DOI: https://doi.org/10.3389/fspas.2025.1550923
تاريخ النشر: 2025-04-24
المؤلف: Earl Lawrence وآخرون
الموضوع الرئيسي: كشف الزلازل وتحليلها
نظرة عامة
عاصفة “غانون” الجيومغناطيسية، التي حدثت من 10 إلى 12 مايو 2024، كانت أول عاصفة شديدة في الدورة الشمسية 25 وكانت الأكثر أهمية منذ أكثر من عقدين. تميزت بحقل مغناطيسي بين الكواكب سلبي قوي يتجاوز -50 نانوتيسلا، حيث امتد التيار الكهربائي الشمسي إلى خطوط عرض أقل من 54° شمالاً، مما سمح برؤية الشفق القطبي على نطاق واسع عبر وسط وجنوب إنجلترا. تقدم الدراسة بيانات جيومغناطيسية وجيوكهربائية تم جمعها خلال العاصفة في المملكة المتحدة، إلى جانب نماذج لتأثيرات الأرض وصور للعروض الشفقية.
يكشف التحليل المقارن مع الأحداث الجيومغناطيسية التاريخية، بما في ذلك عاصفة سبتمبر 2017، وعاصفة أكتوبر 2003، وحدث مارس 1989، وحدث كارينجتون في سبتمبر 1859، عن اختلافات في الحجم والتوقيت ومدى خطوط العرض. تستخدم الأبحاث الملاحظات الجيومغناطيسية ونموذج حقل كهربائي أرضي، مستندة إلى بيانات مغناطيسية كهربائية ومعلومات عن شبكة الطاقة عالية الجهد، لتقدير التيارات الناتجة عن التأثيرات الجيومغناطيسية (GICs) في محطات التحويل. تجاوزت أعلى قيم GICs المودلة 60 أمبير في بعض المناطق، بينما لوحظت قيم أقل في المحطات ذات خطوط العرض العالية في اسكتلندا بسبب الحركة السريعة للبيضة الشفقية. على الرغم من أن عاصفة “غانون” تحتل المرتبة الثالثة عالمياً منذ عام 1868 بناءً على مؤشر aa*، إلا أن تأثيرها المحلي يشير إلى أنها تشبه حدثاً يحدث مرة واحدة كل 30 عاماً، مما أدى إلى تأثيرات طفيفة على التكنولوجيا المعتمدة على الأرض في المملكة المتحدة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على النشاط الشمسي الكبير خلال الدورة الشمسية 25، التي تجاوزت التوقعات السابقة، لا سيما في النصف الأول من عام 2024. من الجدير بالذكر أن الشمس أنتجت المزيد من الانفجارات الشمسية في هذه الفترة مقارنةً بكامل الحد الأقصى الشمسي السابق في عام 2014. جاء الإعلان الرسمي عن الحد الأقصى الشمسي في 15 أكتوبر 2024 بعد ذروة في النشاط تميزت بظهور المنطقة النشطة AR13664، التي أنتجت عدة انفجارات شمسية من الفئة M والفئة X، العديد منها مصحوب بانبعاثات جماعية إكليلية موجهة نحو الأرض (CMEs). كانت حدث مايو 2024، المعروف باسم عاصفة “غانون”، تتميز بزيادة كبيرة في النشاط الجيومغناطيسي وتعتبر الأكثر تطرفاً منذ عاصفة الهالوين في عام 2003.
كان لعاصفة غانون تأثيرات عميقة، بما في ذلك تعطيل الملاحة عبر الأقمار الصناعية وتلف البنية التحتية الأرضية بسبب التيارات الناتجة عن التأثيرات الجيومغناطيسية (GICs). وثقت دراسات متنوعة تأثيرات العاصفة، بما في ذلك تأثيرها على مسارات الأقمار الصناعية، وحقول الإشعاع على ارتفاعات الطيران، والاضطرابات الأيونوسفيرية، وحتى القياسات الزلزالية. تؤكد الورقة على أهمية فهم مثل هذه الأحداث المتطرفة للتخفيف من تأثيراتها على المجتمع المعتمد على التكنولوجيا. وتوضح هيكل الأقسام التالية، التي ستفصل قياسات الحقول الجيومغناطيسية والجيوكهربائية المحلية خلال حدث مايو 2024، ونموذج الحقل الجيوكهربائي عبر المملكة المتحدة، ومقارنة شدة عاصفة غانون مع الأحداث التاريخية التي تعود إلى عام 1868.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على القدرات التشغيلية والنتائج التي توصلت إليها هيئة المسح الجيولوجي البريطانية (BGS) بشأن قياسات الحقل الجيومغناطيسي خلال عاصفة “غانون” في 10-12 مايو 2024. تدير هيئة المسح الجيولوجي البريطانية ثلاثة مراصد وفقاً لمعايير INTERMAGNET وقد أنشأت مؤخراً مواقع إضافية لقياس التغيرات الجيومغناطيسية لتعزيز التغطية المكانية. تم تسجيل بدء العاصفة المفاجئ (SSC) في الساعة 17:08 بالتوقيت العالمي، مع ملاحظات لتغيرات كبيرة في الحقل المغناطيسي الأفقي، وخاصة ذروة المكون الشمالي ($B_x$) البالغ 320 نانوتيسلا في إسكدايلمور (ESK). تشير البيانات إلى أن المرحلة الرئيسية للعاصفة أدت إلى انخفاضات كبيرة في $B_x$، حيث تراوحت القيم الدنيا من -770 نانوتيسلا إلى -1,340 نانوتيسلا عبر المراصد، مما يظهر اعتماداً على خطوط العرض في شدة الاضطرابات الجيومغناطيسية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت قياسات الحقل الجيوكهربائي في ليرويك (LER) وهارتلاند (HAD) استجابات مميزة لـ SSC، حيث وصلت القيم القصوى إلى 0.24 فولت/كم و0.44 فولت/كم، على التوالي. تعتبر هذه التغيرات في الحقل الكهربائي حاسمة لفهم التيارات الناتجة عن التأثيرات الجيومغناطيسية (GICs)، التي تشكل مخاطر على البنية التحتية مثل شبكات الطاقة. بلغت تقديرات GICs خلال العاصفة ذروتها بأكثر من 60 أمبير في عدة محطات تحويل، مع أعلى قيمة مسجلة في محطة تحويل بالقرب من نورويتش. تؤكد الورقة على أهمية جهود المراقبة المستمرة والنمذجة للتخفيف من تأثيرات أحداث الطقس الفضائي الشديدة على الأنظمة الأرضية، مع الإشارة أيضاً إلى القيود في قياسات GIC التي تعيق التحقق من نتائج النماذج. بشكل عام، تؤكد النتائج على ضرورة تحسين استراتيجيات التنبؤ وتقييم المخاطر استجابةً للعواصف الجيومغناطيسية الشديدة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fspas.2025.1550923
Publication Date: 2025-04-24
Author(s): Earl Lawrence et al.
Primary Topic: Earthquake Detection and Analysis
Overview
The “Gannon” geomagnetic storm, which occurred from May 10 to 12, 2024, marked the first extreme storm of solar cycle 25 and was the most significant storm in over two decades. Characterized by a strong negative interplanetary magnetic field exceeding -50 nT, the auroral electrojet extended to latitudes below 54°N, allowing widespread auroral sightings across central and southern England. The study presents geomagnetic and geoelectric data collected during the storm in the UK, alongside models of ground effects and images of the auroral displays.
Comparative analysis with historical geomagnetic events, including the September 2017 storm, the October 2003 storm, the March 1989 event, and the September 1859 Carrington event, reveals differences in magnitude, timing, and latitudinal extent. The research employs geomagnetic observations and a ground electric field model, informed by magnetotelluric data and high-voltage power grid information, to estimate geomagnetically induced currents (GICs) at substations. The highest modeled GICs exceeded 60 A in certain regions, while lower values were observed in higher latitude stations in Scotland due to the rapid movement of the auroral oval. Although the “Gannon” storm ranks third globally since 1868 based on the aa* index, its localized impact suggests it is akin to a 1-in-30-year event, resulting in minimal effects on grounded technology in the UK.
Introduction
The introduction of the research paper highlights significant solar activity during solar cycle 25, which has surpassed previous forecasts, particularly in the first half of 2024. Notably, the Sun produced more solar flares in this period than in the entirety of the previous solar maximum in 2014. The official declaration of the solar maximum on October 15, 2024, followed a peak in activity marked by the emergence of active region AR13664, which generated multiple M-class and X-class solar flares, many accompanied by Earth-directed coronal mass ejections (CMEs). The May 2024 event, referred to as the “Gannon” storm, was characterized by a significant increase in geomagnetic activity and is noted as the most extreme space weather event since the Halloween storm of 2003.
The Gannon storm had profound effects, including the disruption of satellite navigation and damage to ground-based infrastructure due to geomagnetically induced currents (GICs). Various studies have documented the storm’s impacts, including its influence on satellite trajectories, radiation fields at aviation altitudes, ionospheric disturbances, and even seismic measurements. The paper emphasizes the importance of understanding such extreme events to mitigate their impacts on technology-dependent society. It outlines the structure of the subsequent sections, which will detail local geomagnetic and geoelectric field measurements during the May 2024 event, model the geoelectric field across the UK, and compare the Gannon storm’s severity with historical events dating back to 1868.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the operational capabilities and findings of the British Geological Survey (BGS) regarding geomagnetic field measurements during the ‘Gannon’ storm on May 10-12, 2024. The BGS operates three INTERMAGNET-standard observatories and has recently established additional variometer sites to enhance spatial coverage for monitoring geomagnetic variations. The storm’s sudden storm commencement (SSC) was recorded at 17:08 UT, with significant horizontal magnetic field variations observed, particularly a peak northward component ($B_x$) of 320 nT at Eskdalemuir (ESK). The data indicate that the storm’s main phase resulted in substantial decreases in $B_x$, with minimum values ranging from -770 nT to -1,340 nT across the observatories, demonstrating a latitudinal dependency in the intensity of geomagnetic disturbances.
Additionally, the geoelectric field measurements at Lerwick (LER) and Hartland (HAD) exhibited distinct responses to the SSC, with maximum values reaching 0.24 V/km and 0.44 V/km, respectively. These electric field variations are critical for understanding geomagnetically induced currents (GICs), which pose risks to infrastructure such as power grids. The estimated GICs during the storm peaked at over 60 A at various substations, with the highest recorded at a substation near Norwich. The paper emphasizes the importance of continuous monitoring and modeling efforts to mitigate the impacts of severe space weather events on ground-based systems, while also noting the limitations in GIC measurements that hinder validation of the model results. Overall, the findings underscore the necessity for improved forecasting and risk assessment strategies in response to extreme geomagnetic storms.