Dynamics and Transformation of Sea Surface Gravity Waves at the Shelf of Decreasing Depth

This paper reviews the results of the processing of synchronized data on hydrosphere pressure variations and the Earth’s crust deformation in the microseismic range (5–15 s), obtained over the course of numerous experiments, using a coastal laser strainmeter and laser meters of hydrosphere pressure variations installed in various points of the Sea of Japan shelf. Interpreting the results, we have discovered new regularities in the dynamics of surface progressive gravity waves, and their transformation into primary microseisms, when waves move at the shelf of decreasing depth. For example, we found non-isochronous behavior of progressive waves, which manifests itself in a decrease in the periods of gravity waves due to the transformation of a part of their energy into the energy of primary microseisms. Furthermore, when processing the synchronous fragments of the records, made by laser strainmeters and laser meters of hydrosphere pressure variations, we identified approximate zones of the most effective transformation of the energy of gravity progressive waves into the energy of primary microseisms, which start from the depth of less than a half-wavelength and stretch to the surf zone.

Принципы построения "деформационной антенны Земли"

The principles of creation of "the deformation antenna of Earth" in the territory of Russia intended for registration and direction finding of fluctuations and waves of wide range of frequencies are discussed (from infrasonic to the range of gravitational waves). Placing laser strainmeters of classical and pendulum types in certain points of Russia, it is possible to receive the unique complex surpassing a LIGO project complex in sensitivity and frequency range.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В работе описывается эксперимент, проведенный с участием автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), оснащенного высокоточной гидроакустической измерительной аппаратурой, низкочастотным гидроакустическим излучателем, а так же береговыми лазерными деформографами. Целью данного эксперимента являлось изучение пространственновременного распределения поля давления, создаваемого низкочастотным гидроакустическим излучателем на шельфе клиновидной формы, а также выявление закономерностей трансформации гидроакустической энергии в сейсмическую. В ходе анализа и обработки полученных экспериментальных данных, была построена общая картина пространственного распределения поля гидроакустического давления на шельфе убывающей глубины, разработаны алгоритмы построения вертикальных разрезов поля давления по глубине на произвольном расстоянии от излучателя, по которым, в свою очередь можно вычислять горизонтальное распределение гидроакустической энергии на всем протяжении трассы излучения. По вертикальным распределениям давления, в представленной работе, были сделаны некоторые заключения о взаимодействии гидроакустического сигнала с дном и трансформации его в сейсмоакустический сигнал. Представлены результаты расчетов горизонтального распределения энергии и их сравнения с теоретически рассчитанными данными. Ключевые слова: гидроакустический излучатель, автономный необитаемый подводный аппарат, деформограф, пространственное распределение поля давления, шельф, трансформация гидроакустической энергии.The paper describes an experiment conducted with the participation an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) was equipped with highprecision hydroacoustic measuring equipment, a lowfrequency hydroacoustic radiator, and coastal laser strainmeters. The aims of this experiment was to study the spatiotemporal distribution of the pressure field, created by a lowfrequency radiator on a wedgeshaped shelf, as well as to identify patterns of transformation of hydroacoustic energy into seismic. During the analysis and processing of the obtained experimental data, a general picture of the spatial distribution of the field of hydroacoustic pressure on the shelf of decreasing depth was gained, algorithms for constructing vertical layer of the pressure field by depth at an arbitrary distance from the radiator were developed, from which, in turn, it is possible to calculate the horizontal distribution of hydroacoustic energy all along the radiation path. By the vertical pressure distributions, in the present work, some conclusions were inferred about the interaction of the hydroacoustic signal with the bottom and its transformation into a seismic signal. The results of calculations of the horizontal energy distribution and their comparison with theoretically calculated data are presented. Keywords: hydroacoustic radiator, autonomous uninhabited underwater vehicle, strainmeter, spatial distribution of the pressure field, shelf, transformation of hydroacoustic energy.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В работе описывается эксперимент, проведенный с участием автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), оснащенного высокоточной гидроакустической измерительной аппаратурой, низкочастотным гидроакустическим излучателем, а также береговыми лазерными деформографами. Целью данного эксперимента являлось изучение пространственновременного распределения поля давления, создаваемого низкочастотным гидроакустическим излучателем на шельфе клиновидной формы, а также выявление закономерностей трансформации гидроакустической энергии в сейсмическую. В ходе анализа и обработки полученных экспериментальных данных, была построена общая картина пространственного распределения поля гидроакустического давления на шельфе убывающей глубины, разработаны алгоритмы построения вертикальных разрезов поля давления по глубине на произвольном расстоянии от излучателя, по которым, в свою очередь можно вычислять горизонтальное распределение гидроакустической энергии на всем протяжении трассы излучения. По вертикальным распределениям давления, в представленной работе, были сделаны некоторые заключения о взаимодействии гидроакустического сигнала с дном и трансформации его в сейсмоакустический сигнал. Представлены результаты расчетов горизонтального распределения энергии и их сравнения с теоретически рассчитанными данными.The paper describes an experiment conducted with the participation an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) was equipped with highprecision hydroacoustic measuring equipment, a lowfrequency hydroacoustic radiator, and coastal laser strainmeters. The aims of this experiment was to study the spatiotemporal distribution of the pressure field, created by a lowfrequency radiator on a wedgeshaped shelf, as well as to identify patterns of transformation of hydroacoustic energy into seismic. During the analysis and processing of the obtained experimental data, a general picture of the spatial distribution of the field of hydroacoustic pressure on the shelf of decreasing depth was gained, algorithms for constructing vertical layer of the pressure field by depth at an arbitrary distance from the radiator were developed, from which, in turn, it is possible to calculate the horizontal distribution of hydroacoustic energy all along the radiation path. By the vertical pressure distributions, in the present work, some conclusions were inferred about the interaction of the hydroacoustic signal with the bottom and its transformation into a seismic signal. The results of calculations of the horizontal energy distribution and their comparison with theoretically calculated data are presented.

Seismic-strain and acoustic monitoring of geodynamical processes by high sensitive and spatially distanced instruments in seismo-energy-active and aseismic zones

The results of wideband geophysical processes observations by means of laser strainmeters and special geo-acoustic equipment are presented. The examples of synchronous registering of strain-seismic and geo-acoustic earth oscillations in Kamchatka and Moscow region as well as parallel analysis of the obtained data are shown. These results reveal the possibility of the introduced technics application for local and global disturbances of investigated processes separation.

Seismic-strain and acoustic monitoring of geodynamical processes by high sensitive and spatially distanced instruments in seismo-energy-active and aseismic zones

The results of wideband geophysical processes observations by means of laser strainmeters and special geo-acoustic equipment are presented. The examples of synchronous registering of strain-seismic and geo-acoustic earth oscillations in Kamchatka and Moscow region as well as parallel analysis of the obtained data are shown. These results reveal the possibility of the introduced technics application for local and global disturbances of investigated processes separation.

Лазерно-интерференционная система детектирования гравитационных волн

New principles of a gravitational wave detection system based on the use of pendulum-type laser strainmeters (LSMs) spaced by a large distance are discussed. By arranging three pendulum-type LSMs with 1000-m arm lengths on 316-km sides of equilateral triangle, it is possible to provide for the threshold sensitivity of this system within up to the 23rd decimal point in a frequency interval from 3 to 950 Hz for detecting extraterrestrial signals propagating at the speed of light.