Physical Model and Numerical Estimates of Telluric Currents Generated by X-Ray Radiation of a Solar Flare

Abstract

Современные исследования солнечно-земных связей и возможного влияния космической погоды на сейсмическую активность основаны на статистическом анализе без детального рассмотрения возможных физических механизмов, что приводит к нечетким или противоречивым выводам. Предлагается рассмотреть гипотезу об электромагнитном инициировании землетрясений резким всплеском теллурических токов в литосфере, включая сейсмогенные разломы земной коры, за счет взаимодействия рентгеновского излучения солнечной вспышки с системой «ионосфера-атмосфера-литосфера». Эта гипотеза основана на полевых и лабораторных экспериментах, проведенных в России в течение последних сорока лет, убедительно продемонстрировавших возможность инициирования землетрясений за счет подачи электрического тока в разлом земной коры. Представлена математическая модель и компьютерная программа для численных оценок теллурических токов, генерируемых излучением солнечных вспышек. Проведенные численные оценки показывают, что солнечные вспышки могут генерировать теллурические токи в проводящих слоях земной коры, плотность которых сопоставима с плотностями токов, создаваемых в земной коре искусственными импульсными электрическими источниками и способных инициировать землетрясения. Следовательно, инициирование сейсмических событий возможно не только искусственными источниками электрического тока, но и ионосферными возмущениями, вызванными сильными солнечными вспышками. Данная модель может быть использована для оценки сейсмической опасности в период вариаций параметров космической погоды, в частности, импульсных изменений геомагнитного поля, обусловленных сильными солнечными вспышками Current studies of solar-terrestrial relationships and the possible impact of space weather on seismic activity are based on statistical analysis without detailed consideration of possible physical mechanisms that results in unclear or contradictory conclusions. It is proposed to consider the hypothesis of electromagnetic triggering of earthquakes by a sharp burst of telluric currents in the lithosphere, including seismogenic crust faults, due to interaction of X-ray radiation of a solar flare with the «ionosphere- atmosphere-lithosphere» system. This hypothesis is based on the field and laboratory experiments carried out in Russia over the past forty years that convincingly demonstrated a possibility of triggering of earthquakes by injection of electric current into the crust faults. A mathematical model and a computer code for numerical estimates of telluric currents generated by solar flare radiation are presented. The numerical estimates performed show that solar flares can generate telluric currents in the conducting layers of the Earth's crust with a density comparable to the densities of currents generated in the crust by artificial pulsed power sources capable to trigger earthquakes. Consequently, the triggering of seismic events is possible not only by artificial sources of electric current, but also by ionospheric disturbances caused by strong solar flares. This model can be used to assess the seismic hazard during the period of strong variations in space weather parameters, in particular, pulsed changes in the geomagnetic field caused by strong solar flares of X-class.