ОБНАРУЖЕНИЕ И ОЦЕНКА МОДЫ ШЛИХТЕРА ПО ДОЛГОВРЕМЕННЫМ ДЕФОРМОГРАФИЧЕСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ
© 2020 г. В.К. Милюков1, 2 *, М.П. Виноградов1, А.П. Миронов1, 2, А.В. Мясников1
1
Государственный
астрономический
институт им.
П.К. Штернберга,
Московский
государственный
университет
им. М.В. Ломоносова
(ГАИШ МГУ), г. Москва,
Россия
2 Владикавказский научный центр РАН, г. Владикавказ, Республика Северная Осетия–Алания, Россия
*e-mail: vmilyukov@yandex.ru
Аннотация. Для поиска моды Шлихтера (1S1) – самой длиннопериодной моды собственных колебаний Земли – используются долговременные (более 15 лет) деформационные данные Баксанского лазерного интерферометра-деформографа ГАИШ МГУ (Приэльбрусье, Северный Кавказ) с длиной измерительного плеча 75 м. Обнаружение и оценка моды Шлихтера производится по разработанному авторами асимптотически-оптимальному алгоритму анализа данных с учетом свойств сейсмического шума и особенностей моды, включающих параметры ее расщепления. Проверяется гипотеза постоянного возбуждения моды. Определены наиболее вероятные периоды моды Шлихтера и значения параметра расщепления, выполнена оценка статистической достоверности обнаружения.
Ключевые слова: ядро Земли, собственные колебания Земли, мода Шлихтера, лазерный интерферометр-деформограф, асимптотически-оптимальный алгоритм.
DOI: https://doi.org/10.21455/GPB2020.4-10
Цитирование: Милюков В.К., Виноградов М.П., Миронов А.П., Мясников А.В. Обнаружение и оценка моды Шлихтера по долговременным деформографическим наблюдениям // Геофизические процессы и биосфера. 2020. Т. 19, № 4. С. 143–152. https://doi.org/10.21455/GPB2020.4-10
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19-05-00341).
Литература
Виноградов М.П., Милюков В.К., Миронов А.П., Мясников А.В. Асимптотически оптимальный алгоритм для поиска и оценки моды Шлихтера по долговременным деформационным данным // Вестн. Моск. ун-та. Сер. Физика, астрономия. 2019. № 2. С. 89–94. (На англ. яз.: Vinogradov M.P., Milyukov V.K., Mironov A.P., Myasnikov A.V. An asymptotically optimal algorithm for the search for and evaluation of the Slichter mode from long-term strain data // Moscow Univ. Phys. Bull. 2019. V. 74 (2). P. 205–211. https://doi.org/10.3103/S002713491902019X).
Милюков В.К. Наблюдение тонкой структуры основной сфероидальной моды Земли 0S2 // Физика Земли. 2005. № 4. С. 16–22. (На англ. яз.: Milyukov V.K. Observation of the fine structure of the fundamental spheroidal mode 0S2 // Izvestiya – Physics of the Solid Earth. 2005. V. 41 (4). P. 267–272).
Милюков В.К., Мясников А.В. Метрологические характеристики Баксанского лазерного интерферометра // Измерительная техника. 2005. № 12. С. 26–30. (На англ. яз.: Milyukov V.K., Myasnikov A.V. Optophysical measurements – metrological characteristics of the Baksan laser interferometer // Measurement Techniques. 2005. V. 48 (12). P. 1183–1190. https://doi.org/10.1007/s11018-006-0042-7).
Милюков В.К., Виноградов М.П., Лагуткина А.В., Миронов А.П., Мясников А.В., Перелыгин Н.А., Пустовитенко Б.Г., Боборыкина О.В., Вольфман Ю.М., Насонкин В.А. Наблюдения собственных колебаний Земли лазерными интерферометрами-деформографами // Измерительная техника. 2015a. № 12. С. 25–29. (На англ. яз.: Milyukov V.K., Vinogradov M.P., Lagutkina A.V., Mironov A.P., Myasnikov A.V., Perelygin N.A., Pustovitenko B.G., Boborykina O.V., Volfman Y.M., Nasonkin V.A. Observation of the free oscillations of the Earth by laser interferometer-strain meters // Measurement Techniques. 2016. V. 58 (12). P. 1322–1329. https://doi.org/10.1007/s11018-016-0893-5).
Милюков В.К., Виноградов М.П., Миронов А.П., Мясников А.В., Перелыгин Н.А. Собственные колебания Земли, возбужденные тремя крупнейшими землетрясениями последнего десятилетия, по деформационным наблюдениям // Физика Земли. 2015б. № 2. С. 21–36. https://doi.org/10.7868/S0002333715010093 (На англ. яз.: Milyukov V.K., Vinogradov M.P., Mironov A.P., Myasnikov A.V., Perelygin N.A. The free oscillations of the Earth excited by three strongest earthquakes of the past decade according to deformation observations // Izvestiya – Physics of the Solid Earth. 2015. V. 51 (2). P. 176–190. https://doi.org/10.1134/S1069351315010097).
Милюков В.К., Виноградов М.П., Миронов А.П., Мясников А.В. Собственные колебания Земли, возбужденные глубокофокусным землетрясением 2013 г. в Охотском море // Геофизические процессы и биосфера. 2018. Т. 17, № 4. С. 127–140. https://doi.org/10.21455/GPB2018.4-7 (На англ. яз.: Milyukov V.K., Vinogradov M.P., Mironov A.P., Myasnikov A.V. Earth’s free oscillations excited by the 2013 Okhotsk sea earthquake // Izvestiya – Atmospheric and Oceanic Physics. 2018. V. 54(11). P. 1553–1561. https://doi.org/10.1134/S0001433818110063).
Милюков В.К., Виноградов М.П., Миронов А.П., Мясников А.В. Обнаружение и оценка моды Шлихтера по наблюдениям землетрясения в Чили 27.02.2010 г. на лазерном интерферометре-деформографе // Физика Земли. 2020. № 6. С. 1–13.
Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. М.: Радио и связь, 1992. 304 c.
Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970. 392 c.
Bullen K.E., Bolt B.A. An introduction to the theory of seismology. 4th ed. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1985. 499 p.
Busse F.H. On the free oscillations of the Earth’s inner core // J. Geophys. Res. 1974. V. 79 (5). P. 753–757.
Courtier N., Ducarme B., Goodkind J., Hinderer J., Imanishi Y., Seama N., Sun H., Merriam J., Bengert B., Smylie D.E. Global superconducting gravimeter observations and the search for the translational modes of the inner core // Phys. Earth Planet. Inter. 2000. V. 117. P. 3–20.
Crossley D.J. Eigensolutions and seismic excitation of the Slichter mode triplet for a fully rotating Earth model // EOS. 1992. V. 73 (43). P. 60.
Crossley D., Rochester M., Peng Z. Slichter modes and Love numbers // Geophys. Res. Let. 1992. V. 19. P. 1679–1682.
Cummins P., Wahr J.M., Agnew D.C., Tamura Y. Constraining core undertones using stacked IDA gravity records // Geophys. J. Inter. 1991. V. 106 (1). P. 189–198.
Dahlen F.A., Sailor R.V. Rotational and elliptical splitting of the free oscillations of the Earth // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1979. V. 58. P. 609–623.
Dahlen F., Tromp J. Theoretical global seismology. Princeton; New Jersey, U.S.: Princeton Univ. Press, 1998. 944 p.
Ding H., Chao B.F. The Slichter mode of the Earth: Revisit with optimal stacking and autoregressive methods on full superconducting gravimeter dataset // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2015. V. 48. P. 7261–7272. https://doi.org/10.1002/2015JB012203
Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference Earth model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25. P. 297–356.
Gilbert F., Dziewonski A. An application of normal mode theory to the retrieval of structural parameters and source mechanisms from seismic spectra // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. 1975. A278. P. 187–269.
Guo J.Y., Dierks O., Neumeyer J., Shum C.K. A search for the Slichter modes in superconducting gravimeter records using a new method // Geophys. J. Inter. 2007. V. 168. P. 507–517.
Hinderer J., Crossley D., Jensen О. A search for the Slichter triplet in superconducting gravimeter data // Phys. Earth Planet. Inter. 1995. V. 90. P. 183–195.
Jiang Y., Xu J., Sun H. Detection of inner core translational oscillations using superconducting gravimeters // J. Earth Sci. 2013. V. 24 (5). P. 750–758. https://doi.org/10.1007/s12583-013-0370-x
Luan Wei,·Shen Wen Bin, Ding Hao, Zhang Tengxu. Potential Slichter triplet detection using global superconducting gravimeter data // Surv. Geophys. 2019. V. 40. P. 1129–1150. https://doi.org/10.1007/s10712-019-09561-9
Milyukov V.K., Vinogradov M.P., Mironov A.P., Myasnikov A.V. Detection and estimation of the Slichter mode based on the data of the Baksan long-base laser strainmeter (the Northern Caucasus, Russia) // Geophys. Res. 2018. V. 20 P. EGU2018–3964. (Abstr. of General Assemblies of the Europ. Geosci. Union, EGU).
Pawlowicz R., Beardsley B., Lentz S. Classical tidal harmonic analysis including error estimates in MATLAB using T TIDE // Comp. & Geosci. 2002. V. 28. P. 929–937.
Peng Z. Effects of a mushy transition zone at the inner core boundary on Slichter modes // Geophys. J. Inter. 1997. V. 131. P. 607–617.
Rieutord M. Slichter modes of the Earth revisited // Phys. Earth Planet. Inter. 2002. V. 131. P. 269–278. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(02)00039-0
Rogister Y. Splitting of seismic-free oscillations and of the Slichter triplet using the normal mode theory of a rotating, ellipsoidal Earth // Phys. Earth Planet. Inter. 2003. V. 140. P. 169–182.
Rosat S., Rogister Y. Excitation of the Slichter mode by collision with a meteoroid or pressure variations at the surface and core boundaries // Phys. Earth Planet. Inter. 2012. V. 190–191. P. 25–31.
Rosat S., Hinderer J., Crossley D.J., Rivera L. The search for the Slichter mode: Comparison of noise levels of superconducting gravimeters and investigation of a stacking method // Phys. Earth Planet. Inter. 2003. V. 140 (13). P. 183–202.
Rosat S., Rogister Y., Crossley D., Hinderer J. A search for the Slichter triplet with superconducting gravimeters: Impact of the density jump at the inner core boundary // J. Geodyn. 2006. V. 41. P. 296–306.
Rosat S., Boy J.-P., Rogister Y. Surface atmospheric pressure excitation of the translational mode of the inner core // Phys. Earth Planet. Inter. 2014. V. 227. P. 55–60. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2013.12.005
Shen W.B., Ding H. Detection of the inner core translational triplet using superconducting gravimetric observations // J. Earth Sci. 2013. V. 24. P. 725–735.
Shen W.B., Luan W. Feasibility analysis of searching for the Slichter triplet in superconducting gravimeter records // Geod. and Geodyn. 2015. V. 6 (5). P. 307–315. https://doi.org/10.13039/501100001809
Slichter L.B. The fundamental free mode of the Earth’s inner core // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1961. V. 47. P. 186–190. https://doi.org/10.1073/pnas.47.2.186 (Статья была впоследствии скорректирована. См.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. March 1961. V. 47 (3)).
Smith M.L. Translational inner core oscillations of for a rotating, slightly elliptical Earth // J. Geophys. Res. 1976. V. 81 (17). P. 3055–3064.
Smylie D.E. The inner core translational triplet and the density near Earth’s centre // Science. 1992. V. 255. P. 1678–1682.
Smylie D.E., McMillan D.G. The inner core as a dynamic viscometer // Phys. Earth Planet. Inter. 2000. V. 117. P. 71–79. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(99)00088-6
Widmer R., Masters G., Gilbert F. The spherical Earth revisited // Proc. of the 17th Inter. conf. on mathematical geophysics, June 1988, Blanes, Spain.
Xu J.Q., Sun H.P., Zhou J.C. Experimental detection of the inner core translational triplet // Chin. Sci. Bull. 2010. V. 55 (3). P. 276–283.
Сведения об авторах
МИЛЮКОВ Вадим Константинович – Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). Россия, 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13; Владикавказский научный центр РАН. Россия, Республика Северная Осетия–Алания, 362027, г. Владикавказ, ул. Маркуса, д. 22. E-mail: vmilyukov@yandex.ru
ВИНОГРАДОВ Михаил Петрович – Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). Россия, 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13. E-mail: rospak@inbox.ru
МИРОНОВ Алексей Павлович – Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). Россия, 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13; Владикавказский научный центр РАН. Россия, Республика Северная Осетия–Алания, 362027, г. Владикавказ, ул. Маркуса, д. 22. E-mail: almir@physics.msu.ru
МЯСНИКОВ Андрей Владимирович – Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ). Россия, 119234, г. Москва, Университетский просп., д. 13. E-mail: andrey0405@mail.ru