На основе проведенных нами научных и прикладных работ, выполненных в 1990 -2012гг, нами разработано средство прогнозирования природных и техногенных катастроф. Оно было создано в результате изучения в 1990-2012 г. взаимосвязи между солнечной активностью, сейсмическими, другими неблагоприятными природными явлениями и потоками «пульсирующих нейтронов» и других частиц, регистрируемыми на Земле.

Наш метод дополняет существующие геофизические методики и отличается тем, что позволяет прогнозировать природные катастрофы за длительный период (несколько месяцев до надвигающихся крупных событий) и в том числе - самые пространственно отдаленные. Главным признаком надвигающейся катастрофы служит резкое увеличение интенсивности наземного нейтронного поля, наблюдаемого на нашем приборном комплексе.

Мы провели анализ данных о сейсмической и вулканической энергии, выделившейся на всем Земном шаре за период с 1680 по 2012 г., сопоставив их с солнечной активностью. В результате выявлены вековые циклы солнечной активности, сейсмичности, а также эндогенной активности Земли, включая вулканическую активность В начале каждого из циклов XVIII, XIX и XX веков сейсмическая и вулканическая активность имела максимальное значение, значения же чисел Вольфа, характеризирующие солнечную активность, были минимальными. Таким образом, наблюдалась существенная отрицательная корреляция сейсмичности и вулканизма Земли с солнечной активностью. По нашим данным, третий (начиная с 1680 г.) вековой цикл, начавшийся в 1890 г., закончился в конце XX века. Это позволяет считать, что в 90-х годах прошлого века начался новый вековой цикл, в начале которого (по аналогии с предшествующими) должны наблюдаться относительно пониженная солнечная активность и, наоборот, сильная сейсмическая и вулканическая, которая сохранится на протяжении примерно первой трети столетнего цикла.

Землетрясения 26.12.2004. с магнитудой М=9, 28.03.2005 г. с М=8.6 в районе Индонезии, в Чили с M=8,8, 27. 02. 2010 г., в Японии 11. 03. 2011 с M=9, в Индонезии 11. 04. 2012 с магнитудой M=8,6 продолжили список мощных землетрясений, которые, как прогнозировалось, должны происходить в начале наступившего векового цикла. Данные о вулканическом извержении в апреле 2010 г. в Исландии также подтверждают нашу концепцию. В исследованиях последних лет показано, что землетрясения и вулканические извержения являются источником нейтронов. (см.: 1. Шестопалов И. П., Харин Е. П. Изменчивость во времени связей сейсмичности Земли с циклами солнечной активности различной длительности. // Геофизический журнал. 2006. Т. 28. №4. С.59-70. 2. Белов С.В., Шестопалов И.П., Харин Е.П. О взаимосвязях эндогенной активности Земли с солнечной и геомагнитной активностью // Доклады Академии наук. 2009. Т.428. № 1. С.104-108. 3. Шестопалов И.П. Белов С. В., Соловьев А.А., Кузьмин Ю. Д. О генерации нейтронов и геомагнитных возмущениях в связи с Чилийским землетрясением 27 февраля и вулканическим извержением в Исландии в марте-апреле 2010г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. №1.С.130-142.).

Известно, что нейтроны возникают в атмосфере в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов воздуха. Под действием космического излучения в атмосфере Земли образуются нейтроны в широком диапазоне энергий: от тепловых до энергий первичных космических частиц. Другой источник генерации нейтронов - Солнце. Образование нейтронов может происходить во время солнечных вспышек при взаимодействии ускоренных частиц с различными ядрами солнечной атмосферы.

В исследованиях последних лет показано, что источником нейтронов может быть и сейсмическая активность Земли (Кужевский Б.М., Петров В.М., Шестопалов И.П. О прогнозировании радиационной обстановки в межпланетном пространстве. // Космические исследования. 1993. Т. 31. №6.С. 89-103.). В экспериментах, проводившихся на спутниках и одновременно на Земле, обнаружено, что вариации космических лучей, регистрируемые нейтронными мониторами (НМ) на Земле во время возмущений в межпланетной среде, определяются не только процессами на Солнце, но и внутриземными процессами во время землетрясений. Таким образом, нейтронные мониторы на Земле регистрируют частицы не только космического, солнечного, но и земного происхождения. Энергетический спектр этих нейтронов охватывает диапазон: от тепловых до быстрых. Вывод о существовании нейтронов земного происхождения подтверждается в работе японского исследователя, показавшего, что перед землетрясениями и вулканическими извержениями происходит возрастание потоков нейтронов в несколько раз по сравнению с контрольными измерениями, проводимыми в относительно геодинамически спокойной области. В исследованиях, проводившихся в течение ряда лет на шарах-зондах в атмосфере Земли в НИИЯФ МГУ, была обнаружена анизотропия потоков тепловых нейтронов (см: Кужевский Б. М., Нечаев О. Ю., Шаврин П. И. Анизотропия тепловых нейтронов в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. 32, № 2. С. 166-170.). Оказалось, что на высотах до 3—5 км поток нейтронов, направленный от Земли, существенно превышал поток к Земле (среднее значение анизотропии для этих высот составляло 0,6 ± 0,2).

В экспериментах, проводимых в 2009 - 2012 г одновременно в Москве в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) и на пункте комплексных наблюдений Камчатского филиала Геофизической службы РАН вблизи г. Петропавловск-Камчатский были зарегистрированы потоки частиц, связанные с землетрясением с магнитудой M=8,8 в Чили 27 февраля 2010г, вулканическим извержением в Исландии марте-апреле 2010 г, землетрясением магнитудой М=9 в Японии 11марта 2011г., землетрясением магнитудой М=8,6 в Индонезии 11апреля 2012г. На нашем приборном комплексе для регистрации нейтронов используются газоразрядные счетчики, наполненные газом гелий-3. Эти приборы регистрируют тепловые нейтроны, энергия которых составляет 0,025 эВ и быстрые нейтроны с энергией больше 2 МэВ. Эффективность регистрации нейтронов этими детекторами составляет 0,8. В данных событиях возрастания потоков частиц начинали наблюдаться за несколько месяцев до указанных событий. При этом происходило как непрерывно-монотонное увеличение потоков частиц, так и отдельные кратковременные возрастания с амплитудой по минутным данным в несколько тысяч, десятки и сотни тысяч процентов. Длительность этих всплесков составляла от нескольких минут до нескольких часов. (см.: 1. Шестопалов И. П., Белов С. В., Кузьмин Ю. Д. К вопросу о причинах возникновения катастрофы на Японской АЭС «Фукусима» // XII Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров - 2011»: Тезисы докладов, Обнинск, 4-7 октября 2011 г. Т.1, С. 59-62.; 2. Шестопалов И.П., Белов С. В., Соловьев А.А., Кузьмин Ю. Д. О генерации нейтронов и геомагнитных возмущениях в связи с Чилийским землетрясением 27 февраля и вулканическим извержением в Исландии в марте-апреле 2010г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. №1.С.130-142).

В экспериментах использовались также данные сети стандартных НМ nm64.

Для регистрации космического излучения, а также потоков протонов, генерируемых во время крупных вспышек, в 50-х г. XX столетия на поверхности Земли была создана сеть нейтронных мониторов. Детектор этого прибора выполнен так, что он регистрирует нейтроны с энергией выше 20-30 МэВ. Нами в начале 90-х годов было установлено, что эти приборы регистрируют также нейтроны земного происхождения. В проводимых нами экспериментах в 2009 -2012 г. было обнаружено, что эти приборы также регистрировали нейтроны, связанные с указанными стихийными событиями. Увеличение потоков нейтронов составляло примерно 80%. При этом отдельные кратковременные возрастания потоков нейтронов эти приборы не регистрировали.

В 2013 г исследования продолжены. Основной вывод их заключается в следующем. В 2013 г. наблюдались всплески потоков нейтронов не только на приборном комплексе с гелиевыми счетчиками, то есть с энергией несколько МэВ, но и на нейтронных мониторах, пороговая энергия которых равна 20-30 МэВ. Длительность этих всплесков составляла от нескольких минут до суток. Это означает, что сейсмическая активность будет в ближайшее время оставаться высокой. Вероятнее всего, усилится и вулканическая активность.

Анализировались данные около 30-и нейтронных мониторов (см. рис.1). Для этого использовалась база данных Bartol научно-исследовательского института Университета штата Делавэр (The Bartol Research Institute at the University of Delaware) [http://www.bartol.udel.edu/gp/neutronm/].

Рис.1. Расположение НМ на поверхности Земли, данные которых использовались для анализа эндогенной активности Земли.

Непрерывное нарастание величины потоков нейтронов происходит на НМ Баксан (Эльбрус) с мая 2013г. и на этом фоне наблюдались всплески в мае, августе и октябре (см. рис.2).

Рис. 2. Временные вариации интенсивности потоков частиц, регистрируемых на НМ Баксан, неисправленные на давление: а – среднесуточные значения в январе – октябре 2013г.; б – средние за 5 мин. 14 мая 2013 г.; в – минутные данные 12 августа 2013г.; г - минутные данные 14 октября 2013г. Интенсивность потоков частиц I определялась следующим выражением: I = (Ni-Nф)/NфЧ100%, где Ni – минутные и среднесуточные значения потоков частиц, Nф – фоновое значения потоков частиц.

Из рис. 2 видно, что в мае и октябре интенсивность потоков частиц достигла около 10000%. Наблюдались они на протяжении нескольких часов.

Непрерывное увеличение потоков нейтронов наблюдалось на НМ JUNG (IGY Jungfraujoch) и JUNG1 (NM64 Jungfraujoch), Швейцария с августа 2013г. На этом фоне регистрировались продолжительные всплески в августе и сентябре. Амплитуда этих всплесков была значительно меньше, чем амплитуда всплесков на Эльбрусе (см. рис. 3).

Продолжительные всплески наблюдались в октябре 2013г. на НМ CALM, Кастилия – Ла - Манча, Гвадалахара, Испания (см. рис. 3).

Всплески наблюдались также на НМ Норильск в октябре 2013г. (см. рис. 3). Обнаружены также кратковременные всплески потоков частиц небольшой амплитуды на НМ Тикси и Магадан.

Рис. 3. Временные вариации интенсивности потоков частиц, неисправленных на давление, на НМ (минутные данные): а – CALM, Кастилия – Ла - Манча, Гвадалахара, Испания 1 октябре 2013г.; б – JUNG (IGY Jungfraujoch), Швейцария 29 августа – 6 сентября 2013 г.; в – NRLK (НМ Норильск), 10 мая 2013г.; г - NRLK (НМ Норильск) 5 – 13 октября 2013г. Интенсивность потоков частиц I определялась следующим выражением: I = (Ni-Nф)/NфЧ100%, где Ni – минутные и среднесуточные значения потоков частиц, Nф – фоновое значения потоков частиц.

Таким образом, в 2013, 2014г. могут произойти сильные землетрясения и вулканические извержения в районах Кавказа и Западной Европы. В действительности район возникновения стихийных событий может оказаться более обширным. Для более детальных выводов мы предлагали расположить в нескольких активных зонах в северном и южном полушариях Земли приборы для регистрации тепловых и быстрых нейтронов. В результате можно будет заранее оценивать сейсмическую и вулканическую активность на планете и при достаточном количестве приборов, возможно, получить представление о районе их возникновения. На первом этапе этой работы на территории России комплекс аппаратуры можно разместить на Камчатке, в районе озера Байкал, Москве, на Эльбрусе. На эти работы требуется определенное финансирование.

В заключение можно отметить, что всплески потоков частиц, не связанных с солнечными вспышками, по данным нейтронных мониторов впервые стали наблюдаться в 2013г. Возможно, это связано с усилением эндогенной активности Земли. Она в ближайшие годы, вероятно, будет значительно превышать ту активность, которая наблюдалась во второй половине 20-го столетия. Тесное взаимодействие специалистов в области геофизики, солнечной и солнечно-земной физики, ядерной физики может значительно продвинуть проблему прогнозирования стихийных событий.

Подготовлено 22. 10. 2013.