МОРСКАЯ ИСТОРИЯ ИЗМИРАН-ЦГЭМИ

(1955-2021)

Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ РАН является прямым наследником отдела глубинных электромагнитных исследований ИЗМИРАН, который, в свою очередь, явился наследником отдела морских электромагнитных исследований ИЗМИРАН. Тематика стала шире, однако это морское направление продолжает играть важную роль.

Исследования электромагнитного поля в морях и океанах начались в ИЗМИРАНе в середине 50-х годов. Это было абсолютно пионерское направление в науке. Даже позднее, в 1968 г. академик В.В. Шулейкин в фундаментальной монографии «Физика моря», ее последнюю главу, посвященную электромагнитным явлениям в океане, начинал с того, что охарактеризовал тему как единственный раздел океанологии, где пока нет ни одной теории, одни лишь гипотезы. С другой стороны, тогда встали и прикладные задачи по созданию абсолютных измерителей скорости морских течений, систем обнаружения кораблей и обеспечения скрытности плавания.

В конце 50-х В.В. Новышем был создан отечественный вариант геоэлектромагнитного измерителя течений, получивший аббревиатуру «ЭМИТ». Работа по внедрению ЭМИТ в океанографическую практику потребовала изучения характера морских теллурических токов и электромагнитных полей течений, приливов, волн. Расширение исследовательских задач, в свою очередь, требовало создания новой, ранее не существовавшей глубоководной магнитометрической и электрометрической аппаратуры. В начале 60-х годов в ИЗМИРАН для целенаправленной работы по этой тематике был организован отдел морских электромагнитных исследований в главе с В.В. Новышем (вскоре ставшим также заместителем директора ИЗМИРАН). В состав отдела сразу или в течение последующих 10 лет вошли практически все исследователи электромагнитного поля океана нашей страны, как уже известные, так и тогда совсем молодые: Д.Л. Фингер, Г.А. Фонарев, В.Н. Митрофанов, И. Л. Трофимов, Л.А. Абрамова, В.С. Шнеер, А.Б. Лейбо, В.Ю. Семенов, В.Б. Лапшин, С.М. Коротаев. В то же время в отделе была сформирована сильная инженерная группа: О.М. Пятибрат, Ю.М. Абрамов, В.Н. Мачинин, И.И. Игнатов, В.В. Куткин, А.Ф. Пухомелин, . Ее усилиями в короткий срок был разработан и внедрен в экспедиционную практику парк глубоководных магнитовариационных станций (а также буксируемых магнитометров), реализовавших все известные принципы магнитометров: кварцевые, феррозондовые, протонные, квантовые. В то же время В.В. Новышем и затем М.М. Богородским и А.В Новышем разрабатывался морской короткобазовый электрополемер, а также новые типы морских слабополяризующихся электродов. В те же 60-70 годы были разработаны основы теории электромагнитных полей океана как внешнего (общего с сушей, магнитосферно-ионосферного) источника, так и специфически морских внутренних источников полей индуцированных различными типами течений и волн, электрокинетических полей зон донного водообмена и других. Одновременно коллективом отдела были развернуты обширные экспедиционные исследования на акваториях всех четырех океанов и многочисленных морей. Отметим лишь наиболее важные из них и их связь с теоретическими проблемами.

В эти годы начались исследования на дрейфующих станциях в Северном Ледовитом океане. Г.А.Фонарев, И.Л.Трофимов и В.С.Шнеер получили новые данные о пространственном распределении теллурических токов и геомагнитных вариаций в толще воды. Теоретические разработки показали зависимость вертикального затухания полей в море от электрической проводимости дна, что привело к созданию метода морского градиентного зондирования, на который Г.А.Фонарев получил авторское свидетельство. Одновременно были впервые в мире выполнены   магнитотеллурические зондирования дна Северного Ледовитого океана) и определено геоэлектрическое строение литосферы в нескольких районах центральной Арктики. Были исследованы электромагнитные поля приливных течений в проливах Земли Франца Иосифа и оценен вклад этих полей в геомагнитные вариации, зарегистрированные на суше (В.С. Шнеер).

Поля приливных течений далее целенаправленно изучались в Японском (С.М. Коротаев) и в Баренцевом (С.М. Коротаев, В.С. Шнеер, Л.М. Абрамова) морях. В Японском, Баренцевом и Каспийском морях С.М. Коротаевым исследовались естественные электрические поля источников субмаринной разгрузки подземных вод (а также более редкого противоположного явления инфильтрации морских вод в дно). Был предложен метод их поиска и определения скорости и дебета. Оказалось, что для определения скорости фильтрации воды через дно моря, не превышающей нескольких сотых мм/с, измерение электрических полей фильтрации дает самую высокую точность из всех известных методов.

Электромагнитные поля морских волн изучались как источники помех для высокоточной магнитной съемки. Исследования, выполненные в Черном и Охотском морях, позволили обобщить закономерности вертикального затухания этих полей и найти передаточные функции от групповой скорости волн к электромагнитному полю (М.М. Богородский). Л.М.Абрамовой, В.Н. Митрофановым, В.Ю.Семеновым, Г.А.Фонаревым и др. была исследована возможность использования электромагнитного поля ветровых волн для определения электропроводности донных осадков.

Кроме исследований электромагнитных полей океана в 50-80 годах коллектив активно занимался морской магнитной съемкой. Д.Л.Фингер, В.В.Новыш, В.А.Мачинин, А.Г. Попов, Л.М.Абрамова и др. исследовали аномальное магнитное поле в различных районах Тихого и Атлантического океанов в том числе на длинных попутных галсах при следовании в Антарктику и обратно. А.Г.Попов дал одну из первых геолого-гефизических интерпретаций тройного сочленения рифтовых разломов в районе пролива Дрейка в Антарктике. Г.А. Фонаревым разработаны методы учета временных вариаций при высокоточной магнитной съемке в реальном времени.

К 1980 г. большой объем работ был выполнен по теоретическим и экспериментальным исследованиям влияния на электромагнитное поле геоэлектрических неоднородностей, таких, как береговая черта, материковый склон, подводные хребты и впадины. Эти неоднородности сильно искажают электромагнитное поле, влияют на точность магнитотеллурических зондирований и являются шумом при учете геомагнитных вариаций в данных морских магнитных съемок (Л.М. Абрамова, В.В. Новыш, Д.Л. Фингер, В.С. Шнеер, С.М Коротаев). Оказалось, что в результате изменения граничных условий (на суше верхнее полупространство – изолятор, в море – проводник) компоненты электромагнитного поля ведут себя неодинаково. На суше к геоэлекрической неоднородности наиболее чувствительна вертикальная компонента магнитного поля, на дне моря – горизонтальная. В электрическом поле наблюдается противоположный эффект. С.М.Коротаев использовал этот эффект разработав метод электровариационного профилирования (ЭВП) – теллурический аналог МВП. Метод был впервые опробован на материалах эксперимента в Баренцевом море и в дальнейшем применялся на многих акватория. И.Л.Трофимов, С.М.Коротаев, В.С.Шнеер предложили метод магнитогидродинамического профилирования осадочного чехла, используя измерения электрическое поле течения в паре с его средней по вертикали скорости или магнитным полем на дне. При этом метод сразу удалось реализовать не только по данным собственных экспериментов, но и на данных различных зарубежных экспериментов во многих районах мирового океана, поставленных с целью изучения течений по измерениям электрического поля. Особое значение метод МГДП имеет как дополнение к МТЗ в глубоком океане, поскольку дает возможность легко получить интегральную проводимость осадочного чехла (что недоступно для МТЗ из-за сильного затухания короткопериодных вариаций поля на дне).

В 1980 г. заведующим отделом стал М.С. Жданов, тематика и штаты были расширены, и он был переименован в отдел глубинных электромагнитных исследований. При этом морское направление было усилено приходом новых сотрудников: С.П. Гайдаша, В.И. Наливайко, С.В. Шабелянского, А.И. Лапицкого, А.Г. Попова. В 1980 г. проведен большая эксперимент по синхронным измерениям вариаций электромагнитного поля Земли на Курильских островах и прилегающей части Тихого океана. Предшествующая стадия эксперимента 1979 г. (меньшего масштаба) охватывала Сахалин и Охотское моря. Результатом стала геоэлектрическая модель зоны перехода от Азии к западной части Тихого океана (М.С. Жданов и др.), вошедшая в число важнейших достижений Академии наук. Кроме того, впервые было изучено отличие береговых эффектов в магнитотеллурическом поле и в поле приливных течений (С.М. Коротаев и др.).

В 80-е годы М.М. Богордским выполнен большой цикл работ по созданию и тестированию новых типов слабополяризующихся электродов. Его электроды прошли тестирование в международном эксперименте в обсерватории Гарши (Франция), где вышли на второе место по метрологии из боле чем 10 представленных разработок.

Однако к этому времени положение с инструментальным обеспечения морских исследований по объективным причинам сложилось так, что имелась глубоководная автономная магнитометрическая аппаратура мирового уровня, а аналогичная автономная электрометрическая аппаратура не могла выйти из стадии разработки. Поэтому измерения вариаций электрического поля велись только в прибрежной зоне где можно было связать датчики кабелем с береговыми регистраторами (практически не расстоянии не более 2 км). Для работ в открытом море выход был найден в использовании небольшого судна в качестве плавучей лаборатории, способное стоять на якоре на глубинах до нескольких сот метров в любую погоду не менее 10 суток в каждой точке измерений. Идеальным типом судна для этого оказалась крейсерская парусная яхта. Деревянный корпус яхты обеспечивает практически нулевой уровень электромагнитного шума, не достижимый на судах с металлическими корпусами, кроме того крейсерские яхты при малых размерах обладают неограниченной мореходностью. Первая такая экспедиция выла выполнена на яхте «А. Грин» (ОИИМФ) в 1981 в западную часть Черного моря. Измерения вариаций электрического поля и течения выполнены с борта яхту в нескольких точках на глубинах до 600 м. Вариации магнитного поля выполнялись на болгарском берегу и автономными станциями, устанавливаемыми с борта НИС «Евпатория»; на этом же судне выполнена магнитная съемка с морским вариационным обеспечением. С борта «А. Грина» выполнена также съемка придонного постоянного электрического поля. В результате интерпретации данных методами МТЗ, МГДП и МВП, с привлечением интерпретации постоянного поля была построена геоэлектрическая модель зоны перехода от материка к глубоководной котловине в западной части Черного моря (С.М. Коротаев, И.Л. Трофимов, И.М. Варенцов, Л.М. Абрамова и др.). Модель в верхней части вскоре была подтверждена бурением, а ее главным результатом было подтверждение гипотезы о сбросовом происхождении западной части глубоководной котловины. Кроме того, была подтверждена гипотеза о конвективной природе геотермической аномалии нал материковым склоном. В 1982 г. проведена следующая экспедиция на «А. Грине» в юго-западную часть моря, где комплекс был расширен применением метода ЭВП. В 1984 г. институт приобрел собственную крейсерскую яхту «Виктория», на которой исследования в юго-западной части Черного моря были продолжены (в комплексе с береговыми магнитотеллурическими измерениями на территории Болгарии). В результате была построена еще одна модель зоны перехода в тектонически отличном районе (С.М. Коротаев, И.Л. Трофимов, С.В. Шабелянский, А.И. Лапицкий Н.Г. Голубев, Л.М. Абрамова, Ю.М. Абрамов).

В 1985 г. с борта «Виктории» выполнены аналогичные исследования в средней части Каспийского моря (С.М. Коротаев, И.Л. Трофимов С.В. Шабелянский, А.И. Лапицкий) и попутно – измерения сигналов Астраханского МГД-генератора на акватории Волги (А.И. Лапицкий).

 В 1988 г. была выполнена последняя экспедиция на «Виктории» в центральной части Балтийского моря. Были получены кривые МТЗ вплоть до суточного периода, реализованы методы МГДП и ЭВП, причем последний, в том числе, в режиме непрерывного дрейфового профилирования, что позволило точно определить подводную границу Балтийского щита. К сожалению в дальнейшем экономические трудности не позволили институту содержать даже такое небольшое судно.

Можно констатировать, что до начала 1980-х годов коллектив отдела позволял нашей стране занимать ведущее место в мировом «морском электромагнитном клубе». С 1985 г. первенство заслуженно взяли американские и иные зарубежные коллеги осуществив масштабный международный эксперимент «ЭМСЛАБ» (Тихий океан, район хребта Хуан-де Фука). Американскими учеными данные эксперимента были переданы нам для обработки и интерпретации с применением нашего арсенала методов (включая МГДП и ЭВП). Эта работа была выполнена С.М.Коротаевым, И.М.Варенцовым, Н.Г.Голубевым, Е.Ю.Соколовой и др. В результате была построена геоэлектрическая модель подводного хребта Хуан-де-Фука. Кроме того, на данных ЭМСЛАБ были отработаны новые методы учета вариаций при магнитной съемке (С.М. Коротаев, М.О. Сорокин, С. В. Шабелянский).

В 1990 г. отдел был переведен в ИФЗ РАН со статусом филиала, и после нескольких переименований, обрел имя Центр геоэлектромагнитных исследований. На морское направление работы нашего коллектива это не повлияло. Хотя общие экономические трудности резко ограничили экспедиционную деятельность. Тем не менее, в начале 90-х В.С.Шнеер, И.Л.Трофимов, Ю.М.Абрамов и др. выполнили градиентные зондирования на трансформном разломе Долдрамс в центральной Атлантике, позволившие определить возраст океанической литосферы на разломе. В конце 90-х были выполнены донные магнитовариационные профилирования в Эгейском и Тирренском морях, позволившие судить о строении подводной зоны новейшего вулканизма (Л.М. Абрамова, Ю.М. Абрамов, В.С. Шнеер). С другой стороны, ограничение экспедиционной активности стимулировало теоретическую, причем результаты последней могли быть приложены к обширным ранее собранным собственным и мировым экспериментальным материалам.

Для решения важной океанографической задачи по изучению расхода воды в проливах был развит метод геоэлектромагнитного мониторинга расхода. В 90-х годах были выполнены теоретические оценки электромагнитного поля индукции от морских течений для реальных условий Берингова пролива, определены передаточные функции от электрического поля к расходу. Поскольку особенно актуальной является величина интегрального переноса соли через крупные проливы, был разработан так же метод мониторинга солености в проливах путем частотного зондирования. Выполненные теоретические оценки подтвердили эффективность такого мониторинга (В.С. Шнеер, И.Л. Трофимов, С.М. Коротаев, О.В. Панкратов, Д.Б. Авдеев).

В начале 90-х годов С.М.Коротаевым был разработан метод причинного анализа физических процессов, который был применен для анализа электромагнитных полей океана. Метод позволяет эффективно оценивать влияние различных шумообразующих эффектов (например, оценить выполнимость приближения плоской волны по локальным данным, выбрать оптимальную опорную обсерваторию для учета вариаций и т.п.), а при анализе сложных процессов – сделать обоснованный выбор между конкурирующими теоретическими моделями.

В это же время И.Л. Трофимовым были разработаны основы новой теории линейных связей электромагнитного поля. Эта теория была вначале применена к авторским данным по магнитотеллурическому зондированию в прикаспийском регионе. Но наиболее эффективным ее применение оказалось ее применение к магнитотеллурическому профилированию, что показали результаты предпринятого в 2000-х годах И.Л. Троофимовым и В.С. Шнеером (и подключившимися позднее С. М. Коротаевым, М.С. Кругляковым, О.А. Ореховой и И.В. Поповой) большого исследования переменного магнитного поля в Северном Ледовитом океане по данным дрейфующих станций «Северный полюс». В теории И.Л. Трофимова применительно к МВП вводится комплексный четырехкомпонентный магнитный индукционный вектор (МИВ), который дает наиболее объективную информацию о структуре источника и геоэлектрического разреза. Оказалось, что различные компоненты МИВ имеют разные чувствительности к источнику и разрезу. Это позволяет преодолеть родовой недостаток традиционного МВП основанного на гипотезе плоской волны, которая в высоких широтах грубо нарушается. В описываемом исследовании строилась крупномасштабная трехмерная глубинная геоэлектрическая модель центральной части Северного Ледовитого океана путем решения двойной обратной задачи – сначала находилась геометрия источника, а затем подбиралась геоэлектрическая структура. Итоговая модель оказалась в точном соответствии с современными представлениями о структуре литосферы в хорошо изученном Евразийском секторе океана (до хребта Ломоносова включительно). Напротив, в менее изученном Амеразийском секторе за хребтом Ломоносова, в особенности в районе хребта Менделеева модель несет новую геологическую информацию, позволяющую снять неопределенность в понимании тектоники этого обширного региона. Модель свидетельствует об обширной площади занимаемой здесь литосферой континентального типа, тем самым, о генезисе этого этой части Северного Ледовитого океана, отличающегося от всех остальных океанов (в рамках теории плит). В настоящее время И.Л. Трофимов ведет большую работу по расчету и анализу параметров МИВ в широком диапазоне периодов (от секунд до 27 суток) по всей мировой сети геомагнитных наблюдений с особым вниманием Арктике и Антарктике.

Хотя, занимаясь фундаментальными проблемами морской геоэлектрики, мы ориентируемся на естественные источники поля, позволяющие достичь наибольшей глубинности, в некоторых случаях искусственные источники могут быть не менее полезны (особо мощные источники над высокоомным разрезом). Такого рода задачи решались в 2000-е годы совместно с учеными Института полярной геофизики Кольского филиала РАН на Кольском полуострове с использованием мощного сверхдлинноволнового передатчика «Зевс». На начальном этапе была отработана геолектрическая интерпретация измерений магнитного поля на береговом профиле. В числе результатов было обнаружение гальванического берегового эффекта. На главном этапе (2011) выполнен эксперимент суша-море: измерения сигнала удаленного передатчика «Зевс» в нескольких точках на дне Кольского залива Баренцева моря при помощи первых отечественных морских 6-компонентных станций (ИПГ КФ РАН). По результатам измерений построена трехмерная региональная геоэлектрическая модель, выявившая новые черты строения земной коры региона, в частности различие в проводимости блоков коры, разделенных Кольским заливом, и лежащим в его основании разломом (С. М. Коротаев, М.С. Кругляков, О.А. Орехова, И.Л. Трофимов, И.В. Попова).

В ходе экспериментальных электрических исследований полей в океане большое внимание уделялось исследованию шумов датчиков – вариациям собственных потенциалов электродов. Многолетний опыт обнаружил, что помимо ряда известных локальных воздействий среды (температура, химизм и пр.) они заметно коррелируют с крупномасштабными геофизическими процессами. С середины 90-х годов С.М.Коротаевым с сотрудниками – В.О. Сердюком, М.О. Сорокиным, С.П. Гайдашем, Ю.М. Абрамовым, В.А. Мачининым, В.И. Наливайко, А.Н. Новышем были развернуты целенаправленные исследования этого эффекта. Он оказался частным проявлением нового физического явления (интенсивно исследуемого в настоящее время в физике квантовой информации) – макроскопических квантовых нелокальных корреляций диссипативных процессов. Была построена теоретическая модель явления, синтезирующая идеи квантовой нелокальности, абсорбционной электродинамики и причинной механики. Уравнение макроскопической запутанности предсказывает нелокальную корреляцию случайных диссипативных процессов любой природы, характерной чертой которых является наличие двух временных лагов – запаздывающего и необычного опережающего. Процесс спонтанных вариаций собственных потенциалов геофизических электродов оказался одним из возможных детекторов нелокальных корреляций, причем весьма эффективным.

Для проверки теоретических представлений была построена уникальная установка ЦГЭМИ-ИЗМИРАН, включающая два типа детекторов (электродный и фотокатодный), с системой экранирования и высокоточного контроля всех известных из теории и экспериментов локальных помехообразующих воздействий. Это позволило поставить долговременный обсерваторский эксперимент на уровне строгости принятой в современном физическом эксперименте (несопоставимым со стандартным уровнем исследования геофизических электродов).

В результате был экспериментально обнаружен эффект нелокальных корреляций для процессов геомагнитной, тропосферной, ионосферной и солнечной активности. Наиболее важным результатом явилось обнаружение устойчивого опережающего сигнала, который по величине превышает запаздывающий. Время опережающей реакции оказалось зависящим от масштаба процесса и для глобальных процессов имеет порядок сотни суток.

Это открыло возможность разработки нового метода прогноза крупномасштабных диссипативных процессов. Для этой цели В.О. Сердюком был разработан программно-реализованный прогностический алгоритм, основанный на расчете текущей импульсной переходной характеристики. Он был впервые испытан в 2007 г., когда были накоплены наблюдательные ряды достаточной длины. Получено насколько длительных серий прогнозов случайных компонент солнечной и геомагнитной активности с заблаговременностью до 130 суток. Точность прогноза по магнитному полю достигает 2 нТл. Несмотря на этот успех, дальнейший прогресс требовал более глубокого теоретического осмысления. В этом направлении, начиная с 2010 г. значительны вклад сделал и продолжает делать Е.О. Киктенко. Что касается эксперимента, то после некоторого перерыва, сохраняя роль установки ЦГЭМИ-ИЗМИРАН как опорной обсерватории основной акцент, начиная с 2012 г. был перенесен на Байкальскую глубоководную установку.

В 1998 г. нами было принято приглашение ученых Института ядерных исследований РАН развернуть долговременный электромагнитный эксперимент на базе Байкальской глубоководной нейтринной обсерватории, в рамках международной коллаборации «Байкал». Такой длительный эксперимент (мониторинг) в Байкале – зарождающемся океане представляет многосторонний интерес. Кроме того, важную роль играет техническая поддержка со стороны участников нейтринного проекта, имеющих большой опыт разнообразных подводных измерений, отработанную технику ледовых глубоководных постановок и береговую инфраструктуру. Наиболее тесное партнерство сложилось с НИИ прикладной физики ИГУ. Задачи эксперимента были первоначально поставлены как электромагнитный мониторинг тектонической и гидрологической активности, но в дальнейшем их круг значительно расширился.

На начальном этапе эксперимент велся небольшим коллективом под руководством В.С. Шнеера, с аппаратурой изготовляемой и эксплуатируемой С.П. Гайдашем, при деятельном участии И.Л. Трофимова в интерпретации результатов. В течение первых лет проведены двухкомпонентные измерения электрического поля на берегу и относительно кратковременные трехкомпонентные электрические измерения в водной толще со льда. По данным береговых измерений И.Л. Трофимовым выделена медленная вариация связанная с тектонической активностью – изменением порового давления флюидов в основном рифтовом разломе (проходящего в районе наблюдений по береговой черте). На основе оригинальной теории электрокинетического поля, возбуждаемого диффузионным изменением давления флюидов ему удалось локализовать источник поля и определить его интенсивность. Выбор места подводных измерений диктовался идеей полного исключения теллурической составляющей в вертикальной компоненте Ez – основной помехе при изучении полей внутренних источников, что, как показало предварительное моделирование (О.В. Панкратов, А.В. Кувшинов, А.В. Авдеев) достигается на расстоянии нескольких км от берега (и разлома). Окончательная точка мониторинга выбрана в 10 км от берега при глубине места около 1400 м, отсутствие теллурической составляющей в Ez подтверждено трехкомпонентными измерениями. В этой точке в 2003 г. начат мониторинг Ez на базе поверхность-дно с помощью установки конструкции С.П. Гайдаша. Установка работает автономно, ежегодно в марте происходит ее подъем для считывания данных и технического обслуживания.

Первые же результаты оказались весьма плодотворными, но и неожиданными. Было показано, что измерения Ez на базе поверхность-дно позволяют технически элегантно и с несопоставимо большей точности по сравнению с прямыми вести мониторинг полных потоков синоптических течений. Кроме того, по особенностям зарегистрированных инерционных течений удалось весьма просто, по сравнению с традиционными методами вычислять коэффициент турбулентного трения. Неожиданным оказалось обнаружение длиннопериодных порядка 100 суток, тесно связанными с вариациями Ригера в наиболее жесткой компонентой волнового излучения Солнца. Анализ показал (В.С. Шнеер, С.М. Коротаев, Т.В. Кузнецова и др.) что эти вариации Ez отражают вариации тока замыкания глобальной электрической цепи (ГЭЦ) на ее гидросферном участке. Поскольку это было первое обнаружение тока ГЭЦ ниже атмосферы, в дальнейшем изучение этого вопроса составило одну из важнейших задач эксперимента.

В 2008 г.в Ez впервые удалось зарегистрировать эффект и предвестники сильного и близкого (Кулукского) землетрясения. Выявлены ранний (за 3 суток) и поздний (за 15 часов) предвестники разной физической природы. Зарегистрирован также эффект волны цунами вблизи места зарождения (С.М. Коротаев, В.С. Шнеер, С.П. Гайдаш).

В 2010 г., когда глубоководная установка исчерпала свой ресурс, было получено много данных как по полям течений, так и по вариациям тока ГЭЦ. Однако эта первая и технически простая установка обладала рядом недостатков (в частности, отсутствием контроля изменения собственных потенциалов электродов, в то время как ответственность выводов, особенно о токе ГЭЦ, требовала большей точности и достоверности измерений. Поэтому по нашему ТЗ в НИИПФ ИГУ была разработана новая высокосовершенная установка позволяющей вести измерения с несопоставимо лучшей точностью и с контролем всех возможных помехообразующих факторов. На приповерхностном и придонном горизонтах размещены пары морских метрологических электродов (разработки «Эталон» – лучшими в мире по своей нечувствительности к изменениям параметров среды). Это позволило контролировать и минимизировать электродную помеху в Ez. C другой стороны, эти парные электроды с практически нулевой базой работают как детекторы макроскопических нелокальных корреляций, что позволило органически скомплексировать классический электродинамический эксперимент с квантовым по изучению нелокальных корреляций природных диссипативных процессов с большой случайной составляющей. Итоговая относительная погрешность измерений по основным каналам установки не более 0.01%. Электрометрические измерения сопровожнаются также измерением течений и температуры на нескольких горизонтах.

Установка начала работу в 2012 г. и действует по настоящее время. Учитывая возросшую точность измерений потребовалось еще раз убедиться в отсутствии в Ez теллурической составляющей. С этой целью в ближайшей точке берега поставлена в режим постоянно работы магнитовариационная станция. Тщательное сопоставление магнитных и электрических измерений подтвердило практическое отсутствие теллурической составляющей в Ez.

В дальнейшем для обнаружения медленных предвестников землетрясений в градиентах магнитного поля как вкрест, так и вдоль простирания новые протонные магнитометры были установлены в районе нейтринной обсерватории и на космофизическом полигоне ИГУ-МГУ в долине Тунка. Естественно возникла также задача использования магнитного мониторинга для глубинного зондирования. Глубинное геоэлектрическое строение Байкальского рифта является дискуссионным. Была поставлена задача по данным длительных измерений градиентов поля в треугольнике Иркутск –нейтринная обсерватория – долина Тунка (при важном условии полного отсутствия теллурической составляющей в точке мониторинга) проверить соответствие нескольких обсуждаемых в литературе гипотез наблюдениям. С этой целью были построены трехмерные геоэлектрические модели Байкальской рифтовой зоны отражающие каждую из гипотез. Для адекватного отображения батиметрии и разломной тектоники модели пришлось делать весьма детальными (порядка 5 млн ячеек). Сопоставление модельных и натурных функций электропроводности позволило уверенно отбросить ряд гипотез, в частности, гипотезу астеносферного выступа. Однако для обоснования лучшей из моделей требуется расширение наблюдений, работа над чем и ведется в настоящее время (Д.А. Орехова, М.С. Кругляков).

Длительные измерения Ez в водной толще Байкала дали уникальную информацию об изменчивости полных потоков течений. Но самыми важным были измерения длиннопериодных вариаций тока глобальной электрической цепи которые, как удалось доказать причинно обусловлены вариациями Ригера рентгеновского излучения Солнца. При этом сама возможность измерения этого тока в гидросфере связана с уникальным сочетанием природных условий Байкала, ведущих к повышенным значениям кондуктивной и конвективной составляющих тока в атмосфере над ним и благоприятным возможностям высокоточных измерений в его водной толще. Длиннопериодные вариации тока обусловлены сложным многоступенчатым опосредованным механизмом влияния солнечного рентгена на озоновый слой, метеорологические процессы и далее на конвективную составляющую тока (С.М. Коротаев, В.О. Сердюк).

Сигналы детекторов макроскопических нелокальных корреляций выявили их реакцию на глобальные (солнечная и, в меньшей степени, геомагнитная активность) и некоторые региональные (крупномасштабная турбулентность в деятельном слое Байкала и сильные землетрясения) случайные диссипативные процессы. Разделение вкладов глобальных и региональных процессов велось с учетом измерений на удаленной на 4200 км опорной обсерватории. Во всех случаях, в согласии теоретическому предсказанием, опережающая компонента корреляции превышает запаздывающую. Нелокальная природа корреляций подтверждена, в том числе нарушением неравенства стирингов. Высокий уровень опережающих корреляций и большая величина опережения допускают прогностические приложения. По данным глубоководных детекторов продемонстрирована возможность прогноза случайной компоненты солнечной активности с заблаговременностью до 10 месяцев и получены прогностические серии низкочастотных турбулентных вариаций скорости течения и температуры в деятельном слое Байкала с заблаговременностью до полутора месяцев и точностью достаточной для всех практических целей (С.М. Коротаев, В.О. Сердюк, Е.О. Киктенко). Сильные землетрясения представляют (в масштабах эксперимента редкое явление. Поэтому несмотря на уже полученные обнадеживающие результаты (обнаружении реакции детектора отвечающей теоретически предсказанной морфологии и с опережающим максимумом за несколько суток до события), создание практического метода прогноза землетрясений на основе нелокальных корреляций требует набора статистики. Но уже ясно, что преимуществом такого метода по сравнению с регистрацией предвестников в Ez является на порядок больший радиус обнаружимости.