Читать онлайн Механизм взрыва Тунгусского и Челябинского «метеоритов». Природа аномалий при землетрясениях и цунами бесплатно

Механизм взрыва Тунгусского и Челябинского «метеоритов». Природа аномалий при землетрясениях и цунами

© Михаил Галисламов, 2023

ISBN 978-5-0060-8723-1

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

1. Явления, сопровождающие полет и взрыв Тунгусского и Челябинского "метеоритов"

1.1. Эффекты, связанные с Тунгусским космическим телом

В районе реки Подкаменная Тунгуска (примерно 60 км к северу и 20 км к западу от села Ванавара) 17 июня (30 июня по новому, григорианскому календарю) 1908 года в 7 часов 14,5 ± 0,8 минут по местному времени (0:14:30 UT) произошел сильнейший взрыв. Он сопровождался мощными звуковыми и световыми эффектами. Золотовым А.В. были определены координаты эпицентра взрыва: φ = 60,095° с. ш., λ = 101,892° в. д. [1. С. 121]. Взрыву предшествовал пролет над Центральной Сибирью гигантского болида. За истекший период времени многочисленными исследователями Тунгусского происшествия собран богатый материал. По результатам обработки полевых данных, ученые дали оценку [2. С. 57] взрыву и основным параметрам космического тела:

1) высота взрыва НВ = 5—7 км;

2) световая энергия взрыва ЕС = 1023 эрг.

3) проекция траектории "болида" проходит с востока-юго-востока на запад-северо-запад по азимуту А = 114 ± 1° [2. С. 97].

Обобщив накопленный исследовательский материал, И. Астапович обосновал южный вариант траектории метеорита. Ученый установил, что Тунгусский "болид" двигался по наклонной траектории почти с юга на север. Конечным пунктом считался эпицентр катастрофы. Вывод опирался на визуальных наблюдениях очевидцев; на свидетельствах о звуках и электрических явлениях, сопровождавших полет; на сотрясениях почвы. Среди исследователей Тунгусского тела нет согласия в отношении направления движения объекта. Проекции крайних траекторий выходят из эпицентра лучами по азимуту А = 173° (Астапович И.С., 1965 г.) и по азимуту А = 104° (Бронштэн В.А., 2000 г.) траектории других авторов располагаются между ними. Рассчитанные в разное время азимуты направлений, по которым двигался метеорит к месту взрыва, имеют расхождения [1. С. 182—183]:

Вознесенский А.В. – 193° (1925 г.);

Астапович И.С. – 173° (1965 г.);

Кринов Е.С. – 137° (1949 г.);

Зоткин И.Т. – 115° (1966 г.), 104° (1972);

Фаст В.Г. – 115° (1967 г.);

Золотов А.В. – 114° (1969 г.);

Львов Ю.А., Васильев Н.В. – 95° (1975 г.);

Зоткин И.Т., Чигорин А.Н. – 126° (1988 г.);

Бронштэн В.А.– 104° (1998 г.).

Вывал леса прослеживался на площади более 2000 кв. км. По мнению большинства исследователей, воздушный взрыв объемного тела стало причиной мощных разрушений. Тротиловый эквивалент Тунгусского взрыва оценивается в 20—50 Мт [3]. Сравнение разрушений в районе Тунгуски и после крупных воздушных взрывов показывает, что вывал леса на расстоянии 25 км может произвести взрыв с тротиловым эквивалентом 10—12 Мт, что соответствует энергии ЕВ = (4—5) ⋅ 1023 эрг [4]. Ударная волна (УВ) вызвала поверхностную сейсмическую волну. Событие сопровождалось тепловым излучением, вызвавшим пожар на большой территории. На обширной площади Западной Сибири, Средней Азии, европейской части России и Западной Европы 17 июня 1908 г. наблюдалось повышение светимости ночного неба. Для выяснения связи этого явления с падением неизвестного тела, Комитет по метеоритам АН СССР обратился в Королевскую обсерваторию в Гринвиче. В ответе доктора Эллисона, говорилось, что до Тунгусского падения яркость ночного неба ничем необыкновенным не отличалась и даже ночь 29 июня 1908 г. могла считаться вполне нормальной. Аномальная яркость ночного неба наступила 30 июня 1908 г., т. е. сразу после Тунгусского падения. Уже через сутки, по данным Э. Эсклангона, она уменьшилась в десятки раз, а затем совершенно исчезла и более никогда не повторялась [5].

В ряде пунктов Европы накануне взрыва отмечено появление дифракционного кольца Бишопа. Эффект связывают с запыленностью нижних слоев атмосферы. О наблюдениях в Германии кольца Бишопа сообщает немецкий ученый В. Креббс: «Начиная с конца июня, световой венец … сделался частым спутником яркого солнечного диска во время первых и последних 15 минут его пребывания на небе». Состояние атмосферы в дни после взрыва Тунгусского "болида" характеризовалось поляризационным эффектом. Немецкие ученые (Р. Зюринг и М. Вольф) сообщают о необычном «глубокосинем» цвете дневного неба 30.06.1908 г. Наблюдения за изменением атмосферной поляризации в 1908 году велись в обсерватории Маунт-Уэзер (φ = 39,063° с. ш., λ = 77,889° з. д.). Здесь измеряли положение минимума поляризации в вертикале Солнца при различных зенитных расстояниях. Данные, полученные в обсерватории, на расстоянии десятков километров от Вашингтона (φ = 38,895° с. ш., λ = 77,037° з. д.), характеризуют повышенную прозрачность атмосферы накануне падения метеорита и после него. Хорошо выражена корреляционная связь между максимальной степенью поляризации и вертикальной прозрачностью атмосферы. Отклонение от среднего составляло: в мае 1908 г. +1 %, в июне +5 %, в июле +10 %, в августе +1 % [6. С. 69]. Не опубликованы данные для дней, близких ко дню падения Тунгусского метеорита. За 8 лет наблюдений (1903—1909 гг.) самое большое относительное увеличение степени поляризации (и прозрачности) произошло в локальной области западного полушария в июле 1908 года. Показатели прозрачности атмосферы над Вашингтоном в июле достигли наибольшего значения для данного месяца. Оно отличается от близких по значению увеличений в мае 1906 г. и в августе – сентябре 1909 г. более резким началом и концом. В августе и сентябре 1908 г. поляризация уже мало отличалась от среднегодовых значений. Относительное увеличение степени поляризации атмосферы в июле над Вашингтоном не связывают с падением Тунгусского метеорита. Понижение степени поляризации и прозрачности, не отмечалось в 1909 году. При связи поляризации с происшествием, ожидался обратный эффект [6. С. 71]. Они ошибались, неверно оценивая природу Тунгусского тела.

К северо-западу от Лос-Анджелеса (φ = 34,033° с. ш., λ = 118,267° з. д.), в обсерватории Маунт-Вилсон (φ = 34,222° с. ш., λ = 118,06° з. д.) американский астрофизик Чарльз Аббот с середины мая 1908 г. систематически замерял и определял коэффициент прозрачности атмосферы на различных длинах электромагнитных волн. Кривая прозрачности атмосферы имела выраженный минимум, приходившийся на середину июля – начало августа 1908 года [1. С. 82]. Кривые за 1909—1911 гг. (в те же месяцы) показывали беспорядочные колебания прозрачности. Наблюдения велись и в 1909—1911 гг., но результаты были опубликованы в 1913 году. Приборы на актинометрической станции в Калифорнии (США) зарегистрировали один из глобальных эффектов Тунгусской катастрофы – резкое помутнение атмосферы. Оно было сравнимо с тем, что происходит после крупных вулканических извержений. Штат Калифорния расположен на западном побережье США, на берегу Тихого океана. Его площадь простирается: по широте на 400 км (от φ = 32,5° до φ = 42° с. ш.), по долготе – на 1240 км (от λ = 114° до λ = 124,4° з. д.). На 14-ти актинометрических станциях, расположенных в северном полушарии, заметного понижения прозрачности атмосферы летом 1908 г. в наблюдениях не отмечалось [6. С. 84]. Спустя много лет, исследования В.Г. Фесенкова позволили установить связь мощного взрыва в Западной Сибири летом 1908 года с аномальным снижением прозрачности атмосферы на противоположной (западной) стороне земного шара. Советский ученый в 1949 г. проанализировал динамику изменений прозрачности воздуха, зарегистрированной в течение четырех лет (с 1908 по 1911 гг.) на обсерватории Маунт-Вилсон (φ = 34,225° с. ш., λ = 118,057° з. д.). В летние месяцы 1908 года он обнаружил снижение коэффициента прозрачности атмосферы в Калифорнии (США) на всех длинах волн. Калифорния расположена на западном побережье Тихого океана. Площадь штата простирается: по широте на 400 км (от φ = 32,5° до φ = 42° с. ш.), по долготе – на 1240 км (от λ = 114° до λ = 124,4° з. д.).

В регионе, где расположена обсерватория Маунт-Уэзер (φ = 39,063° с. ш., λ = 77,889° з. д.), в июне и июле 1908 г. поляризация и прозрачность атмосферы росли. Это кажется не вполне логичным на фоне их понижения над Маунт-Вилсон. Все встает на свое место, если допустить, что обсерватория Маунт-Уэзер располагалась на меридиане, удаленном от меридиана Маунт-Вилсон, близ которого генерировались токи и создавались плазменные заряды с помощью устройств, разработанных Н. Тесла. Длина дуги параллели в 1° для широты 39° равна 86,628 км. Расстояние от меридиана, на котором расположилась обсерватория Маунт-Вилсон, до меридиана линий тока составляет около Lм = 3480 км. Высокой разностью потенциалов (миллионы Вольт) между корой земли и атмосферой специальное техническое устройство создает глобальную электрическую цепь (ГЭЦ). Под действием сил электрического поля, частицы, расположенные атмосфере, поляризуются. Вокруг линий тока, в атмосфере, постепенно формируется дипольная структура. В случае загрязнения атмосферы выбросами, состоящими из газов и твердых частиц, они ориентируются в направлении сил поля и притягиваются полярными  полюсами к оси тока. Поле, созданное прохождением тока в глобальной цепи, действуют как электрофильтр, притягивая к себе поляризованные частицы. Вредные вещества, загрязняющие воздух, под действием сил поля мигрируют в направлении токовых зарядов ГЭЦ. Из-за этого понижалась прозрачность атмосферы в Калифорнии (вокруг контура тока). Увеличение концентрация поляризованных частиц, находящихся в воздухе, происходило и в районе обсерватории Маунт-Вилсон. Ближайшие к участку контура ГЭЦ аэрозольные частицы, присоединяются (прилипают) к плазменному телу и увеличивают его размеры. В этом и заключалась причина снижения прозрачности атмосферы, зарегистрированная наблюдениями обсерватории Маунт-Вилсон. Одновременно с этим атмосфера удаленных областей очищалась от загрязнений. Таким образом, заряды плазменной структуры оказали влияние на поляризацию и увеличение коэффициента прозрачности в районе обсерватории Маунт-Уэзерс, удаленной от Маунт-Вильсон на расстоянии L = 3600 км.

Разными учеными были определены географические координаты эпицентра взрыва. Все они дают близкие результаты. По разным оценкам взрыв на Подкаменной Тунгуске произошел на высоте 5—15 км и не был точечным. Поэтому можно говорить лишь о проекции координат особой точки, называемой эпицентром. Координаты взрыва: φ = 60,895° с. ш., λ = 101,892° в. д. (эпицентр Фаста) [1. С. 121]. Определим связанность меридианов, на которых располагались эпицентр взрыва на Подкаменной Тунгуске и обсерватория Маунт-Вильсон, в окрестности которой заметно ухудшилась прозрачность атмосферы. Силовые линии поля Земли не выходят из своих полушарий, соображения по этому вопросу будут изложены позже.

Магнитное склонение – угол между истинным меридианом и магнитным. Величина магнитного склонения изменяется на Земле с течением времени. Восточное магнитное склонение считается положительным, западное магнитное склонение отрицательным. С учетом поправок магнитного склонения, определим расположение магнитных меридианов. Они соответствовали dС = + 5,996° (в эпицентре взрыва в Сибири) и dМВ = – 15,464° (обсерватория Маунт-Вилсон). С помощью калькулятора магнитного поля [7] можно было рассчитать магнитное склонение на 17.06.1908 г., для интересующих нас координат местности. Меридиан эпицентра взрыва располагался на λ = 107,946° в. д., а обсерватория Маунт-Вилсон – на меридиане λ = 102,594° з. д. (в 1908 году). Указанные пункты расположены близко к плоскости одного меридиана Земли, который проходил в 1904 г. через Северный магнитный полюс (φ = 70,56° с. ш., λ = 96,40° з. д.) [8]. Области, в которых происходили аномальные электрические и оптические явления, расположены близко к плоскости одного магнитного меридиана, проходящего  через эпицентр взрыва и обсерваторию Маунт-Вильсон. Смещение элементарного диполя от географического центра Земли и Восточно-Сибирская магнитная аномалия влияют на асимметрию пунктов, расположенных с противоположных сторон полушария, относительно плоскости одного меридиана.

Различают Северный и Южный магнитные полюсы Земли. Геомагнитные полюса – точки пересечения магнитной оси Земли с ее поверхностью, в которых магнитная стрелка располагается вертикально. Геомагнитный экватор – геометрическое место точек на земной поверхности, в которых магнитная стрелка располагается перпендикулярно магнитной оси. Геомагнитный экватор не совпадает с географическим экватором. Положение магнитных полюсов Земли со временем меняется. Положение магнитных полюсов Земли со временем меняется. Магнитное поле Земли лучше всего описывается полем бесконечно малого магнита, смещенного в Восточное полушарие от центра Земли на 342 км. Ось диполя наклонена на угол α ≈ 10° к оси вращения [9] и не проходит через геометрический центр Земли. Ученые считают рабочей гипотезу магнитного гидродинамо, основанной на существовании под мантией Земли, на глубине 2900 км, жидкого внешнего ядра. Предполагается, что тепловая конвекция и медленные течения вещества вызывают формирование замкнутых электрических полей тороидальной формы, не выходящих за пределы ядра. Взаимодействием тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре создается суммарное магнитное поле дипольного характера, ось которого примерно совпадает с осью вращения Земли [10]. Вращающееся тело намагничивается в направлении оси его вращения. До настоящего времени не решена проблема происхождения магнитного поля Земли. Согласно современной модели [8, 9, 10], силовые линии магнитного поля "входят" вблизи Северного географического полюса и "выходят" вблизи Южного полюса планеты. Для исследования электрических полей и ионосферных токов в атмосфере Земли учеными были созданы искусственные облака на больших высотах. На основе наблюдений, производимых магнитными обсерваториями, разбросанными по всему миру, ученые получили картину атмосферных токов. На освещенной Солнцем половине Земли образованы две системы токов, соприкасающиеся на геомагнитном экваторе [11]. В горизонтальном направлении магнитного поля проводимость высока, токи максимальны на магнитном экваторе. Обратим внимание на одно обстоятельство: токи циркулируют в разных полушариях от геомагнитного экватора и не пересекают плоскости магнитного экватора.

Согласно гипотезе динамо, в проводящей среде Земли постоянно циркулируют токи, кольцеобразно движущиеся в одном направлении. Гипотеза образования магнитного поля Земли токами, циркулирующими в плоскостях параллельных плоскости магнитного экватора – не правомерна, т. к. противоречит измерениям, проведенных с помощью космических  аппаратов. Измерения, проведенные на ночной стороне Земли, показали существование геомагнитного хвоста, вытянутого вдоль направления вектора скорости солнечного ветра. Хвост разделен слоем, в котором напряженность магнитного поля близка к нулю (нейтральный слой). Выше и ниже нейтрального слоя силовые линии поля Земли параллельны и имеют взаимно противоположные направления векторов магнитного поля (рис. 12) [12]. Следовательно, токи, создающие магнитное поле в Северном и Южном полушарии, направлены встречно, т. е. к плоскости магнитного экватора Земли. Измерения в космосе подтвердили, что геомагнитный слой с напряженностью магнитного поля близкой к нулю простирается за орбиту Луны.

Заряженные частицы поступают к Земле из Галактического пространства. На каждую частицу зарядом е, движущуюся со скоростью v в магнитном поле, действует сила Лоренца [13. С. 257]:

FЛ = (e/c)[vB]. (1.1)

Вектор В называется напряженностью магнитного поля [13. С. 210]. Сила Лоренца (FЛ) будет максимальной, если векторы скорости заряженной частицы (v) и B взаимно перпендикулярны. Когда векторы v и B коллинеарные, то FЛ = 0. Движение электрических зарядов вдоль линий магнитного поля не потребует затрата сил. При круговом движении тока вектор магнитной индукции направлен вдоль оси витка [13. С. 218]. Радиальные слагающие напряженности магнитного поля взаимно уничтожаются. Модель циркуляции тороидальных форм тока предполагает движение заряженных частиц солнечной плазмы: по ходу, навстречу и перпендикулярно силовым линиям поля. , С позиций существующей научной парадигмы о магнитном поле Земли не объяснить наличие мощных токов в плоскости геомагнитного экватора [11], при равенстве нулю результирующего вектора В [12].

Согласно теории о магнитном поле Земли, заряженные частицы, идущие от Солнца и глубин галактики, должны интенсивно проникать в тело планеты в районе магнитного полюса. Теоретические представления расходятся с практикой. Потоки солнечной плазмы, обтекающие Землю, текут в космосе параллельно экваториальной плоскости. В природе всегда действует принцип наименьшего действия (ПНД) [14]. Вариант, господствующий сегодня в физической науке, противоречит ПНД. Не существует доказательств, подтверждающих концентрацию токов в атмосфере вблизи точек геомагнитных полюсов Земли. Космические частицы движутся перпендикулярно экваториальной плоскости. Движущиеся заряженные частицы создают в пространстве токи. Согласно теории физики, движущиеся заряды создают магнитное поле [13. С. 209]. Заряженные частицы и солнечная плазма обтекают поверхность планеты и отклоняются над географическими полюсами. Зарядам, поступающим из метагалактики, легче двигаться к срединной плоскости Земли по проводящим сферам атмосферы, нежели преодолевать сопротивление земной коры и мантии. Над геомагнитным полюсом стрелка магнитного компаса занимает положение перпендикулярное линиям тока зарядов. Суперпозицией магнитных полей вокруг геосфер Земли образуется результирующее магнитное поле. Вследствие разной направленности потоков плазмы, текущей к Земле от Солнца, и космических заряженных частиц, центры магнитных полюсов смещены относительно географических полюсов.

Ученые отмечают сходство магнитограмм тунгусского и ядерного взрыва. В 1958—1959 гг. в научных журналах появились сообщения о том, что высотные взрывы термоядерных бомб вызывают своеобразные возмущения геомагнитного поля. После взрывов водородных бомб мегатонной мощности, проводившихся США в 60-х годах над Тихим океаном, на высоте 10-70 км, возникали подобные возмущения. Наземные или низкие ядерные взрывы не вызывали подобной реакции. В журнале "Astronomische Nachrichten" 1908 года исследователи проблемы Тунгусского метеорита (Плеханов Г.Ф., Васильев Н.В.) нашли в 1959 г. краткое сообщение о наблюдениях необычного геомагнитного эффекта в Германии. Периодические изменения склонения магнитной стрелки наблюдал 27—28 июня 1908 г. в лаборатории университета г. Киль профессор Вебер. Период этих колебаний составлял 180 секунд, амплитуда ~ 2 угловые минуты. Они начинались с 6 часов и продолжались до 1 часа 30 минут ночи, но 29 июня они начались с запозданием (в 8 часов 30 минут). Закончились колебания 30 июня, также как и в другие дни, т. е. в 1 час 30 минут [6. С. 63]. Часы в Киле идут по среднеевропейскому времени (EET). Время в EET на 2 часа опережает время в GMT (UTC). Время взрыва Тунгусского метеорита примерно 0 часов 14 минут по Гринвичу (GMT) или 2:14 EET. Таким образом, за 44 минуты до взрыва неизвестного объекта в Сибири прекратились колебания в склонении геомагнитного поля в городе Киль. Можно допустить, что объект приближался к земной поверхности под действием сил мощного электрического поля.

Осенью 1959 г. Плеханов Г.В. и Васильев Н.В. отправили письма в обсерватории, действовавшие в начале 19-го века, с просьбой выслать в свой адрес копии магнитограмм и других геофизических регистраций 1908 года. В феврале 1960 года получили ответ на запрос, направленный в Иркутский институт земного магнетизма и распространения радиоволн. Научный сотрудник этого института Иванов К.Г. сообщил, что им обнаружено геомагнитное возмущение на иркутских магнитограммах 17 (30) июня 1908 года [15]. Разрушение Тунгусского космического тела сопровождалось магнитной бурей. Присланные фотокопии магнитограмм были подвергнуты анализу, а также сопоставлены с другими возмущениями земного магнитного поля. Томские исследователи (А.Ф. Ковалевский, В.К. Журавлев, Г.Ф. Плеханов и Н.В. Васильев) пришли к выводу, что иркутский геофизик, обнаружил геомагнитное проявление Тунгусского взрыва. До получения копий иркутских магнитограмм, у них уже были материалы 18 геофизических обсерваторий мира. Анализ магнитограмм показал, что геомагнитный эффект, зарегистрированный в Иркутске (φ = 52°17′ с. ш., λ = 104°18′ в. д.), носил не планетарный, а локальный характер. В Свердловске (φ = 56°50′ с. ш., λ = 60°35′ в. д.) магнитное поле во время взрыва Тунгусского объекта было практически спокойно. Приборы-самописцы в Иркутске через 6 минут после взрыва, отмеченного сейсмографами, записали региональную геомагнитную бурю, длившуюся почти 5 часов [16]. В 1908 г. в России действовало 18 сейсмических станций, на расстояния от 733 до 4550 км от эпицентра Тунгусского землетрясения. Сейсмические волны Тунгусского взрыва зарегистрированы только на четырех действовавших в 1908 г. российских сейсмических станциях (в Иркутске, Ташкенте, Тифлисе и в Йене), были зарегистрированы волны Рэлея. Причины отсутствия записей на других сейсмических станциях, действовавших в то время в России, авторам [16] неизвестны.

Весной, летом и осенью 1908 г. было зафиксировано резкое повышение болидной активности. В газетных публикациях того года сообщений о наблюдении болидов было в несколько раз больше, чем в предыдущие годы. Болиды, излучающие свет, видели в Англии, европейской части России, в Прибалтике и Средней Азии, Сибири и Китае. Магнитные возмущения, которые регистрируются при вторжении метеорных тел, не имели ничего общего с магнитным возмущением, записанным 30 июня 1908 г. тремя магнитографами Иркутской магнитной обсерватории. Возникновение возмущений магнитного поля Земли 30(17).06.1908 г. советский ученый Иванов К.Г. объясняет падением Тунгусского метеорита. Причинами эффекта названы «гидродинамические движения и дополнительная ионизация, возникшие над местом взрыва и быстро охватившие область ионосферы над Восточной Сибирью» [17]. Возникновение интенсивной ионизации в ионосфере над местом взрыва для К. Иванова осталось неясным. Он считает, что ударная волна не может создать геомагнитный эффект.

Решая физическую задачу природы Тунгусского взрыва, Петров Г.И. и Стулов В.П. определили в 1975, что полная диссипация большой начальной кинетической энергии возможна лишь для тел малой плотности. Новосибирские ученые [18. С. 117] пришли к выводу, что космическое тело следует рассматривать как рыхлое, но связанное образование с плотностью не выше 0,01 г/см3. При взрыве тела на высоте около 10 км, оно превратилось в газ, рассеявшийся в атмосфере. Заключение противоречит представлению о ядрах комет, но объясняет особенности явления. Подобный вывод следовал из анализа имеющегося фактического материала. По мнению авторов, тело, прилетевшее на Землю 30(17).06.1908 г. – это плазмоид солнечного происхождения [18. С. 118]. Вариант предполагает происхождение плазмоида на поверхности Солнца и отделение плазмы в виде микроскопического выброса при вспышке. Тело коронарного транзиента (нерегулярно-переменного объекта) представляет плазму большой плотности. Модель подразумевала взаимодействие верхней атмосферы Земли с телом плотной плазменной структуры, окруженной разряженной плазмой солнечного происхождения. Ученые рассматривают среду космического пространства, наполненной плазмой и магнитными полями. Приравняв внутреннюю энергию плазмоида тротиловому эквиваленту Тунгусского взрыва, в работе рассчитали объем тела (V = 3 ⋅ 1017  м3). Для эллипсоида с отношением большой и малой полуосей a : b = 2 получили a = 890 км, b = 445 км [18. С. 121].

Ученые утверждают, что теоретическая оценка концентрации энергии при взрыве водородного плазмоида, хорошо согласуется с оценкой плотности ударной волны при разрушении леса. Энергия взрыва плазмоида определяется реакцией рекомбинации протонов и ионов гелия с электронами. Энергия, выделяющаяся при рекомбинации протонно-электронной плазмы, «почти на три порядка выше удельной теплоты типичных химических реакций, которые можно было бы связать с разрушением известных космических тел». Зная удельную энергию реакции (Q = 1,3 ⋅ 109 Дж/кг), в работе [18. С. 122] определили верхний предел массы тела (mmax = 1,5 ⋅ 108 кг). С учетом предполагаемых размеров, плотность плазмоида составила ρ = 5 ⋅ 10—10 кг/м3.

При движении в космическом пространстве плазменная структура удерживает разряженную плазму. Структуру сравнивают с шаровой молнией, только циклопических размеров. Вокруг предполагаемого эпицентра взрыва, в радиусе примерно 30 км установлено перемагничивание почв [19]. Около эпицентра направленность вектора намагниченности теряется. По этому поводу сказано: «Возможно, это связано с плохой количественной разработкой предложенных моделей: большая часть работ по геомагнитному эффекту либо посвящена только качественному рассмотрению возможных процессов, либо при оценках использует приближения вне области их применимости» [20]. Гипотезы, объясняющей локальное геомагнитное возмущение, вызванное взрывом Тунгусского тела, до настоящего времени не создано.

Наблюдение нескольких необычных космических тел в одном и том же регионе, движущихся из разных направлений примерно к одному пункту, с точки зрения метеоритики – событие невероятное. Председатель Красноярского комитета содействия народам Севера – Суслов И.М., провел в 1926 г. опрос среди эвенков, наблюдавших полет и взрыв Тунгусского "болида". Очевидцы происшедшего события рассказали о физическом воздействии излучений от неизвестного космического тела на людей, животных и природу. Описание события простыми людьми дает богатый материал для анализа.

Свидетельство эвенки М.Н. Ливешеровой из фактории Стрелка: «Пэктрумэ странный был… Мы тогда на Кимче стояли. Восемь чумов на стойбище было. Еще спали, как буря и гром к нам пришли. Деревья падали, чумы улетели, а людей вместе с постелями много раз от земли подбрасывало. Без сознания до вечера были. Которые умерли даже. Мой мужик тоже умер» [21].

Из наблюдений в селе Недокура. Согласно опросу Быкова Пудована Андриановича, 1884 г. рождения: «Назем возили. Время пораньше 10 часов, в июне. У брата конь упал на колени. Гремело может, четверть часа. Метеор долговатый, более Солнца раза в 2—3. Цвета – как синий, как огонь. Как самолет летел. Звук страшный от него, гораздо страшнее грома» [22].

В село Заимка на Ангаре, в 40 км ниже Кежмы, был опрошен Сизых Анисим Алексеевич, 1896 г. рождения. По его словам, «…болид летел низко, с незначительным уклоном к горизонту… Тело показалось черным с огненным хвостом. Звуки были как взрывы. После того, как он пролетел, был сильный взрыв. Конь упал на колени. В деревне вылетели стекла. В хвосте был огонь, и летели искры. Взрывов было 3—4» [23].

В экспедиции к району падения метиорита Кринов Е.Л. обращает внимание на ожоги деревьев. На вершинах деревьев можно было видеть, что расположенные рядом толстые и совсем тонкие сучки, обломаны у концов и имеют обугливание. Особенность их состоит в том, излом всегда направлен книзу и идет косо [24. С. 82]. Для Е. Кринова это свидетельство того, что ожог произошел мгновенно, т. е. в результате последовавшего взрыва. Если бы пламя от обычного лесного пожара обожгло рядом расположенный толстый сучок, то тонкий сучок, очевидно, сгорел бы дотла. В котловине были обнаружены столбы лабазов, обожженные настолько, что с поверхности они оказалось сильно обугленными. Но столбы не сгорели, хотя были сухими. Факты указывают на то, что ожог был, но пожара не последовало.

Несколько  иной взгляд изложен в [25] на природу повреждения ветвей лиственницы, произрастающей непосредственно в районе разрушения и на расстоянии 5—6 км от эпицентра взрыва. Анализ каллуса (ткань, образующаяся у растений на поверхности поранения) и отмерших концах ветвей показал, что повреждение не имеет характера инфекционного поражения. Древесина ветвей во внутренней части имеют здоровую древесину, и только в отдельных местах наблюдаются участки гнили. Автором был сделан вывод о том, что повреждение у части ветвей лиственницы является результатом теплового ожога. Температура, при которой произошел ожог, вероятно, выше 300 °С. Могло быть более 1000 °С, если учитывать возможность мгновенного воздействия. На концах веток деревьев образовался температурный косой срез, произошло обугливание кончика высокой температурой. При одновременном воспламенении на большой площади лабаз не сгорел, вероятно, из-за недостатка кислорода.

По нашему мнению, по кронам деревьев проходил разрядный ток в контуре, охватывающим плазменное образование в атмосфере и поверхность земли. Исследователи явления не обращают внимания в рассказах очевидцев на ключевое обстоятельство: на колени падали представители одного типа домашних животных – лошади. В газете «Сибирская жизнь» от 14 августа 1908 г. сообщалось, что лошади падали на колени на Гавриловском прииске [24. С. 5]. Мы не приводим всех свидетельских показаний, но думаем, что падение происходило из-за удара током. Почему не было других типов животных, подвергшихся этому опасному воздействию? Ответ очевиден —металлические подковы прикреплены к копытам животных гвоздями, хорошо проводящими электрический ток. Действием зарядов плазмоида и токов ГЭЦ, на земной поверхности неравномерно распределялся электрический потенциал. В случае появления разности электрических потенциалов на поверхности земли, шаговое напряжение поражало лошадей. Подковы животного, контактируя с поверхностью, оказавшейся под напряжением, способствует снижению сопротивление и усилению тока, проходящего через ноги животного. Лошади чувствительны к прохождению электрического тока. Его действия на организм, вызывали судороги, поэтому животные падали на колени. Волосяной покров тела увеличивал сопротивление животного, упавшего на колени. Сила тока, проходящего через организм лошади, понижалась до безопасной величины. После пролета плазмоида, восстановилось прежнее поле, а шаговое напряжение исчезало.

1.2. Эффекты, связанные с Челябинским "метеороидом"

На земном шаре каждый год в среднем регистрируется около 30 световых вспышек на высотах 30—45 км. Длительность вспышек 1—3 с, эквивалент энергии светового излучения порядка 0,01—1 кт ТНТ (тринитротолуола) [26]. "Болиды" регистрируются аппаратурой, расположенной на геостационарных спутниках Министерства обороны США. Эта спутниковая сеть предназначена для ведения наблюдений за ядерными испытаниями на планете, а наблюдения болидов – якобы «побочный продукт». Авторитетные ученые утверждают, что 15.02.2013 г. крупный метеороид незаметно вошел в атмосферу Земли. После его пролета наблюдали инверсионный след в Свердловской, Курганской, Тюменской, Челябинской области, Башкортостане и Казахстане. По оценкам специалистов, скорость объекта над территорией Южного Урала соответствовала 18—19 км/с. Падение Челябинского метеороида сопровождалось возмущениями в литосфере, атмосфере, ионосфере и геомагнитном поле. До момента пролета "болида" в российских обсерваториях наблюдались изменения в геофизических полях и в содержании электронов в атмосфере. Взрыв метеороида произошел 15.02.2013 г. в 03:20:33 UTC на высоте 15—25 км в районе г. Челябинск, спустя 32,5 секунды после входа в атмосферу Земли [27]. Энергия ударной волны составила около 6 ⋅ 1014 Дж, зарегистрированы инфразвуковые и сейсмические сигналы. Последствия разрушения отразились в ионосфере, тропосфере и литосфере, вызвав землетрясение магнитудой до 4 баллов по шкале Рихтера. По оценкам специалистов [28] энергия взрыва составила 100—440 кт в тротиловом эквиваленте. Некоторые ученые [29] допускают мощность взрыва до 1,5 Мт в тротиловом эквиваленте. Если допустить, что взрыв начинался на высоте 45 км, то мы получим другие характеристики эффектов. Среди других Челябинский "болид" отличается мощным взрывом, с последующим разрушением строений различных типов на удалении десятков километров от эпицентра. Распространение УВ привело к механическим повреждениям зданий и сооружений. Большинство из них – жилые дома. По предварительной оценке материальный ущерб составляет от 400 млн. до 1 млрд. рублей [30]. В публичном доступе размещено большое число видео, фотоматериалов и разнообразных данных, в том числе инструментальных.

На инфразвуковой станции, расположенной в районе города Курчатов (РК), наиболее приближенной к эпицентру взрыва, были зарегистрированы сигналы от взрыва. Расстояние от эпицентра до станции «KURIS» (φ = 50,71° с. ш., λ = 78,61° в. д.) – 1300 км. Азимут от инфразвуковой группы станции на эпицентр взрыва составляет А = 298°. Начало колебаний низкочастотных звуковых волн 15.02.2013 г. соответствует взрыву в 03:22 UTC. Время первого поступления инфразвуковых фаз на станцию – 04:28 UTC. Время движения инфразвуковых волн до станции «KURIS», после взрыва "болида", составило около 1 час 06 минут. Сигналы поступали на станцию с одного направления на источник А ≈ 300° и регистрировались в течение 10 минут (с 04:28 до 04:38) [31].

Координаты места максимальной яркости, определенной по нескольким видеозаписям, находятся практически на линии траектории метеороида [26]. Максимальная яркость свечения была отмечено в точке с географическими координатами: φ = 54,8° с. ш., λ = 61,1° в. д. [26, 27]. Излучение Челябинского болида было ярче —17 звездной величины. Яркое свечение воздействовало на людей и природу. Некоторые очевидцы получили ожоги от ультрафиолетовых лучей [32]. Излучение было достаточно мощным, многие пострадавшие отмечали ощущение тепла.

Российские сейсмические станции зафиксировали землетрясение с магнитудой 3,2 в районе поселка Еманжелинка. Скорость поверхностной сейсмической волны составила 3,1 км/с, проникновение в глубину литосферы колебалась в пределах 3—21 км. По разным источникам магнитуда землетрясения оценивается в пределах 2,7—4 баллов. Американские сейсмологи зафиксировали момент взрыва. Толчок магнитудой 4 балла наблюдался 15 февраля в 3 часа 20 минут 26 секунд GMT в километре от центра Челябинска в сторону юго-запада [33]. Аналогичное землетрясение было зарегистрировано и при падении Тунгусского метеорита, его магнитуда оценивается в 5,0 баллов. На угольном карьере в Коркино (φ = 54,9° с. ш., λ = 61,4° в. д.) действовала автоматическая система мониторинга IMS (Австралия), которая вела триггерную запись, т. е. по превышению определенной величины отношения сигнал-шум. Датчики, установленные в карьере, записали акустические сигналы. Изучение траектории движения частиц с помощью трехкомпонентной станции позволило определить азимут на акустический источник и угол падения ударных волн. Проведенный учеными поляризационный анализ показал, что «акустосейсмическая волна очень неустойчива, ее азимутальное направление часто меняется» [34]. Расчеты проводились в предположении точечного источника взрыва. По азимуту, углу падения и времени вспышки были рассчитаны: высота источника акустического сигнала (25,1 км) над поверхностью земли; географические координаты (φ = 54,84° с. ш., λ = 61,29° в. д.). Они не совпали с общепринятыми координатами эпицентра взрыва. Максимальные разрушения произошли в окрестности точки с координатами: φ = 54,84° с. ш., λ = 61,51° в. д. [34], что смещено на 18 километров в сторону Востока от указанного эпицентра. В статье данный факт не обсуждают и не комментируют. Некоторые ученые считают, что опасные небесные тела, приходящие с неба в дневное время, невозможно своевременно (за несколько часов до столкновения) обнаружить с помощью любых наземных средств. Для этого нужна система предупреждения. Это означает необходимость в космических инструментах обнаружения и предупреждения на подступах к планете. По мнению авторов [35], обнаружение опасных тел в Солнечной системе размером от 10 до 40 м – задача, невыполнимая даже в отдаленном будущем.

2. Разногласия в трактовке происшествия 17 (30) июня 1908 г.

Первые научные сведения о явлении, произошедшем 17.06.1908 г.  собрал А.В. Вознесенский, директор Иркутской магнитной и метеорологической обсерватории. Изучая область распространения землетрясения 16 июня 1908 г. в районе Южного Байкала (оно зарегистрировано за № 1535), в ответ на разосланные анкеты он получил указания, что 17 (30) июня наблюдалось другое землетрясение (№ 1536). Люди слышали громоподобные звуки, при этом некоторые лица наблюдали громадный метеорит [36]. Вознесенский первым определил проекцию траектории Тунгусского тела на поверхности Земли и провел ее с юго-запада на северо-восток. Он указал координаты места падения метеорита (φ = 60,333° с. ш., λ = 103,1° в. д.). Эпицентр взрыва удален на 97 км к юго-востоку от положения, определенного Фастом В.Г. (1963 г.) и Золотовым А.В. (1967 г.). В материалах Вознесенского отмечалось, что падение "болида" сопровождали сильные взрывы (около десяти). Они вызвали пожар леса и торфяников. Сотрясения, зарегистрированные сейсмографом в Иркутске и барографом в Киренске, указывали на одновременное падение на землю нескольких тел. Вознесенский высказал предположение: происходило выпадение группы метеоритов, «летевших в одном направлении и постепенно лопавшихся»; взрывы метеорита, создавшие воздушные волны, происходили на высоте около 20 км от поверхности земли. Идею поэтапного взрывного разрушения "болида" советские ученые не восприняли. Впоследствии согласились с той частью предложения, что разрушение происходило в атмосфере.

По инициативе В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана, Академия Наук организовала в марте 1921 г. первую экспедицию для сбора метеоритов, выпавших за 1914—1920 гг. на территории РСФСР. За время работы экспедиции в Западной Сибири с мая 1921 по ноябрь 1922 были получены сведения, что утром 30.06.1908 «над Енисейской губернией пронёсся, в общем направлении с юга на север, эффектный метеорит», упавший в районе реки Ванавары. При этом на значительной площади были переломаны и повалены деревья тайги. Анализ показаний свидетелей, собранных в 20-е – 30-е годы, привел первых исследователей (Л.А. Кулика и И.С. Астаповича) к единодушному заключению о том, что болид пролетал в направлении с юга на север. Около ста очевидцев отмечало прохождение звуковых волн низкой частоты. Сила звуков при этом возрастала по мере приближения к месту падения, являвшегося центром взрыва. Наиболее удаленный пункт (Ачаевский улус), куда звук дошел час спустя после падения, отстоял за 1200 км. Характер звуков менялся с расстоянием: на 700—1200 км они напоминали глухие, отрывистые, отдаленные пушечные выстрелы; между 550—700 км они напоминали близкие громовые удары, даже слышался гул. На расстояниях 400—550 км звуки напоминали близкие пушечные выстрелы, ещё ближе – непрерывную артиллерийскую канонаду, грохот, мощные взрывы. В 65 км от эпицентра, в эвенкском стойбище на устье реки Хушмо, произошел «ужасный взрыв с грохотом», «невероятно сильный продолжительный гром». На основании этих данных И. Астапович построил изолинии, проходящие через пункты одинаковой громкости. Горизонтальная проекция траектории тела на земную поверхность проходила с Юга на Север [36].]. Астапович И.С. рассчитал [37] азимут полета (близкий к нулю) и угол наклона траектории к горизонту (до 10°) в точке падения. Ученый считал, что линия симметрии акустических полей совпадает с траекторией полета метеорита. Построенные изосейсты землетрясения, вызванные падением Тунгусского метеорита, были дополнительным аргументом в пользу «южного» варианта траектории. В дальнейшем выясним, в чем он был прав, а где допускал неверную интерпретацию явлений. Обратим внимание на то, что собранные факты не учитывали показаний других очевидцев о траекториях разных направлений, или нескольких космических тел, что допускал А. Вознесенский. Недоразумение исследователей вызывало и то обстоятельство, что при малом угле наклона траектории баллистическая волна должна была произвести мощный полосовой вывал леса, чего в действительности не наблюдается.

Необычное явление характеризуют примеры, взятые из работы [24],

1. В газете «Сибирь» от 2 июля 1908 г. (Иркутск) С. Кулеш описывает падение метеорита следующим образом: «17-го июня утром, в начале 9-го часа у нас наблюдалось какое-то необычное явление природы. В селе Нижне-Карелинское (верст 200 от Киренска к северу) крестьяне увидели на северо-западе, довольно высоко над горизонтом, какое-то чрезвычайно сильно светящееся (нельзя было смотреть) белым голубоватым светом тело, двигавшееся в течение 10 минут сверху вниз. Тело представлялось в виде «трубы», т. е. цилиндрическим. Небо было безоблачно. Только невысоко над горизонтом, в той же стороне, в которой наблюдалось светящее тело, едва заметно было маленькое, темное облачко». Автор был в то время в лесу и слышал на северо-западе как бы пушечную пальбу, повторявшуюся с перерывами в течение минимум 15 минут не менее 10 раз. В это же время в Киренске некоторые наблюдали на северо-западе как бы огненно-красный шар, двигавшийся, по показаниям некоторых, горизонтально, а по показаниям других – весьма наклонно. Около Чечуйска крестьянин, ехавший по полю, наблюдал это же на северо-западе. Около Киренска в деревне Ворониной крестьяне видели огненный шар, упавший на юго-восток от них (т. е. в стороне, противоположной той, где находится с. Нижне-Карелинское).

В описании есть указание на то, что некоторые очевидцы наблюдали падение метеорита в направлении сверху вниз. Полет тела в направлении земли не вызывал у Е. Кринова каких-то сомнений. Он предположил, что указанные населенные пункты оказались расположенными приблизительно в плоскости траектории метеорита.

2. Корреспондент газеты «Красноярец» от 13 июля 1908 г. сообщил: «С. Кежемское. 17-го, в здешнем районе замечено было необычайное атмосферическое явление. В 7 час. 43 мин. утра пронесся шум как бы от сильного ветра. Непосредственно за этим раздался страшный удар, сопровождаемый подземным толчком, от которого буквально сотряслись здания… За первым ударом последовал второй, такой же силы и третий. Затем – промежуток времени между первым и третьим ударами сопровождался необыкновенным подземным гулом…».

Подобные явления наблюдались в поселениях возле Ангары вниз и вверх на расстоянии 300 верст (320 км) с одинаковой силой. От сотрясения домов разбивались стекла в створчатых рамах. За сотни километров от места падения среди животных царил испуг, лошади вырывались, домашняя птица переполошилась [37]. В некоторых случаях падали с ног люди и лошади. В показаниях очевидцев катастрофы изложено не объяснимое для взрыва метеорита обстоятельство: громоподобные звуки доносились не только во время или после пролета болида, но и до него.

Кринов Е.Л. записал показания 20 очевидцев, наблюдавших явление. Проанализировав материал, пришел к выводу: метеорит двигался по азимуту А = 137° с юго-востока на северо-запад [1. С. 176]. В 1938 г. Кулик Л.А. по направлению повала деревьев попытался определить эпицентр взрыва. Им были получены четыре центра генерации ударных волн, из которых только западный центр на Южном болоте считался надежно установленным. В. Фаст определил эпицентр взрыва на основании полевых измерений, проведенных экспедицией в 1960 году. Основную роль играли измерения, проведенные на расстоянии 4—22 км от предполагаемого эпицентра. Четыре группы, вышедшие из общего центра по азимутам А = 0°, 90°, 180°, 270° на юго-востоке от изб Кулика, проводили измерения азимутов поваленных деревьев. По результатам 4620 замеренных азимутов были получены 108 средних азимутов. Некоторую точку (О) приняли за начало координат. В прямоугольной системе координат ось Х направлена по магнитному меридиану, а начало – в точке О, предполагаемом эпицентре взрыва. Расчеты показали, что два главных направления эллипса имеют азимуты А = 98,417° и А = 8,417°. Им соответствуют значения большой и малой полуосей: a = 1,50 км и b = 0,93 км. Длинная полуось, рассчитанная В. Фастом, в 1,5 раза больше малой полуоси. Координаты эпицентра взрыва Тунгусского метеорита по расчетам В. Фаста: φ = 60,895° с. ш., λ = 101,892° в. д. [38]. В 1966 году В. Фаст защитил диссертацию "Статистическая структура полей разрушений, вызванных ударной волной Тунгусского метеорита". По результатам площадной съемки вывала, стало возможным построить поле "стандартов" для всей территории вывала. Соединив на карте места с одинаковым значением разброса направлений упавших стволов, В. Фаст получил карту изостандартов. Полученная картинка имела признаки осевой симметрии, линии контура были похожи на "крылья бабочки".

Расстояние от эпицентра взрыва до села Кежемское (φ = 58,975° с. ш., λ = 101,121° в. д.) примерно 200 км на северо-восток. Очевидцы с. Кежемское рассказывают [39. С. 21—22], что небо прорезало с юга на север, со склонностью к северо-востоку, какое-то небесное тело огненного вида. Из-за быстроты и неожиданности появления, свидетели не смогли запечатлеть его величину и форму. Они заметили, что впоследствии на уровне лесных вершин как бы вспыхнуло огромное пламя. Сияние продолжалось не менее минуты, оно было так сильно, что отражалось в комнатах, окна которых обращены к северу. Его заметили многие из крестьян, бывшие на пашнях. Как только «пламя» исчезло, раздались удары.

Большое число очевидцев наблюдали светящееся тело, движущееся на Север по азимуту А = 13° [1. С. 24]. Область поваленного леса в районе Тунгусской катастрофы в работе [39. С. 87] поделили по кругу на равные секторы через 10°. Линия симметрии подходит к эпицентру с юго-востока по А = 112°. Угол наклона траектории тела к горизонтальной плоскости отрицательный (—17°) [40. С. 33]. Протяженные стороны зоны разрушений простираются перпендикулярно проекции траектории метеорита. Анфиногенов Д.Ф. тщательно изучил аэрофотоснимки района Тунгусского падения, сделанные с лесохозяйственными целями, и провел кропотливую работу над снимками. Ранее он работал дешифровщиком аэрофотосъемки и знал, что на черно-белых снимках лес разного возраста выглядит по-разному. За годы, минувшие после события, на карте появились районы заросшие молодым лесом. Он проанализировал карты мест вывала, опираясь на реальную картину ориентации поваленных деревьев. Контур поваленного взрывом леса, выявленный по аэрофотоснимкам, имел форму бабочки и получил название "бабочки Анфиногенова". Размах ее крыльев был меньше, чем тот, который по крайней границе вывала устанавливал В. Фаст. По собственной методике Д. Анфиногенов рассчитал положение линии проекции траектории. Азимут, направленный от места падения на Тунгусское тело, составлял А = 99° (рис. 13) [41]. Картина вывала на северо-западе не соответствовала расчетному расстоянию от эпицентра взрыва. В направлении движения тела радиус зоны разрушений был минимальным. Получив независимым методом информацию о разрушениях, вызванных Тунгусским взрывом, Д. Анфиногенов поставил под сомнение концепцию об эпицентре взрыва. Отрицался сам факт его существования. Утверждалось, что источником была линейная ударная волна. Выводы о точечном взрыве, не оставившем материальных следов, Анфиногенов считал заблуждением, основанным на ошибочной трактовке явления.

Масштабный вывал леса в районе Подкаменной Тунгуски был результатом действия взрывной волны. Тщательное картирование выявило неучтенные ранее особенности вывала. Основными из них были [42]:

1) центр поля вывала не совпадает с центром площади поражения;

2) граница вывала имеет характерную двух лепестковую форму;

3) в "крыльях" сваленные деревьев отклоняются от радиального направления.

В статье указывают, что была проведена серия опытов, моделирующих траекторию полета и взрыв Тунгусского тела. Моделью разрушаемого "болида" служил детонирующий шнур (ДШ), который взрывали над спичками (модель леса). Соответствие вывалу леса на местности, и наблюдаемого в эксперименте, было получено при скорости распространения взрыва по шнуру 7 км/с, когда наклон оси ДШ к плоскости горизонта составлял 30°, при усилении линейной энергии на нижнем участке шнура в 4 раза. Исследование трех вариантов ударной волны (цилиндрической, конической и криволинейной) от взрыва метеорита свелись к следующим результатам [43]:

а) наклон оси волны к поверхности Земли достаточно большой (40—60°);

b) проекция траектории метеорита на поверхность Земли практически совпала с осью симметрии поля вывала (А = 105°);

с) пересечение линии траектории с поверхностью земли не совпадает с центром вывала леса – оно удалено от него на расстояние 10—20 км;

d) ударная волна, обращенная вниз, имела вид «колокола».

Работа по составлению полного каталога и карт вывала леса в районе Тунгусской катастрофы начали экспедиции с 1961 года, продолжили в экспедициях 1963, 1964, 1965, 1968, 1969, 1971, 1977, 1978 и 1979 года. Сопоставляя направленность плоскостей ожога веток у деревьев, исследователи пришли к выводу: центр лучистого ожога лежит на линии, проходящей через центральную часть вывала леса, по азимуту А = 284° от истинного меридиана и под углом α = 25° к горизонту [44]. Тунгусское тело очевидцы наблюдали далеко к востоку от эпицентра. Вывал леса в эпицентре не является равномерным, имеет сложную геометрию и внутреннюю неоднородность. Анализ картины разрушений показал: у зоны вывала леса просматривается осевая симметрия. После обработки новых данных и свидетельских показаний, предполагают, что азимут траектории А ≈ 115°. С показаниями очевидцев, опрошенных после 1965 года, совпадала линия симметрии, принятая как проекция траектории "болида". Полет тела по азимуту А = 115° получил широкое признание. Указанный Е. Криновым азимут траектории (А = 137°), перестал быть актуальным. В согласии с показаниями очевидцев, опрошенных в 1965 г., и характером повала леса линию симметрию приняли за проекцию траектории "болида". Выступая на XII метеоритной конференции, Н.В. Васильев признал, что расчеты вывала леса, выполненные В.Г. Фастом и Д.Ф. Анфиногеновым, вкупе с опросами очевидцев В.Г. Коненкиным (п. Ванавара), определяют проекцию траектории Тунгусского тела, которая совпадает с осью симметрии площади вывала леса [45]. Исследователи пытались понять траекторию полета тела. Ее определяли по вывалу леса в районе эпицентра, по показаниям приборов в 1908 году, по показаниям очевидцев и другим данным. По наблюдениям очевидцев, по акустическим и барическим данным, электрофонным явлениям получалось, что азимут траектории Тунгусского тела был близок к нулю. Вывалы леса перед эпицентром взрыва и за ним располагались симметрично по обе стороны определенной линии траектории. Разрушения наблюдались на линии траектории, поэтому последовал вывод: «Тунгусский метеорит (или, по крайней мере, его часть) не закончил свое существование в момент взрыва, а продолжал свое движение по траектории со сверхзвуковой скоростью» [46]. Не размышляя над неувязками в свидетельских показаниях о разнонаправленных азимутах, восточный вариант траектории полета признали подавляющее число ученых [47]. Отклонение от радиальности векторной структуры вывала леса ученые объяснили воздействием баллистической волны. Обоснование южного варианта траектории проводил И. Астапович. Достоверность движения "болида" на южной и восточной стороне не вызывала сомнений у Ф.Ю. Зигеля. Он обратил внимание на особенность явления: в поселении Ванавара и в других местах (между эпицентром и районом п. Кежма), полета метеорита никто не видел. Очевидцы слышали только взрыв.

Ученые [47] выполнили анализ показаний 708 очевидцев Тунгусского явления. Разброс показаний по траектории полета присутствовал не только в восточном и юго-восточном направлении движения болида, но также в южном и западном направлениях. Южные очевидцы наблюдали явление преимущественно утром, и пролет болида в направлении на север. Восточные наблюдатели рассказывал о каком-то другом болиде, т. к. большинство очевидцев наблюдали явление «в обед». По их мнению, болид летел быстро в направлении на запад, продолжительность наблюдений менее 5 минут. Вывод статьи гласил: «Имеются основания для предположения, что 30 июня 1908 г. наблюдалось несколько объектов со своими особенностями и пространственно-временными характеристиками» [48]. Ученые, используя ЭВМ [15], разделили очевидцев явления на тех, чьи показания были разнонаправлены и одинаковы. Оказалось, что свидетели дают направление полета болида, совпадающее с осью симметрии разрушенной зоны, определенной по картине вывала леса.

Анализ свидетельских показаний, в рассмотренных выше работах, выполнялся одними исследователями. Разногласия по направлениям движения метеорита остались. Почему игнорируются траектории болида, не соответствующие зоне разрушений, авторы не объясняют.

Профессор Ф. Зигель не исключал возможности движения Тунгусского тела по обеим траекториям. Исходя из общих соображений и согласуя разнящиеся свидетельские показания, он высказал сомнительную гипотезу, что до села Кежмы "болид" двигался по южной траектории, а затем, перелетев в район Преображенки, перешел на восточную траекторию [49]. Ф. Зигель утверждал, что тело имело искусственное происхождение.

Весной, летом и осенью 1908 г. было зарегистрировано резкое повышение болидной активности. Сообщений о наблюдении болидов в газетных публикациях того года было в несколько раз больше, чем в предыдущие годы. Болиды, излучающие свет, видели в Англии, европейской части России, в Прибалтике и Средней Азии, Сибири и Китае. Подобные истории представляют трудность в интерпретации полета "болида". Наблюдаемая очевидцами разносторонняя направленность полета светящегося тела, является серьезным препятствием для авторов, излагающих природу физического явления. Материалы опроса свидетелей, показаний очевидцев, опубликованные в научных работах, заставляют принять объективную данность: если в пространстве над Сибирью не происходила полета техногенного объекта, то в разрушении участвовало не менее двух тел, разделенных каким-то промежутком времени. Среди сотен документированных материалов нет показаний очевидца, который видел бы два болида, наблюдаемых в один день. Поэтому такую трактовку явления Н.В. Васильев характеризует [46] «крайне натянутой», хотя перекрытие зон видимости считает вероятным. Ученый признает, что природа Тунгусского феномена не установлена, многолетние попытки интерпретации его в рамках классической парадигмы не принесли успеха. Васильеву представляется целесообразным объяснения альтернативных вариантов.

3. Аномальные явления, наблюдаемые в 1908 и 2013 гг.

Люди в Челябинской области и соседних регионах 15.02.2013 г. наблюдали очень яркий болид. Авторы многочисленных публикаций утверждают, что в атмосферу Земли проникло довольно крупное тело, размером 16—19 м в диаметре. Он возник утром, как светящаяся точка. Спустя 13 секунд (3:20:33 UTC) метеорит, превратившийся к этому времени в огненный шар, достиг максимума своей светимости и взорвался на высоте 23,3 км [33]. "Болид" с ярким хвостом, двигался со стороны Казахстана в Челябинскую область (с юго-востока на северо-запад), под небольшим углом к горизонту [50]. Начиная с некоторого момента, след в атмосфере разделился на два. По оценкам ученых, метеороид вошел в атмосферу под углом ~14° к горизонту [51]. Мощность взрыва ученые оценивают величиной 300—500 килотонн ТНТ. На 12 сейсмических станциях, расположенных на расстояниях 252—3204 км от места взрыва, зарегистрированы короткопериодные колебания (период 3—16 секунд и продолжительностью до 1 мин, с амплитудой 0,03—0,3 мкм) [27]. Часть энергии УВ при разрушении "болида" выделилась в виде поверхностных сейсмических волн. Скорость входа в атмосферу Земли в диапазоне 17,7—19,3 км/с, магнитуду землетрясения оценивают в 2,7—4 балла [28].

Из сравнений максимальной световой вспышки, времени начала разрушений и времени наименьшего запаздывания сферической ударной волны, была получена высота hр = 22.9 ± 0.2 км, на которой наиболее интенсивно происходило разрушение космического тела. Разрушающее воздействие ударной волны на уровне поверхности земли достигало 130 километров в длину и 50 километров в ширину [51]. На видеозаписях из города Челябинск и его окраин момент прихода ударной волны сопровождался звуками взрыва, выбитыми стеклами и другими проявлениями. В статьи утверждают, что эпицентр взрыва находился вблизи п. Первомайского. Географическое расположение разрушенной территории конкретизировано в работе [52]: «Зона выбитых стекол протянулась в виде бабочки от с. Бродокалмак до п. Искра поперек траектории болида и от с. Архангельское до с. Большеникольское вдоль траектории». Если выделение энергии происходило вдоль траектории "болида", то остается неопределенность расположения длинной стороны разрушений. По неизвестной для авторов причине ударная волна распространялась как в неоднородной среде. На первой половине пути болид разгорался плавно, затем стал вспыхивать и под конец разделился на несколько небольших болидов. Последний из них погас на 15-й секунде. На месте главной вспышки шлейф светился до 19 секунды, по яркости она была сравнима с Солнцем.

Одновременно с пролетом светящегося объекта, до прихода УВ, был слышен звук. На расстоянии ~50 км от места основного выделения энергии очевидцы характеризуют его как свист, шипение, треск. Челябинский "болид" характеризуют как электрофонное тело [32, 53]. Возмущения полного электронного содержания (Total Electron Content – TEC) были зарегистрированы на близлежащих к эпицентру GPS-станциях через 14 мин после взрыва. Длительность периода возмущений составляла ~15 мин. Возмущения распространялись от точки взрыва радиально на расстояние 500—600 км, со скоростью близкой к скорости звука (320—360 м/с) в нижней атмосфере [27]. Однако в период 02:00—06:00 UTC вдоль траектории "болида" заметных возмущений TEC на GPS-станциях, не связанных с солнечным терминатором, зарегистрировано не было. В период 06:00—10:00 UT на большинстве станций GPS (NNOV, ARTU, SELE, NRIL, NVSK, LIST) наблюдались интенсивные возмущения TEC, имевшие форму волновых пакетов длительностью 30-40 мин. Ученые допускают, что они могли быть вызваны ударными волнами от взрыва Челябинского метеороида, но природа данных возмущений TEC не выяснена.

Большое число из свидетелей события 15.02.2013 г., опрошенных в 59 населенных пунктах Челябинской области, сообщили, что во время пролета болида чувствовали тепло [53]. Ощущение тепла возникало и в момент, когда они его не видели. Очевидцы, которые находились ближе к траектории болида, получили легкие ожоги. В основном это было покраснение открытых участков тела. После Челябинского события, 204 очевидца из 1800 указали, что у них болели глаза. На видеозаписях из Челябинска и близлежащих населенных пунктов момент прихода УВ сопровождался ярким светом и другими сопутствующими взрыву проявлениями. В 14 населенных пунктах, расположенных вдоль траектории болида, люди ощутили появление в воздухе запахов похожих на запах серы, пороха после выстрела, или гари. Запахи сохранялись в течение 1—1,5 часов после пролета тела. Жители поселка Еманжелинка, расположенного близко к траектории "болида", сообщили о запахе похожего на после грозовой запах озона. Запахи озона в приземном слое – признак, указывающий на ионизацию атмосферы в приземной области.

В Геофизической обсерватории Института солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской Академии Наук (ГФО ИСЗФ СО РАН) регулярно ведут наблюдения яркости ночного неба. На территории Восточной Сибири расположены Иркутская область, Забайкальский край, Красноярский край, а также Республики Саха, Бурятия, Хакасия и Тыва. После разрушения "болида" в 2013 г. отмечено увеличение яркости в конце февраля начале марта, не характерное для сезонного хода [54]. В Восточной Сибири в первые две ночи (15/16 и 16/17 февраля 2013 г.) ГФО ИСЗФ СО РАН (φ = 52° с. ш., λ = 103° в. д.) отмечено увеличение яркости ночного неба. Увеличение яркости ночного неба для RGB-каналов (R – красный, G – зеленый, B – синий) составило до 50 % относительно предшествующих ночей. Высокая прозрачность атмосфера и яркости ночного неба наблюдалась 14 февраля (13:01 UTC) 2013 года. Заметное увеличение яркости неба зарегистрировано после взрыва 15 февраля (13:06 UTC). В работе высказана идея, что взрыв метеороида "Челябинск" мог вызвать перенос аэрозольного загрязнения в высокие слои атмосферы. Это вызвало увеличение суммарной яркости ночного неба в регионах Восточной Сибири, как и в случае с Тунгусским метеоритом.

Предположение слабо аргументировано. Исполнение варианта предполагает: траекторию движения воздушных масс в одном направлении в течение 12 часов (при средней скорости 120 км/ч); исключается снижение аэрозольной концентрации до района ГФО в Сибири, на удалении ~ 1450 км от эпицентра. Реалистичность предположения сомнительная. В увеличении яркости следует искать другие причины.

Анализ распределения значений магнитуд, амплитуды колебаний и частот поверхностных волн показал, что эти параметры имеют выраженную азимутальную направленность, соответствующую траектории пролета метеороида [55]. Сейсмические волны события – это производные от воздушного взрыва. В происшествии с ними не все однозначно. Информация о разрушениях стекол зданий и сооружений, вызванных ударной волной, позволяет оценить величину избыточного давления. Разрушения от воздействия УВ достигали примерно 130 километров в длину и 50 километров в ширину [56]. Ориентирование длинной стороны зоны разрушений перпендикулярно линии траектории противоречит гипотезе об эпицентре взрыва метеороида. В статье указан эпицентр взрыва, который находится вблизи поселка Первомайский (координаты: φ = 54,866° с. ш., λ = 61,171° в. д.). Данные, полученные в ходе обследования экспедицией РАН населенных пунктов, отражены на карте Челябинской области. Зоны избыточных давлений подтверждены исследованиями на местах и свидетельскими показаниями. На карте (fig. 3) [57] обозначены районы с массовой поломкой стекол, оконных проемов и стеклопакетов. Распространение энергии в процессе взрыва происходило не только под линией траектории "болида", а преимущественно по разные стороны от траектории. От взрыва в атмосфере проявление избыточного давления на поверхности земли было таким, что длинная сторона разрушений оказалась не под траекторией метеорита, а протянулась перпендикулярно к ней. По заявлениям ученых, выделение энергии должно было происходить вдоль траектории "болида". Область разрушений после взрыва метеороида имела эллипсоидную форму. Длинная ось направлена перпендикулярно проекции траектории метеороида. Почему ударная волна, распространяясь в однородной среде, демонстрирует анизотропию? В публикациях данный факт ученые констатируют, но причину аномального распространения они не обсуждают. Сила взрыва определялась на основании косвенных данных. Размерность разрушений в различных исследованиях одного порядка. По измеренным на карте расстояниям, наиболее удаленные населенные пункты, где происходило разрушение стекол, находились в 70 км на юго-запад и 80 км на северо-восток от линии проекции траектории на землю. Инструментальные замеры величин избыточного давления на поверхности земли во время падения метеороида не велись.

Тунгусский взрыв 30.06.1908 г. оставил много необычных явлений, зарегистрированных инструментально. К ним относятся и барограммы, полученные на обсерваториях, расположенных на территории Великобритании. На шести метеостанциях (Саут-Кенсингтон, Вестминстер, Лейтон, Кембридж, Шепердс-Буш, Питерсфилд) 30.06.1908 г. зафиксирована ударная волна [40. С. 89]. Барограммы английских метеостанций были непонятны до 30-х годов прошлого века. После экспедиций в район катастрофы они были идентифицированы как барические возмущения от произошедшего взрыва. Барограммы от высотных ядерных взрывов оказались похожими на Тунгусский феномен [58]. Отличительной чертой английских барограмм является мощная волна разрежения, следующая за первой волной сжатия. Такой "ямы" авторы [58] не смогли обнаружить на доступных барограммах от ядерных взрывов. Это соответствует сценарию Тунгусского события, как специфического землетрясения с прорывом к земной поверхности глубинных водородно-метановых струй и их последующим высотным подрывом в атмосфере [59, 60].

4. Интерпретации геофизических явлений, связанных с проникновением Челябинского метеорита

Основные события, связанные с разрушением "болида" 15.02.2013 г., развивались на территории Челябинской области. Общая картина происшествия, как будто, хорошо установлена. Движение светящегося тела, называемого болидом, сопровождалось возникновением конденсационного следа. Очевидцы из населенных пунктов, которые разбросаны на 540 км с севера на юг от Нижнего Тагила до города Карталы и на 900—1000 км с запада на восток (от Самары до Тюмени), видели (ощутили) пролетавший болид. Движение светящегося тела, сопровождалось возникновением конденсационного следа. Недалеко от города Челябинск путешествие метеороида закончилось высотным взрывом. После разрушения значительный фрагмент продолжил движение по прежней траектории, с меньшей видимой скоростью. Через несколько минут после вспышки раздался звук громкого взрыва, изначально один мощный, вслед за которым последовала канонада из нескольких менее мощных взрывов [26]. Помимо Челябинска взрывы были слышны в Коркино, Еманжелинске, Копейске, Шеломенцево, Первомайском и в других населенных пунктах. Наиболее удаленное место, откуда было зарегистрировано событие – это города Тюмень (340 км от эпицентра взрыва) и Оренбург (570 км от эпицентра взрыва). Действие ударной волны вызвало повреждения у построек на площади около 6 тыс. км2, а также слабое землетрясение. Разрушение объекта сопровождалось сейсмическими волнами, возмущениями в атмосфере, ионосфере и геомагнитном поле. На среднеширотных и авроральных станциях (в области, где происходят полярные сияния) не выявили заметных возмущений в период 00:00—06:00 UT [34].

По мнению ученых разных стран, разрушение "болида" происходило между пунктами Коркино – Еманжелинск – Первомайский. Пеленг по инфразвуковым сигналам, зарегистрирован целым рядом инфразвуковых станций, что позволяет независимым методом определить местоположение источника возмущений. Из мировой сети станций самой близкой к эпицентру взрыва оказалась инфразвуковая группа IS31 (Актюбинск). Расположение станции позволило более детально определять параметры взрыва, сопутствующие явления, записывать и изучить сигнал в широком частотном диапазоне, с большим количеством деталей. После происшествия были рассчитаны направления сигналов и скорость волн, поступивших на инфразвуковую группу IS31.

Азимут направления от группы IS31 на эпицентр взрыва составляет ~16°. Слабые сигналы приходили на станцию по азимутам А = 180° и А = 360° (рис. 6) [31] за 12 минут до события (03:10 UTC) и в течение 36 минут до поступления инфразвуковых волн от происшедшего взрыва. По мнению авторов публикации, до и после взрыва станция детектировала ветровые помехи (североатлантические микробаромы). Азимут на источник составлял А = 300°, а сигналы от газовых факелов Жанажол шли по А = 190°. Сигнал от взрыва "болида" вступил на всех восьми каналах станции в 3:48 UTC с относительно небольшой амплитудой в начале. В 3:52 амплитуда сигнала заметно выросла, последовало 5 амплитудных всплесков волн. Шесть цугов волн (рис. 7) [31], поступивших на станцию IS31 с 3:52 до 4:01 UTC – это были сигналы от взрывов разрушавшегося над районами Челябинской области тела. В работе отмечают: «Позднее кажущиеся скорости увеличились примерно на 400 м/с и более». Ученые предположили, что эти фазы были преломлены на большей высоте.

Сигналы от источников инфразвуковых волн шли на станцию по азимутам 0°, 20°, 30° [31]. Они регистрировались  с 3:48 до 3:54 UTC по азимуту А = 360°, а в период времени от 3:58 до 4:04 – по азимуту А = 20°. Сигналы шли с азимутов 0—20° и 350° в период времени с 4:04 до 4:11 UTC. Сигналы имели разные групповые скорости. До 3:54 – со скоростью v = 0.32 км/с, позже этого времени расчетная скорость на диаграмме достигала v = 0,40—0.42 км/с. С 4:11 до 4:25 сигналы поступают со скоростью и с направлений, которые предшествовали взрыву. В статье пишут, что сигнал ушел от точки взрыва к концу регистрации. В более ранний промежуток времени (с 03:17 до 03:19 UTC) станцией были зарегистрированы сигналы по азимуту А = 120° и А = 360° (рис. 6) [31]. На диаграмме (рис. 7) [31] показана максимальная скорость сигналов v > 0,5 км/с. Казахстанские станции расположены ближе всех к эпицентру события. В публикации отмечают не типичное распределение направлений и скоростей сигналов: «Произведена парадоксальная регистрация инфразвуковых сигналов сейсмической группой». Большой разброс в найденных значениях азимутов и скоростей ученые объясняют тем, что в области самых низких частот надежного детектирования сигналов не происходит, потому что апертура инфразвуковой группы уже мала. В статье [31] склоняются к мнению, что в области низких частот регистрируются акустико-гравитационные волны.

Изменим картину восприятия и предположим, что взрывались плазменные структуры, протянувшиеся вдоль силовых линий поля. В таком случае разрушение распространилось одновременно и по ширине и по простиранию плазменного тела, Сигналы детектировались из разных географических точек с двух сторон от траектории "болида". К станциям с южной стороны от траектории приближались сигналы, которые смещались на юго-запад вдоль длинной оси плазмоида. В этом случае расстояния от источника сигнала до станции постоянно уменьшалось. При одинаковой скорости прохождения сигналов они поступали несколько ранее. На противоположной стороне от траектории детектируемые сигналы смещались на север, удаляясь от станции. Поэтому время прихода сигналов увеличивалось, что не отражалось на расчетах. Недоразумение с разбросом источников сигналов и акустико-гравитационными волнами, имеет простое объяснение, если рассматривать взрыв не метеороида, а протянувшейся на сотни километров плазменной структуры.

Геофизическая обсерватория «Михнево» (MHV) Института динамики геосфер РАН (в 80 км от Москвы на юг) создана для исследования механизмов взаимосвязанных возмущений во внутренних и внешних геосферах Земли. Учеными из обсерватории MHV (φ = 54,95° с. ш., λ = 37,767° в. д), расположенной на расстоянии 1489 км от места взрыва, получен иной результат. В преддверии появления Челябинского "болида",  на среднеширотной обсерватории был зарегистрирован геомагнитный эффект. Наблюдались повышенные вариации магнитного поля. С момента времени 03:07 UTC компонента Вx магнитного поля (рис. 5) [61] росла. С момента времени 03:15 UTC компонента Вx изменялась в отрицательную сторону. Вариация компоненты Вz проявилась в 03:12 и увеличивалась с 03:17 UTC) до момента вспышки. В это же время компоненты Вx и Вy уменьшались.

На MHV зарегистрированы также изменения в электрическом поле Земли. Они охватывают период до и после взрыва Челябинского "болида". Вертикальная компонента напряженности электрического поля (Еz) с 02:49 UTC начинает быстро изменяться в сторону положительных значений (Рис. 2) [61]. Максимальная вариация амплитуды напряженности составила ΔЕ1 ≈ 130 В/м. В 03:11 UTC Еz принимает первоначальное значение, за тем до 03:32 UTC следует подъем. С момента времени 03:32 рост Еz прекращается и до 04:24 UTC идет снижение. Длительность возмущений электрического поля составляет t ≈ 57 мин. Резкое изменение электрического поля в сторону положительных значений в работе [61] связывают с входом космического тела в атмосферу Земли.

В 04:35 UTC зарегистрировано начало второго повышения напряженности электрического поля. Возмущение достигает нового максимума (05:03), но меньшей амплитуды (ΔЕ2 ≈ 40 В/м), после чего компонента напряженности постепенно возвращается к своему обычному состоянию. Парадоксальность ситуации в том, что "метеороида" более часа нет в пространстве, его тело разрушилось. Ученые высказывают предположение, что возмущение ΔЕ2 (меньшей амплитуды) связано с приходом акустического сигнала, вызванного взрывом болида. Теория физики не описывает случаев изменения напряженности электрического поля Земли, силой акустического сигнала.

В день пролета и разрушения Челябинского "болида" на MHV зарегистрировано увеличение атмосферного тока (рис 3) [61]. Графическая зависимость, построенная по данным наблюдений MHV, показывает рост вариации среднеквадратичного отклонения атмосферного тока с 03:13 до 03:30 UTC. После указанного периода времени наступает резкий спад, ток поддерживался близко к минимальному уровню. Непродолжительное затишье (13 мин) прерывается в 03:43 лавинным ростом среднеквадратичного отклонения тока и таким же быстрым снижением (в течение 1—3 мин) до минимума. Начиная с 03:57, амплитуда возмущений снижалась и к 05:45 она приблизилась к стационарному состоянию.

Во время полета и взрыва Челябинского "болида", в обсерваториях «Иркутск» ( φ = 52,46° с. ш., λ = 104,4° в. д.) и «Арти» (φ = 56,42° с. ш., λ = 58,52° в. д.), не зарегистрированы какие-либо заметные изменения в магнитограммах длиннопериодных вариаций поля Земли [62]. Высокочувствительные индукционные магнитометры, установленные в обсерваториях ИСЗФ СО РАН Монды (φ = 51,4°, λ = 100,5°) и Норильске (φ = 69.3°, λ = 88,2°), зарегистрировали 15.02.2013 г. геомагнитные пульсации в диапазоне частот 0—30 Гц малых амплитуд (тысячные доли нТл). Ожидаемый геомагнитный эффект на магнитограмме станции Норильск не наблюдался. Учитывая местоположение станции, ученые предполагали, что Z-компонента геомагнитного поля будет иметь отрицательное возмущение на уровне десятков нТл через 850 секунд после события. Записи магнитометров на геомагнитной обсерватории «Паратунка» (φ = 53,1° с. ш., λ = 158,4° в.д.) за 35 минуты до взрыва метеороида показали всплески в вариациях геомагнитного поля в диапазоне частот 0,2—5 Гц в интервале 02:45—02:58 UTC [63]. Возникновение аномалии в вариациях геомагнитного поля в диапазоне частот 0—5 Гц на среднеширотной станции «Монды» и обсерватории «Паратунка» соответствует времени вхождения метеороида в плазмосферу Земли [62]. По мнению авторов публикации, причиной возникновения шумового всплеска на спокойном геомагнитном фоне, могли быть процессы, возникающие при взаимодействии метеороида с плазменной сферой Земли. Чтобы пролететь со скоростью v = 15—30 км/с расстояние 25484—31855 км в плазмосфере и достичь Земли, метеороиду потребуется время от 15 до 36 минут. Подобная интерпретация как будто позволяет объяснить вариации геомагнитного поля в диапазоне частот 0.2—5 Гц за 35 минут до взрыва метеороида. В предположении определенно содержится натяжка. Приближение объекта к месту взрыва не отражалось на вариациях поля, они не превышали обычного фона. На близлежащих к эпицентру GPS-станциях были зарегистрированы [62] возмущения полного электронного содержания через 14 мин после взрыва. Длительность возмущений составляла 15 мин. От точки взрыва они распространялись в атмосфере радиально, со скоростью близкой к скорости звука (320—360 м/с), на расстояние 500—600 км [27].

Выскажем альтернативную точку зрения. Вариации напряженности магнитного поля Земли мы связываем с током плазменных зарядов, протекавшим по глобальной цепи в атмосфере и земной коре. Вокруг тока образуется магнитное поле. Действие токов и зарядов плазменных структур изменяет первоначальную конфигурацию электрического и магнитного полей. Обсерватория «Паратунка» (Камчатка) располагалась на большом удалении от линий тока ГЭЦ, создаваемых плазменными зарядами. Поэтому приборы регистрировали в основном шумы. С приближением плазмоида к поверхности земли, увеличивалась сила тока в ГЭЦ и напряженность электрического поля (ΔЕ1 ≈ 130 В/м) между ними. По окончанию взрыва и рекомбинации плазменных зарядов изменяется расстановка сил поля вокруг уцелевшей половины плазмоида. Оставшаяся целой половина плазмоида, находилась на большем удалении от поверхности земли. Поэтому после восстановление ГЭЦ, происходило локальное  увеличение напряженности, но на меньшую величину (ΔЕ2 ≈ 40 В/м).

Астрофизики утверждают, что 15.02.2013 г. неизвестное тело прилетело к нам из космического пространства. Господствует мнение, что он был в единственном числе. Однако однозначно не были определены: вещественный состав и конечная размерность тела; точка входа в атмосферу Земли; причина малого угла наклона траектории к земной поверхности и высокой плотности энергии в единице объема вещества. Никто не может сказать, из какой области пространства пришел метеороид. Известно, что первыми его увидели жители Республики Казахстан. Рассчитанные учеными многих стран траектории движения тела, различаясь в деталях, согласуются между собой в главном – полет над поселками Еткуль и Первомайский проходил в направлении на северо-запад по азимуту А = 283,2° [57, 64], примерно в 30 км к югу от Челябинска. Траектория "болида", определенная по данным спутника Meteosat-9, имеет направление движения на юго-запад. Метеорит не пролетал над территорией Казахстана и двигался по азимуту А = 82° (рис. 2) [65] с северо-востока. Обсуждение траектории, не свойственной Челябинскому болиду, привело ученых к выводу: данные спутника Meteosat-9 не совсем верны, поскольку спутник находится на геостационарной орбите и траектория метеорита наблюдалась низко над горизонтом. У них не было веских причин отрицать направление движения объекта, зарегистрированного аппаратурой спутника. Субъективное суждение основано на желании не противоречить признанной версии. Наличие тел, летевших с различных направлений, отрицалось и при взрыве в районе Подкаменной Тунгуски.

Ключевой вопрос теории о взрыве космического тела – это постулат, что проникновение крупного метеороида в плазменную оболочку планеты вносит изменения в ионосферу, электрическое и магнитное поле Земли. Соответствует ли он действительности? Все научные утверждения о причине взрыва светящегося объекта в атмосфере преждевременны, без аргументации взаимосвязи видимого "метеороида" с перечисленными физическими явлениями. В статьях, посвященных событию 15.02.2013 г., физика процессов осталась не разгаданной. Невозможно подойти к решению проблемы природы "болида", пока астрофизики используют модель проникновении космического тела в атмосферу Земли. Законы планетарного движения тел в пространстве, сформированные в XVII—XIX веках, опираются на догмы консервативного знания. Их применяют и в современной астрономии, сохраняя архаичное представление об устройстве мира. Это утверждение выходит за рамки настоящей темы, далее в нее не будем углубляться.

Профессор МГУ, доктор физико-математических наук Липунов В.М. в беседе с корреспондентом [66], указал на негативную тенденцию, складывающуюся с кадрами в астрофизике и астрономии. В 1970‑е годы, когда он поступал в ВУЗ, конкурс был 10 человек на место. Все изменилось, начиная с 1990‑х годов. В. Липунов говорит: «Талантливые ребята к нам все равно приходят, конкурс есть, хоть и небольшой. Но на молодежь сильно повлияла смена системы ценностей. Люди, способные создавать, что‑то новое в науке и технике, ушли с экранов телевизоров. Больше нет передач типа «Очевидное  – невероятное» или «Это вы можете». Нет новостей науки и техники. Нет человека разумного на экране!». Тревожный сигнал. Если не начать исправлять ошибки в идеологии и культуре, допущенные в прошлых десятилетиях, то кризис в подготовке квалифицированных кадров продолжит развиваться.

5. Гипотезы о телах, взорвавшихся в атмосфере Земли 17 июня 1908 и 15.02.2013 гг.

Примерно в 9:20 по местному времени 15 февраля 2013 г. в районе города Челябинск в атмосфере взорвался метеороид. В публикациях, посвященных Челябинскому событию, авторы акцентируют внимание на внушительных размерах объекта. Существующими средствами космического и наземного наблюдения за небесными телами, его появление у границ Земли не зарегистрировали. Удивительно, что в научном сообществе сложился консенсус о причине редкого явления. О происшествии судят [50—57, 61—65] безапелляционно: событие 15.02.2013 г. является типичным случаем входа космического метеорита в атмосферу Земли. Коллегиально принимают постулат: крупное космическое тело, проникая в земную атмосферу, вызывает возмущения в ионосфере и изменяет ее характеристики. Исследования, как правило, охватывают не полный объем картины происшествия, а разорванную цепочку взаимосвязанных событий. Предполагая, что ионосфера Земли отреагировала на вторжение метеорита, ученые выдвигают гипотезы. Анализ и выводы большого количества ученых втиснуты в рамки одной догмы. Официальная версия трактовки происшествия: в небе над Челябинской областью произошел взрыв крупного небесного тела, незаметно проникшего в атмосферу Земли. Однако никто не может точно сказать, откуда появился небесный странник. В редких публикациях событие рассматривают как не естественное для природы явление.

В работе [67] предложена гипотеза «теплового» взрыва в земной атмосфере суперболида, типа Челябинского, за счет его кинетической энергии. Предполагается, что прохождение через атмосферу Земли болидов как кометного, так и астероидного происхождения сопровождается их интенсивным аэродинамическим разрушением и поперечным растеканием под действием градиента давления на лобовой поверхности болида. Эти процессы завершаются резким аэродинамическим торможением и "мгновенным" превращением кинетической энергии болида в тепловую энергию частиц болида в сравнительно очень тонком слое, во "взрывной" зоне, с генерацией ударной волны и высокой температуры. Мощность образовавшейся ударной волны авторы связывают с высокой скоростью полета болида и сложными динамическими процессами разрушения метеороида. Можно допустить, что метеоритное вещество была раскалено, так как в атмосфере образовался след после пролета метеороида. Нагрев тела до высокой температуры еще ничему его не обязывает. Для взрыва необходимо, чтобы элементы составляющие вещество метеорита, представляли взрывоопасную смесь. Однако шлейф из паров и газов, растянувшийся на десятки километров, вел себя нейтрально.

В публикации [68] названа причина взрыва метеорита – образование сверхзвукового фронта ударной волны. Рассматривают вариант, когда твердое космическое тело вошло в плотные слои атмосферы с гиперзвуковой скоростью (10—20 км/с). В качестве фактора, сопровождавшего разрушение метеорита (болида) в плотных слоях атмосферы, ученые предлагают модель «парового взрыва». Приводят пример: перегретая вода в паровом котле высокого давления, в случае аварийного сброса давления, мгновенно вскипает, что приводит к формированию ударной волны разрушающей агрегат. Ученые исключают присутствие в метеорите химических соединений традиционных для взрывчатых веществ. Предусматривается формирование горячего пограничного слоя на поверхности метеорита и адиабатическое сжатие его до высоких давлений. Допускается перегрев тела объекта значительно выше температуры кипения образующих его веществ. При резком торможения тела и снижении фронтального давления за ультракороткий промежуток времени происходит вскипание в массивном теле болида. Переведенное в газопаровое состояние вещество, сжатое до высоких давлений, взрывоподобно распадается. Происходит «объемный паровой взрыв», который формирует ударную волну.

Не очевидные постулаты, на которых базируется гипотеза, не позволяют согласиться с моделью «парового взрыва» [68]. С поверхности пролетавшего объекта выделялось в пространство вещество, похожее на газы и водяные пары. След в воздухе постепенно терял первоначальную форму и исчезал. Наблюдение инверсионного следа является серьезной проблемой для тех, кто развивает (поддерживает) гипотезу теплового и парового взрыва болида. В публикации игнорируют конденсационный след, оставленный после пролета метеорита. Известно, что нагрев и испарение вещества начинается с наружной поверхности тела. Для соблюдения подобия с «паровым взрывом» модели не хватает прочной оболочки, которая способна удерживать какое-то время высокое давление в дезинтегрированном теле. Без этого схема не будет работать. Имеется и дополнительное препятствие для взрыва. Независимо от принятых значений конечная скорость метеорита (vк) и конечная масса (Мк), необходимая для взрыва, должны заключаться в пределах: 16 км/с < vк < 30 км/сек, 2 ⋅ 104 т < Мк < 7,5 ⋅ 104 т [69].

Модель формирования высокоскоростными объектами ударных волн в атмосфере, во время их торможения и разрушения, нуждается в существенной корректировке [70]. Большая часть якобы найденных "фрагментов" Челябинского метеорита представлена светло-серым хондритом. Около 20 % обломков имели размер не более 1 см. Некоторые фрагменты, якобы, не достигли почвенного слоя и были извлечены из снега с глубины 20—50 см (при мощности снежного покрова на тот момент около 60—70 см) [70]. В снегу оставлены вертикальные или наклонные отверстия (с отклонением от вертикали до 20º), иногда извилистой формы. Нижняя половина входных отверстий была заполнена зернистым льдом, верхняя часть местами была частично укрыта снегом. Кусочки, застрявшие в снежном покрове, были окружены льдом толщиной в несколько миллиметров. Убежденность в том, что упавший с высоты нескольких десятков километров раскаленный хондрит, размером до 1 см, не способен пробить и растопить 70 см снежного покрова, демонстрирует произвольное толкование фактов. Вокруг полыньи в озере, в которое упал обломок "метеорита", образовался небольшой вал изо льда. Его обнаружили сразу после взрыва. Со дна озера подняли якобы кусок метеорита весом в десятки килограммов. Материал метеоритного вещества, представленный в музее города Челябинск и у частных коллекционеров, не имеет научной достоверности. Такого не бывает, чтобы массивный кусок вещества, упавший с высоты 20 км, не поднял в озере волну вокруг полыньи и не снес водой лед и снег в радиусе нескольких десятков метров.

Можно оценить картину иначе: ионизированные газы поднялись со дна озера. Силой, поднимавшей газовый пузырь вверх, взломало лед, и он направился к плазмоиду. Ходы в снежном покрове проложили ионизированные газы, идущие снизу вверх. Почему они не пробились? Вероятно, было кратковременное действие локального поля, поляризованные частицы приобрели не достаточно энергии. Известно, что поиски вещества Тунгусского метеорита в течение ста лет не увенчались успехом. По мнению группы ученых, его сходство с метеоритом было только в том, что «нечто» летело по небу, затем произошла серия взрывов. В стволах деревьев диаметром 40-60 см, переживших катастрофу 1908 года, члены московской экспедиции обнаружили в 1996 г. овальные дыры и круглые углубления [71]. Авторы объясняли их «следами шаровых молний». При взрыве «ядра небольшой кометы» на высоте примерно около 14 км над поверхностью Земли ничего подобного не могло произойти. Один из соавторов в предисловии к книге [72] пояснил мотив появления экстравагантной идеи: «Ни метеорит, ни комета, ни болид и т. д. не могут неоднократно менять свою траекторию и тем более взрываться несколько раз в различных районах. И все гипотезы, опирающиеся на взрыв небесного пришельца, сразу оказываются не востребованными. Остается только гипотеза о выходе из глубин Земли гравиболида и его полете по ломаной траектории…».

Взрыв "болида" 15.02.2013 г., на высоте 23 км нарушил целостность зданий и сооружения на площади в 750 километров квадратных. По характеристикам инфразвука и светового излучения была оценена кинетическая энергия метеороида: 500±100 килотонн в тротиловом эквиваленте [52], что равно энергии нескольких десятков атомных бомб, сброшенных американцами на Хиросиму. На уровне поверхности земли действие ударной волны распространилось неравномерно по направлениям. О разногласии гипотезы и фактов открыто говорят авторитетные российские ученые: «Моделирование зон поражения ударной волной при ударах каменных метеоритов показало, что тела размером менее 30 м не производят разрушений зданий» [56]. Эксперты утверждают, что ни одно из известных космических тел не может само взорваться и выделить энергию десятка атомных бомб. Чтобы выделить огромное количество энергии и произвести разрушения на площади нескольких сотен квадратных километров, тело, взорвавшееся над Челябинском, очевидно, должно быть больших размеров.

Жители РК стали свидетелями падения неизвестного небесного тела [73]. Жители Костанайской и Актюбинской областей первыми увидели движение тела по небу в 9:15 (3:15 UTC). Гражданка Сахова А., проживающая в города Костанай, сообщила в издательство газеты "НГ" по телефону: «Это был большой огненный шар с дымовым шлейфом, потом он куда-то упал. Это продолжалось всего несколько секунд. Наш рабочий кабинет озарился красным светом» [74]. В редакцию поступило еще несколько звонков от очевидцев. Жители Оренбурга увидели объект в 9:21 (3:21 UTC) [31]. Сведенья о времени наблюдения "болида" в населенных пунктах Казахстана, длительность полета, от момента обнаружения до вспышки, не подтверждают высокой скорости движения космического тела (v > 15 км/с). Не все однозначно и с наблюдаемой траекторией полета. По видеосъемкам были рассчитаны азимуты движения "болида" в атмосфере. Для городов, близлежащих к эпицентру, получены следующие результаты [75]: Троицк – 337,5°, Еманжелинск – 302,8°, Миасс – 114,4°, Снежинск – 174,3°, Каменск—Уральский – 200,2°. По съемкам с различных улиц города Челябинска наблюдается разброс азимутов полета: поворот трассы М5 на Малково – 94,5°, улица Первой Пятилетки – 226,1°, улица Бейвеля – 211,4°. Время пролета Челябинского "болида" через определенные географические пункты – известно. Если в соседней стране (РК) наблюдали пролет того же тела, которое взорвалось в 03:20:33 UTC неподалеку от Челябинска, то его скорость была гораздо меньше той, которую ученые заложили в расчетах. Расстояние между городами Костанай и Челябинск – 259 км. Допустим, что расстояние до первой точки наблюдения светящегося тела было в два раза больше. Отрезок пути длиной L = 518 км, метеорит пролетел за 333 секунды. При средней скорости vм = 15 км/. "болид" должен был подлетать к месту вспышки за 35 секунд (в 03:15:35 UTC). В течение следующих 5 минут он должен был удалиться от Челябинска на 4470 км. Расхождение будет еще больше, если скорость тела оценивать vм > 15 км/с.

Частный случай равномерно ускоренного движения – свободное падение. Сила тяжести создает ускорение свободного падения. У метеорита была горизонтальная и вертикальная составляющая скорости. Предположим, что падение метеорита началось при начальной вертикальной скорости v = 0 км/с и продолжалось в течение t = 333 с. Для этого движения справедливы формулы:

h = gt²/2 = [9.81(333)²]/2 = 548900 м, (5.1)

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; t = 333 с – время, в течение которого наблюдалось падение; h – высота, м. За то время, которое видели "болид", он должен был успеть долететь с высоты 549 км до поверхности Земли. Если начать падать с высоты h = 100 км, с начальной скоростью равной нулю, то через 143 секунды тело достигает поверхности Земли. Отталкиваясь от времени наблюдения метеороида в рассмотренных географических пунктах, мы не можем получить высотного взрыва и скорости "болида", заявленной учеными. Если свидетели наблюдали полет и высотный взрыв одного и того же "болида", то падать он должен был с другой высоты и взорваться вдалеке от расчетной точки. С помощью видеозаписи из Каменска-Уральского (рис . 4, 1) [76. Замоздра С.И. Характеристики челябинского суперболида. Челябинский физико-математический журнал. 2014. № 1 (330). С. 6-15.] установлено, что начало первой вспышки болида было на высоте 45 км между Курганской и Челябинской областями, вблизи населенных пунктов Азналино и Боровое.

Легенду о проникновении метеорита в атмосферу Земли, разрушает снимок (Рис. 2а) [75]. Съемка выполнялась с поверхности земли. Фотография запечатлела инверсионный след и момент вспышки взорвавшегося тела. Видеозапись сделана возле города Чебаркуль, на трассе M5. На опубликованном снимке зафиксирована фаза полета "болида" во время взрывного разрушения. На снимке показано стрелкой направление движение метеороида. Впереди по линии траектории, под углом ~ 55° в направлении от поверхности земли, движется вверх голова светящегося тела. Метеороид должен был двигаться по нисходящей траектории. Если бы тело приближалось к поверхности Земли, то движение головной части на снимке должно быть направленным вниз, т. е. иметь отрицательный угол наклона к плоскости горизонта. На фотографиях, выполненных Е. Андреевым и М. Ахметвалеевым [50, 75], в небе виден пролетающий "болид". На снимках запечатлен момент, когда впереди яркая вспышка, а за нею тянется след. Из точки съемки, удаленной от траектории "болида", зафиксирована голова светящегося тела, движущаяся вверх по траектории. Фотография М. Ахметвалеева (рис. 6) [50] была сделана со штатива в Челябинске у реки Миасс (в одном километре от пруда Коммунаров), т. е. на удалении приблизительно 30 км от проекции траектории светящегося тела. Тело, изображенное на фотографии, движется по траектории от поверхности земли, т. е. вверх.

Тунгусский "метеорит", по показаниям очевидцев, летел по отличающимся траекториям. По истечении многих лет, основываясь на свидетельских показаниях, можно построить лишь приближенную траекторию полета. По результатам своих исследований ученые определили разнообразные направления траектории на метеорит. Азимуты составляли: 104° – Зоткин И.Т. (вывал леса); 99° – Фаст В.Г., Баранник А.П., Разин С.А. (вывал леса); 96,4° – Емельянов Ю.М. и др. (прирост деревьев); 95° – Львов Ю.А., Васильев Н.В. (лучистый ожог); 95° – Воробьев В.А., Демин Д.В. (лучистый ожог) [2. С. 183]. Средний азимут проекции траектории метеорита равен А = 97,9°. Магнитное склонение для точки взрыва, определенное на 1908 г. составляло: d1 = + 5,996°.  С учетом этой поправки линия траектория "болида" проходила по азимуту Аd1 ≈ 93°. В работе [77] утверждают: область вывала леса может быть разделена на четыре квадранта, симметричных относительно линии, проходившей с востока—юга—востока на запад—севера—запад через эпицентр, под углом 99° к линии географического меридиана.

Утром 15.02.2013 г. с направления А = 103° к Челябинску приближался "болид". Траектория полета проходила южнее города примерно в 30 км [28]. Азимут магнитного склонения в точке взрыва составлял d2 = + 13,320°. Если учитывать склонение, то угол между силовой линией, по которой проходила траекторией светящегося тела, и плоскостью меридиана составлял Аd2 ≈ 89,7°. В обоих случаях (1908 и 2013 гг.) "болиды" летели практически перпендикулярно к линии меридиана (Аd1 ≈ 93°, Аd2 ≈ 89,7°). Ученые часто сталкивались в свидетельских показаниях с расхождением наблюдаемого азимута полета светящегося тела. Не стыковку можно трактовать в пользу наблюдения нескольких малых плазменных тел, движущихся от разных мест к невидимому плазменному телу, расположенному вокруг силовых линий. Вероятно, перемещение объектов происходило по кратчайшему пути к той точке пространства, где располагался центр положительных зарядов протяженной плазменной структуры и проходил ток ГЭЦ.

Показания свидетелей убеждают нас в том, что в происшествии участвуют несколько малых плазменных тел. Поэтому они отличались разными углами наклона и направлениями. Поведение "метеороида" характерно для явлений, связанных с полетом и взрывом электрофорных тел. Чем меньше расстояние от тела малого плазмоида до протяженной плазменной структуры, тем больше сила электростатического притяжения полярных зарядов сторон и скорость "болида". Известно, что очевидцы наблюдали траектории светящегося тела в разных направлениях. Трудно рассуждать об одной скорости полета, в случае наблюдения разных болидов над территорией России и в соседнем государстве (РК). Установленные учеными характеристики полета объекта не достаточно корректны, чтобы соотнести его с одним метеороидом (метеоритом). Множественность вспышек болида показывает построенная [56] световая кривая излучения. Для более объективных выводов требуется дополнительное исследование характеристик зафиксированных видеокамерами светящихся тел.

Спутниковые снимки NOAA/AVHRR показали наличие положительных тепловых аномалий, которые связаны с крупными линейными структурами и системами разломов земной коры [78]. Сейсмическая активность и тепловые аномалии зафиксированы в Средней Азии, Камчатке, в Китае, Индии, Японии. Аномалии имели сотни километров в длину и десятки – в ширину, появлялись за одну-две недели до толчка, их амплитуда достигала 5—7 °С [79].

В рамках единой концепции подготовки сейсмического события [80], наблюдаемые эффекты разделили на три категории: тепловые, атмосферные или облачные и электромагнитные или ионосферные. Вблизи поверхности земли тепловые аномалии проявляются в виде линейных структур, вытянутых вдоль активных разломов. Температура воздуха над областью подготовки землетрясения выше, чем вне нее. Вследствие градиентов температуры и давления образуется вертикальный восходящий поток. Процесс развития приводит к образованию крупномасштабной структуры – теплового пятна на уровне верхней кромки облаков 10—12 км (OLR – убегающее длинноволновое инфракрасное излучение). Вертикальная конвекция выносит кластерные ионы наверх, что приводит к вытеснению легких ионов и изменению проводимости атмосферы в пограничном слое. По мнению ученых, вертикальное электрическое поле над разломами поддерживает линейную структуру потоков кластерных ионов, что приводит к образованию линейных облачных структур, краткосрочных предвестников землетрясений.

6. Аналогии в природе явлений Тунгусского и Челябинского "болидов"

За последние 120 лет несколько крупных тел, пролетавших над территорией России, взорвались в ее атмосфере, произвели разрушения и многочисленные геофизические эффекты. В научном сообществе большинство думает, что 30.06.1908 и 15.02.2013 гг. в земную атмосферу проникли крупные небесные тела. Для противодействия космическим угрозам, при Совете РАН была создана экспертная группа по космосу. В состав группы вошли эксперты – представители РАН, Роскосмоса, Министерство науки и высшего образования РФ, Министерства по чрезвычайным ситуациям, Росатома, Министерства обороны и других ведомств и организаций. Главная задача группы – выработка концепции противодействия космическим угрозам. Возможный вариант решения проблемы, они видят в развитии существующих и создании новых средств обнаружения опасных небесных тел в околоземном космическом пространстве. Ученые наметили первоочередные работы по созданию новых и развитию существующих средств обнаружения опасных небесных тел в околоземном космическом пространстве. К работам, необходимым для обеспечения безопасности России от космических угроз, относятся [81]:

1) создание новых оптических наземных средств обнаружения опасных небесных тел;

2) развитие существующих средств мониторинга космического пространства в оптическом диапазоне.

3) развитие радиолокационных комплексов наблюдения космического мусора.

4) создание астрономического космического комплекса обнаружения и определения параметров движения опасных для Земли астероидов и комет, а также космического мусора.

Указаны инструменты обнаружения и предупреждения на подступах к планете, вынесенные в космическое пространство. Наиболее серьезными космическими угрозами ученые называют [82] космический мусор, астероидно-кометную опасность (АКО), космическую погоду. Космическая погода представляет угрозу серьезных потерь, прежде всего в сфере энергетики, связи и др. Возможность столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы (астероидами и кометами) признается глобальной угрозой, с причинением большого ущерба населению планеты, вплоть до уничтожения цивилизации. Ученые утверждают, что опасные небесные тела, приходящие с неба в дневное время, невозможно обнаружить с помощью любых наземных средств. В вопросах АКО практического решения требует:

– проблема обнаружения (выявления) всех опасных тел;

– проблема определения степени угрозы (оценка рисков) и принятия решений;

– проблема противодействия и уменьшения ущерба.

С астрономической точки зрения случаи входа астероидов в атмосферу Земли являются редкими событиями. Взорвавшееся над Челябинском и привлекшее внимание всего мира небесное тело, ученые не отнесли к числу опасных объектов. Академик Шустов Б.М. убежден, что событие 15.02.2013 г. по астрономическим меркам было рядовым. Подобная концепция соответствует принятой парадигме. Поэтому вопросы к ней остаются. Кажущаяся простота событий не подтверждается инструментальными наблюдениями. Астрофизики не могут точно сказать, откуда прибыли космические тела, взорвавшиеся в 1908 и 2013 гг.

Международная космическая политика подчиняется не глобальным интересам человечества, а интересам отдельных государств. В профильном правительственном ведомстве США (NASA) в 2016 г. создано Отдельное подразделение по защите Земли от угроз из космоса – Отдел по координации планетарной обороны (Planetary Defense Coordination Office) [83]. По нашему мнению, цель его создания – дезинформация противников и подача ложного сигнала о прибывающих в атмосферу планеты и взрывающихся там энергетических объектах. Только по наблюдаемым геофизическим проявлениям сложно давать заключение о природе взрывов. В материалах исследований двух неординарных событий, закончившихся взрывами в атмосфере, прослеживаются аналогии в происходивших процессах и их последствиях. Отметим, что изменения в магнитном поле планеты до момента взрыва, ученые объясняют движением крупных космических тел в магнитосфере и плазмосфере Земли. При этом допускают не только генерацию вариаций в компонентах магнитного поля, но и возбуждение геомагнитных пульсаций метеороидом. Геополитический противник заинтересован направить в тупик развитие космической науки РФ. Политическим и академическим кругам России не следует питать иллюзий в отношении соблюдения западными оппонентами Конвенции ООН по космическому праву.

Следующие эффекты, зарегистрированные в происшествиях, имеют отношение к событиям 30.06.1908 г. и 15.02.2013 г.:

– полет "болида" по траектории с малым углом наклона;

– взрыв тела в атмосфере;

– воздушная волна, обогнувшая земной шар;

– зоны разрушений на земной поверхности, протянувшиеся на сотни квадратных километров;

– расположение длинной оси области повала деревьев и зоны разрушений перпендикулярно траектории видимого тела;

– мощное световое излучение в момент взрыва;

– слабые сейсмические волны;

– локальное проявление магнитного возмущения;

– оптические аномалии в атмосфере, наблюдавшиеся в Европе (1908 г.) и Восточной Сибири (2013 г.).

Московский астроном, руководитель 24-х тунгусских экспедиций В.А. Ромейко убежден: «Челябинский метеорит стал почти полной копией Тунгусского» [84]. У двух событий по описанию совпадают особенности взрыва по комплексу атмосферных явлений. Мощность взрыва, произошедшего утром 15.02.2013 г., соответствует большой концентрации энергии в единице массы "болида". При взрыве Тунгусского тела концентрация энергии в одном кубическом сантиметре превышала на два порядка концентрацию обычных взрывчатых веществ [85]. Энергия, заключенная в одном кубическом сантиметре вещества Тунгусского метеорита, превышала в 80—140 раз удельную энергию тринитротолуола. Вещество, которое нам представляют как фрагменты распавшегося тела (Челябинского метеороида), не способно разложится и выделить энергию в том количестве, которую определили специалисты. Концентрация энергий в единице объема "болидов" при взрывах в 1908 и 2013 гг., если были и не равновеликими, то близкого порядка.

В настоящее время у науки нет достаточных доказательств, из какого вещества были тела, взорвавшиеся в 1908 и 2013 годах. Фрагменты якобы разрушенного Челябинского тела, осколками такового не являются. Те, кто их демонстрирует, либо ошибаются, либо это мошенники. В работе [86] был проведен анализ магнитограмм Иркутской обсерватории для Тунгусского и Челябинского болидов. Автор обращает внимание на поведение компоненты (Н), которая наблюдалась в обсерватории «Иркутск». За 70—80 мин до взрыва Челябинского метеороида (аналогично случаю с Тунгусским телом) наблюдалось изменение магнитного поля. Высказано предположение, что вторжение Тунгусского и Челябинского болидов вызывает в атмосфере идентичные вариации магнитного поля Земли до взрыва. Более качественная и полная информация о явлениях и процессах, протекавших накануне события, в день происшествия и после него, зарегистрирована и собрана по Челябинскому метеориту. Установив происхождение, природу тела и механизм взрыва одного "суперболида", можно с высокой степенью достоверности утверждать, что развитие другого события (1908 г.) происходило по  аналогичному сценарию. В дальнейшем исследовании двух явлений будем исходить из данного постулата.

7. Физические свойства Земли

7.1. Физика атмосферы

Атмосфера – Ввнешняя газовая оболочка Земли, которая простирается приблизительно на 3000 км в космическое пространство. С высотой в ней меняются: давление, плотность, температура и другие физические свойства. Атмосфера содержит следующий химический состав (по объему): азот – 78,09%, кислород – 20,95%, аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%. На долю остальных газов приходятся тысячные доли процента и меньше. До высоты 100 км химический состав воздуха существенно не меняется. Несколько выше 100 км атмосфера состоит главным образом из азота и кислорода. На высотах 100—110 км, под действием ультрафиолетовой излучения Солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы, появляется атомарный кислород. Выше 110-120 км кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400—500 км газы, составляющие атмосферу, также находятся в атомарном состоянии.

Атмосфера Земли, в результате температурных изменений, на разных высотах имеет слоистую структуру. По температурным и физическим условиям атмосферу делят на пять слоев. Вверх от поверхности Земли расположены: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера [87, 88]. Тропосфера – нижний слой атмосферы Земли до высоты 10—18 км. Содержит около 80% массы всей атмосферы, взвешенную в атмосфере пыль и почти вся воду. Вертикальная мощность тропосферы значительно зависит от характера атмосферных процессов и достигает 18 км. Слой тропосферы не подвержен суточным и сезонным изменениям в экваториальной и тропической зоне. Над приполюсными и смежными областями верхняя граница тропосферы лежит на уровне 8—10 км. В средних широтах она колеблется от 8 до 16 км. Переходный слой между тропосферой и вышележащей сферой (толщиной 1—2 км) носит название тропопаузы. Выше нее, от высот 8—17 до 50—55 км, простирается стратосфера. Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Основная масса атмосферы размещается в нижних слоях, прилегающих к поверхности земли. В слое между уровнем моря и высотами 5—6 км сосредоточена половина массы атмосферы, в слое 0—16 км – 90%, в слое 0-30 км – 99%. Вес воздуха у поверхности земли равен 1033 г/м3, на высоте 20 км он равен 43 г/м3. Быстрое уменьшение массы воздуха происходит на высоте выше 30 км, на высоте 40 км вес составляет 4 г/м3. Высота слоя зависит от географической широты и времени года. Между слоями нет резких границ, некоторые из них частично перекрываются.

Начиная с высоты около 25 км, температура с высотой растет, достигая на высоте ~ 50 км (у границ слоя) максимальных положительных значений (+30 °С). Повышение температуры в этой сфере вызвано наличием озона. Под действием ультрафиолетовой радиации Солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы, появляется атомарный кислород. В процессе диссоциации молекулярного кислорода, ультрафиолетовое излучение поглощается. В слое возникают реакции, приводящие к образованию молекул озона (О3) О2 + О → О3. Слой озона занимает часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических и умеренных широтах), в полярных – 15—20 км. Наличие в атмосфере озона меняет ее свойства. Он защищает живую природу от действия ультрафиолетовых и других коротковолновых излучений. Играет большую роль в создании режима температуры и воздушных течений в стратосфере. Излучения с длиной волны короче 290 полностью поглощаются слоем озона, находящимся на высотах от 18 до 50 км (максимум плотности на высоте около 25 км). Общая толщина слоя озона, приведенного к нормальным условиям, т. е. к давлению 760 мм ртутного столба и температуре 0 °С, составляет около 3 мм. Температура воздуха в слое 10—40 км в высоких широтах зимой и летом резко различается. Зимой она опускается до —75 °С. Летом, вблизи тропопаузы, температура увеличивается до —45 °С. Выше тропопаузы температура растет и на высоте 30—35 км достигает —20 °С, что обусловлено прогреванием воздуха от слоя озона. В стратосфере очень мало водяного пара. Здесь не происходит процессов образования облаков и выпадения осадков. Ранее считали: газы в стратосфере разделены по слоям, в соответствии со своими удельными весами. Предполагалось, что при равенстве поглощенной и отраженной солнечной радиации, образуется равновесие температур в стратосфере и перемешивания воздуха не происходит. Данные, полученные с помощью радиозондов и метеорологических ракет, показали: происходит интенсивная циркуляция воздуха ветром, температура изменяется в больших пределах.

Над различными частями Земли количество озона неодинаково. Спектроскопическими методами в 1984 г. в слое над Антарктидой была обнаружена «озоновая дыра» [89]. Спутниковые измерения позволили "оконтурить" озоновую дыру и следить за ее изменениями. Депрессия озона, или озоновая «дыра», развивается в Антарктике ежегодно в весенний период. Разрушение озона в  области, ограниченной стратосферным полярным вихрем, демонстрирует значительные межгодовые флуктуации, интенсивность которых сравнима с величиной многолетнего отрицательного тренда содержания озона, наблюдающегося с начала 80-х годов прошлого века [90]. Озоновая «дыра» над Антарктикой с 2014 по 2019 гг. уменьшилась с 20,9 до 9,3 млн. км2. По мнению ученых, межгодовые флуктуации, являясь следствием причин динамического характера, не позволяют однозначно определить многолетний тренд общего содержания озона.

Над стратосферой, примерно до высоты 80 км, лежит слой мезосферы. Наблюдениями с помощью метеорологических ракет установлено, что общее повышение температуры, наблюдающееся в стратосфере, заканчивается на высотах 50-55 км. Выше этого слоя температура понижается и у верхней границы мезосферы достигает —90 °С. Понижение температуры в мезосфере с высотой на различных широтах и в течение года происходит неодинаково. В низких широтах снижение температуры происходит более медленно, чем в высоких широтах. Средний для мезосферы вертикальный градиент температуры равен 0,23—0,31 °С на 100 м. Температура в мезосфере опускается до —138 °С. В верхней мезосфере (в слое мезопаузы) понижение температуры с высотой прекращается. Как показали новейшие исследования в высоких широтах, температура на верхней границе мезосферы летом на несколько десятков градусов ниже, чем зимой [91].

Атмосфера, лежащая выше 80 км, состоит главным образом из азота и кислорода. Выше мезосферы, на высоте от 80 до 800 км над поверхностью Земли, расположена термосфера, для которой характерно повышение температуры с высотой. По данным, полученным с помощью ракет, установлено, что в термосфере уже на высоте 150 км температура воздуха достигает 220—240 °С, а с высоты 200 км – более 500 °С. С ростом высоты продолжает повышаться температура. На отметке 500—600 км она превышает 1500 °С. С помощью искусственных спутников, было установлено, что температура в верхней термосфере, достигая 2000 °С, в течение суток значительно колеблется. Температура газа – это мера средней скорости движения молекул. В высоких слоях, где плотность воздуха очень мала, столкновения между молекулами, находящимися на больших расстояниях, очень редки. Чем вызван подъем температуры в высоких слоях атмосферы, ученые не знают. На высотах выше 110—120 км кислород почти весь становится атомарным. В сумерки, или перед восходом солнца, при ясной погоде, здесь наблюдаются тонкие облака серебристо-синего цвета, уходящие за горизонт. Природа серебристых облаков изучена слабо.

Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Воздух разрежен на высоте 300—400 км и выше. В течение суток его плотность сильно изменяется. Исследования показывают, что изменение плотности согласуется с положением Солнца. Наибольшая плотность воздуха – около полудня, наименьшая – ночью. Объясняют тем, что верхние слои атмосферы реагируют на изменение электромагнитного излучения Солнца. Предполагается, что газы, составляющие атмосферу выше 400—500 км, находятся в атомарном состоянии. Поверхность, разделяющая термосферу от экзосферы, испытывает колебания в зависимости от изменения солнечной активности и других факторов. Экзосфера (сфера рассеяния) – самая верхняя часть атмосферы, расположена выше 800 км. Она мало изучена. По данным наблюдений температура в экзосфере с высотой возрастает предположительно до 2000°. Частицы в экзосфере, двигаясь с огромными скоростями, почти не встречаются друг с другом.

7.2. Ионосферные слои в атмосфере

В начале XX века большой вклад в понимание физики атмосферного электричества внес шотландский физик Ч.Т.Р. Вильсон, лауреат Нобелевской премии по физике за 1927 год. Он обнаружил наличие ионов в атмосфере и показал, что Земля заряжена отрицательно, а космические лучи вызывают разрядку планеты. Согласно теории, атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, становятся положительно заряженными, а свободный электрон может присоединиться снова к нейтральному атому или молекуле, передавая им свой отрицательный заряд. Согласно теории, положительно и отрицательно заряженные атомы и молекулы называются ионами. Ионы и свободные электроны делают газ проводником электричества.

Ионосфера – область атмосферы выше 50 км, содержит заряженные частицы. Особенностью атмосферы выше 60-80 км является ее ионизация, т. е. процесс образования огромного количества электрически заряженных частиц – ионов. Атмосфера Земли представляет слоистую систему. В ней выделяют три основных области ионизации: D (80км), E (110км) и F-слой, который делится на F1 (170км) и F2 (250км) [46]. Ионосферная плазма – это среда, в которой присутствуют электроны и ионы тепловых энергий, являющиеся результатом ионизации составляющих нейтральной атмосферы электромагнитными и корпускулярными излучениями [47].

Высокие слои атмосферы менее всего изучены. Ранее предполагали, что верхняя граница атмосферы находится на высоте около 1000 км. Представление ученых об ионосфере изменилось, после запуска искусственных спутников Земли. Результаты исследований показали, что околоземное пространство заполнено заряженными частицами. На основе торможения искусственных спутников Земли было установлено, что на высотах 700—800 км в 1 см3 содержится до 160 тысяч положительных ионов атомного кислорода и азота.

В исследовании высоких слоев атмосферы и околоземного пространства используются данные, получаемые со спутников серии «Космос» и космических станций. Применение ракет, а позже спутников, позволило непосредственно измерить ионный состав и другие физические характеристики ионосферы на всех высотах. Установлено, что концентрация электронов (nе) распределена в слоях по высоте неравномерно: имеются области, где она достигает максимума. Таких слоев, расположенных на разных высотах, в ионосфере несколько, они не имеют резко выраженных границ. На высоте 60—470 км имеется сплошной массив ионизованного газа с отдельными неоднородностями. Ранее предполагалось, что в ионосфере имеются четыре основных ионизованных слоя: слой D (на высоте 50 км), слой Е (110—120 км), слой F1 (120—200 км) и слой F2 (250—400 км). Средняя концентрация ионизованных частиц (электронов/см3): слой D – имеет концентрацию 104, слой Е – 105, слой F1 – 5 ⋅ 105, слой F2 – 106 [92]. Национальный стандарт Российской Федерации [87] уточнил местоположение слоев:

Область F – часть ионосферы, расположенная над поверхностью Земли на высоте более 140 км.

Область Е – часть ионосферы, расположенная приблизительно между 90 и 140 км над поверхностью Земли.

Область D – часть ионосферы, расположенная приблизительно между 50 и 90 км над поверхностью Земли.

Слой F2 – верхний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.

Слой F1: нижний ионизированный слой из двух слоев, на которые может распадаться область F.

Слой ES (спорадический): узкий, нерегулярно образующийся слой на высотах области Е.

Максимуму ионизации соответствует верхний слой (F2). Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняются. Все зависит от солнечной активности. В ионосфере наблюдаются полярные сияния, а также резкие колебания магнитного поля – ионосферные магнитные бури. Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°. От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Проводимость ионосферы в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. В ионосфере различают две части: простирающуюся от мезосферы до высот порядка 1000 км и лежащую над нею внешнюю часть. На высоте около 2000-3000 км газы, постепенно разрежаясь, переходят в мировое пространство. С помощью спутников и геофизических ракет установлено существование в верхней части атмосферы и околоземном космическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен километров и простирающегося на десятки тысяч километров от земной поверхности. Радиационные зоны опасны для людей, совершающих полеты на космических кораблях.

7.3. Электрическое поле Земли

Земля заряжена отрицательно, ее полный электрический заряд равен 6 ⋅ 105 Кл [10. С. 82]. Полярность Земли, в отсутствие грозовых облаков, всегда отрицательна, в тоже время верхний слой атмосферы (ионосфера) заряжен относительно Земли положительно. Электрическое поле в любой его точке характеризуется значением напряженности (Е), созданной всеми электрическими зарядами, которые имеются в Земле и в атмосфере. Электрическое поле во многом определяется электрическими свойствами веществ, слагающих геосферы Земли, и состоит из двух частей: поля земной коры (электротеллурическое поле) и электрического поля атмосферы. Между различными точками атмосферы, находящимися на разных высотах, имеется разность потенциалов. Наблюдения над электрическим полем вблизи земной поверхности показывают его изменчивость от различных факторов – влажности, осадков, облачности и т. п. Опыт показывает, что атмосфера заряжена положительно. Отклонение электрометра тем больше, чем выше точка над поверхностью земли. Напряженность поля вблизи поверхности Земли (в различное время года и для различных регионов) величина практически постоянная ЕZ = 130 В/м [9. С. 381]. На высоте 1 км напряженность земного поля падает до 40 В/м. На высоте 10 км поле ЕZ не превышает нескольких вольт на метр. На высоте 50 км и больше напряженность едва заметна. Большая часть падения потенциала приходится на малые высоты. Полная разность потенциалов между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы составляет ~ 400000 В [93. С.175]. Быстрое убывание Е с высотой объясняют тем, что объемные заряды, сосредоточенные преимущественно в нижних слоях атмосферы, уменьшают напряженность поля электрического заряда Земли. Электрическое поле Земли меняется в течение суток. Ночью поле больше его дневного значения. Напряженность атмосферного электрического поля (АЭП) уменьшается летом и возрастает зимой.

7.4. Электрические свойства горных пород

Твердую оболочку Земли (земную кору) слагают различные типы горных пород, состоящие из определенного сочетания минералов, в состав которых входят различные химические элементы. Земная кора более чем на 98% сложена из элементов О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, К. При этом свыше 80% составляют кислород, кремний и алюминий. В его центре находится ион кремния Si4+, а в вершинах – ионы кислорода О2—, которые создают четырехвалентный радикал SiO4 [94. С. 33]. Минералы в земной коре преимущественно находятся в кристаллическом состоянии, незначительная часть – в аморфном состоянии. К основным электромагнитным свойствам горных пород относят: удельное электрическое сопротивление, электрохимическую активность, диэлектрическую и магнитную проницаемости, поляризованность. Поляризованность характеризует степень электрической поляризации вещества, равна пределу отношения электрического момента некоторого объема вещества к этому объему, когда последний стремится к нулю [95]. Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Свойства кристаллических веществ обусловлены их составом. Кристалл состоит из ионов, попеременно заряженных противоположными зарядами. Электропроводность естественных кристаллов, меняется от вида к виду и зависит от примесей, заключенных в кристаллах. Кристаллический кварц является анизотропным одноосным кристаллом; плавленый кварц (стекло) – хороший диэлектрик. В отличие от металлов многие вещества в кристаллическом состоянии не являются хорошими проводниками электричества. Их нельзя отнести и к диэлектрикам, т.к. они не проявляют себя хорошими изоляторами. Такие вещества, как германий, кремний, селен, различные оксиды, сульфиды и др. относят к полупроводникам, этих веществ большинство, их общая масса составляет 4/5 массы земной коры.

Исследование электропроводности кристаллов кальцита и кварца А.Ф. Иоффе начинал совместно с В.К. Рентгеном в 1904 году. В дальнейшем Иоффе установил, что прохождение электрических токов через кристаллы-изоляторы характеризуется некоторыми особенностями. Если к кристаллической пластине, с обеих сторон покрытой слоем металла, приложить постоянную разность потенциалов, то возникнет ток, спадающий со временем, величина которого иногда не приближается к конечному пределу. Если снять напряжение и подключить обе обкладки к гальванометру, то зафиксирован противоположно направленный ток, который постепенно ослабевает и стремится к нулю. Кристаллы поляризуются, величина этой поляризации может достигать многих тысяч вольт. Это явление объяснили образованием встречной поляризации. Стационарное состояние в газе, соответствующее току насыщения, устанавливается в течение долей секунды, в кварце этот же процесс занимает несколько секунд. Сразу же после включения тока число свободных ионов в кварце остается тем же, но их скорости становятся прямо пропорциональными приложенной разности потенциалов. В начальный момент времени (0,5 с) закон Ома остается еще справедливым, ионы постепенно подводятся к электродам. Через 3 секунды достигается состояние насыщения. В кварце ток насыщения наблюдается при приближении к напряженности поля от 10000 до 50000 В/см [96].

Влияние поля на кристаллы, по мнению А. Иоффе, определяется не их электропроводностью, а диэлектрическими свойствами. Кристаллическая решетка прочна, допускает только слабое диэлектрическое смещение ионов, а не полное их удаление и перемещение к электроду. При механических, температурных, электрических и оптических воздействиях на кристалл, ионы смещаются со своих положений равновесия как одно целое, вместе с присущим им зарядом [97]. По отношению к постоянной электрической силе, ученый предлагает их считать упруго закрепленными в тех положениях, которые по строению кристаллической сетки соответствуют минимуму их потенциальной энергии. Передвижение зарядов предполагает перенос самого вещества. Академик считает, что кроме переноса зарядов, образующих ток, аналогичные явления могут вызываться и вращением заряженных диполей. Если в данном веществе преобладает число молекул с такими свойствами, то поворот этих молекул представляет явление, аналогичное току. Положительные заряды при этом повороте смещаются в одну сторону, отрицательные – в противоположную сторону. Происходит разделение зарядов, аналогичное непосредственному переносу их сквозь диэлектрик [98]. Разные по своей физической природе явления, но одинаковые по своим внешним проявлениям, представляют собой движение зарядов (ток).

Важной характеристикой электрических свойств вещества, находящегося в недрах Земли, является удельная электропроводность горной породы. Она меняется в значительном интервале: от 103 до 10—7 (Ом ⋅ м)—1 и зависит от минерального состава, фазового состояния, пористости, развитости системы трещин, насыщенности влагой, температуры, давления. До середины XX века основные сведения о распределении электропроводности в Земле были получены по данным электроразведочных работ и бурения. Данные электроразведки с искусственными источниками позволяли исследовать строение коры не более чем на 2—3 км. В 50-е годы прошлого века зародилась глубинная геоэлектрика, когда была высказана идея о возможности применения естественного электромагнитного поля внешнего происхождения для исследования электропроводности Земли. Его, главным образом, создают токи из частиц, направленных к планете из окружающего пространства. Метод, основанный на использовании естественного электромагнитного поля, получил название "магнитотеллурический". В основе предложенного метода лежит упрощенная модель естественного электромагнитного поля. Предполагается, что первичное поле, возбуждаемое внешними источниками, однородно на горизонтальной поверхности Земли. В этом случае отношение взаимно перпендикулярных горизонтальных компонент электрического и магнитного полей, измеренных на поверхности Земли, будет зависеть только от периода вариации и распределения проводимости по глубине [99]. Это отношение, названное импедансом Z, может быть вычислено по любой паре ортогональных компонент, то есть

Z = Ex/Hy = – Ey/Hx. (7.1)

Чем больше период вариаций, тем глубже проникает поле внутрь Земли. Изменение импеданса с ростом периода отражает изменение удельного сопротивления с глубиной. Изменение кажущегося удельного сопротивления (rк) выражается следующей формулой [99]:

rк = |Z|2/wμ, (7.2)

w = 2π/Т, (7.3)

где μ = 4π·10—7 Генри/м – магнитная проницаемость вакуума, w – частота вариации поля, 1/с, T – период вариации в секундах, Z – в Ом.

Значения rк близки к истинному значению удельного сопротивления только в предельных случаях. При очень малых значениях периода, когда поле не проникает в нижележащий слой, значение rк равно удельному сопротивлению первого слоя. Регистрируя вариации естественного электромагнитного поля в широком интервале периодов, можно построить зависимость кажущегося удельного сопротивления от периода. Зависимость rк от периода называется кривой зондирования. Проще рассчитывать поведение кривой зондирования для среды, электропроводность которой меняется только по вертикали. Трудно рассчитывать поведение кривых зондирования, когда электропроводность меняется и по горизонтали.

7.5. Поляризация диэлектрика

По величине удельного электрического сопротивления вещества подразделяют на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Диэлектриками называются вещества, не проводящие электрического тока. В них отсутствуют свободные электрические заряды. Поляризация диэлектриков – процесс образования объемного дипольного электрического момента (смещение электрических зарядов) в диэлектрике. При возбуждении электрического поля, происходит поляризация диэлектрика, что может сопровождаться появлением механических сил в нем, упругих напряжений и изменением температуры. Электрическое поле неотделимо от зарядов, являющихся его источниками, оно однозначно определяется величиной и расположением зарядов. Заряды могут нейтрализовать друг друга. Согласно теории, поле, которое они возбудили, может продолжать существовать в виде электромагнитных волн. Переменные электромагнитные поля могут существовать самостоятельно, независимо от возбудивших их электрических зарядов [13. С. 115].

Если диэлектрик внести во внешнее электрическое поле, на его поверхностях появляются заряды. Под действием приложенного электрического поля, молекулы становятся электрическими диполями, ориентированными положительно заряженными концами в направлении электрического поля Е. Электростатическая индукция связана с тем, что в диэлектрических телах с одной стороны тела оказываются отрицательные концы диполей, а с другой – положительные. Смещение положительных и отрицательных зарядов диэлектрика в разные стороны называют электрической поляризацией. При наложении электрического поля диэлектрик становится поляризованным, дипольные моменты молекул ориентируются преимущественно в направлении поля. Согласно теории физики, заряды в диэлектрике могут смещаться из своих положений равновесия лишь на малые расстояния, порядка атомных. Поле внутри диэлектрика, создаваемое связанными зарядами, направлено против внешнего поля, создаваемого сторонними зарядами. Существуют диэлектрики, полярные молекулы которых обладают дипольными моментами в отсутствие электрического поля. Такие полярные молекулы беспорядочно ориентированы, совершают хаотические тепловые движения. Помимо электрически нейтральных молекул в диэлектрике могут существовать положительно или отрицательно заряженные ионы. Избыток ионов того или иного знака в какой-либо части диэлектрика означает наличие в этой части некомпенсированных макроскопических зарядов. Существуют диэлектрические кристаллы, построенные из ионов противоположного знака, например, NaCl. Такие кристаллы называются ионными. Избыток ионов того или иного знака в какой-либо части диэлектрика означает наличие в этой части некомпенсированных макроскопических зарядов.

Деформационная поляризация наблюдается для веществ с неполярными молекулами. Они ориентируются, образуя диполи, под действием электрического поля. В молекулах неполярных диэлектриков (Н2, N2, ССl4, углеводороды и др.) центры тяжести положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего поля совпадают, дипольный момент у молекул равен нулю. При помещении таких диэлектриков во внешнее электрическое поле происходит деформация молекулы (атома) и возникает индуцированный дипольный электрический момент молекулы, пропорциональный напряженности поля Е [13. С. 148]. При снятии внешнего поля поляризация практически исчезает. Углеводородные горючие соединения (С и Н) содержатся в земной коре в виде скоплений в пластах, они растворены в нефти (попутный газ) и подземных водах.

Вода – вещество, основной структурной единицей которого является молекула H2O, состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, представляет собой диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды. Молекулы воды в виде аэрозолей постоянно присутствуют в воздухе. Если молекулу воды, не связанную с другими молекулами, поместить в электрическое поле, то она повернется отрицательной стороной в направлении положительного потенциала электрического поля, а положительной стороной – к отрицательному потенциалу. При увеличении напряженности поля до величины достаточной для разрыва водородной связи, структура молекулы воды разрушается. В какой-то момент времени энергия связи в молекуле ослабляется электрическим полем настолько, что сила внешнего электрического поля превосходит энергию связи. Это приводит к тому, что атомы кислорода и водорода высвобождаются как самостоятельные газы. Под действием электромагнитных импульсов, происходит накопление энергии в кластерной структуре воды до некоторого критического значения, затем происходит разрыв связей и лавинообразное освобождение внутренней энергии, которая может затем трансформироваться в другие виды энергии.

Постоянное электрическое поле воздействует на воду. При разложении молекулы воды, на катоде выделяется водород, а на аноде кислород [100]. В кластерной структуре воды происходит накопление энергии, до некоторого критического значения. Затем происходит разрыв связей и лавинообразное освобождение внутренней энергии, которая может затем трансформироваться в другие виды энергии.

8. Ионизация газов, плазма

Атмосферный воздух состоит из смеси газов. Нижний слой атмосферы Земли (тропосфера) имеет следующий химический состав (по объему, в процентах): азот – 78,08, кислород – 20,95, аргон – 0,93, углекислый газ – 0,03 [92. С. 59]. Атомы этих газов объединяются в прочные и устойчивые связи, образуя молекулы. На долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км. Кроме постоянных компонентов атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар. Газы в нормальных условиях являются изоляторами и состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Атом и ион – частицы вещества микроскопических размеров и массы, являются носителями его свойств. Отличаются они зарядом. Атомы – нейтральны, ион – электрически заряжен.

Электропроводность газов возникает при их ионизации. Ионизация – это эндотермический процесс образования положительных и отрицательных зарядов (ионов) из нейтральных атомов или молекул, сопровождающийся поглощением теплоты. Ион – электрически заряженная неэлементарная частица, получаемая в процессе ионизации. Ионы бывают двух типов – с положительным и отрицательным зарядом. Образование положительных ионов происходит путем отщепления электронов от атомов и молекул. Присоединение свободного электрона к нейтральному атому (молекуле) создает отрицательный ион. Основную роль в ионизованном газе играют парные столкновения, с коротким временем действия.

При ионизации атома (молекулы) совершается работа ионизации (Аi), против сил взаимодействия между вырываемым электроном и другими частицами атома (молекулы). Работа ионизации зависит от химической природы газа и энергетического состояния электрона в атоме (молекуле). Она растет с увеличением кратности ионизации, т. е. с числом вырванных из атома электронов. Потенциалом ионизации φi, называется разность потенциалов, которую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле для того, чтобы увеличение его энергии равнялось работе ионизации: φi = Аi/е, где е – абсолютная величина заряда электрона. Для осуществления ударной ионизации одновалентные ионы должны пройти в ускоряющем поле большую разность потенциалов, чем электроны [101. С. 390].

Согласно современным теоретическим воззрениям, в виде самостоятельных ионов частицы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: в жидкостях (в расплавах и растворах), в кристаллах и газах. Газ, большинство частиц которого электрически заряжено, т. е. высоко ионизованный газ, отличается от обычного газа. В ряде явлений такой газ проявляет сходство с электролитами и твердыми проводящими телами (полупроводниками и металлами) [102]. Высоко ионизированный газ обладает свойствами, присущими только ему одному. Эти свойства вызывают либо сильные электрические поля между заряженными частицами, либо наличие большого числа возбужденных частиц, связанных с высокой степенью ионизации. Ионизованным до высокой степени газам И. Лэнгмюр дал название «плазма». В ионизованном газе плотность заряженных частиц становится значимым фактором.

Ранее работы по плазме широко не освещались. После конференции 1958 года, по мирному использованию атомной энергии, информация стала доступной научной общественности. Плазма состоит из большого числа частиц с зарядами +е и —е. В объеме одной поверхности заключено равное количество положительных и отрицательных ионов. По условию, заключенный в плазме заряд остается практически одинаковым и, в целом, нейтральным. Согласно теории, частицы газа с разноименными зарядами при встрече нейтрализуют друг друга. Это свойство является следствием внутреннего электрического поля, образованного заряженными частицами. Силы взаимодействия распространяются внутри плазмы, область которой может простираться на значительные расстояния. Плазма взаимодействует с внешними электрическими и магнитными полями [13. С. 509]. Систему заряженных частиц можно считать плазмой, т. е. материальной средой с новыми качественными свойствами. Динамические свойства плазмы разнообразны, существует много типов коллективных движений. Если плотность заряженных частиц в газе очень мала, то они взаимодействуют, в основном, с нейтральными частицами.

Вещества в плазменном состоянии, характеризуются высокой ионизацией частиц, доходящей до полной ионизации. Степень ионизации – отношение концентрации заряженных частиц к полной концентрации частиц. В зависимости от степени ионизации вещества (α) различают плазму [101. С. 396]: слабо ионизованную (α – доли процента), умеренно ионизованную (α – несколько процентов), полностью ионизованную (α – близко к 100%). Слабо ионизованная плазма в природных условиях наблюдается в ионосфере. В плазме одновременно взаимодействует множество частиц. Этим свойством плазма обязана действию кулоновских сил. Убыль заряженных частиц в плазме определенной температуры происходит за счет рекомбинации. Пополняется она за счет новых актов ионизации. Рекомбинация – это нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона с электроном с превращением последнего в нейтральную молекулу (атом). Исчезновение газоразрядной плазмы, предоставленной самой себе, называется деионизацией газа. При удалении электрического поля, приложенного к плазме, противоположно заряженные частицы газа рекомбинируют, у газа исчезает плазменное состояние.

Плазма непрозрачна для электромагнитных волн, частоты которых меньше плазменной. Проблема распространения волн проявляется и в физике твердого тела. В присутствии статического магнитного поля распространение поперечных электромагнитных волн через плазму твердого тела возникает много новых частот. Появляется такой параметр как угол между направлением распространения волны и магнитным полем. Для описания низкочастотных волн в плазме подходит модель возбуждения волн в заряженной струне, параллельно магнитному полю. Если силовая линия смещается поперек поля, то заряженные частицы вынуждены двигаться в нем подобно бусинкам, насаженным на тонкую струну [38].

Электрические заряды, покоящиеся относительно выбранной системы отсчета, имеют вокруг себя только электрическое поле. Действие электрического поля на заряды, между которыми существует разность потенциалов, вызывает их ток. Электрическое поле и ток плазмы, поддерживают ее в устойчивом состоянии. Электрические заряды, которые движутся в направлении вектора силы поля, не требуют затрат энергии. Вокруг движущихся зарядов образуется магнитное поле. Магнитное поле обнаруживается по его воздействию на тела и измерительные приборы. Прекращения направленного движения зарядов возможно снятием или встречным направлением поля, при котором равнодействующая двух сил равна нулю.

В зависимости от природы электрических зарядов принято различать электронную, ионную и смешанную электрическую проводимость. Электронная электропроводность характерна для металлов, рудных тел и полупроводников. Ионная электропроводность свойственна – природным водам, водным растворам, электролитам, а также газам. В окружающей среде постоянно присутствуют электромагнитные поля естественного и искусственного происхождения. Основными естественными электромагнитными полями являются атмосферное электричество, постоянное электрическое и магнитное поле Земли. Электрическое поле Земли ориентирует ионные структуры в атмосфере. Разность потенциалов в пространстве между зарядами структур и зарядом планеты вызывает их направленное движение. В течение последних десятилетий уровень интенсивности электромагнитного окружения значительно возрос. Основные составляющие электромагнитного загрязнения лежат в крайне низкочастотном (КНЧ: 10—300 Гц) и ультранизкочастотном (УНЧ: 0—10 Гц) диапазонах [103].

Поле объемного электрического заряда зависит от величины, протяженности, формы, количества, типа зарядов и прочих факторов. Между заряженными частицами плазмы действуют электростатические силы. Физика плазмы относится к проблеме многих тел, хорошо изучено электромагнитное взаимодействие. По условию, плазма нейтральна и состоит из большого числа частиц с зарядами +е и —е. Характерное для плазмы расстояние – rD, называемое "дебаевским" радиусом экранирования, определяется выражением [13. С. 505 ]:

rD = (kT/4πnee2)0,5.  ()

где T – температура электронов; k = 1,380662 ⋅ 10—23 Дж/К – коэффициент, переводящий единицы энергии в градусы; e – заряд электрона; ne – количество заряженных частиц в плазме (дебаевское число).

Плазма отличается от скопления заряженных частиц плотностью и определяется условием: L > rD, L – линейный размер системы заряженных частиц. Если к плазменному объекту приложить внешнее поле, то оно проникает на глубину порядка дебаевского радиуса. В объеме одной поверхности заключено равное количество положительных и отрицательных частиц. Для соблюдения нейтральности плазмы необходимо, чтобы ее характерный размер (L) был много больше дебаевского радиуса. Для разных объектов его величина изменяется в зависимости от температуры и числа ионов. Плазма называется газовой, если число ионов одного сорта велико. В термодинамическом отношении она рассматривается как идеальный газ. Газ, у которого дебаевский радиус мал, в сравнении с линейными размерами занимаемой им области, характеризуется высокой степенью ионизации. В теории Дебая – Хюккеля ион полностью ионизированного газа принимается за точечный заряд. При этом газ считают электрически нейтральным как целое. Если через плазму в форме столба пропустить сильный электрический ток вдоль оси, то магнитное поле этого тока, имеет форму как у прямолинейного проводника. Электродинамические силы сжимают плазму. Сжатие плазмы происходить до тех пор, пока давление, вызванное электродинамическими силами, не уравновесится давлением частиц самой плазмы [104].

Плотность и температура заряженных частиц являются важными параметрами характеристики плазмы. У разных тел, в зависимости от температуры и числа ионов, изменяется величина дебаевского радиуса (rD). Если размеры системы L намного больше, чем rD, то возникающие в ней локальные концентрации зарядов или вносимые в систему внешние потенциалы экранируются на расстояниях, малых по сравнению с L. Ионизованный газ является плазмой только тогда, когда его плотность достаточно велика, т. е. rD много меньше L [105. С. 21]. Дебаевский радиус очень малая величина и соотношение L > rD выполняется с большим запасом. Внешняя часть земной атмосферы представляет собой плазменную оболочку из слабо ионизованной плазмы. У ионосферной плазмы rD ≈ 10—1 см, для плазмы газового разряда rD ≈ 10—3 ÷ 10—4 см, для плазмы твердых тел rD ≈ 10—5 ÷ 10—7 см. Диапазон плотностей плазмы – огромный. Различные типы газовой плазмы во всем диапазоне плотностей различаются на 28 порядков (от 106 до 1034 м —3) [105. С. 23]. Воздух и вода  различаются по плотности в 103 раз.

Обычно тела находятся в твердом, жидком и газообразном состояниях. «Четвертым состоянием вещества» часто называют плазму. Коллективное взаимодействие частиц, связанное с кулоновскими силами, позволяет рассматривать плазму как особое агрегатное состояние вещества [102]. Ее отличает: высокая электропроводность плазмы; сильное взаимодействие с внешними магнитными и электрическими полями; взаимодействие частиц внутри плазмы посредством поля; наличие упругих свойств, приводящих к возможности возбуждения и распространения в плазме разнообразных колебаний и волн. Плазма приближается к проводникам по признаку большой электропроводности. За счет актов ионизации плазменные тела растут, притягивая к себе новые заряды из окружающего пространства. В плазме также протекают процессы противоположного направления. При определенной температуре за счет рекомбинации происходит убыль заряженных частиц. Рекомбинация – это процесс нейтрализации при встрече разноименных ионов или воссоединение иона с электроном, с превращением последнего в нейтральную молекулу (атом). Исчезновение ионов, по существу, является процессом, противоположным возникновению. Пламя огня и разрядный канал молнии образуют плазму в природных условиях. Возникновение и исчезновение плазмы в природе – это постоянный процесс, который происходит как днем, так и ночью. Искусственная плазма создается в газоразрядных лампах, при газовых разрядах. Заряженные частицы, входящие в ее состав, непрерывно находятся в ускоряющем электрическом поле. Средняя кинетическая энергия зарядов в газоразрядной плазме значительно превышает среднюю энергию нейтральных частиц плазмы. В плазме отсутствует термодинамическое равновесие. Если поддерживать неравновесное состояние, то в плазме будут проходить токи. После удаления внешнего поля, приложенного к плазме, заряды в газе исчезают, атомы и молекулы переходят в нейтральное состояние.

9. Геофизические эффекты, наблюдаемые до начала землетрясения в литосфере, атмосфере, ионосфере и магнитосфере

Земля как космический объект характеризуется внутренними и внешними геосферами, различными внутренними связями и свойствами составляющих их веществ. Геосферы взаимодействуют между собой, обмениваются массой и энергией. Одними из наиболее опасных явлений в природе являются землетрясения. Мелко фокусные (коровые) землетрясения, очаги которых формируются в диапазоне глубин от 0 до 100 км, являются наиболее распространенными сейсмическими явлениями. Мелко фокусные землетрясения  – это сейсмические события, которые вызывают самые большие разрушения, и в общей сумме энергии, выделяющейся во всем мире во время землетрясений, их вклад составляет 75%. На территории бывшего СССР крупными мелко фокусными землетрясениями уничтожены некоторые поселки и сильно разрушены крупные города. В ночь с  5—6 октября 1948 года, во время Ашхабадского землетрясения, погибло более 100 тысяч жителей.  В Армении 7 декабря 1988 г. произошло Спитакское землетрясение. Тогда погибло более 25 тысяч человек и несколько сот тысяч получили ранения.

За 18 лет после начала нового тысячелетия произошло 2440 землетрясений с магнитудами М =  6—7, с магнитудой М = 7—8 – 245 землетрясений и с М ≥ 8 – 23 землетрясения [106]. Землетрясений с магнитудами 6 ≤ М < 8 за эти годы произошло почти столько, сколько и за предыдущие 30 лет. За этот же период произошло в 2 раза больше землетрясений с магнитудой М ≥ 8. Прямые и косвенные ущербы от землетрясений в настоящее время составляют 4—5% от валового национального продукта.

Данные обсерваторских наблюдений позволяют изучать процессы, происходящие в литосфере Земли и других геосферах. Анализируя инструментальные данные, сейсмологи определяют места землетрясений на планете и выделяют сейсмоактивные территории. Области коровых землетрясений изучаются с использованием прецизионных измерительных инструментов, включая спутниковые приборы и технологии. Иногда перед землетрясениями наблюдаются серии из электромагнитных импульсов, следующих с разными интервалами друг за другом [107]. Длительность серий в основном составляет 5—10 минут, иногда может достигнуть и 15 минут. Число импульсов в серии – от 3 до 10. Интервалы между ними могут быть от 1 до 2 мин. Сигналы в диапазоне частот до 5 Гц и амплитудой до 20 нТл, регистрируются на удалениях более 10000 км от эпицентра землетрясения [108]. Наблюдаемые предвестники землетрясения в большинстве являются электромагнитными. Поэтому в статье [109] был сделан вывод: появление импульсных электромагнитных сигналов, предваряющих землетрясение, является проявлением процессов, протекающих с преобразованием механической энергии в энергию электромагнитного излучения.

На Дальнем Востоке исследовали возможность появления ультранизкочастотных импульсов, предваряющих сейсмические события с магнитудами M ≥ 5,0. На записях высокочувствительных индукционных магнитометров PWING постоянно встречаются импульсные возмущения [110]. Спектральный максимум порядка 7—8 Гц проявляется во многих импульсах. Ученые отмечают, что на нескольких станциях импульсные возмущения появились синхронно. В публикации отрицают случаи одновременной регистрации импульсов на всех станциях сети, покрывающей Восточную Сибирь, Японию и Аляску. Синхронные импульсы наблюдались только на паре станций. Поскольку физика "предвестников" остается неясной, авторы работы предлагают обнаруженные сигналы рассматривать как проявление механо-электромагнитных преобразований в зоне землетрясений, связанных с разрушением зацеплений на границе смежных плит. Считают, что резкое сжатие пород, предшествующее их разрушению, может привести к генерации электромагнитного импульса в результате пьезомагнитного эффекта.

Гипотезу об УНЧ импульсах, как предвестниках землетрясения, не подтверждает анализом наблюдений, выполненный группой ученых [110]. В статье предполагают, что импульсы вызваны электрическими разрядами в атмосфере. Молнии могут сопровождаться сопутствующими импульсными возмущениями от высотных оптических явлений (спрайты, эльфы, джеты). Часть импульсов в окрестности землетрясения является откликом на грозовой разряд.

Процессы «подготовки» землетрясения, вызванные электромагнитными явлениями в геосферах, являются предметом ученых споров. Исследования землетрясений показывают, что перед сейсмическими событиями наблюдаются несколько типов электромагнитных аномалий в УНЧ диапазоне. За несколько часов (дней) до землетрясения появляются электромагнитные шумы с центральной частотой около 0,01 Гц, регистрируются изменения спектрального состава и поляризационной структуры УНЧ колебаний [111]. Результаты анализа данных на Геофизической обсерватории «Михнево» свидетельствуют о том, что во время импульсных вариаций магнитного  поля в большинстве случаев наблюдаются и повышенные вариации сейсмического фона. Спектральный анализ показывает, что вариации сейсмического фона наблюдаются в основном в частотном диапазоне 0,01—0,1 Гц и редко в диапазоне частот 0,001—0,1 Гц [112].

Возникновение магнитных импульсов небольшой интенсивности и длительностью 1—40 с за несколько минут до землетрясений, зарегистрировано аппаратурой геофизических обсерваторий [111]. Для сильных землетрясений эти эффекты наблюдались на удалениях до 10 тысяч километров от эпицентров. В работе склонны думать, что резкое смещение масс земной коры в момент сейсмического толчка может приводить к генерации электромагнитного импульса, который регистрируют на удаленных станциях на несколько секунд раньше фронта сейсмической волны. Универсальность процессов генерации импульсных предвестников, предполагает возможность предупреждения о приближающемся землетрясении за несколько минут до события.

В работе [113] рассматривают модель, при которой над областью подготовки землетрясений происходит генерация атмосферных, акустических и акустико-гравитационных волн. Распространяясь через атмосферу, они доходят до ионосферных высот, где происходит генерация возмущений электрического поля и изменяется плотность заряженных частиц. В другой модели возмущения в ионосфере вызваны электрическими процессами в литосфере или приземной атмосфере, благодаря им происходит модификация электрических полей и токов. Ученые думают, что литосферно-ионосферная связь осуществляется действием совокупности физических механизмов. По их мнению, выделить только одну модель не представляется возможным. Поскольку пространственные масштабы наблюдаемых в ионосфере эффектов, предшествующих землетрясениям, различаются несколькими тысячами километров, а характерное время – от нескольких минут до нескольких суток.

Одним из важных предвестников подготовки очагов землетрясений является изменение содержаний различных газов в подземных водах. На юге Байкала 27 августа 2008 г. в 10 час. 35 мин. местного времени (в 01 час. 35 мин. по Гринвичу) произошло сильное землетрясение. Магнитуда землетрясения составляла М = 6.3, глубина очага 16 км. Землетрясение ощущалось на большой территории Сибири. Исследования содержаний газов, растворенных в глубинной воде Байкала, проведенные в течение двух лет (за период 2007—2008 гг.), показали существенные колебания концентраций гелия накануне землетрясения. Колебания в его содержании стали заметными в период с 4 по 18 августа 2008 года. Количество гелия сначала увеличилось до 6,83 ⋅ 10—5 мл/л, далее уменьшилось до 5,61⋅ 10—5 мл/л, затем снова возросло до 6,02 ⋅ 10—5 мл/л [114]. Вариации в содержании газа служат для автора публикации основанием считать их краткосрочным "предвестником" землетрясения. Аналогичные исследования проводились в Узбекистане. В районе города Ташкента, задолго до возникновения землетрясения 1966 года, были начаты измерения содержаний радона, гелия и других газов в подземных водах. Учеными было установлено, что в воде колодцев и скважин их содержание существенно изменилось перед землетрясением.

Великое Суматро-Андаманское землетрясение 26 декабря 2004 года вызвало изменения уровня воды в Фэрбенксе, Аляска, на расстоянии 10 800 км от эпицентра. Скачкообразные изменения уровня воды, за которыми следует скачкообразный подъем уровня воды, наблюдались по меньшей мере в четырех скважинах. Предыдущее исследование показало постоянное повышение уровня воды во всех этих скважинах после землетрясения в разломе Денали в 2002 году и последовавших крупных повторных толчков. На основе общих наблюдений в [115] установили эмпирическую взаимосвязь между изменениями уровня воды, расстояниями до эпицентров и магнитудой землетрясения. Изменения уровня воды в скважинах объясняли сотрясением грунта от сейсмических волн. Расчетные средние изменения уровня воды из-за землетрясения на Суматре с использованием этой зависимости соответствовали наблюдаемым изменениям уровня воды. Исследователи пришли к выводу: поверхностными волнами землетрясения на Суматре вызвано сотрясение грунта в Фэрбенксе, оно было достаточным для изменения уровня воды в скважинах.

Федеральным государственным унитарно научно-производственным предприятием "Иркутскгеофизика" на озере Байкал создана система наблюдений электромагнитного поля Земли. Регистрация электрического поля Земли на оз. Байкал осуществляется в 9 пунктах. Они расположены вокруг южной части озера. Наряду с мониторингом электрического поля и вариаций геомагнитного поля, на каждом пункте наблюдений выполняются магнитотеллурические зондирования. Также ведут наблюдения за уровнем подземных вод в скважине. По данным наблюдений в поведении электрического поля и электропроводности геологической среды выявлены аномалии, которые связывают с землетрясением, произошедшим 27.08.2008 г. [116]. Перед землетрясением происходит затухание высокочастотных вариаций электротеллурического поля с периодами в десятки секунд. Затухание началось примерно за 20 минут до землетрясения. Близко к моменту землетрясения компоненты напряженности электрического поля скачкообразно изменяются (увеличиваются). В большей мере оно относится к вертикальной компоненте поля. На пунктах ближних к эпицентру – амплитуда сигнала больше. На удаленных пунктах амплитуда сигнала уменьшается. Аномалия уровня воды в скважине по времени совпадает с аномальным изменением напряженности электрического поля. Данную связь в [116] объясняют следующим образом: «Перед землетрясением увеличились тектонические напряжения, которые вызвали поднятие уровня подземных вод. В результате возникли электрокинетические, электрохимические и другие эффекты в верхних частях земной коры, которые проявились аномальным изменением напряженности электрического поля».

По результатам анализа данных, полученных при исследованиях ионосферы в сейсмически активных регионах, мнение ученых [117] склонилось к тому, что возмущения в ионосферной плазме инициированы внутренними гравитационными волнами, проходящими через ионосферу. Сами волны генерируются выходящими в приземную атмосферу литосферными газами. Альтернативным фактором, воздействующим на ионосферу, в работе называют электрическое поле, при этом не объясняют, что возбуждает его действие. В [117] предлагают рассматривать подготовку сильного землетрясения как заключительную стадию самоорганизации структурных элементов низкого порядка в элементы более высокого порядка, разрушаемых при землетрясениях.

Возрастание геомагнитных возмущений от уровня фоновых флуктуаций (0,1—0,2 нТл) до величин 1—2 нТл, с характерными периодами 15—150 мин, происходит синхронно по времени с зарегистрированными спорадическими волновыми возмущениями в литосфере и ионосфере Земли. Процесс коррелирован с возрастанием региональной сейсмической активности. Наблюдения свидетельствуют о наличии корреляции между динамическими процессами, происходящими в атмосфере и ионосфере Земли, с масштабными движениями земной поверхности. В трех соприкасающихся геофизических средах обнаружены процессы развития возмущений с периодами от 5—10 до 20—50 минут. Они представляют возрастание: синхронных деформаций земной поверхности, амплитуды вариаций атмосферного давления и уровня электронной концентрации в слое F2 ионосферы [118]. Отмеченные явления предваряют и сопровождают сейсмические события с магнитудами M = 7—8. Наблюдаемые волновые явления характерны для земной поверхности, нижних слоев атмосферы и ионосферы Земли. Расстояния от пункта наблюдений до эпицентра достигало 7 тысяч километров.

Над сейсмически активными регионами ионосферные возмущения проявляются, как специфические неоднородности, за несколько дней перед сильными землетрясениями. В окрестности эпицентра наблюдаются локализованные плазменные и электромагнитные возмущения. Экспериментальные исследования, проведенные со спутников Земли, свидетельствуют о существовании связи между процессами в литосфере Земли и электромагнитными и плазменными возмущениями в ионосфере [119].

В работе [117] приведен анализ экспериментальных данных, полученных на заключительной стадии подготовки землетрясений. В статье указывают на сомнительность электромагнитной и инфразвуковой связи литосферы с ионосферой накануне землетрясения. Эти гипотезы не способны описывать все наблюдаемые разнообразия. Авторы указывают на недостатки теорий: 1) неоднородности регистрируются и в магнитоспокойные периоды; 2) часто неоднородности, и связываемые с ними эффекты, остаются и после землетрясений; 3) неоднородности регистрируются как в нейтральной, так и в ионизованной компонентах ионосферы.

Пространственные масштабы ионосферных возмущений и длительность вариаций в F слое можно объяснить эффектами распространения ВГВ или появлением электрического поля [117]. В публикации  склоняются к мнению, что возникновение ионосферных неоднородностей за несколько дней перед сильными землетрясениями обусловлено распространением ВГВ через ионосферу. Их источником могут служить длинноволновые колебания Земли, локальный парниковый эффект и нестационарный приток литосферных газов.

Северокавказская геофизическая обсерватория (СКО) ИФЗ РАН включает четыре полномасштабных геофизические лаборатории в районе вулкана Эльбрус. В Баксанской нейтринной лаборатории, находящейся на глубине 3.5 км, с 2004 г. проводится поиск сигналов "предвестников". Причину характерных ультранизкочастотных волновых форм геомагнитных возмущений, отражающих процесс подготовки и развития землетрясения, ряд крупных российских ученых стали связывать с ВГВ. За несколько суток до землетрясения в Тохоку в этом районе проявились первые длиннопериодные сейсмогравитационные процессы [120]. Приборы Северокавказской геофизической лаборатории ИФЗ РАН зафиксировали несколько сейсмогравитационных всплесков, обусловленных подвижками больших массивов горной породы в области главного разлома. Здесь сформировались основные очаговые структуры цунамигенного события Тохоку [121]. Более 3000 км3 горной породы в разломе пришли в движение и переместились только по вертикали более чем на 3 метра. В движение было приведено более 100 млрд. м3 водной массы, которая со скоростью 800 км/ч двинулась к острову. По мнению ученых, этот сдвиг был подготовлен повышенной флюидной (водородно-гелиевой) активностью со стороны глубинных геосфер.

В публикации [121] сообщают об обнаружении на СКО до десятка глобальных квазипериодических сигналов с периодами 20—300 с за несколько часов до основного толчка землетрясений магнтудой М > 5,5. Длительность зафиксированных наведенных магнитных сигналов укладываются в интервал от 3-х до 5 минут. Сами сигналы отличаются характерными волновыми формами, присущими только этому классу аномальных возмущений. Геомагнитные возмущения, отражающие процесс подготовки и развития землетрясения, ряд известных российских ученых, стали связывать с ВГВ. Первые длиннопериодные сейсмогравитационные процессы в районе Тохоку проявились за несколько суток до землетрясения [121]. Они сформировали основные очаговые структуры цунамигенного события. Более 3000 км3 горной породы в районе разлома пришли в движение и переместились только по вертикали более чем на 3.0 м. Этот сдвиг был подготовлен повышенной водородно-гелиевой активностью со стороны глубинных геосфер. В движение было приведено более 100 млрд. м3 водной массы, которая со скоростью 800 км/ч двинулась к острову. Приборы Северокавказской геофизической лаборатории зафиксировали несколько сейсмогравитационных всплесков, обусловленных подвижками больших массивов горной породы, входящей в состав активизировавшейся области главного разлома.

Обоснование предвестников землетрясений опирается на гипотетические гравитационные волны, "открытые" группой западных ученых. Термин «гравимагнитные возмущения», который отражает зарождение и развитие УНЧ возмущений, в практику ввел академик РАН А.М. Прохоров. В монографии [122. С. 7] утверждается, что «гравитомагнитные возмущения» предваряют крупные сейсмические события. Возмущения отражают условия подготовки землетрясения в сейсмоопасном районе, что проявляется в аномальных вариациях магнитного поля Земли. Ученые предполагают, что тектонические процессы, развивающиеся в очаге землетрясения, генерируют поля. По мнению академика РАН Собисевича А.Л: «Сегодня есть достаточно оснований полагать, что аномальные возмущения в вариациях магнитного поля Земли, регистрируемые магнитными вариометрами при развитии очаговой области сильного землетрясения, являются производными гравитационных движений геологических отдельностей в литосфере и других геосферах» [123].

До настоящего времени не определено, что является первичным: «сейсмогравитационные возмущения, связанные с сейсмогравитационными процессами в геосферах, формирующими очаг сейсмического события, или развивающая суббуря, которая в неустойчивой энергонасыщенной ионосфере может возникнуть даже тогда, когда нет никаких очевидных причини признаков магнитной бури» [124].

Затруднительно интерпретировать результаты наблюдения "предвестников" землетрясений, основываясь на модели распространения ВГВ. Эти волны распространяются под углом к поверхности Земли. Чем больше период, тем меньше этот угол. ВГВ будут достигать высот ионосферы на удалении ~1000 км от эпицентра [119]. Однако плазменные и электромагнитные возмущения наблюдают в районе землетрясения. Эффектом распространения ВГВ трудно объяснить возникновение мелкомасштабных плазменных неоднородностей и продольные токи над эпицентром события. Теория ВГВ не дает ответа на вопрос, почему в нижней ионосфере наблюдаают колебания с периодами 10—12 и 20—25 мин.

Механизмы взаимодействия физических полей и процессы, происходящие в литосферно-ионосферно-атмосферной системе, остаются предметом разногласий между учеными. В работе [125] исследовали взаимосвязь сейсмических событий 24.05.2014 (Греция), 10.04.2016 (Афганистан), 30.10.2016 (Италия), 12.11.2017 (Ирак) и 20.07.2017 (Греция) с геомагнитными возмущениями, вызванными колебаниями земной поверхности. Данные о вариациях атмосферного давления и геомагнитного поля получены из базы данных "Синхронные измерения различных геофизических полей" в ГФО Михнево. В ней содержаться результаты комплексных измерений возмущений в литосферно-ионосферно-атмосферной системе, вызванных землетрясениями с магнитудой M ≥ 6. В результате анализа данных регистрации сейсмических, акустических и геомагнитных сигналов установлена взаимосвязь сейсмических событий на расстояниях в 2—3 тыс. км от очага землетрясения с геомагнитными возмущениями, интерпретируемыми как результат воздействия на нижнюю ионосферу акустического возмущения, вызванного колебаниями земной поверхности. Акустические возмущения предлагают рассматривать [125] как механизм, обеспечивающий взаимодействие в литосферно—ионосферно—атмосферной системе.

У поверхности Земли перед землетрясением в зоне эпицентра наблюдаются возмущения вертикальной компоненты электрического поля. В статье [126] рассматривают один тип предвестников землетрясений – возмущение электрического поля у поверхности Земли. Флуктуации электрического потенциала были измерены спутником на высоте 400 км. Максимальное возмущение вертикального электрического поля накануне сильных землетрясений может достигать 1000 В/м и десятков В/м – накануне слабых. В среднем значения возмущения равны 100—300 В/м. Токи, исходящие от поверхности Земли, текут сквозь атмосферу в ионосферу почти вертикально. Результаты расчетов электрического поля показывают, что вертикальная компонента плотности электрического тока не изменяется с высотой, следовательно, электрическое поле величины E = 1000 В/м не может наблюдаться в ионосфере [126].

Гармский район (Республика Таджикистан) – один из наиболее сейсмоактивных в Средней Азии, верхние слои (10—12 км) представляют мезокайнозойскую терригенную толщу. В 1976—1978 гг. здесь регулярно проводилось глубинное электрическое зондирование коры одиночными импульсами. Район был ограничен φ = 38,2°—39,5° с. ш. и λ = 68,8°—71,5° в. д. В качестве источника тока использовался МГД-генератор. Нагрузкой служил электрический диполь с разносом электродов 3 км и сопротивлением 1,5 Ом [127]. При пуске МГД-генератора ток нагрузки достигал 1,5 кА, длительность зондирующего импульса составляла 2,5 с. Всего было проведено 34 пуска. Влияние импульсов тока на сейсмический режим рассматривалось в пределах временного окна ± 40 суток от момента каждого пуска. Обнаружено увеличение сейсмической активности, наступающее через 5-6 суток после акта зондирования. В последующем наступает спад активности, который длится несколько суток. Энергия, отдаваемая в электрический диполь при каждом пуске МГД-генератора, составляла 8,5 ⋅ 106 Дж. Энергия, выделенная землетрясениями в течение 40 суток, оказалась на 3,8 ⋅ 1013 Дж больше энергии, выделенной в районе за тот же срок до них. Прирост энергии на каждый зондирующий импульс в среднем составил 1,1 ⋅ 1012 Дж. Таким образом, сумма выделенной сейсмической энергии оказалась на пять порядков больше энергии, затраченной на электромагнитные импульсы. Сейсмический отклик относится к верхнему слою земной коры мощностью 5—10 км. Инициирующее воздействие импульса активно проявляется в приповерхностном слое коры и быстро снижается с глубиной. Высказано предположение, что такое перераспределение неслучайно. По результатам экспериментов с МГД-генератором авторы [128] сделали, по нашему мнению, не обоснованный вывод: облучение коры мощными электромагнитными импульсами приводит к дополнительной релаксации упругих напряжений в земной коре.

В 2000—2005 гг. на Бишкекском полигоне (Республика Кыргызстан) и Гармском полигоне была проведена новая серия из 53 сеансов облучения коры электромагнитными импульсами. Эксперимент отличался тем, что энергия облучения была выше, и вместо МГД-генератора использовался конденсаторно-тиристорный источник ЭРГУ-600. После облучения коры импульсами тока, была обнаружена активизация слабой сейсмичности. Ученые [129] провели анализ экспериментов по импульсному воздействию мощных МГД генераторов на изменение сейсмической активности. Обнаружено увеличение сейсмической активности, наступающее через 5-6 суток после акта зондирования. В последующем наступает спад активности, который длится несколько суток. Расстояние, на которое распространялось действие зондирующего диполя, доходило до 500 км, что на два порядка превосходит расстояние разноса электродов полюсов инициирующих источников (диполей) [129]. По глубине сейсмический отклик относится к верхнему слою земной коры мощностью 5—10 км. Энергия сейсмического отклика на электромагнитный импульс на много порядков выше, чем энергия зондирующих сигналов.

Полевые эксперименты, наблюдения и лабораторные эксперименты, проведенные в течение последние 25 лет для различных геологических условий (Памир и Северный Тянь-Шань) научными группами РАН, а также теоретический анализ показали: существует новый тип инициирования сейсмических событий и воздействия на деформационные процессы в земной коре – электромагнитные импульсы [130]. Ученым пока не удалось разработать физическую модель механизма, объясняющего магнитный эффект при конкретных землетрясениях. По мнению некоторых ученых [131], в горных породах происходят механико-электрические преобразования энергии, под действием меняющихся механических нагрузок. Эти преобразования сопровождаются возникновением импульса в электромагнитном поле (геомагнитный эффект).

С появлением спутников для изучения землетрясений стали широко применяться исследования, связанные с использованием космической тепловой съемки территорий. Современные спутниковые системы дают снимки тепловых излучений с высоким разрешением на местности, высокой чувствительностью (0,1 градус Кельвина) и высокой периодичностью (0,5 ч – 1 день) [132]. Спутники NOAA и EOS поставляют ежедневные данные с разрешением 1 км в течение десятилетий. Геостационарные спутники дают изображение земного диска каждые 0,5 часа.

По данным спутников "Интеркосмос", "Magsat", "Alouette" и "ISS-b" и по наземным данным был выполнен комплексный анализ вариаций параметров электромагнитных полей над эпицентрами землетрясений (на разных стадиях подготовки) [133]. Исследовались изменения интенсивности магнитной и электрической компонент поля шумовых низкочастотных излучений (0,1—20 кГц), вариаций магнитного поля и изменения плотности, температуры ионосферной плазмы в период подготовки сильных землетрясений (М > 5,5). Анализ показал: в течение несколько дней перед сильными землетрясениями наблюдаются аномалии в параметрах полей на высотах максимума F-слоя ионосферы и выше (до ~1000 км).

Линеаменты – масштабные линейные и дугообразные элементы рельефа земной коры, связанные с глубинными разломами. Длина элемента структуры линейно ориентирована и во много раз превышает ширину. С регистрацией изменчивости систем линеаментов, выделяемых на спутниковых изображениях, связан метод оперативного анализа геодинамики сейсмоопасных территорий. Использование метода основано на предположении, что «системы линеаментов тесно связаны с системами сейсмогенных нарушений и реагируют на изменение деформаций, обусловленных изменением поля напряжений в земной коре» [134].

Точных механизмов генерации разного типа предвестников землетрясений пока не существует. Прогноз, базирующийся на анализе вариаций какого-то одного из параметров окружающей среды, не может быть достоверным. В XXI веке стало понятно, что обеспечить прорыв в прогнозе землетрясений поможет только всесторонний подход к исследованию предвестников землетрясений. В статье [135] представлена концепция обнаружения комплекса аномальных вариаций окружающей среды в области готовящегося землетрясения. В случаях прогноза землетрясений, ученые рассматривают в комплексе процессы, происходящие в системе литосфера – атмосфера – ионосфера, основываясь на измерениях многих параметров.

Продолжить чтение