НАБЛЮДЕНИЕ УЛЬТРАНИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ПЕРЕД ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ (М=7.8) 13 НОЯБРЯ 2016 Г. В НОВОЙ ЗЕЛАНДИИ

С целью изучения электромагнитных предвестников, связанных с землетрясением 13 ноября 2016 г. в Новой Зеландии, проанализированы наземные геомагнитные данные, полученные с использованием трехкомпонентного магнитометра Геомагнитной обсерватории Эйруэлл (Новая Зеландия) (43.474 ° ю.ш., 172.393 ° в.д.) в период с 1 октября по 31 декабря 2016 г. Землетрясение магнитудой 7.8 балла произошло в 54 км к северо-востоку от г. Эмберли , а его эпицентр находился в 158 км от Геомагнитной обсерватории Эйруэлл. Для выявления аномалий магнитных данных проанализированы коэффициент поляризации, фрактальная размерность и основные компоненты ультранизкочастотного магнитного поля (УНЧ) изучаемого района. По временному ряду коэффициента поляризации установлено, что данный показатель был превышен дважды, а именно 20 и 30 октября 2016 года, т.е. до возникновения землетрясения, и имел значение ~1 и более в этих случаях. Поскольку индексы глобальной геомагнитной активности Kp и Dst были в норме, повышенный коэффициент поляризации мог быть связан с фазой подготовки землетрясения, которое произошло 13 ноября 2016 г. Для дальнейшей классификации проведен анализ основных компонентов магнитного поля. Первые три основные компонента дают более 90 % дисперсии исходного временного ряда магнитного поля УНЧ. Установлено, что первый основной компонент хорошо коррелирует с индексом геомагнитной активности Dst (магнитная буря), зарегистрированным в этот период. При этом во втором главном компоненте преобладали ежедневные колебания, являющиеся периодическим компонентом зарегистрированного магнитного поля УНЧ. Временное изменение третьего основного компонента было проанализировано для проверки возможной корреляции между проявлениями геомагнитных возмущений УНЧ и возникновением землетрясения. Фрактальная размерность D и Z компонентов магнитных данных изначально уменьшилась, но вскоре резко увеличилась. Такие изменения наблюдались за три дня до изучаемого землетрясения.

1. Akinaga Y., Hayakawa M., Liu J.Y., Yumoto K., Hattori K., 2001. A Precursory ULF Signature for the Chi-Chi Earthquake in Taiwan. Natural Hazards and Earth System Sciences 1 (1/2), 33–36. https://doi.org/10.5194/nhess-1-33-2001.

2. Alken P., Maute A., Richmond A.D., Vanhamäki H., Egbert G.D., 2017. An Application of Principal Component Analysis to the Interpretation of Ionospheric Current Systems. Journal of Geophysical Research: Space Physics 122 (5), 5687–5708. https://doi.org/10.1002/2017JA024051.

3. Arora B.R., Rawat G., Kumar N., Choubey V.M., 2012. Multi-Parameter Geophysical Observatory: Gateway to Integrated Earthquake Precursory Research. Current Science 103 (11), 1286–1299.

4. Bak P., Tang C., Wiesenfeld K., 1987. Self-Organized Criticality: An Explanation of 1/f Noise. Physical Review Letters 59 (4), 381–384. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.59.381.

5. Berry M.V., 1979. Diffractals. Journal of Physics A: Mathematical and General 12 (6), 207–220.

6. Burlaga L.F., Klein L.W., 1986. Fractal Structure of the Interplanetary Magnetic Field. Journal of Geophysical Research: Space Physics 91 (A1), 347–350. https://doi.org/10.1029/JA091iA01p00347.

7. Chauhan V., Pandey U., Singh B., Arrora B.R., Rawat G., Pathan B.M., Sinha A.K., Sharma A.K., Patil A.V., 2012. A Search for Precursors of Earthquakes from Multi-Station ULF Observations and TEC Measurements in India. Indian Journal of Radio and Space Physics 41, 543–556.

8. Chen C.-H., Liu J.-Y., Lin P.-Y., Yen H.-Y., Hattori K., Liang W.-T., Zeng X., 2010. Pre-Seismic Geomagnetic Anomaly and Earthquake Location. Tectonophysics 489 (1–4), 240–247. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2010.04.018.

9. Dudkin F., Rawat G., Arora B.R., Korepanov V., Leontyeva O., Sharma A.K., 2010. Application of Polarization Ellipse Technique for Analysis of ULF Magnetic Fields from Two Distant Stations in Koyna-Warna Seismoactive Region, West India. Natural Hazards and Earth System Sciences 10 (7), 1513–1522. https://doi.org/10.5194/nhess-10-1513-2010.

10. Fedorov E., Pilipenko V., Uyeda S., 2001. Electric and Magnetic Fields Generated by Electrokinetic Processes in a Conductive Crust. Physics and Chemistry of the Earth, Part C: Solar, Terrestrial & Planetary Science 26 (10–12), 793–799. https://doi.org/10.1016/S1464-1917(01)95027-5.

11. Fraser-Smith A.C., Bernardi A., McGill P.R., Ladd M.E., Helliwell R.A., Villard Jr.A.D., 1990. Low-Frequency Magnetic Field Measurements near the Epicenter of the Ms 7.1 Loma-Prieta Earthquake. Geophysical Research Letters 17 (9), 1465–1468. https://doi.org/10.1029/GL017i009p01465.

12. Gokhberg M.B., Morgounov V.A., Pokhotelov O.A., 1995. Earthquake Prediction: Seismo-Electromagnetic Phenomena. Gordon & Breach, Australia, USA, 193 p.

13. Gotoh K., Hayakawa M., Smirnova N., 2003. Fractal Analysis of the ULF Geomagnetic Data Obtained at Izu Peninsula, Japan in Relation to the Nearly Earthquake Swarm of June–August 2000. Natural Hazards and Earth System Sciences 3 (3/4), 229–236. https://doi.org/10.5194/nhess-3-229-2003.

14. Gotoh K., Hayakawa M., Smirnova N., Hattori K., 2004. Fractal Analysis of Seismogenic ULF Emissions. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 29 (4–9), 419–424. https://doi.org/10.1016/j.pce.2003.11.013.

15. Han Q., Carpinteri A., Lacidogna G., Xu J., 2015. Fractal Analysis and Yule Statistics for Seismic Prediction Based on 2009 L’Aquilla Earthquake in Italy. Arabian Journal of Geosciences 8, 2457–2465. https://doi.org/10.1007/s12517-014-1386-y.

16. Hattori K., 2004. ULF Geomagnetic Changes Associated with Large Earthquakes. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences 15 (3), 329–360. https://doi.org/10.3319/TAO.2004.15.3.329(EP).

17. Hayakawa M., 2001. NASDA’s Earthquake Remote Sensing Frontier Research. Seismo-Electromagnetic Phenomena in the Lithosphere, Atmosphere and Ionosphere. Final Report. University of Electro-Communications, Tokyo, 228 p.

18. Hayakawa M., Hattori K., Ohta K., 2007. Monitoring of ULF (Ultra-Low-Frequency) Geomagnetic Variation Associated with Earthquakes. Sensors 7 (7), 1108–1122. https://doi.org/10.3390/s7071108.

19. Hayakawa M., Ito T., Hattori K., Yumoto K., 2000. ULF Electromagnetic Precursors for an Earthquake at Biak, Indonesia on 17 February, 1996. Geophysical Research Letters 27 (10), 1531–1534. https://doi.org/10.1029/1999GL005432.

20. Hayakawa M., Kawate R., Molchanov O.A., Yumoto K., 1996. Results of Ultra-Low-Frequency Magnetic Field Measurements during the Guam Earthquake of 8 August, 1993. Geophysical Research Letters 23 (3), 241–244. https://doi.org/10.1029/95GL02863.

21. Hayakawa M., Tetsuya I., Smirnova N., 1999. Fractal Analysis of ULF Geomagnetic Data Associated with the Guam Eearthquake on August 8, 1993. Geophysical Research Letters 26 (18), 2797–2800. https://doi.org/10.1029/1999GL005367.

22. Higuchi T., 1988. Approach to an Irregular Time Series on the Basis of the Fractal Theory. Physica D: Nonlinear Phenomena 31 (2), 277–283. https://doi.org/10.1016/0167-2789(88)90081-4.

23. Ida Y., Hayakawa M., 2006. Fractal Analysis for the ULF Data during the 1993 Guam Earthquake to Study Prefracture Criticality. Nonlinear Processes in Geophysics 13 (4), 409–412. https://doi.org/10.5194/npg-13-409-2006.

24. Ida Y., Yang D., Li Q., Sun H., Hayakawa M., 2012. Fractal Analysis of ULF Electromagnetic Emissions in Possible Association with Earthquakes in China. Nonlinear Processes in Geophysics 19 (5), 577–583. https://doi.org/10.5194/npg-19-577-2012.

25. Kopytenko Yu.A., Matiashvili T.G., Voronov P.M., Kopytenko F.A., Molchanov O.A., 1990. Ultra Low Frequency Emissions Associated with Spitak Earthquake and Following Aftershock Activity using Geomagnetic Pulsation Data at Observatories Dusheti and Vordziya. Preprint of IZMIRAN N3(888).

26. Kumar N., Rawat G., Choubey V.M., Hazarika D., 2013. Earthquake Precursory Research in Western Himalaya Based on the MPGO Data. Acta Geophysica 61, 977–999. https://doi.org/10.2478/s11600-013-0133-1.

27. Labib K., Vemuri V.R., 2004. An Application of Principal Component Analysis to the Detection and Visualization of Computer Network Attacks. Annales Des Télécommunications 61, 218–234. https://doi.org/10.1007/BF03219975.

28. Leitner B., Eberhart-Phillips D., Anderson H., Nabelek J.L., 2001. A Focused Look at the Alpine Fault, New Zealand: Seismicity, Focal Mechanisms, and Stress Observations. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 106 (B2), 2193–2220. http://doi.org/10.1029/2000JB900303.

29. Li J., Li Q., Yang D., Wang X., Hong D., He K., 2011. Principal Component Analysis of Geomagnetic Data for the Panzhihua Earthquake (Ms 6.1) in August 2008. Data Science Journal 10, IAGA130–IAGA138. http://doi.org/10.2481/dsj.IAGA-20.

30. Mandea M., Purucker M., 2005. Observing: Modeling, and Interpreting Magnetic Fields of the Solid Earth. Surveys in Geophysics 26, 415–459. https://doi.org/10.1007/s10712-005-3857-x.

31. Masci F., Palangio P., Di Persio M., 2009. Magnetic Anomalies Possibly Linked to Local Low Seismicity. Natural Hazards and Earth System Sciences 9 (5), 1567–1572. https://doi.org/10.5194/nhess-9-1567-2009.

32. Molchanov O., Fedorov E., Schekotov A., Gordeev E., Chebrov V., Surkov V., Rozhnoi A., Andreevsky S. et al., 2004. Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling as Governing Mechanism for Preseismic Short-Term Events in Atmosphere and Ionosphere. Natural Hazards and Earth System Sciences 4, 757–767. https://doi.org/10.5194/nhess-4-757-2004.

33. Molchanov O.A., Hayakawa M., 1998. On the Generation Mechanism of ULF Seismogenic Electromagnetic Emissions. Physics of the Earth and Planetary Interiors 105 (3–4), 201–210. https://doi.org/10.1016/S0031-9201(97)00091-5.

34. Molchanov O., Kulchisky A., Hayakawa M., 2001. Inductive Seismo-Electromagnetic Effect in Relation to Seismogenic ULF Emission. Natural Hazards and Earth System Sciences 1 (1/2), 61–67. https://doi.org/10.5194/nhess-1-61-2001.

35. Pulinets S.A., Boyarchuk K.A., 2004. Ionospheric Precursors of Earthquakes. Springer, Berlin, 315 p. https://doi.org/10.1007/b137616.

36. Quereshi N.A., Suthar V., Magsi H., Sheikh M.J., Pathan M., Qureshi B., 2017. Application of Principal Component Analysis to Medical Data. Indian Journal of Science and Technology 10 (20), 1–9. https://doi.org/10.17485/ijst/2017/v10i20/91294.

37. Rawat G., 2014. Characteristics ULF Band Magnetic Variations at MPGO, GHUTTU for the 20 June, 2011 Earthquake in Garhwal Himalaya. Current Science 106 (1), 88–93.

38. Rawat G., Chauhan V., Damodharan S., 2016. Fractal Dimension Variability in ULF Magnetic Field with Reference to Local Earthquakes at MPGO, Ghuttu. Geomatics, Natural Hazards and Risk 7 (6), 1937–1947. https://doi.org/10.1080/19475705.2015.1137242.

39. Schekotov A.Y., Molchanov O.A., Hayakawa M., Fedorov E.N., Chebrov V.N., Sinitsin V.I., Gordeev E.E., Andreevsky S.E. et al., 2008. About Possibility to Locate an EQ Epicenter Using Parameters of ELF/ULF Preseismic Emission. Natural Hazards and Earth System Sciences 8 (6), 1237–1242. https://doi.org/10.5194/nhess-8-1237-2008.

40. Serita A., Hattori K., Yoshino C., Hayakawa M., Isezaki N., 2005. Principal Component Analysis and Singular Spectrum Analysis of ULF Geomagnetic Data Associated with Earthquakes. Natural Hazards and Earth System Sciences 5 (5), 685–689. https://doi.org/10.5194/nhess-5-685-2005.

41. Smirnova N., Hayakawa M., Gotoh K., 2004. Precursory Behavior of Fractal Characteristics of the ULF Electromagnetic Fields in Seismic Active Zones before Strong Earthquakes. Physics and Chemistry of the Earth 29 (4–9), 445–451. https://doi.org/10.1016/j.pce.2003.11.016.

42. Sutherland R., Norris R.J., 1995. Late Quaternary Displacement Rate, Paleoseismicity, and Geomorphic Evolution of the Alpine Fault: Evidence from Hokuri Creek, South Westland, New Zealand. New Zealand Journal of Geology and Geophysics 38 (4), 419–430. https://doi.org/10.1080/00288306.1995.9514669.

43. Takla E.M., Yumoto K., Okano S., Uozumi T., Abe S., 2013. The Signature of the 2011 Tohoku Mega Earthquake on the Geomagnetic Field Measurements in Japan. NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics 2 (2), 185–195. https://doi.org/10.1016/j.nrjag.2013.08.001.

44. Uyeda S., Kamogawa M., Nagao T., 2009. Short-Term Earthquake Prediction: Current Status of Seismo-Electromagnetics. Tectonophysics 470 (3–4), 205–213. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2008.07.019.

45. Varotsos P.A., 2005. The Physics of Seismic Electric Signals. TERRAPUB, Tokyo, 338 p.

46. Virk H.S., Walia V., Kumar N., 2001. Helium/Radon Precursory Anomalies of Chamoli Earthquake, Garhwal Himalaya, India. Journal of Geodynamics 31 (2), 201–210. https://doi.org/10.1016/S0264-3707(00)00022-3.

47. Yen H.-Y., Chen C.-H., Yeh Y.-H., Liu J.-Y., Lin C.-R., Tasi Y.-B., 2004. Geomagnetic Fluctuations during the 1999 Chi-Chi Earthquake in Taiwan. Earth Planets Space 56, 39–45. https://doi.org/10.1186/BF03352489.

48. Yoshida S., 2001. Convection Current Generated Prior to Rupture in Saturated Rocks. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 106 (B2), 2103–2120. https://doi.org/10.1029/2000JB900346.