Шесть крупных землетрясений на Иранском нагорье, произошедших в период с 2014 по 2021 год, имели общую предшествующую картину: рост напряжения в земной коре сопровождался необычной магнитной активностью высоко в атмосфере. События варьировались от магнитуды 6,0 до 7,3, и за месяцы до их разрыва сейсмические b-значения неоднократно падали, в то время как магнитные аномалии в ионосфере возрастали. b-значение описывает соотношение между малыми и крупными землетрясениями в регионе; более низкие значения обычно связывают с более высоким дифференциальным напряжением внутри земной коры. Магнитные возмущения были зафиксированы спутниковой миссией Европейского космического агентства Swarm в пределах примерно 300 километров от будущих эпицентров, создавая устойчивую картину, проявлявшуюся на нескольких различных разломных системах.
Землетрясение магнитудой 6,2 в Мурмури на западе Ирана 18 августа 2014 года дало одну из самых чётких последовательностей. Заметное падение b-значения наблюдалось примерно за 105–20 дней до основного толчка. В тот же период все три спутника Swarm зафиксировали рост магнитных аномалий. Один из наборов данных достиг пяти аномалий в один день примерно за 64 дня до землетрясения, другой зафиксировал четыре аномалии примерно за 79 дней до разрыва. Измерения проводились на разных орбитальных траекториях и на разных высотах, однако рост магнитной активности неизменно совпадал с периодом, когда сейсмические данные указывали на нарастающее напряжение. Совпадение растянулось на несколько недель, а не только на дни, непосредственно предшествующие землетрясению.
Землетрясение магнитудой 6,2 в Ходжедке в провинции Керман 1 декабря 2017 года продемонстрировало ещё более сильную связь. Наиболее резкое падение b-значения произошло примерно за 200–100 дней до основного толчка — в тот же период, когда во всех трёх наборах данных Swarm наблюдалась наивысшая активность магнитных аномалий. В этот интервал также произошло несколько землетрясений магнитудой 5 и выше. Статистическая связь для Ходжедка оказалась самой сильной: некоторые корреляции приближались к минус 0,7. Когда b-значение снижалось, количество магнитных аномалий росло. Совпадение развивалось за месяцы до финального разрыва и сохранялось на протяжении независимых измерений.
Более слабая версия той же картины проявилась перед землетрясением магнитудой 6,4 в Фине в провинции Хормозган в ноябре 2021 года. Падение b-значения было более умеренным, а магнитные аномалии — менее многочисленными, обычно оставаясь на уровне около одной аномалии в день. Тем не менее рост магнитной активности появился примерно за 200–100 дней до основного толчка. В этом районе уже произошло несколько умеренных землетрясений, что могло помешать напряжению накапливаться так же устойчиво, как перед Ходжедком. Магнитный отклик был слабее, но временная связь всё равно следовала той же общей зависимости между падающим b-значением и повышенной ионосферной активностью.
Самым крупным из исследованных стало землетрясение магнитудой 7,3 в Азгелехе близ границы Ирана и Ирака 12 ноября 2017 года. События вблизи международных границ сложнее анализировать, поскольку покрытие сейсмическими станциями может быть неравномерным, что создаёт нестабильные расчёты b-значений. Поэтому для Азгелеха и для землетрясения магнитудой 6,0 в Сефидсанге близ Афганистана использовался скорректированный метод оценки. После устранения неполноты каталога сейсмические и магнитные измерения снова показали более чёткое временное совпадение. Во всех шести землетрясениях наиболее сильные и последовательные связи обычно проявлялись в измерениях спутников Alpha и Charlie, тогда как набор данных Bravo демонстрировал более слабые зависимости в нескольких случаях из-за большей чувствительности к другим формам ионосферной изменчивости.
Предлагаемая физическая цепочка начинается глубоко внутри напряжённой породы. Возрастающее тектоническое давление может создавать микротрещины, изменять намагниченность железосодержащих минералов, перемещать флюиды по порам и трещинам и активировать электрические носители заряда внутри породы. Кварцсодержащий материал также может развивать электрическую поляризацию в процессе растрескивания. Эти процессы могут генерировать слабые электрические и магнитные возмущения у поверхности. Изменения потенциала грунта могут изменять атмосферное электрическое поле, в то время как газы, выделяющиеся из трещиноватой породы, включая радон, могут усиливать ионизацию и изменять проводимость атмосферы. Электрические возмущения могут затем распространяться вверх через атмосферу и изменять условия в ионосфере на высоте сотен километров над зоной разлома.
Временные рамки совместимы с длительным процессом подготовки землетрясения. Напряжение внутри земной коры может развиваться в течение месяцев или лет, в то время как электромагнитная активность, связанная с растрескиванием, может усиливаться в последние месяцы перед разрывом. Атмосферная связь может действовать в течение часов или дней, и ионосферные возмущения ранее регистрировались за дни и недели до некоторых крупных землетрясений. В этих шести случаях некоторые из самых сильных совпадающих изменений начинались гораздо раньше. Ходжедк показал наиболее чёткое сочетание примерно за три-шесть месяцев до разрыва, в то время как Мурмури продемонстрировал выраженную последовательность примерно за последние три месяца. Такие временные масштабы намного превышают рамки традиционного раннего предупреждения о землетрясениях, которое начинается только после того, как разрыв уже начался и первые сейсмические волны были зафиксированы.
Разделение сигналов, связанных с землетрясениями, и нормальной ионосферной активности остаётся сложной задачей. Ионосфера постоянно подвержена влиянию солнечной радиации, геомагнитных бурь, атмосферных приливов, планетарных волн и сезонной изменчивости. Периоды сильной геомагнитной активности были исключены с использованием измерений Kp, Dst и F10.7. Кандидаты в аномалии также должны были соответствовать определённым порогам амплитуды и продолжительности, включая изменение магнитного поля от пика до пика не менее 0,3 нанотесла продолжительностью не менее десяти секунд. Такая фильтрация не может устранить все не сейсмические влияния, но снижает вероятность того, что крупные солнечные возмущения будут ошибочно приняты за сигналы, связанные с землетрясениями.
Ещё одно полезное различие связано с пространственным поведением возмущений. Крупные геомагнитные бури могут изменять ионосферу на огромных территориях, в то время как исследованные здесь аномалии были ограничены проходами в пределах определённого региона вокруг каждого будущего эпицентра и анализировались только в условиях спокойной или умеренно спокойной геомагнитной обстановки. Магнитный сигнал не требовался для одновременного появления во всех компонентах поля, хотя возмущения, проявляющиеся в двух или трёх компонентах, рассматривались как более надёжные, чем изолированные однокомпонентные события. Анализ был в значительной степени сосредоточен на временной кластеризации — поиске повторяющихся аномалий в те же периоды, когда сейсмическое b-значение падало. Именно это повторяющееся совпадение, а не отдельный магнитный всплеск, создало наиболее убедительный аргумент в пользу связи между напряжением в земной коре и поведением ионосферы.
Шесть землетрясений также показали изменения сейсмической энтропии, которая в целом возрастала в интервалах падения b-значения. Более высокая энтропия отражает большую сложность и беспорядок в сейсмической последовательности. Таким образом, комбинация включала три изменяющихся параметра: распределение землетрясений по размерам смещалось, сейсмическая сложность возрастала, а магнитные аномалии становились более частыми над регионом. Будущая система мониторинга могла бы объединить эти измерения с установленными инструментами деформации, такими как GNSS и InSAR, которые уже отслеживают накопление деформации, блокировку разломов и долгосрочные движения земной коры. За зонами разломов с высоким уровнем опасности можно было бы наблюдать в периоды, когда несколько индикаторов начинают меняться одновременно.
В настоящее время метод не может предоставить точную дату, местоположение или магнитуду будущего землетрясения. Ложные тревоги, пропущенные события и неполное спутниковое покрытие остаются серьёзными препятствиями, и все шесть землетрясений произошли в одном тектонически сложном регионе. Иранское нагорье содержит надвиговые, косые и сдвиговые разломы, поэтому повторяющаяся картина на разных типах разломов обеспечивает более широкую проверку, чем отдельная разломная система, но для любой оперативной системы прогнозирования потребуются гораздо более обширные наборы данных. Нынешний результат уже: перед шестью землетрясениями магнитудой 6 и выше падающие сейсмические b-значения неоднократно совпадали с повышенной магнитной активностью в ионосфере, в некоторых случаях начинаясь за месяцы до того, как разлом окончательно разрушался.
