Horizon Formation in High-Energy Particles Collision

We investigate a classical formation of a trapped surface in 4-dimensional flat space-time in a process of a non-head-on collision of two high-energy particles which are treated as Aichelburg-Sexl shock waves. From the condition of the horizon volume local maximality an equation for the trapped surface is deduced. Using a known solution on the shocks we find a time-dependent solution describing the trapped surface between the shocks. We analyze the horizon appearance and evolution. Obtained results may describe qualitatively the horizon formation in higher dimensional space-time.Comment: Latex2e, 8 pages, 6 figures, references adde

МОДЕЛЬ ОЧАГА НЕФТЕГОРСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 1995 ГОДА (СЕВЕРНЫЙ САХАЛИН) НА ОСНОВЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

The May 27, 1995 Mw=7.0 Neftegorsk earthquake occurred in the north of Sakhalin Island, rupturing the Upper Piltun fault, a secondary feature of the main Hokkaido-Sakhalin regional fault zone. The fault geometry, coseismic slip model, and Coulomb stress changes in the earthquake focal area were calculated based on a finite fault modeling. We used near-field coseismic offsets at 24 points obtained by comparison between predating triangulation and GPS observations, which were collected before and after the earthquake. Our slip distribution model shows two major slip patches. Larger slip asperity (amplitude up to 6.36 m) was characterized by right-lateral strike-slip movements, which correspond to focal mechanism of the earthquake, whereas the northern segment has reverse fault mechanism with maximum slip of 2.64 m. The fault length and width, average slip and stress drop values are estimated at 78 km, 28 km, 1.91 m and 11.3 MPa, respectively. The estimated release moment is approximately 7.49×1019 N∙m equal to Mw=7.2, which is larger than that reported by the USGS and GCMT but consistent with the values reported by other researchers. The coseismic Coulomb stress changes enhanced the stress by more than 10 MPa on the southern segment of the Gyrgylaninsky fault and middle section of the Hokkaido–Sakhalin fault. Seismic risks on the nearest faults cannot be ignored in the future despite the fact that the earthquake with a magnitude of 5.8 occurred in 2010 near the Gyrgylaninsky fault. The recent GPS rates in the surroundings of the Neftegorsk surface rupture mean that the recurrence interval for similar earthquakes may be more than a thousand years.27 мая 1995 года на севере острова Сахалин произошло землетрясение Mw=7.0, в результате которого вскрылся Верхнепильтунский сейсморазрыв – вторичный сегмент главной Хоккайдо-Сахалинской разломной зоны региона. Геометрия сейсморазрыва, косейсмические смещения и изменение кулоновских напряжений в очаговой области рассчитаны на основе модели конечного источника. Для моделирования использовались косейсмические смещения 24 пунктов, которые получены путем сравнения данных триангуляции и GPS-наблюдений до и после землетрясения. Моделированием установлены два основных участка разрывных нарушений с различным распределением смещений. Больший участок (с амплитудой 6.36 м) характеризуется правосторонними сдвиговыми смещениями, направление которых соответствует механизму очага землетрясения, в то время как северный сегмент сейсморазрыва имел противоположную подвижку с локальной амплитудой смещения 2.64 м. Длина и ширина разлома, средние значения смещений и сброшенных напряжений составили 78 км, 28 км, 1.91 м и 11.3 МПа соответственно. Расчетный сейсмический момент 7.49×1019 Н·м соответствует магнитуде Мw=7.2 и несколько больше оценок USGS и GCMT, однако согласуется с данными других исследований. Косейсмическое приращение кулоновского напряжения более чем на 10 МПа выявлено в южном сегменте Гыргыланьинского и центральной части Хоккайдо-Сахалинского разлома. Несмотря на то, что на Гыргыланьинском разломе в 2010 г. произошло землетрясение магнитудой 5.8, сейсмическую опасность в районе исследований нельзя игнорировать в будущем. Величины современных скоростей GPS-пунктов в окрестности Нефтегорского сейсморазрыва свидетельствуют о том, что период повторяемости подобных землетрясений может составлять более тысячи лет

THE MARCH 25, 2020 M_W=7.5 PARAMUSHIR EARTHQUAKE AND ITS IMPACT ON RECENT GEODYNAMICS OF THE ADJACENT SECTION OF THE KURIL-KAMCHATKA SUBDUCTION ZONE

An intraplate tsunamigenic earthquake with МW=7.5 occurred on March 25, 2020 southeast of the Paramushir Island (Kuril Islands) beneath the outer slope of the Kuril-Kamchatka Trench. Since 1900, this earthquake has been the largest event for an 800-km long oceanic slope and a 300-km long segment of the Kuril seismofocal zone located near the epicenter. Sub-horizontal compression stresses generated in the earthquake source region were oriented across the seismofocal zone. A type of motion is represented by reverse faulting along the both nodal planes.The compressive stress state in which there occurred the Paramushir earthquake reflects the present-day geodynamics in the subduction zone near the hypocenter. The paper shows that the earthquake occurrence is due to a strong mechanical contact surface between the Pacific and North American lithospheric plates in the subduction zone. The analysis of coseismic displacement of the nearest Global Navigation Satellite System (GNSS) station served as confirmation of the determination of fault plane solution of the earthquake. A seismogenerating motion occurred along the plane oriented to the southwest and dipping towards the trench. For Finite fault source models, there were calculated the increments of the Coulomb stress in the subduction zone. For the main fault plane, the increment of the Coulomb stress in the interpolate contact area propagates to a depth of ~30 km and reaches 1 bar.Coseismic stress increment in the subduction zone at the northern flank of the Kuril island arc, which has a high seismic potential at the present stage of the tectonic cycle, increases the likelihood of the largest interplate earthquake occurrence therein

Non-linear spectroscopy of rubidium: An undergraduate experiment

In this paper, we describe two complementary non-linear spectroscopy methods which both allow to achieve Doppler-free spectra of atomic gases. First, saturated absorption spectroscopy is used to investigate the structure of the $5{\rm S}_{1/2}\to 5{\rm P}_{3/2}$ transition in rubidium. Using a slightly modified experimental setup, Doppler-free two-photon absorption spectroscopy is then performed on the $5{\rm S}_{1/2}\to 5{\rm D}_{5/2}$ transition in rubidium, leading to accurate measurements of the hyperfine structure of the $5{\rm D}_{5/2}$ energy level. In addition, electric dipole selection rules of the two-photon transition are investigated, first by modifying the polarization of the excitation laser, and then by measuring two-photon absorption spectra when a magnetic field is applied close to the rubidium vapor. All experiments are performed with the same grating-feedback laser diode, providing an opportunity to compare different high resolution spectroscopy methods using a single experimental setup. Such experiments may acquaint students with quantum mechanics selection rules, atomic spectra and Zeeman effect.Comment: 16 pages, 8 figure

ПАРАМУШИРСКОЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ 25.03.2020 г., М W =7.5, И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СОВРЕМЕННУЮ ГЕОДИНАМИКУ ПРИЛЕГАЮЩЕГО УЧАСТКА КУРИЛО-КАМЧАТСКОЙ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ

An intraplate tsunamigenic earthquake with МW=7.5 occurred on March 25, 2020 southeast of the Paramushir Island (Kuril Islands) beneath the outer slope of the Kuril-Kamchatka Trench. Since 1900, this earthquake has been the largest event for an 800-km long oceanic slope and a 300-km long segment of the Kuril seismofocal zone located near the epicenter. Sub-horizontal compression stresses generated in the earthquake source region were oriented across the seismofocal zone. A type of motion is represented by reverse faulting along the both nodal planes.The compressive stress state in which there occurred the Paramushir earthquake reflects the present-day geodynamics in the subduction zone near the hypocenter. The paper shows that the earthquake occurrence is due to a strong mechanical contact surface between the Pacific and North American lithospheric plates in the subduction zone. The analysis of coseismic displacement of the nearest Global Navigation Satellite System (GNSS) station served as confirmation of the determination of fault plane solution of the earthquake. A seismogenerating motion occurred along the plane oriented to the southwest and dipping towards the trench. For Finite fault source models, there were calculated the increments of the Coulomb stress in the subduction zone. For the main fault plane, the increment of the Coulomb stress in the interpolate contact area propagates to a depth of ~30 km and reaches 1 bar.Coseismic stress increment in the subduction zone at the northern flank of the Kuril island arc, which has a high seismic potential at the present stage of the tectonic cycle, increases the likelihood of the largest interplate earthquake occurrence therein.25 марта 2020 г. юго-восточнее о. Парамушир (Северные Курильские острова) под внешним тихоокеанским склоном Курило-Камчатского глубоководного желоба произошло внутриплитовое цунамигенное землетрясение с магнитудой МW=7.5. Землетрясение оказалось сильнейшим с 1900 г. сейсмическим событием для прилегающих к эпицентру океанического склона протяженностью около 800 км и трехсоткилометрового сегмента Курильской сейсмофокальной зоны. В очаге землетрясения реализовались напряжения субгоризонтального сжатия, ориентированные вкрест сейсмофокальной зоны. Тип подвижки – взброс по обеим нодальным плоскостям.Напряженное состояние сжатия, в условиях которого произошло Парамуширское землетрясение, отражает современную геодинамическую обстановку в прилегающей к гипоцентру зоне субдукции. В работе показано, что возникновение землетрясения обусловлено высокой степенью сцепления поверхности механического контакта Тихоокеанской и Североамериканской литосферных плит в зоне субдукции. На основе анализа косейсмического смещения ближайшей Global Navigation Satellite System (GNSS) станции подтвержден выбор действующей плоскости сейсморазрыва в очаге землетрясения. Сейсмогенерирующая подвижка произошла по плоскости, ориентированной в юго-западном направлении и падающей в сторону глубоководного желоба. Для дислокационных моделей очага Finite fault рассчитаны приращения кулоновского напряжения в зоне субдукции. Для приоритетной плоскости сейсморазрыва приращение кулоновского напряжения в области межплитового контакта распространяется до глубины ~30 км и достигает 1 бара.Косейсмическое приращение напряжений в зоне субдукции на северном фланге Курильской островной дуги, который на современном этапе тектонического цикла обладает высоким нереализованным сейсмическим потенциалом, в долгосрочной перспективе повышает вероятность возникновения здесь сильнейшего межплитового землетрясения

ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОСТРОВА САХАЛИН ПО ДАННЫМ GPS‐НАБЛЮДЕНИЙ

The earth surface deformation was modeled for the North, Central and South Sakhalin on the basis of de‐ formation velocities recorded by the GPS stations of the Sakhalin Geodynamical Network. A pattern of contemporary horizontal deformation is intricate in the vicinity of the main submeridional faults of the island. On the island surface, the dominant deformation regime is compression; however, the spatial distribution of deformation is heterogeneous. The horizontal compression is mainly sublatitudinal and SW‐NE‐trending. In addition to compression, there are zones of rather intense right‐lateral strike‐slip in the northern and central parts of the island, while stretching dominates in the south‐eastern parts. The regional geodynamic setting is reflected in the seismicity of the island. Recently, the seismic activity has been increased in the areas characterized by intensive surface deformation, while the areas of low deformation rates correlate with the zones of weak and sparse seismicity.На основе GPS‐скоростей пунктов Сахалинской геодинамической сети выполнено моделирование деформированного состояния земной поверхности северной, центральной и южной части о. Сахалин. Полученные данные показывают сложную картину современных горизонтальных деформаций в окрестностях главных субмеридиональных разломов острова. Преобладающим деформационным режимом является сжатие островной суши, однако пространственное распределение деформаций неоднородно. Сокращение земной коры происходит в основном в субширотном и ЮЗ‐СВ направлениях. Наряду со сжатием на севере и в центре острова выделяются области достаточно интенсивных деформаций правостороннего сдвига, в юго‐восточной части острова преобладают деформации растяжения. Региональная геодинамическая обстановка находит отражение в сейсмичности острова. В районах интенсивного деформирования земной поверхности проявляется повышенная сейсмическая активность последних лет, тогда как области низких скоростей деформаций коррелируют с зонами слабой и разреженной сейсмичности

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА ГАРОМАЙСКОГО АКТИВНОГО РАЗЛОМА (ОСТРОВ САХАЛИН)

In the northern Sakhalin Island, the tectonic activity of the fault zones is a potential threat to the industrial infrastructure of the petroleum fields. Recently, the background seismicity has increased at the Hokkaido‐Sakhalin fault that consists of several segments, including the Garomai active fault. In the studies of the regional deformation processes, it is important not only to analyze the seismic activity, but also to quantitatively assess the dynamics of deformation accumulation in the fault zones. In order to study the contemporary geodynamics of the Garomai fault, a local GPS/GLONASS network has been established in the area wherein trunk oil and gas pipelines are installed across the fault zone. Based on the annual periodic measurements taken in 2006–2016, we study the features of surface deformation and calculate the rates of displacements caused by the tectonic activity in the fault zone. During the survey period, no significant displacement of the fault wings was revealed. In the immediate vicinity of the fault zone, multidirectional horizontal displacements occur at a rate up to 1.6 mm/yr, and uplifting of the ground surface takes place at a rate of 3.4 mm/yr. This pattern of displacements is a reflection of local deformation processes in the fault zone. At the western wing of the fault, a maximum deformation rate amounts to 1110–6 per year. The fault is a boundary mark of a transition from lower deformation rates at the eastern wing to higher ones at the west wing. In contrast to the general regional compression setting that is typical of the northern Sakhalin Island, extension is currently dominant in the Garomai fault zone. The estimated rates of relative deformation in the vicinity of the Garomai fault give grounds to classify it as ‘hazardous’.Тектоническая активность разломных зон севера о. Сахалин представляет опасность для промышленной инфраструктуры разрабатываемых месторождений углеводородов. Повышенным уровнем фоновой сейсмичности в последние годы характеризуется Хоккайдо‐Сахалинский разлом, одним из сегментов которого является Гаромайский активный разлом. При исследовании проявлений региональных деформаци‐ онных процессов важен не только анализ сейсмической активности, но и количественная оценка динамики накопления деформаций в разломных зонах. Для изучения современной геодинамики Гаромайского разлома в районе его пересечения магистральными нефтегазопроводами создана локальная сеть GPS/ГЛОНАСС наблюдений. Ежегодные периодические измерения 2006–2016 гг. позволили установить характер деформи‐ рования земной поверхности и получить количественные оценки скоростей смещений, вызванных тектонической активностью разломной зоны. За период наблюдений значимых смещений крыльев разлома не выявлено. В ближайших окрестностях разломной зоны наблюдаются разнонаправленные горизонтальные смещения со скоростью до 1.6 мм/год и поднятие в виде изгиба земной поверхности со скоростью 3.4 мм/год. Такая картина смещений является отражением локальных деформационных процессов в зоне разлома. Максимальные скорости деформаций 1110–6 в год приурочены к западному крылу разлома. Разлом разграничивает переход от пониженных скоростей деформаций на восточном крыле к более высоким на западном. В отличие от общей региональной обстановки сжатия, характерной для севера о. Сахалин, зона Гаромайского разлома в настоящее время находится в преобладающих условиях растяжения. Выявленные скорости относительных деформаций в окрестности разлома позволяют отнести его к категории «опасные»

Ice volume estimates from ground-penetrating radar surveys, western Nordenskiöld Land glaciers, Svalbard

As part of ongoing work within the SvalGlac project aimed to obtain a reliable estimate of the total ice volume of Svalbard glaciers and their potential contribution to sea level rise, in this contribution we present volume calculations, with detailed error estimates, for ten glaciers on western Nordenskiöld Land, central Spitsbergen, Svalbard. The volume estimates are based upon a dense net of GPR-retrieved ice thickness data collected over several field campaigns spanning the period 1999-2012, all of them except one within 2010-2012. The total area and volume of the ensemble are 113.38±0.09 km2 and 10.439±0.185 km3, respectively, while the individual areas, volumes and average ice thickness lie within 2.5-49.1 km2, 0.08-5.48 km3 and 29-108 m, respectively. The maximum recorded ice thickness, 265±15 m, corresponds to Fridtjovbreen, which has also the largest average thickness (108±1m). Available empirical formulae for Svalbard glaciers overestimate the total volume of these glaciers by 24% with respect to our calculation. On the basis of the pattern of scattering in the radargrams, we also analyse the hydrothermal structure of these glaciers. Nine out of ten are polythermal, while only one is entirely cold

Thermal Impact on Spiking Properties in Hodgkin-Huxley Neuron with Synaptic Stimulus

The effect of environmental temperature on neuronal spiking behaviors is investigated by numerically simulating the temperature dependence of spiking threshold of the Hodgkin-Huxley neuron subject to synaptic stimulus. We find that the spiking threshold exhibits a global minimum in a "comfortable temperature" range where spike initiation needs weakest synaptic strength, indicating the occurrence of optimal use of synaptic transmission in neural system. We further explore the biophysical origin of this phenomenon in ion channel gating kinetics and also discuss its possible biological relevance in information processing in neural systems.Comment: 10 pages, 4 figure