Розроблено теоретичні засади формування та функціонування регіональної екологічної небезпеки, установлено загальні закономірності та особливості її техногенної складової. Доведено пріоритетність регіоналізації небезпеки у формуванні стратегії та тактики керування екологічною небезпекою. Теоретично обгрунтовано основні положення щодо цього керування за умов техногенних землетрусів - джерел нововиявленого різновиду екологічної небезпеки та однієї з регіональних її домінант. Визначено основні принципи побудови регіональної системи керування. Створено та впроваджено в індустріально навантаженому регіоні з унікальною структуризацією екологічної небезпеки комплексну систему керування, яка відрізняється ієрархічністю структури.

  Скачати повний текст

Розроблено та реалізовано нові методи наднизькочастотного - дуже низькочастотного (ННЧ - ДНЧ) радіозондування нижньої іоносфери та моніторингу світової грозової активності, створені на підставі результатів вимірювання природних електромагнітних ННЧ - ДНЧ полів у резонансній порожнині Земля - іоносфера. Детально досліджено вплив такого явища космічної погоди, як сонячні протонні події на параметри глобального (шуманівського) резонансу. Розв'язано зворотні радіофізичні задачі, які є основою методів пасивної локації розподілених у просторі джерел ННЧ - ДНЧ полів. Дані методи створені на однопозиційних вимірюваннях середніх спектрів природного ННЧ фону та реконструкції дистанційних профілів світової грозової активності, а також на багатопозиційних вимірюваннях для проведення ННЧ - ДНЧ радіотомографії просторового розподілу гроз. Розглянуто нові однопозиційні методи локації блискавок і визначення характерних параметрів нижньої іоносфери з використанням широкосмугових природних сигналів - ДНЧ атмосфериків, на базі яких проведено моніторинг регулярних варіацій (добових і сезонних) параметрів нічної нижньої іоносфери. Визначено особливості флуктуації сигналів ДНЧ радіопередавачів, що поширюються поздовж сейсмоактивних трас. Виявлено збурення у ДНЧ сигналах з періодами внутрішніх гравітаційних і планетарних хвиль, які передують потужнім землетрусам, що проходили поблизу трас поширення.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему створення регіональної мережі геологічного моніторингу просторово-часової мінливості структурно-тектонічних зон у межах північно-західного шельфу Чорного моря з використанням сейсмоакустичного методу моніторингу з урахуванням особливостей поширення пружних хвиль у шаруватому геологічному середовищі. Розроблено теоретичні та методичні засади моніторингу геодинамічних зон шельфу Чорного моря у межах зони з'єднання Східно-Європейської платформи та Скіфської плити. Визначено спряженість структурно-тектонічних полів дослідженого регіону з геодинамічною системою. Наведено принципи побудови системи моніторингу динаміки інтегральних градієнтів геологічного об'єкта даного регіону та сформовано геодинамічну модель для північно-західного шельфу Чорного моря з використанням принципів допустимої однорідності геологічного середовища. Побудовану модель обгрунтовано даними про геологічну будову регіону, його структурно-тектонічний і геодинамічний розвиток, а також визначеними геофізичними та фізико-механічними параметрами гірських порід. Модельні шари обрано максимально однорідними за своїми геологічними, геофізичними, інженерно-геологічними й іншими параметрами. Фізичними параметрами є швидкість проходження хвиль, коефіцієнти їх загасання та поглинання, а також щільність гірських порід. Метод інтегрального обчислення визначено як математичну модель вивчення динамічних характеристик напруженого стану у структурних полях. Доведено необхідність створення системи моніторингу для реєстрації та прогнозу землетрусів, дослідження глибинної будови земної кори, детального вивчення динаміки сучасних відкладів.

  Скачати повний текст

Уперше показано, що прогрів верхньої мантії супроводжується утворенням шарів часткового плавлення з верхньою межею на глибині близько 250-ти км, які є гравітаційно стійкими, тому що густина розплавів у них не менша за густину твердої фази. Розроблено модель теплової нестійкості зони знижених сейсмічних швидкостей у центральній Європі як зони часткового плавлення з верхнею межею поблизу рівня інверсії густин (РІГ). Одержано оцінки характерних масштабів і часів нестійкості та показано, що вони узгоджуються з результатами спостережень. Установлено, що джерелами кімберлітового магматизму є шари часткового плавлення, що майже цілком лежать глибше за РІГ. Вперше запропоновано геодинамічну модель походження кімберлітів. Здобуто нові розв'язки для тріщини Дагдейла - Баренблатта розтягу та зсуву. Продемонстровано, що для неї існує макроскопічний параметр, який має розмірність довжини - так звану критичну довжину, що є природним масштабом. Розроблено модель підготовки землетрусів інтрузивного типу та з'ясовано умови, за яких тріщина гідро/магморозриву може спричинити утворення сейсмогенної кінцевої тріщини зсуву. Зазначено, що передбачення моделі, включаючи існування зростаючого поверхневого купола над магматичною камерою, специфічний вигляд механізму вогнища землетрусу та сильна залежність сейсмічної енергії від глибини гіпоцентру, спостерігаються у природі. Добуто нові точні розв'язки для напружень і зміщень у пружному напівпросторі, що викликаються накачкою круглої горизонтальної тріщини гідро/магморозриву. Доведено, що дані рішення дозволяють виконувати інтерпретацію сучасних високоточних супутникових геодезичних спостережень.

  Скачати повний текст

Новий напрям біотехнології - використання мікроорганізмів для потреб будівництва успішно розвивається у світі протягом останніх 15 років. Особливе місце серед нових будівельних матеріалів, посідає виробництво біоцементу та біозакріплювачів ґрунтів заснованого на використанні уреаза-продукуючих бактерій, які у присутності сечовини та іонів кальцію у лужному середовищі утворюють нерозчинні кристали кальциту. Перевага біоцементу перед традиційним цементом є низька в'язкість (в 30 – 300 разів менше в’язкості суспензії цементу), що забезпечує його здатність до глибокого проникнення в пори і тріщини ґрунту, бетону чи каменю (Ivanov та Stabnikov, 2017). Використання біоцементу пропонується для широкого кола будівельних робіт і може бути новим, економічно ефективним рішенням в інженерії охорони довкілля та будівництва, особливо в галузі геотехнічної інженерії. Недоліками біоцементації є використанням живих уреаза-продукуючих бактерій, які вносяться у довкілля (а в деяких біотехнологіях пропонують використовувати бактерії, що відносяться до умовно-патогенних), та вивільнення у атмосферу токсичного аміаку та можливе потрапляння іонів амонію у ґрунтові та поверхневі води.Показано, що одним із можливих шляхів підвищення біобезпеки біоцементації може бути застосування кислої уреази при використанні в якості джерела кальцію кісткового борошна, яке містить кальцій у формі гідроксиапатиту. Проведена селекція бактеріального штаму, що синтезував кислу уреазу серед бактерій, що були виділені з кислого ґрунту. Штам з найбільшою уреазною активністю було ідентифіковано за допомогою ампліфікації та секвенування гену 16 рРНК як Staphylococcus saprophyticus AU1. Максимальна швидкість росту штаму AU1 становила 0,15 год.-1, максимальне накопичення біомаси – 6,9 г/л сухої біомаси, а максимальна уреазна активність була 8,1 мМ прогідролізованої сечовини/хв. Найвища уреазна активність у штаму Staphylococcus saprophyticus AU1 спостерігалася в інтервалі рН від 4,5 до 5,5, поступово знижуючись при підвищенні рН. З метою забезпечення біобезпеки довкілля для біоцементації запропоновано використання уреазоактивних інактивованих бактеріальних клітин після їх обробки 0,5% розчином натрію додецилсульфату протягом 120 хвилин. При проведенні біоцементації, де в якості джерела кальцію використовували кісткове борошно, яке містить кальцій у формі гідроксиапатиту при зниженій кількості сечовини за допомогою інактивованих бактеріальних клітин водопроникність біоцементованого піску була 2•10-5 м/с, що дозволяє застосувати біоцементацію такого типу для укріплення ґрунту з метою зниження його ерозії, наприклад після землетрусу, або для боротьби з пиловою ерозією для зниження атмосферного забруднення. Основною перевагою цього методу – це можливість знизити на 75% витрати сечовини та знизити за рахунок цього викиди амонію та аміаку у довкілля. Крім того вирішується проблема утилізації кісткових відходів і зменшується вартість матеріалів на біоцементацію. Повністю біобезпечними продуцентами кислої уреази можуть бути молочнокислі бактерії. Показана здатність молочнокислих бактерій Lactobacillus reuteri та Streptococcus thermophilus до синтезу кислої уреази, що робить їх перспективними мікробними агентами у процесах біоцементації. Вирощування Lactobacillus reuteri проводили на капустяному бульйоні. Максимальна уреазна активність бактерій Lactobacillus reuteri спостерігалася при рН 5,0. При проведенні біоцементації із застосуванням молочнокислих бактерій Lactobacillus reuteri пісок після 8 біообробок мав водопроникність 6•10-5 м/с. Тому цей спосіб біоцементації можливо застосувати лише для укріплення ґрунту або для боротьби з пиловою ерозією. Можливою заміною бактеріальної уреази може бути уреаза рослинного походження. Скринінг насіння сільськогосподарських культур, які вирощуються в Україні, показав, що боби сої можливо використовувати як джерело уреази для біоцементації у вигляді неочищеного водного екстракту із подрібненої маси самого насіння або пророщеного протягом 24 – 48 годин. Застосування неочищеного екстракту із насіння сої показало його ефективність для осадження карбонату кальцію із суміші розчинів кальцій хлориду та сечовини, а його використання при біоцементації піску дозволили знизити його водопроникність у 6000 разів і отримати значення, які відповідають водопроникності піску, біоцементованого за допомогою традиційно застосовуваних уреаза-продукуючих бактерій. Ключові слова: біоцементація, біотехнологія, біобезпека, бактерії, агропромислові відходи, біосинтез, метаболіти, природоохоронна технологія, рослинна уреаза, охорона довкілля, біозакупорювання ґрунту, фізичні, хімічні і біологічні методи, чисті культури, біологічно активні речовини, рідкі живильні середовища, рН, джерела вуглецевого та азотного живлення, Lactobacillus, молочнокислі бактерії, ферменти, продуцент, мікроорганізми, мікробний синтез, Bacillus, пробіотичні мікроорганізми, поживне середовище, середовище росту, скринінг, Streptococcus thermophilus.^UA new area of biotechnology - the use of microorganisms for the needs of construction has been successfully developing in the world over the past 15 years. The production of biomement occupies a special place among new building materials by and soil enhancers based on the use of urease-producing bacteria, which, in the presence of urea and calcium ions in an alkaline medium, form insoluble calcite crystals. The advantage of biomement over traditional cement is its low viscosity (30–300 times less than the viscosity of a cement suspension), which ensures its ability to penetrate deeply into the pores and cracks of soil, concrete or stone (Ivanov and Stabnikov, 2017). The use of biomement is proposed for a wide range of civil engineering applications and may be a new cost-effective solution in environmental and construction engineering, especially in the field of geotechnical engineering.The disadvantages of biocementation are the use of live urease-producing bacteria that are introduced into the environment (and some biotechnologies suggest using opportunistic bacteria), the release of toxic ammonia into the atmosphere and the possible release of ammonium ions into the ground and surface waters.It has been shown that one of the possible ways to increase the biosafety of biocementation can be the application of acid urease when bone meal containing calcium in the form of hydroxyapatite is used as a source of calcium. A selection of a bacterial strain that synthesized acid urease was carried out among bacteria isolated from acidic soil.The strain with the highest urease activity was identified by amplification and 16 rRNA gene sequencing as Staphylococcus saprophyticus AU1. The maximum growth rate of the AU1 strain was 0.15 h-1, the maximum biomass accumulation was 6.9 g/L dry biomass, and the maximum urease activity was 8.1 mM hydrolysed urea/min.The highest urease activity in the Staphylococcus saprophyticus AU1 strain was observed in the pH range from 4.5 to 5.5, gradually decreasing with pH increasing. To ensure the biosafety of the environment, it was proposed to use for biocementation inactivated urease-active bacterial cells after their treatment with a 0.5% solution of sodium dodecyl sulfate for 120 minutes. When carrying out biocementation, where bone meal containing calcium in the form of hydroxyapatite was used as a source of calcium with a reduced amount of urea using inactivated bacterial cells, the water permeability of biocemented sand was 2×10-5 m/s, which makes it possible to apply this type of biocementation to strengthen the soil . in order to reduce its liquefaction, for example after an earthquake or to control dust erosion to reduce atmospheric pollution. The main advantage of this method is the ability to reduce the consumption of urea by 75% and thereby reduce the release of ammonium and ammonia into the environment. In addition, the problem of bone waste disposal is solved and the cost of materials for biocementation is reduced. Lactic acid bacteria can be completely biosafe producers of acid urease. The ability of lactic acid bacteria Lactobacillus reuteri and Streptococcus thermophilus to synthesize urease has been shown, which makes them promising microbial agents in biocementation processes. Lactobacillus reuteri was cultivated on cabbage broth. The maximum urease activity of Lactobacillus reuteri bacteria was observed at pH 5.0. When carrying out biocementation using Lactobacillus reuteri, sand after 8 biotreatments with lactic acid bacteria had a water permeability of 6×10-5 m/s. Therefore, this method of biocementation can only be used to strengthen the soil or to prevent dust erosion. It is possible to replace bacterial urease with plant-derived urease. Screening of seeds of agricultural crops grown in Ukraine showed that soybeans can be used as a source of urease for biocementation in the form of a crude aqueous extract from the crushed mass of seeds or germinated within 24-48 hours. The use of a crude extract from soybean seeds showed its effectiveness for the precipitation of calcium carbonate from a mixture of solutions of calcium chloride and urea, and its use in the biocementation of sand made it possible to reduce its water permeability by 6000 times and obtain values corresponding to the seepage rates of sand biocemented with traditionally used urease-producing bacteria. Key words: biocementation; biotechnology; biosafety; bacteria; agro-industrial waste; biosynthesis; metabolites; environmental technology; plant urease; environmental protection; soil biogrouting; physical, chemical and biological methods; pure cultures; biologically active substances; liquid culture media; рН; sources of carbon and nitrogen nutrition; Lactobacillus; lactic acid bacteria; enzymes; producer; microorganisms; microbial synthesis; Bacillus; probiotic microorganisms; nutrient medium; growth medium; screening; Streptococcus thermophilus

Дисертаційна робота присвячена розвитку і вдосконаленню існуючих наукових і теоретичних основ методики сейсмічного районування у фізичних параметрах коливань ґрунту територій з недостатнім забезпеченням даними інструментальних спостережень. Методика дає змогу перейти при розрахунках споруд на сейсмостійкість від використання сейсмічної інтенсивності землетрусів в балах і категорії ґрунту за сейсмічними властивостями до фізичних параметрів прогнозованих коливань ґрунту. Нову удосконалену методику реалізовано на прикладі території Києва.Розроблено карту розподілу коефіцієнта інтегрального спектрального підсилення сейсмічних коливань ґрунтами для території Києва. Карта дає розподіл по території кількісної оцінки впливу спектральних характеристик ґрунтових умов на сейсмічну небезпеку. Коефіцієнти інтегрального спектрального підсилення запропоновано використовувати в якості ґрунтових поправочних коефіцієнтів в методах розрахунку будівель і споруд на сейсмостійкість для більш обґрунтованих та реалістичних оцінок.Побудовано карту сейсмічного районування Києва в пікових прискореннях ґрунту при прогнозних сейсмічних впливах з максимальною амплітудою до 0,06g. Карту рекомендовано використовувати в інженерних цілях додатково з розрахованими амплітудними спектрами Фур'є та спектрами реакції.Розроблено математичні моделі ґрунтової основи відповідальних споруд Ташлицької ГАЕС, Канівської ГЕС, Запорізької АЕС, Южно-Української АЕС, Середньодніпровської ГЕС, компресорної станції «Яготин» та розраховано прогнозні амплітудні і спектральні параметри коливань ґрунту.Ключові слова: сейсмічне районування, параметри коливань ґрунту, підсилення сейсмічних коливань, динаміка ґрунтів, моделювання сейсмічної реакції ґрунтів, пікові прискорення ґрунту.^UThe dissertation is devoted to developing and improving the existing scientific and theoretical foundations of the seismic zoning methodology in the physical parameters of soil oscillations in a territory with insufficient provision of instrumental observations. The methodology makes it possible to move in the calculations of structures for seismic resistance from the use of seismic intensity points and category soils of their seismic properties to the physical parameters of predicted ground motions. The new improved methodology was implemented on the example of the territory of Kyiv.A map of the distribution of the coefficient of integral spectral amplification of seismic motions by soils for the territory of Kyiv has been developed. The map gives the distribution over the territory of a quantitative assessment of the influence of the spectral characteristics of soil conditions on the seismic hazard. In the methods of calculating buildings and structures for seismic resistance, for more substantiated and realistic assessments, it is proposed to use the integral spectral amplification coefficients as ground correction factors.A map of seismic zoning of Kyiv in peak ground accelerations was built for the case of predicted seismic effects with a maximum amplitude of up to 0.06g. It is recommended to use the map for engineering purposes in addition to the calculated Fourier amplitude spectra and response spectra.Mathematical models of the soil base of critical structures of the Tashlyk PSP, Kanivska HPP, Zaporizhzhia NPP, South-Ukrainian NPP, Serednyodniprovska HPP, Yagotin compressor station have been developed, and the predicted amplitude and spectral parameters of soil oscillations have been calculated. Keywords: seismic zoning, ground motions parameters, amplification of seismic motions, soil dynamics, modeling of the seismic response of soils, peak ground accelerations.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуальної проблеми –експериментальному та теоретичному дослідженню впливу високоенергетичнихджерел природного та штучного походження на характеристики радіохвиль іатмосферно-космічні радіоканали, які використовуються засобамителекомунікації, радіолокації, радіонавігації, радіопеленгації, тощо.Метою дисертаційної роботи є дослідження фізичних процесів в атмосферіта геокосмосі, що супроводжували падіння Челябінського та Камчатськогометеороїдів, геокосмічних бур, тайфунів, землетрусів, стартів ракет, польотівкосмічних апаратів, важливих для поширення радіохвиль і функціонуваннярадіоканалів.Проведено теоретичні та багаторічні експериментальні дослідження збуреньв атмосферно-космічних радіоканалах, характеристик радіохвиль і параметріватмосфери й іоносфери, викликаних дією потужних природних і штучних джерел.Вперше отримано кількісні характеристики збурень як параметрів радіосигналів,так і атмосфери й іоносфери.Експериментальні дослідження виконані на технічній базі Радіофізичноїобсерваторії ХНУ імені В. Н. Каразіна та Харбінського інженерного університету(КНР) і радарі некогерентного розсіяння (Інститут іоносфери НАНУ і МОНУ).^UThe dissertation is concerned with solving a topical problem, the experimentaland theoretical study of the impact of high-energy sources of natural and artificialorigins on the characteristics of radio waves and on atmospheric and space radiochannels that are used in radar, radio navigation, telecommunications, direction-findingradio system, etc.The goal of the dissertation is to study the main physical processes in theatmosphere and geospace that accompanied the impact of the Chelyabinsk andKamchatka meteoroids on the environment, the influence of geospace storms, typhoons,earthquakes, launches of large rockets, and of the firing of orbital maneuveringthrusters, as well as the influence of high-power nanosecond radio emissions, which allare important for radio wave propagation and radio channel performance.The theoretical and experimental studies of disturbances in the atmospheric andspace radio channels, radio wave characteristics, as well as in the parameters of theatmosphere and the ionosphere, which arise under the action of powerful natural(earthquakes, typhoons, large meteoroids, and geospace storms) and anthropogenicsources (main engine and orbital maneuvering system engine burns), have beenconducted for many years. For the first time, numerical values for the disturbances inboth radiowave and atmospheric-ionospheric parameters have been obtained.The Sun–interplanetary–medium–magnetosphere–ionosphere–atmosphere–Earthand Earth-atmosphere-ionosphere-magnetosphere formations are found to be complexopen dynamic nonlinear stochastic systems. The basic principles of the systemsparadigm have been developed.The demonstration has been given of the Chelyabinsk celestial body entry andexplosion to cause appreciable (or large) disturbances in all geospheres.Using long-term observational data, local time and seasonal dependences of themagnitude, direction, zonal and meridional components of the wind velocity in themesosphere have been obtained. Its magnitudes have been shown likely to be 10 – 80m/s with 3 – 7 m/s error.The electron heating in the 30 – 60-km altitude range by an ultra-short pulse hasbeen established to be essential even when the pulse length  = 1 ns and power P = 1GW. The atmospheric breakdown in the 30 – 60-km altitude range begins to occur whenP min =0.3–1.3 GW and the frequency f  10 GHz.The capability of observing the dynamic processes accompanying a moderateearthquake of Richter magnitude M  5.9 has been proved to be successful.The action of the super typhoon has been shown to be accompanied byenhancements in the wave activity in the atmosphere, when wave processes aregenerated with periods of 2 to 7 min and of 12–15 to 60–150 min. The couplingoccurring in the atmosphere–upper-atmosphere–ionosphere has been confirmed to becarried by acoustic and gravity atmospheric waves. The greatest effect that the typhoon had on the ionosphere was revealed to occur when it had maximum energetics (8, 10,and especially 9 October 2019).A new classification of the ionospheric storms vs geomagnetic state has beenadvanced. The first group is comprised of strong ionospheric storms, which accompanystrong magnetic storms (K p  8). The second group is comprised of strong ionosphericstorms, which accompany minor magnetic storms. The third group is comprised ofmoderate ionospheric storms, which accompany strong magnetic storms. Naturally,moderate ionospheric storms accompany moderate magnetic storms.Experiments conducted for many years have revealed that disturbances exhibitthree groups of speeds: 0.5 – 0.7 km/s and smaller, 2 – 3 km/s, and 10 – 25 km/s. Theycorrespond to acoustic and atmospheric gravity waves, slow MHD, and gyrotropicwaves, respectively.The experimental studies used the instrumentation located at the V. N. KarazinKharkiv National University Radiophysical Observatory (MF radar, ionosonde, HFDoppler radar transmitting at vertical incidence, and fluxmeter magnetometer) and themulti-frequency multiple path HF Doppler radio system for oblique-incidence soundingof the ionosphere, which employs a software defined technology, at the HarbinEngineering University, PRC. In some cases, the incoherent scatter radar was employed(Institute for the Ionosphere of NAS and MES of Ukraine).

Встановлено, що процеси розривоутворення у вогнищах і вогнищевих зонах землетрусів Чорноморського басейну розвиваються у двох і більше напрямках зі швидкостями, які перевищують швидкість поперечних хвиль. Найбільш складні форми розривів і максимальні швидкості розповсюдження відзначено для землетрусів зони Вранча й Кавказу. Зазначено, що перевагу має діагональна орієнтація розривів у вогнищах слабких і сильних землетрусів, а процес руйнування середовища під час землетрусів у Криму відбувається за умов великого макротертя за рахунок шорсткості міжблокових поверхонь. Аномальні значення динамічних параметрів вогнищ мають властивість групування у просторі та часі (в період підготовки найбільш сильних землетрусів). Встановлено високу сейсмічну активність Чорноморської западини (область відсутності гранітного шару), яка раніше вважалась асейсмічною. Землетруси з великими та малими енергіями оконтурюють літосферні блоки різних розмірів. Розглянуто фундаментальну властивість сеймічності: монотонне стягування (міграція) епіцентрів слабких поштовхів до зони майбутнього сильного землетрусу на всіх рівнях ієрархії. Доведено, що процеси формування та розвантаження вогнищевих зон землетрусів Криму та зони Вранча мають як загальні риси просторово-часової впорядкованості, так і відмінності, пов'язані з неоднорідністю середовища та полів напружень у різних частинах регіону та на різних структурних поверхах літосфери. Одержано кількісні характеристики добротності середовища Кримсько-Чорноморського регіону та функції загасання детермінованих і нерегулярних (кода) сеймічних хвиль. Запропоновано нову енергетичну та магнітудну класифікацію місцевих і близьких землетрусів Чорноморського регіону за записами широкосмугової та короткоперіодної апаратури на станціях Криму. Це дозволяє однаково та без пропусків параметризувати всі землетруси за величиною їх енергії. Проведено кількісну оцінку сейсмічної небезпеки Криму з використанням нових експериментальних даних і закономірностей за вогнищевою сеймічністю та сейсмотектонікою регіону на базі нової методології та програмних засобів.

  Скачати повний текст

Проведено вивчення у кількісному аспекті фізичних параметрів вогнищ і сейсмічності території України, що визначають ступінь сейсмічної небезпеки. Детально досліджено й оцінено параметри сейсмічного режиму, а саме: закон повторюваності землетрусів, рівень сейсмічної активності, потужність сейсмоактивного шару, сейсмічний потенціал головних зон виникнення вогнищ землетрусів (ВВЗ), а також параметри вогнищ найсильніших землетрусів у цих зонах. Показано просторову та часову мінливість сейсмологічних параметрів та їх вплив на прогнозну сейсмічну небезпеку. З використанням одержаних моделей вогнищ, сейсмічності, загасання та зон ВВЗ побудовано нову модель сейсмічної небезпеки території України, яку представлено у вигляді комплекту карт загального сейсмічного районування (ЗСР) трьох рівнів (масштаб 1 : 2 500 000), що відображають розрахункову інтенсивність I сейсмічних дій (у балах шкали MSK-64), очікуваних на даній площі з заданою вірогідністю P (%) протягом певного інтервалу часу t.

  Скачати повний текст

Розв’язано задачу підвищення інформативності методів дистанційного радіо-зондування для радіофізичних досліджень геокосмосу за рахунок використання методів фрактального та мультифрактального аналізів. Запропоновано нові комплексні методи фрактального аналізу сигналів і процесів – узагальнений фрактальний аналіз, динамічний фрактальний аналіз і метод коригуючої функції. Із використанням створених нових модельних монофрактальних і мультифрактальних сигналів продемонстровано особливості, переваги та недоліки нових методів. Розроблено оригінальні алгоритми моно- та мультифрактального аналізу. З їх використанням проведено дослідження фрактальних характеристик реальних експериментальних даних, отриманих в методах дистанційного радіозондування геокосмосу. Проаналізовано унікальні реєстрації гравітаційних хвиль, інфразвукових хвиль, що виникли під час падіння Челябінського метеороїда, а також часові варіації електромагнітного поля Землі, що спостерігалися під час надпотужної геокосмічної бурі 7 – 8 вересня 2017 р. та потужного землетрусу у Туреччині 20 січня 2020 р., оцінено низку фрактальних і мультифрактальних характеристик відповідних сигналів і процесів. Досліджено дисперсійні спотворення високочастотних фрактальних надширокосмугових сигналів, що виникають під час їх поширення у навколоземному середовищі.^UThe problem of increasing the informativeness of remote radio sounding methods for radiophysical investigations of the geospace by using fractal and multifractal analysis methods has been solved. New complex methods of fractal analysis of signals and processes, namely the generalized fractal analysis (GFA), the dynamic fractal analysis (DynFA) and the corrective function (CF) method are proposed. The GFA method significantly exceeds other existing methods of monofractal analysis in terms of informativeness, as it offers the study of sixteen characteristics instead of the traditional two or three similar ones. The DynFA method for the first time combines the capabilities of the fractal and time-frequency analysis methods, and the estimates obtained in one of them are used to improve the results of the other. Being a universal method, the CF method allows to increase the accuracy of the assessment of fractal and multifractal characteristics of the investigated signals and processes in the methods of fractal and multifractal analyzes. Using the created new model monofractal and multifractal signals, the features, advantages and disadvantages of the new methods are demonstrated.Using the WTMM and MF DFA methods, as well as new numerical characteristics based on the function of the multifractal spectrum (the asymmetry coefficient and the index of its relative width, as well as the dimension of the multifractal support), a multifractal analysis of a set of original fractal and multifractal signal models was performed. New convenient formats for presenting analysis results have been developed. Features of multifractal analysis of monofractal, multifractal and non-fractal signals and processes are identified, appropriate recommendations for practitioners are formulated.Original algorithms for mono- and multifractal analysis have been developed. With their application, a study of the fractal characteristics of experimental data obtained in the methods of remote radio sounding of the geospace was performed. Being generated by a unique powerful natural ultra-wideband process with changing mean frequency (ChMF UWB), the gravitational wave signals were appeared to be fractal UWB (FUWB) ones with complex non-stationary multifractal structure. However, currently, it is not possible to unequivocally state whether the received fractal component is part of the gravitational wave signal or whether it is noise of a completely different physical origin.Both the direct and the reversed signals of the infrasound waves that occurred during the fall of the Chelyabinsk meteoroid were found to contain a pair of the fractal ChMF UWB processes with complex non-stationary multifractal structure. Being multifractal, all four ChMF UWB processes were appeared to be almost anywhere antipersistent. Most likely, the first processes in each pair are related to the generation and propagation of an explosive shock wave, and the second processes are explained by the generation and propagation of a ballistic wave.The temporal variations of the Earth's electromagnetic field that were observed during the super-powerful geospace storm on September 7-8, 2017 were found to contain several ultra-short and ChMF UWB processes with typical multifractal structure and therefore they can be classified as the FUWB processes. All disturbances detected were appeared to be multifractal and almost anywhere antipersistent. The temporal variations of the Earth's electromagnetic field that were detected during the powerful earthquake in Turkey on January 20, 2020 were shown to be the FUWB processes. Peculiarities of the temporal dynamics of fractal and multifractal characteristics, which may be associated with the harbingers of earthquakes, have been revealed.Dispersion distortions of high-frequency fractal ultra-wideband signals that occur during their propagation in the near-to- Earth space have been investigated.

Наведено характеристики сейсмічності та сейсмотектонічного процесу в зонах Карпатського регіону за сейсмологічними та геофізичними даними. Розглянуто метод визначення і врахування усереднених кінематичних нев'язок об'ємних сейсмічних хвиль землетрусів для різних станцій та сейсмоактивних зон, а також метод побудови розрахункового Закарпатського (Мукачівського) годографа на основі швидкісної моделі літосфери даного регіону з метою покращення точності визначення гіпоцентральних параметрів місцевих землетрусів. Визначено особливості сейсмотектонічного процесу в літосфері Буковини на основі інтерпретації сейсмологічних, геолого-фізичних, геодезичних та геоморфологічних даних. Досліджено геодинаміку Берегівської сейсмоактивної зони Закарпаття і описано механізм місцевого землетрусу 1965 р. як механізм зі скидо-розсувною кінематикою.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена вивченню динаміки структурованих геосередовищ з урахуванням їх дискретної та ієрархічної будови. Геосередовища, про які йдеться в роботі, включають широкий клас природних дискретних масивів гірських порід: від масивів гранульованих порід, таких як пісок, до суттєво неоднорідних і фрагментованих областей, якими є сейсмоактивні зони. Дослідження здійснюються в рамках підходу, в якому геосередовище трактується як термодинамічно відкрита складна дискретна система з ієрархічною будовою та нелінійною і дисипативною взаємодією між структурними елементами. Для вивчення динаміки структурованих середовищ використовуються дискретні моделі, оскільки континуальні моделі не здатні відтворити всю різноманітність динамічної поведінки таких середовищ.Розроблено модель землетрусів, яка базується на двох фундаментальних принципах: ієрархічній структурі сейсмоактивних областей та концепції самоорганізованої критичності. Модель відтворює основні емпіричні властивості сейсмічних процесів.Експерименти та розрахунки зсувного деформування гранульованого середовища продемонстрували статистичну подібність до процесів, що відбуваються у сейсмічно активних регіонах. Ці результати поглиблюють розуміння природних сейсмічних процесів та розширюють можливості прогнозування та контрольованого впливу на них.^UThe thesis is devoted to studying the properties of dynamics of geomedia taking into account their discrete and hierarchical structure. The geomedia considered in the thesis cover a broad class of natural discrete rocks massifs: from granular rock massifs e.g. sand to substantially heterogeneous and fragmented areas such as seismically active zones. The research is carried out within the framework of the approach considering the geomedium as a thermodynamically open complex system consisted of hierarchically embedded discrete elements with nonlinear and dissipative interactions. Because of continuum models are not able to reproduce the entire variety of dynamic behavior of such media the discrete models were applied for studying the structured media dynamics. The computer simulation of wave processes is performed using the discrete element method. The studies testify that in discrete media these processes fundamentally differ from similar ones in homogeneous solids and the wave fields depend on the type of structured elements packing. The simulation of the wave propagation in a layer of the granular medium with spherical grains discovered a rotating wave structure formation. It is shown that the deformation properties of granular media with elastic, elastic-viscous and elastic-plastic types of interaction between particles depend on the rate of deformation, on the package density and on the of the grain sizes. To explore the granular medium microcharacteristics, namely forces acting on individual structural elements at the bottom of the granular sample under dynamic load, the novel experimental technique is developed. As a result of experiments, the distributions exibiting the exponentially decaying maximum values of the forces with which the spherical grains act on the cylinder bottom in the range of large forces are obtained. Moreover, the computer simulation demonstrates that the exponential force distribution takes place throughout the sample and thus confirms the presence of correlations between intergranular forces in the process of dynamic loading of granular specimen. The time dependencies of the coordination number, the orientation order parameter, the correlation radius and the distribution of forces obtained in the calculations clearly indicate the non-equilibrium nature of the deformation process in the granular medium under impulse loading. To study the dynamics of hierarchically organized discrete media, the model of the system of embedded anharmonic oscillators is elaborated. Using the Poincaré section technique, it is stated that the system of equations for the model having three hierarchical levels with oscillators identical on each level and under the condition that they move simultaneously possesses the localized quasiperiodic and chaotic trajectories. The study of vibrating processes in the multilevel system is also carried out. It is shown that there exists a critical value of the structural parameter corresponding to the formation of comparative oscillations in the first and the last hierarchical levels. The effect of dissipation on the formation of oscillation processes in the hierarchical system is studied within the framework of the three-level model, when the highest structural level is subjected to the action of harmonic force. The analysis of obtained amplitude-frequency curves show that the hierarchical structure behaves as an amplifier of the signal applied to the highest level of the hierarchy. The earthquake model is developed based on two fundamental principles: the hierarchical structure of seismically active regions and the concept of self-organized criticality. The model reproduces the basic empirical properties of seismic processes: the frequency-energy scaling relation (the Gutenberg-Richter law), the generalized Omori law for temporal decay of aftershocks, the aftershock productivity law, Båth's law for the mean value of the relative difference in magnitude between the major earthquake and its largest aftershock, the fractal distributions of hypocenters (epicenters) with power-law dependencies of the number of events on distances between hypocenters (epicenters), and, finally, the γ distribution for waiting times. In the model, the threshold energies depend on the block sizes and are distributed according to the Gauss law. Experiments and simulation of shear deformation of the granular medium formed by the cubic elements demonstrate a statistical similarity to the processes occurring in seismically active regions. These results open the prospect of the better understanding of natural seismic processes and possibilities for forecasting and controlled influence on them.

Розроблено підходи щодо визначення поля переміщень на вільній поверхні шаруватого півпростору для близької та далекої зон, коли джерело сейсмічних хвиль є довільно орієнтованою силою та тензором сейсмічного моменту. Запропоновано аналітично-числові підходи щодо визначення компонент тензора сейсмічного моменту, а також використання сингулярного розкладу у випадку погано обумовлених матриць. Показано, що із визначенням сейсмічного тензора, як функції часу, є можливості для оцінки часу, протягом якого відбувається сейсмічна подія.

  Скачати повний текст

Створено принципи коректного моделювання та розрахунку багатоповерхових будівель з урахуванням властивостей багатошарової грунтової основи та її шаруватості за умов сейсмічного впливу. Розроблено раціональні конструктивні рішення. Запропоновано методику розрахунку багатоповерхових залізобетонних будівель на вплив статичних і сейсмічних навантажень, яка грунтується на використанні методу скінченних елементів. Це дозволяє розраховувати систему основа - фундамент - споруда з урахуванням просторового характеру її роботи, а також фактора впливу грунтів з їх інерційними властивостями. Аналітично обгрунтовано необхідні параметри основи в сейсмічних розрахунках зазначеної системи. Відзначено, що у разі врахування грунтової основи та без неї, форми та періоди коливань значною мірою відрізняються. Проведено числові експериментальні дослідження, на підставі яких підтверджено доцільність використання розробленої методики оцінювання напружено-деформованого стану будівель у разі сейсмічних впливів. Проведено порівняння даних, одержаних внаслідок машинного аналізу та наявних пошкоджень будівель, які постраждали під час Спітакського землетрусу 7.12.1988 р. Запропоновано рекомендації щодо оптимізації конструктивних рішень будівель та їх окремих елементів. Наведено методику розрахунку впровадження під час проектування нових будівель в Об'єднаних Арабських Еміратах.

  Скачати повний текст

Вперше проведено геодинамічні дослідження на території Закарпаття з використанням новітніх лазерно-цифрових засобів деформографічних і метеотемпературних спостережень, виконаних на базі власних розробок автора, що дозволило спостерігати та вивчати повільні геодинамічні процеси та переміщення до, під час і після землетрусів, організувати базу деформографічних і метеоструктурних даних, проводити обробку та комплексний аналіз геофізичної інформації. Розглянуто вплив на проведення демографічних випромінювань різних атмосферних факторів, зокрема, температури. Проведено порівняльний аналіз одержаних результатів з теоретично розрахованими значеннями припливної сили. Показано особливості записів демографічних даних у разі сейсмічних подій. Виявлено закономірності на підставі аналізу одержаних даних, спрогнозовано періоди анамального збільшення сейсмічної активності з метою передбачення катастрофічних явищ. Встановлено зв'язок між геологічною будовою, сезонними коливаннями температури, впливом припливного потенціалу та сейсмічними умовами у регіоні. За допомогою даних деформаційного, сейсмічного та температурного моніторингу показано перспективні шляхи виявлення механізмів накопичення та перерозподілу пружних деформацій, а також виявлено можливі провісникові ефекти перед місцевими землетрусами.

  Скачати повний текст

Виявлено вплив землетрусів на температуру верхньої атмосфери для різних регіонів землі за супутниковими даними. Проведено відокремлення збурень, викликаних землетрусами, від фонових особливостей іоносфери, з використанням статистичного підходу та реакції верхньої атмосфери на конкретні сейсмічні події. Виявлено зміну термосферної циркуляції над осередками потужніх землетрусів в іоносфері за результатами супутникових вимірювань. Одержано відгук у критичній частоті шару F2 на землетрус у процесі аналізу іонозондових спостережень над Якутськом. З застосуванням даних спостережень вивчено сейсмічні ефекти у яскравості дискретних форм полярних сяйв. Запропоновано концепцію інтенсифікації турбулентності на висотах мезопаузи та нижньої термосфери за умов проходження внутрішніх гравітаційних хвиль від сейсмічних джерел та пов'язану з нею реконструкцію фотохімічного циклу. З використанням числового моделювання розраховано значення феноменологічних коефіцієнтів турбулентності для конкретних супутникових вимірів температури та вітру.

  Скачати повний текст

Досліджено особливості динаміки аномального магнітного поля і векторів індукції у зв'язку з сейсмотектонічними процесами у Закарпатті. Для підвищення якості та оперативносі досліджень було розроблено методи відбракування некондиційних даних, метод кореляції з синус-функцією на асиметрично заданому півперіоді для виявлення малоамплітудних аномалій у рядах спостережень геомагнітного поля, методику та програмне забезпечення обробки великих масивів цифрових магнітоваріаційних спостережень. Це дозволило виявити нові особливості у часових рядах геомагнітного поля та векторів індукції. На основі зіставлення зі сейсмічним режимом показано, що у Закарпатському сейсмоактивному прогині крім класичних бухтоподібних аномалій провісникового типу тектомагнітні аномалії можуть проявлятися також у вигляді довготривалих трендових змін, різких змін рівня поля та суттєвого підвищення дисперсії у часових рядах. Виявлено просторово-часову кореляцію аномальних проявів компонент векторів індукції та аномальних змін геомагнітного поля з розташуванням епіцентрів близьких землетрусів. Збільшення кількості часових рядів векторів індукції дозволило вказати на існування закономірностей їх сезонних і добових змін.

  Скачати повний текст

Вивчено механізм формування фортифікаційних структур з короткочасним циклом розвитку, для чого як базисну модель використано кріпосний ансамбль Фуни. Встановлено, що хронологічні рамки існування даної фортеці охоплюють період 1423 - 1475 рр. Об'єкт мав три чітко виражені періоди, кожний з яких позначився кардинальними змінами в об'ємно-планувальній та фортифікаційній структурах. Відповідно тричі змінювалась оборонна концепція, що отримала своє втілення у воєнно-інженерному вирішенні ансамблю та архітектоніці його споруд. Визначено, що формування подібних структур цілковито залежало від воєнно-політичної ситуації, геофізичного фактора та будівельних традицій регіону. Апробовано метод використання конструктивних особливостей будівель для розробки хронології укріплень, а також запропоновано нову дату ялтинського землетрусу XV ст.: жовтень - листопад 1423 р. Дослідження дають змогу створити базу для подальшого вивчення Фуни - на сьогодні однієї з найбільш інформативних і репрезентативних сердньовічних пам'яток Криму.

  Скачати повний текст

У результаті виконаної дисертаційної роботи здійснено теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає в удосконаленні методу Бішопа для розрахунку стійкості укосів земляного полотна автомобільних доріг та схилів для умов Алжиру. Актуальність теми підтверджується передумовами (зсуви, оповзні, наслідки землетрусів), які виникають на дорожній мережі Алжиру. Також актуальність підтверджується тим, що в умовах Алжиру не існує простого інженерного методу розрахунку стійкості схилів і укосів виїмок чи насипів із комплексним врахуванням сил від дії землетрусів, ґрунтових вод та утримуючих сил від армування. Суть удосконалення методу полягає у введенні значень змінних (c') і (φ') в критерій руйнування Кулона-Мора з метою врахування втоми ґрунту, параметр (Fs) для врахування впливу сейсмічних зусиль, силу (r) для врахування частини води, що просочилася, і армуючої сили від шарів геосинтетиків (Geo) у багатокутник сил Бішопа, який повинен бути в рівновазі.На основі розробленого методу у дисертаційній роботі розроблена методика розрахунку армованих геосинтетичними матеріалами укосів земляного полотна автомобільних доріг, яка дозволяє робити інженерні розрахунки стійкості укосів земляного полотна автомобільних доріг та схилів.У роботі також було виконане математичне та числове моделювання стійкості укосів і схилів та перевірка адекватності розробленого методу.Ще однією із задач досліджень було розроблення методу застосування геоінформаційних систем (ГІС) для прокладання трас нових автомобільних доріг в умовах гірського Алжиру з врахуванням оцінки стійкості схилів. Розроблений метод аналізу даних ГІС дозволив побудувати карту зсувів на автомобільній дорозі А1 провінція Буйра. Розрахована нова траєкторія траси значно знижує ризики (до 30 %) і втрати дорожньої галузі при зміні траєкторії всього лише в 21 % при обході районів з найбільш високою ймовірністю виникнення зсувів.^UAs a result of the Thesis, a theoretical generalization and a new solution of the scientific-applied issue, which is to improve the Bishop's method for calculating the stability of the road subgrade escarpments and slopes for the conditions of Algeria was carried out. The relevance of the topic is confirmed by the preconditions (shifts, landslides, consequences of earthquakes) that occur on the road network of Algeria. As in all Mediterranean countries, Algeria is severely affected by unforeseen shifts. In recent years, these shifts have tended to increase, leading to large losses in many sectors of the economy and, in particular, in road infrastructure.The relevance is also confirmed by the fact that in Algeria there is no simple engineering method for calculating the stability of escarpments and slopes of excavations or embankments, taking into account the forces of earthquakes, groundwater and restraining forces of reinforcement.The essence of improving the method is to enter the values of variables (c ') and (φ') in the Coulomb-Mohr failure criterion to take into account soil fatigue, parameter (Fs) to take into account the impact of seismic forces, force (r) to take into account part of the leaked water, and the forces (Geo) occur from the inclusion of geosynthetic layers in the polygon of Bishop's forces, which must be in equilibrium.The action of groundwater on the state of the shifting slope is manifested in different ways, causing a change in the stress state of the array and the physical and mechanical properties of soils, as well as causing the development of filtration deformations. Its influence is taken into account by the calculation of pore pressure and the corresponding coefficient of pore pressure, which was once proposed by Bishop and Morgenstern.The impact of earthquakes was taken into account by the introduction of additional forces acting in the horizontal and vertical directions. In our method the assumption that the filtration and seismic forces are shear forces is accepted, ie directed parallel to the base of the compartment.As a result, we obtained a new engineering method for calculating the stability of escarpments and slopes;On the basis of the developed method in the dissertation work the technique of calculation of the geotextile-reinforced slopes of road subgrade which allows making engineering calculations of stability of escarpments of the road subgrade and slopes is developed;Mathematical and numerical modeling of the stability of escarpments and slopes and verification of the adequacy of the developed method were also performed in the work.Four variants of retaining structures for the slope of PC 240 + 847 of the motorway A1 were investigated. Numerical calculation with the use of the finite element method shows that the strengthening of slopes by geosynthetic layers gives better stability compared to other proposals.Another task of the research was to develop a method of using geographic information systems (GIS) to evaluate the stability of slopes in the mountainous areas of Algeria. The main purpose of this part of the study was to evaluate the predisposition of soils in the Hanifa area to landslides in order to suggest an alternative road route that is less prone to such phenomena based on geographic information systems and the developed improved Bishop's method.A method of GIS data analysis has been developed, on the basis of which a map of landslides in Algeria on the highway A1 in the Buirae district has been constructed. This method allows making more accurate design decisions when designing highways in the mountainous conditions of Algeria. In particular, the calculated new trajectory of the route significantly reduces the risks (up to 30%) and losses of the road industry when changing the trajectory of only 21% when bypassing the areas with the highest risks of landslides.

Дисертація присвячена дослідженню фізичних механізмів, що спричиняють аномальні часові зміни геомагнітного поля, та інтерпретації цих змін. Запропоновано механізм формування аномального магнітного ефекту електрокінетичної природи для моделі квазіоднорідного середовища і проведено його статистичні дослідження. Проведено інтерпретацію результатів геомагнітних зйомок на Північному Кавказі, в Дніпровсько-Донецькій западині, Закарпатті та Львівському палеозойському прогині. Виявлено несинфазність коливань зміни напружень на різних глибинах в земній корі. Розглянуто механізм часових змін векторів Візе, отриманих з результатів спостережень бухтоподібних варіацій геомагнітного поля, та знайдено основні математичні вирази для нього. Дано інтерпретацію часових змін векторів Візе на РГС "Нижнє Селище". Виявлено зону динамічної лінеаризації на південний схід від РГС, наявність двох типів аномальних часових змін векторів Візе на Закарпатському геодинамічному полігоні та проаналізовано їх зв'язок з землетрусами поблизу Карпатської аномалії електропровідності.

  Скачати повний текст