Земли. Было показано, что в сейсмичности Земли различаются три компоненты: глобальная с характерным временем изменений 10-15 лет; трансрегиональная с характерным временем около 3 лет, выраженная противофазностью активности северного и южного полушарий (максимум землетрясений с Мь> 4в одном полушарии соответствует минимуму в другом); региональная, зависящая от местных тектонических условий и нециклическая. Глобальные параметры сейсмичности оказываются связанными с изменениями угловой скорости вращения, что доказывается высокими значениями средних величин коэффициентов корреляции между числом землетрясений в 1964-1990 гг. и модулем временной производной угловой скорости вращения I dQ/dt|, т.е. его ускорением [Горькавый и др., 1994, 1999] (рис. 194).
16. Тиафтнрр В.Г., Крирхрнян А.С. 481
Эта зависимость проявляется неодинаково для землетрясений разной силы, на разных временных интервалах и в разных тектонических зонах. Она лучше выражена в 1969-1988 гг., чем в другие годы, и для Земли в целом достигает значимых величин (коэффициент корреляции >0,5) лишь для землетрясений с М ≥ 5.
Корреляция возрастает с глубиной и выше у мантийных землетрясений с промежуточными глубинами очагов (50-240 км), чем у коровых событий, но глубокофокусные землетрясения зон субдукции (глубже 300 км) корреляции не показывают. В целом обсуждаемая связь носит именно глобальный характер и, как правило, ослабевает при уменьшении области исследования, т.е. рассмотрении отдельных тектонических зон.Таким образом, на масштабном уровне годов и десятилетий обнаруживается синхронность проявлений сейсмотектонических и климатических процессов, которая не может быть объяснена их влиянием друг на друга. Вместе с тем эти изменения коррелируют с вариациями параметров орбиты вращения Земли, её магнитных возмущений и солнечной активности, которые, возможно, связаны между собой.
Рис. 194. Сопоставление графиков модуля временной производной угловой скорости вращения Земли \dQ/dt\(сплошная линия) и ежегодного числа землетрясений (линия с точками) [Горькавый и др., 1999]
Q - коэффициент корреляции между ∖dΩJdt∖и числом землетрясений N(t);
а - сопоставление с глобальным распределением землетрясений с М > 5,0 на глубинах 70-125 км; за период 1964-1990 гг. Q = 0,58 ± 0,13; за период 1969-1988 гг. Q = 0,83 ± 0,07;
б - сопоставление с глобальным распределением землетрясений с М > 6,0 на глубинах 70-240 км; за период 1964—1990 гг. Q = 0,54 ± 0,14; за период 1969-1988 гг. Q = 0,76 ± 0,09;
в - сопоставление с распределением землетрясений с М > 5,1 в зонах спрединга (все глубины); за период 1964-1990 гг. Q = 0,46 ± 0,15; за период 1969-1988 гг. Q = 0,55 ± 0,15;
г - сопоставление с распределением землетрясений с М > 4,5 в западной части Альпийско-Гималайского пояса на глубинах 10-30 км; за период 1964-1990 гг. Q = 0,51 + 0,14; за период 1969-1988 гг. Q = 0,62 ±0,14;
д - сопоставление с распределением землетрясений с М > 5,5 вдоль западной активной окраины Тихого океана на глубинах 65-145 км; за период 1964-1990 гг. Q = 0,50 ± 0,15; за период 1969-1988 гг.
Q = 0,60 ± 0,14;е, ж - сопоставление с распределением землетрясений вдоль североамериканской активной окраины Тихого океана;
е - с М > 5,1 на глубинах >8 км; за период 1964-1990 гг. Q = 0,72 ± 0,09;
ж - с М > 5,5 на глубинах >17 км; за период 1964-1990 гг. Q = 0,78 ± 0,08; за период 1967-1990 гг. Q = 0,83 ± 0,06
Fig. 194. Correlation of graphs of modulus of the time derivative of the anlular rate of the Earth’s rotation I dQ,∣dt I (solid line) and annual number of earthquakes (line with dots) [Горькавый и др., 1999] !
Q - coefficient of correlation between I dζl∕dt I and number of earthquakes N(t);
a - global sum of earthquakes M > 5,0 in depths 70^125 km; Q=0,58±0,13 in 1964-1990 and Q = 0,83±0,07 in 1969-1988;
6 - global sum of earthquakes M > 6,0 in depths 70-240 km; Q=0,54±0,14 in 1964—1990 and Q = 0,76±0,09 in 1969-1988;
в - earthquakes M > 5,1 in zones of spreading (all depths); Q=0,46±0,15 in 1964-1990 and Q = 0,55±0,15 in 1969-1988;
г - earthquakes M > 4,5 in the western part of the Alpine-ffimalayan belt in depths 10-30 km; Q = 0,51±0,14 in 1964-1990 and Q = 0,62+0,14 in 1969-1988;
д - earthquakes M > 5,5 in the western active margin of the Pacific in depths 65-145 km; Q = 0,50±0,15 in 1964-1990 and Q = 0,60±0,14 in 1969-1988;
e, ж - earthquakes in the North American active margin of the Pacific:
e - M > 5,1 and depths > 8 km; Q = 0,72±0,09 in 1964-1990;
ж - M > 5,5 and depths > 17 km; Q = 0,78+0,08 in 1964-1990 and Q = 0,83±0,06 in 1967 1990
7.4.2.