Результаты экспериментов

На Рис. 1. изображены вариации интенсивности нуклонного компонента и числа импульсов радиоволн, генерируемых литосферой на Сахалине в январе-марте 2010 г. во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 г.

Рис. 1. Вариации интенсивности нуклонного компонента и импульсов радиоволн земной коры во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 г.

Видно, что число импульсов радиоволн антикоррелирует с интенсивностью нуклонов. На Рис. 2 показаны вариации числа импульсов радиоволн и электропроводности литосферы.

Следует отметить, что аналогичный эффект наблюдался в экспериментах с водопроводной водой: при максимальной солнечной активности электропроводности воды увеличивалась [9] , но данный эффект пока не получил должного объяснения.

Объяснение экспериментальных результатов

Очень кратко опишем модель электропроводности земной коры. Электропроводность почвы сильно зависит от механического, химического состава и влажности. Так как природа проводимости в значительной степени ионная (растворы электролитов), то она повышается при увеличении её солёности и влажности (уменьшается удельное сопротивление) Среднее значение удельного сопротивления почвы (глины, глинистые сланцы, илистая, суглинок) – 4,06 Ом · м [14].

Амплитуда электромагнитного сигнала обратно пропорциональна электропроводности земной коры. Поэтому рассмотрим подробнее влияния солнечной активности на электропроводность верхнего слоя земной коры. Пусть электропроводность дается выражением:

(1)

где J_n, J_e, J_μ – интенсивности вторичных нейтронов, электронов и мюонов соответственно; е – заряд электрона; μ_е – подвижность электрона; J_n – интенсивность нуклонов; J_е – интенсивность электронов; Е_n – энергия нейтронов (МэВ); Е_е – энергия электронов (МэВ); L – свободный пробег до поглощения нуклонов; l – пробег до поглощения электронов; λ – свободный пробег до поглощения мюонов.

Выражения для пространственного распределения вторичных нуклонов и электронов при максимальной и минимальной солнечной активности получены в работе [5−6] на основе синтеза двух методов – метода коэффициентов связи [7] и метода последовательных поколений [5]:

(2)

(3)

где Jn₀, Je₀ – интенсивность нуклонов и электронов при минимальной солнечной активности; k₁, k₂ – коэффициенты максимального возрастания нуклонов и электронов (зависит от балла вспышки); R – геомагнитная жесткость – величина, характеризующая минимальную энергию, которой должна обладать частицы, чтобы достигнуть некоторого пункта земной поверхности с определенными географическими координатами; α, γ, α₁, γ₁ – постоянные коэффициенты; х – атмосферное давление (мбар).

Тогда, электропроводность земной коры при максимальной солнечной активности можно задать той же формулой:

Рис. 2. Вариации числа импульсов радиоволн (Ряд 1) и электропроводности (Ряд 2) литосферы.

(4)

Например, если во время сильнейших солнечных вспышек, зарегистрированных 23 февраля 1956 г. [8], 2007 и 25 мая 2010 г. максимальное увеличение интенсивности нуклонов достигало 50000% , то, электропроводность земной коры должна, соответственно, возрасти, по крайней мере, в 2 раз. На Рис. 2 показаны вариации числа импульсов радиоволн и электропроводности литосферы. Из Рис. 2 видно, что максимум интенсивности нуклонов смещен относительно пика импульсов радиоволн и, поэтому, корреляция не так заметна, как на Рис. 1. Это, скорее всего, связано с суточным вращением Земли.

Глубина скин-слоя обратно пропорциональна электропроводности:

(5)

где Δ – глубина скин-слоя; ω – частота радиоволн. Тогда, глубина скин-слоя при максимальной солнечной активности будет:

(6)

Относительные вариации глубины скин-слоя при максимальной солнечной активности будут:

(7)

На Рис.3–6 показано пространственное распределение и относительные вариации электропроводности наружного слоя земной коры земной и глубины скин-слоя в периоды максимальной солнечной активности в северном и южном полушариях.

Из Рис.3–4 следует, что максимальное увеличение интенсивности во время солнечной вспышки соответствует 85ºN и 90ºS − в этих областях относительные вариации достигают почти 100% в северном полушарии и 50% в южном, а далее следует спад по экспоненциальному закону. В обоих полушариях наблюдается экспоненциальная зависимость от глубины почвы, но вариации электропроводности практически не зависят от глубины слоя почвы. На Рис.5–6 видно, что глубина скин-слоя также изменяется по экспоненциальному закону в зависимости от географической широты и глубины почвенного слоя, при этом в области полярных широт толщина скин-слоя минимальна , следовательно, в данной области будет наблюдаться максимальное поглощение радиоволн во время солнечной вспышки. Относительные вариации глубины скин-слоя достигают 50% в обоих полушариях.

а) северное полушарие

б) южное полушарие

Рис.3. Пространственное распределение глубины электропроводности во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 года

а) северное полушарие

б) южное полушарие

Рис.4. Пространственное распределение относительных вариаций электропроводности во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 года

а) северное полушарие

б) южное полушарие

Рис. 5. Пространственное распределение глубины скин-слоя во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 года

а) северное полушарие

б) южное полушарие

Рис. 6. Пространственное распределение относительных вариаций глубины скин-слоя во время солнечной вспышки 8 февраля 2010 года

Результаты

Итак, резкое поглощение радиоволн в земной коре при максимальной солнечной активности объясняется резким возрастанием свободных носителей заряда. Это явление аналогично ППШ (поглощение в полярной шапке) [15,11,12], которое есть следствие увеличения электропроводности ионосферы в результате возрастания интенсивности вторичных космических лучей. Непосредственно перед падением интенсивности радиоволн наблюдается резкий всплеск электромагнитного сигнала, т.к. вследствие эффекта Форбуша электропроводность земной коры резко уменьшится в результате падения интенсивности вторичных космических лучей. Далее электромагнитный сигнал медленно возрастает в течение 8-10 часов. Это объясняет антикорреляцию числа импульсов радиоволн с вариациями интенсивности вторичных космических лучей (преимущественно нуклонов).