22.03.2021

Планетологические аспекты земного корообразования


Из планетологических достижений, полученных за последние годы, следует упомянуть прежде всего съемку Юпитерианской системы космическими аппаратами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» и картирование поверхности Галилеевых лун и Венеры. Знакомство с Юпитерианской системой позволяет утвердиться в следующих выводах:

Во-первых, о существовании на поверхности планет кольцевых структур трех типов — шоковых, вулканических, конвекционных (в том числе вихревых). Шоковые структуры, в днищах которых ударами извне вскрыта мощная ледовая оболочка и рождены разноразмерные радиально-кольцевые структуры, наиболее доказательны на спутнике Юпитера Каллисто (d = 4840 км, p = 1,79 г/см3), что видно на рис. 1. Вулканические структуры — конуса и кальдеры — изобилуют на поверхности другого его спутника — Ио (d = 3640 км, p =3,53 г/см3), причем их происхождение было безусловно подтверждено гигантскими газо-паровыми выбросами по крайней мере восьми вулканических структур, зафиксированных аппаратами «Вояджер» (патеры Локи, Мафуике, Мардук, Волунд, Прометей, Мауи, вулканы Мирани, Масуби). Наконец, гигантские планетарные вихри и бурную газогидродинамику продемонстрировал перед объективами сканеров сам Юпитер.

Во-вторых, о существенной роли приливных (гравитационных) сил в формировании трещинных систем планетарных кор, например, на таком космическом теле, как Европа (d = 3130 км, q =3,03 г/см3) под воздействием приливных сил Юпитера возникла (рис. 2) сложнейшая, поистине скиапареллевская решетка трещин с «оазисами» в узлах их пересечения. Именно подобная решетка явилась базисом для размещения многочисленных вулканических аппаратов на Ио (рис. 3), а также для развития из них более широких мобильных зон, в которой жесткий коровый материал приобрел реологические свойства как на Ганимеде (d = 5280 км, е = 1,93 г/см3) (рис. 4).

В-третьих, о большой роли энергии приливного взаимодействия в разогреве малой планеты Ho до активного вулканического состояния (она имеет тектонически мертвый эквивалент в виде Луны). Эта энергия ранее вообще игнорировалась при расчетах тепловой истории планет. Главной (практически единственной) считалась энергия радиоактивных распадов.

Галилеевы луны — своего рода планеты земной группы в системе Юпитера. Если вернуться к планетам земной группы в системе Солнца и, в частности, к Луне, которую мы в некоторых аспектах знаем сейчас лучше, чем свою собственную планету, то на ее примере можно убедиться, что юность планет была горячей, причем ранний разогрев обеспечивался энергией соударений разноразмерных тел, входивших в вихревые системы, из которых аккрецировали планеты. Бурная гравитационная дифференциация частично или полностью расплавленной Луны привела вначале к образованию мощной (60—100 км) коры анортозит-габбро-норит-перидотитового состава — по механизму расслоения в гравитационном поле кристализующегося основного расплава. Эта дифференциация протекала на фоне продолжавшейся аккреции и падения на поверхность планеты разноразмерных (до 100 км в диаметре) сгустков с умеренными скоростями — до 10 км/с.

Падения этих тел создали оспенную поверхность планет и астероидов, типичную для Луны (d = 3477 км, р = 3,34 г/см3), Меркурия (d = 4844 км, р = 5,5 н/см3), ледовых лун Юпитера и Сатурна, раннего Марса (d = 6773, р = 3,97 г/см3), а также для весьма небольших его несферических спутников типа Фобоса (27x19 км), Деймоса (15x11 км) и спутника Юпитера Амальтеи (260x140 км), что собственно и доказывает шоковое происхождение структур, так как вулканизм на крохотных глыбах невозможен.

Аккреционная и радиоактивная энергия планеты — функция ее массы, а состав, масса и энергия определяют характер фазовых переходов, плавления, кристаллизации и расслоения вещества на оболочки. Обратимся к рассмотрению диаграмм (рис. 5).

Диаграмма масса — плотность показывает, что для многих планет существует близкая к прямой зависимость между этими параметрами: пропорционально росту массы планеты увеличивается и ее плотность. Исключение составляют расположенный близко к Солнцу Меркурий, который аккрецировал из обедненной летучими компонентами плотной материи, а также ледовые спутники планет-гигантов, формировавшиеся путем аккреции материи с существенной ролью летучих компонентов, отогнанных центральными светилами на периферию систем. Для большинства планет земной группы должны существовать пропорциональные связи между мощностями кор (литосфер) и массами планет. Судя по Луне и Земле, пропорциональность должна быть обратной.

Рассмотрение диаграммы (рис. 5) показывает, что планеты с массой менее земной следует подразделять на три клана:

1 — клан малых планет лунного типа (Европа, Луна, Ио, Каллисто, Ганимед, Меркурий с мощными и относительно стабильными корами, подвергавшихся и подвергающихся существенной переработке лишь при мощных ранних шоковых и поздних приливных воздействиях);

2 — клан промежуточных планет — (пока только Марс);

3 — клан больших планет (Земля и Венера с относительно маломощными корами, способными к значительным деформациям и перемещениям, которые обусловлены мощными вертикальными и горизонтальными конвекционными течениями в астеносферах).

В прогрессивном ряду представители всех трех кланов отличаются друг от друга примерно вдвое большими радиусами и на порядок большими массами (рис. 6).

Ранняя близаккреционная дифференциация на Марсе (как на Венере и Земле) сменилась более медленной гравитационной дифференциацией вторичных частичных расплавов, возникавших при накоплении радиоактивной тепловой энергии. Поздняя история Марса приближается к земной и является историей рифтогенеза и вулканизма, обусловленных астеносферной конвекцией. Она привела к растяжению мощной луноподобной коры приэкваториальной области этой планеты (Долины Маринера) и к ее сжатию (и одновременно к купольному растяжению) в смежных районах (Трактус Альбус), где на кору изливались огромные объемы базальтовых лав с образованием гигантских щитовых вулканов (Олимп, Арский, Аскрейский, Павлиний и др.) (рис. 7).

Для современной Земли основные положения тектоники плит доказаны наблюдением за геоидом из ближайшего космоса. Тихоокеанскому вулканическому и сейсмическому поясу зон Беньофа соответствует кольцо мантийных плотностных аномалий.


Была ли ранняя горячая история Земли подвластна тектонике плит — остается неясным. Ho конвективные движения в прошлом были не менее значительными, чем сейчас. Поэтому вряд ли когда-нибудь наша Земля обладала равномерным по площади и мощности слоем сиалической оболочки. Скорее, на ней существовали две области сгруживания легких дифференциатов — северный и южный полюса, а собранные здесь массы положили начало суперконтинентам — Лавразии и Гондване, память о которых сохранилась в современном поле гравитации (рис. 8). Эти образования представляли собой либо богатые щелочами и потому более близкие к гранитоидам (по сравнению с лунными анортозитами) расслоенные плутоно-дифференциаты допиролитовой мантии, либо продукты беньофовской или экзогенной гранитизации базитовых плит. Древнейшим породам Земли свойственны полосчатые пертитовые и антипертитовые чарнокит-эндербит-мангериты, гиперстеновые и фаялитовые гранулиты, долго пребывавшие в близком к расплавленному состоянии и подвергшиеся позже массовому метаморфизму с друзитообразованием и обводнением.

Около 4 млрд. лет назад над древнейшей поверхностью Земли, по-видимому, имелась газовая атмосфера, позже сконденсировавшаяся в горячую гидросферу с выпадением железисто-кремнистых гидролизатов. Для последующей длительной (собственно геологической) стадии развития Земли типичны процессы выветривания и накопления осадков в водной и воздушной средах.

Вообще говоря, моделью ранней Земли могла бы послужить Венера, если бы ее атмосфера была богата водяными парами, а не содержала всего лишь 0,14 % H2O.

После получения с помощью аппарата «Пионер-Венера-1» первой предварительной мелкомасштабной карты рельефа поверхности планеты с 30—60-километровым разрешением (рис. 9) американские исследователи почему-то отказали нашей соседке в мобилистическом варианте развития; они посчитали, что многочисленные разномасштабные округлые структуры на ее поверхности являются астроблемами, а соответственно сама венерианская кора — древней.

Рассмотрение диаграммы (см. рис. 5) показывает, что этот вывод некорректен по следующим причинам:

1) кора на Венере не может иметь мощность, намного большую по сравнению с земной;

2) если на небольшом по массе Марсе возникла конвекция, сильно деформировавшая его мощную луноподобную кору, то тем более интенсивная конвекция должна была охватить массивную Венеру.

У Венеры должен быть обычный лавовый вулканизм. Высокая температура поверхностных и глубинных оболочек будет усиливать реологические свойства пород, что будет вызывать провальные процессы с массовым образованием на месте щитовых вулканов гигантских патер.

Слабое вращение этой планеты (243 земных суток) не должно благоприятствовать ориентированному спредингу с возникновением меридиональных срединно-океанических хребтов, но оно может способствовать приливному подъему приэкваториальной части планеты (Земля Афродиты) с последующим горизонтальным оттоком поднятого материала в высокие широты с формированием там цепей океанских котловин (равнины Седны, Ниобы, Аталанты в северном полушарии и Елены, Авины и Айно — в южном) и далее к полюсам подобия континентов (Земля Иштар), окруженных островными дугами (области Тетис и Теллус), краевыми морями (равнина Леды) и кружевными желобами. Этот вариант представляется особенно вероятным; он окажется наиболее правильным в том случае, если в пока еще не закартированной южной полярной области Венеры будет обнаружен материк Земли Исиды, подобный материку Земли Иштар северного полушария.

Альтернативно диагональные пояса океанических котловин на Венере могут рассматриваться как своеобразные рифтовые зоны, подобные марсианским Долинам Маринера, претерпевшим более значительные растяжения и вращения с расхождением и деформацией континентальных блоков Земли Иштар и Земли Афродиты. Считать Венеру тектонически мертвой с застывшими на ней луноподобными кратерами нельзя ни при каких обстоятельствах. Крупные круговые структуры ее скорее являются вихревыми образованиями, порожденными своеобразной конвекцией астеносферы.





Яндекс.Метрика