NOVA REDE NA AMÉRICA DO SUL PARA ESTUDO DO CAMPO ELÉTRICO ATMOSFÉRICO E DE SUAS VARIAÇÕES RELACIONADAS A FENÔMENOS GEOFÍSICOS

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1 NOVA REDE NA AMÉRICA DO SUL PARA ESTUDO DO CAMPO ELÉTRICO ATMOSFÉRICO E DE SUAS VARIAÇÕES RELACIONADAS A FENÔMENOS GEOFÍSICOS J. Tacza 1, J.- P. Raulin 1, E. Norabuena 2 1 Centro de Radioastronomia e Astro0sica Mackenzie (CRAAM), Escola de Engenharia, Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, SP, Brazil. 2 InsGtuto Geo0sico del Perú, Lima, Perú. Luís Olavo de Toledo Fernandes

2 RESUMO Neste trabalho apresenta- se uma nova rede de sensores para monitorar o campo elétrico atmosférico em vários locais na América do Sul. O objeovo principal é obter a curva diurna da variabilidade do campo elétrico atmosférico de tempo bom. Isto é realizado através de médias mensais, sazonais e anuais. Depois de obter a curva padrão de variação do campo elétrico de tempo bom, esta é comparada com a curva universal ou Curva de Carnegie, que reflete as correntes elétricas fluindo no Circuito Elétrico Atmosférico Global. Futuramente, serão analisados os desvios relaovos a curva padrão, durante fenômenos solares (tais como explosões solares, ejeções de massa coronal, par\culas energéocas carregadas, tempestades geomagnéocas) e aevidade sísmica. Como ilustração da operação da nova rede, mostra- se os efeitos sobre o campo elétrico atmosférico durante um evento único tal como o eclipse solar total de 11 de Julho de 2010.

3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. INSTRUMENTAÇÃO 2.1 A REDE DE SENSORES EFM 2.2 SENSORES EFM 3. METODOLOGIA 4. RESULTADOS 4.1 MÉDIAS MENSAIS, SAZONAIS E ANUAIS 4.2 COMPARAÇÃO COM A CURVA DE CARNEGIE 4.3 EFEITO DO ECLIPSE SOLAR DE 11 DE JULHO DE CONCLUSÕES 6. TRABALHO FUTURO 7. REFÊRENCIAS

4 1. INTRODUÇÃO Ø Campo elétrico atmosférico persiste em regiões de tempo bom. Ø Medidas sobre os oceanos do mundo mostram uma variação diária do campo elétrico com o tempo universal conhecida como a Curva de Carnegie. Ø O Circuito Elétrico Atmosférico Global (CEAG). Interpretação da curva de Carnegie: mantenedores do CEAG. (Courtesy Marek Gołkowski) Ø O CEAG pode ser afetado por fenómenos tais como explosões solares, CMEs, par\culas energéocas solares, tempestades geomagnéocas, eclipse solar e aovidade sísmica (Rycrog et al., 2012; Harrison et al., 2013; Reiter, 1969; Hao et al., 1998).

5 2. INSTRUMENTAÇÃO 2.1 A REDE DE SENSORES EFM Ø Medições con\nuas do campo elétrico atmosférico estão sendo registradas em várias estações na América do Sul. Ø Cada estação dispõe de um sensor EFM. Estação LaEtude ( ) Longitude ( ) AlEtude (m) Data de Instalação CAS Janeiro 2008 CAS Janeiro 2010 ICA Dezembro 2011 PLO Novembro 2011 ANC Outubro 2012 ROR Junho 2014

6 2. INSTRUMENTAÇÃO 2.2 SENSORES EFM Ø O princípio básico da operação do EFM

7 3. METODOLOGÍA Ø O medidor de EFM é colocado a uma determinada altura acima da supertcie. PER Ø As medições realizadas acima do solo são anormalmente altas por causa do efeito ponta. Ø Para corrigir esse efeito, observações simultâneas são realizadas com dois sensores de EFM, denominados E REF e E PER. REF Ø A regressão linear entre E REF e E PER é dada por: DE PER =m DE REF +c DE COR = DE PER c/m

8 3. METODOLOGÍA Ø Resolução temporal de 0.5 s à médias de um 1 minuto. Ø Dias de tempo bom: Valores de PG posiovo entre V/m. Ø Médias mensais/sazonais/anuais à Curva Padrão. Ø Comparação com a Curva de Carnegie. Ø Distúrbios: 1. Banco de dados de eventos solares (explosões, CMEs, par\culas energéocas solares), tempestades geomagnéocas e aovidade sísmica. 2. Comparação com Curva Padrão.

9 4. RESULTADOS 4.1 MÉDIAS MENSAIS, SAZONAIS E ANUAIS Ø Tempo Bom versus Tempo Perturbado.

10 4. RESULTADOS 4.1 MÉDIAS MENSAIS, SAZONAIS E ANUAIS Ø É interessante notar q u e a f o r m a d a variação diária media \pica durante um mês ou sazão dada repete- se quase de forma idênoca para os diferentes anos. ICA PLO CAS 12

11 4. RESULTADOS 4.2 COMPARAÇÃO COM A CURVA DE CARNEGIE Ø Os valores de amplitude foram muloplicados por 1.3 para coincidir com a curva de Carnegie. Esse fator não é de acordo com a queda exponencial do campo eléctrico atmosférico com a alotude. Ø Semelhança é observada para o período UT e UT com amplitude máxima comum em torno de UT. No entanto, entre 02 e 11 UT existe uma diferença clara. Ø Uma possível explicação é que as medidas CAS1 refletem uma maior contribuição dos efeitos de nuvens convecovas tropicais e da alta taxa de relâmpagos na América do Sul. Ø A aovidade elétrica no sistema asiáoco, não contribui tanto em nossas medidas. CAS 1

12 4. RESULTADOS 4.3 EFEITO DO ECLIPSE SOLAR DE 11 DE JULHO DE 2010 Ø A figura mostra o trajeto do eclipse e as estações CAS. Ø A duração do efeito do eclipse foi de 3h10m com primeiro contato ~18:20 UT e úlomo contato ~21:30 UT.

13 4. RESULTADOS 4.3 EFEITO DO ECLIPSE SOLAR DE 11 DE JULHO DE 2010 Ø O efeito do eclipse é de kv/ m e 0.43 kv/m para CAS1 e CAS2, respecovamente. 1 4 Ø Uma possível explicação: A atenuação da radiação solar devido ao eclipse provoca uma redução na aovidade turbulenta (eddies) começando nos níveis mais baixos e propagando para cima. Depois de uma série de processos é originado uma corrente de convecção para baixo de íons posiovos pesados resultando em um aumento do PG. 1 4

14 5. CONCLUSÕES Ø Neste trabalho apresentamos uma nova rede instrumental de sensores instalados na América do Sul, para monitorar o campo elétrico atmosférico medido na supertcie da Terra. Ø Os resultados preliminares aqui mostrados indicam a possibilidade de se obter curvas confiáveis diárias de variação do campo elétrico atmosférico de tempo bom, em todas as estações do ano. As semelhanças e discrepâncias com a curva universal de Carnegie foram apresentadas e discuodas. Tais resultados serão importantes para estudar a dinâmica do CEAG em diferentes escalas temporais. Desvios com respeito as variações diurnas de campo elétrico de tempo bom serão uolizados para estudar a resposta do CEAG a distúrbios solares e sísmicos. Ø Além disso, foi apresentado o efeito sobre o campo elétrico atmosférico do eclipse solar total de 11 de julho de Os mecanismos envolvidos foram associados a fenômenos meteorológicos acontecendo próximo ao local de observação.

15 6. TRABALHO FUTURO Ø Análise e discussão das variações do campo elétrico atmosférico devido à aovidade sísmica. Ø Análise e discussão das variações do campo elétrico atmosférico devido à aovidade solar. Relação Nº Relámpagos / Raios Cósmicos / Campo elétrico??

16 7. REFERÊNCIAS Ø Hao, J.- G., Tang, T.- M., Li, D.- R, A kind of informaoon on short- term and imminent earthquake precursors - Research on atmospheric electric field anomalies before earthquakes. Acta Seismologica Sinica, Vol. 11, N 1, Ø Harrison, R.G., The Carnegie Curve. Surveys in Geophysics, 34, 2, DOI / s Ø Pierce, E.T., Atmospheric Electricity and Earthquake PredicOon. Geophysical Research Le ers, Vol. 3, N 3, Ø Ø Ø Ø Ø Ø Raulin, J.- P., Tacza, J., Macotela, E., A new South America electric field monitor network. Sun Geosphere 9 (1 2), Rycrog, M.J., Israelsson, S., Price, C., The global atmospheric electric circuit, solar acovity and climate change. Journal of Atmospheric and Solar- Terrestrial Physics 62, Rycrog, M. J., Harrison, R. G., Nicoll, K. A. and Mareev, E. A. (2008) An overview of Earth's global electric circuit and atmospheric conducovity. Space Science Reviews, 137 (1-4). pp ISSN doi: /s Rycrog, M. J., Nicoll, K. A., Aplin, K. L. and Giles Harrison, R., Recent advances in global electric circuit coupling between the space environment and the troposphere. Journal of Atmospheric and Solar- Terrestrial Physics, 90-91, pp Silva, H.G., Oliveira, M.M., Serrano, C., et al Influence of Seismic AcOvity on the Atmospheric Electric Field in Lisbon (Portugal) from 1955 to Annals of Geophysics, 55, 1, DOI /ag Tacza J., Raulin, J.- P., Macotela, E., et al A new South American network to study the atmospheric electric field and its variaoons related to geophysical phenomena. Journal of Atmospheric and Solar- Terrestrial Physics, 120, pp DOI /j.jastp

17 AGRADECIMIENTOS Ø JT gostaria de agradecer ao Conselho Nacional de Pesquisas (130083/2013-5) e a V SBGEA por o apoio financiero.