Наиболее ранними работами были исследования электромагнитных явлений, которые наблюдались до и после мощных землетрясений . Важно отметить, что электромагнитные аномалии фиксировались как до, так и после землетрясений, то есть, возможно, отражают пластические геодеформации большой амплитуды. Электромагнитная природа таких аномалий может быть идентифицирована с геодинамическими процессами в недрах Земли.
Специалисты Научного центра проблем аэрокосмического мониторинга "Аэрокосмос" и Института радиоэлектротехники и электроники РАН исследовали вариации электронной концентрации ионосферы в период подготовки и прохождения Калининградского землетрясения с 16 по 22 сентября 2004 года. Это мелкофокусное землетрясение, зафиксированное в дату весеннего равноденствия, по нашему мнению, может рассматриваться в виде смещения земной коры по астеносфере.
Анализ результатов, полученных на основании данных наземных станций, показал, что за 3-5 суток до землетрясения электронная концентрация росла, а за двое суток до него максимум электронной концентрации заметно уменьшился. Такое состояние ионосферы может характеризовать процесс регионального блокирования пластических геодеформаций с известным недельным циклом. Резкое падение электронной концентрации происходило только в ближайших к эпицентру областях. Важно отметить, что данные, полученные с помощью наземного приемника, удаленного от эпицентра на 1100 км, не зафиксировали никаких изменений.
В работах было впервые обращено внимание на существование в области главного максимума ионосферы неизвестного ранее геофизического объекта — макромасштабных неоднородностей положительного знака. Они возникают за несколько часов до сильных землетрясений в окрестностях эпицентров и затем приходят в движение.
В работе исследуется динамика таких неоднородностей по данным о полном электронном содержании (total electron content — TEC), полученным по регулярным наблюдениям глобальной навигационной системы GPS (Global Positioning System) международной сети станций IGS (International Geodynamic Service). Стоит отметить, что, в отличие от станций высотного зондирования атмосферы, количество которых год от года неизменно сокращается, число станций GPS-IGS неуклонно увеличивается, непрерывно работающие станции поставляют данные с высоким временным разрешением. Эти преимущества позволяют получить оценку пространственных масштабов и временной динамики ионосферных неоднородностей. Параметр TEC (total electron content) достаточно точно следит за состоянием ионосферного слоя F2 и его пространственно-временными изменениями.
В качестве исходного материала служили данные о полном электронном содержании ионосферы TEC, полученные по GPS-наблю-дениям. Как известно, GPS-техника обеспечивает измерение групповых и фазовых задержек сигналов L1 =1575 МГц и L2 = 1228 МГц с 30-секундным интервалом одновременно для всех спутников, находящихся в зоне радиовидимости над отдельной станцией. Одновременно 6-8 и более спутников могут наблюдаться в секторах различных азимутов. Как групповые, так и фазовые задержки являются относительными, так как содержат неизвестные аппаратурные задержки или неизвестную начальную фазу. Инструментальная задержка и абсолютное значение TEC рассчитываются, используя измерения всех пролетов спутников над станцией на 24-часовом интервале. В расчетах ионосфера аппроксимируется в виде тонкого слоя, расположенного на фиксированной высоте (h = 400 км). Для пересчета наклонного (вдоль луча) TEC используется геометрический метод. В результате применения этой процедуры получают как суточную вариацию TEC над станцией наблюдения, так и возможность анализа вариации абсолютной величины TEC вдоль траектории пролета для всех 24 спутников системы GPS.
Поиски электромагнитных эффектов в ионосфере осуществляются в основном посредством регистрации отклонений в фоновом состоянии ионосферной плазмы. Отклонения фонового состояния, определяющие момент землетрясений, фиксируются, как правило, относительно средних значений уровня электронной концентрации в максимуме слоя F2. Таким образом, в настоящее время использование TEC является одним из наиболее эффективных средств в изучении пространственно-временной модификации ионосферы.
В данной работе исследование проводилось на основе анализа глобальных карт TEC в формате IONEX, построенных по данным сети GPS-IGS с двухчасовым интервалом [Schaer S., 1999]. Карты строятся с использованием данных от более чем 150 станций, распределенных по всему миру. Ошибка построения карт для северного полушария на широтах 20-80° составляет 2-3 TECU.
При анализе используются дифференциальные карты TEC, которые представляют собой относительные отклонения значений TEC в конкретный день от медианных. Кроме этого, для анализа привлекались данные наземного вертикального зондирования на критической частоте слоя F2.
Была рассмотрена геомагнитная ситуация накануне землетрясения в Турции 17 августа 1999 г., магнитуда землетрясения составила М = 7,8, главный удар произошёл в 00,01 UT (03.01 LT) с географическими координатами 40,75°N, 29,86°E. Для анализа этих неоднородностей эффективно используются глобальные ТЕС-карты. Для обнаружения сейсмоионос-ферных аномалий были построены дифференциальные карты ежедневных изменений ТЕС (АТЕС). Дифференциальные ионосферные ТЕС-карты созданы с помощью вычисления вариаций полного электронного содержания ионосферы перед землетрясением относительно ТЕС-карт, созданных для невозмущенных состояний. На рис. 2.8.1 представлены мировые карты изолиний АТЕС % 16.08.1999 с интервалом два часа.
Черным кружком отмечено место эпицентра, а выходящий из него отрезок дуги большого круга условно представляет траекторию движения неоднородности, отмеченной пунктирными квадратами, цифры в квадратах означают округлённое время (ИТ) нахождения неоднородности в данном пункте.
Генерация ионосферных возмущений перед формированием высокоамплитудных разрывных геодеформаций и эффект изменения координат аномалий со скоростью 800-1300 км/ч можно рассматривать как проявление пока не изученных геодеформаций, формируемых изменениями, происходящими в недрах Земли.