Геологи изучают планеты

Важнейшей особенностью планет земной группы является то, что их внешняя оболочка, так называемая кора, состоит из двух типов вещества: "материкового" — полевошпатового и "океанического" — базальтового.

Материковая (континентальная) кора Земли сложена гранитами или породами, близкими им по составу, т. е. породами с большим количеством полевых шпатов. Образование "гранитного" слоя Земли обусловлено преобразованием более древних осадков в процессе гранитизации. Гранитный слой, по мнению В. Л. Барсукова, надо рассматривать как специфическую оболочку коры Земли — единственной планеты, на которой получили широкое развитие процессы дифференциации вещества с участием воды и имеющей гидросферу, кислородную атмосферу и биосферу. На Луне и, вероятно, на планетах земной группы континентальная кора слагается габбро-анортозитами — породами, состоящими из большого количества полевого шпата, правда, несколько другого состава, чем в гранитах. Этими породами сложены древнейшие (4,0-4,5 млрд. лет) поверхности планет.

Океаническая (базальтовая) кора Земли образована в результате растяжения и связана с зонами глубинных разломов, обусловивших проникновение к базальтовым очагам верхней мантии. Базальтовый вулканизм накладывается на ранее сформировавшуюся континентальную кору и является относительно более молодым геологическим образованием.

В. Л. Барсуков считает, что условия проявления базальтового вулканизма на всех планетах земного типа, по-видимому, аналогичны. Широкое развитие базальтовых "морей" на Луне, Марсе, Меркурии, очевидно, связано с растяжением и образованием вследствие этого процесса зон проницаемости, по которым базальтовые расплавы мантии устремлялись к поверхности. Этот механизм проявления базальтового вулканизма является более или менее сходным для всех планет земной группы.

Спутница Земли — Луна также имеет оболочечное строение. Изучение ее глубин с помощью лунотрясений и при измерении физических полей показало, что она в целом однороднее Земли. По мнению советского геофизика И. Н. Галкина, глобальной особенностью глубинной структуры Луны является ее разделение примерно пополам на жесткую холодную внешнюю сферу и разогретую пластичную внутреннюю область, залегающую на глубинах 800-1000 км. Между внешней и внутренней оболочками выделяется переходная зона. Внешняя оболочка по аналогии с Землей названа литосферой. Литосфера Луны очень жестка и до такой степени добротна, что вызванные в ней сейсмические сигналы фиксируются длительное время. Скачок в скорости прохождения сейсмических волн устанавливается на разделе коры Луны и ее мантии и объясняется изменением состава горных пород. Мощность коры варьирует в широких пределах от 150 км на ее обратной стороне до 40 км на полюсах. В Море Дождей расчетная мощность 60 км.

В отличие от Земли, где скорость сейсмических волн в целом растет с глубиной, на Луне рост скоростей отмечается лишь в пределах коры. В мантии Луны скорость сейсмических волн не увеличивается. В переходной зоне, расположенной глубже 500-600 км, резко изменяются физические свойства пород, и уменьшается энергия сейсмических волн. Здесь размещаются очаги приливных лунотрясений. Внутренняя сфера Луны характеризуется резким ослаблением амплитуды поперечных сейсмических волн. Тем, что поперечные волны в ней не проходят, она напоминает ядро Земли и находится, вероятно, в жидком состоянии. Однако на Луне она названа астеносферой, потому что давление здесь такое же, как в астеносфере Земли на глубинах 100-150 км. Астеносфера Земли по толщине составляет 1/30-1/60 ее радиуса, а астеносфера Луны, по данным И. Н. Галкина, в 10 раз мощнее и составляет половину лунного радиуса. В центре Луны располагается железо-сульфидное расплавленное ядро радиусом 200-400 км.

Еще один путь изучения глубинного строения Земли — это изучение ее теплового потока. Известно, что Земля, горячая изнутри, отдает свое тепло. О нагреве глубоких горизонтов свидетельствуют извержения вулканов, гейзеры, горячие источники. Тепло — главный энергетический источник Земли. Прирост температуры с углублением от поверхности Земли в среднем составляет около 15° С на 1 км. Это значит, что на границе литосферы и астеносферы, расположенной примерно на глубине 100 км, температура должна быть близкой к 1500° С. Установлено, что при такой температуре происходит плавление базальтов. Это означает, что астеносферная оболочка может служить источником магмы базальтового состава. С глубиной изменение температуры происходит по более сложному закону и находится в зависимости от изменения давления. Согласно расчетным данным, на глубине 400 км температура не превышает 1600° С и на границе ядра и мантии оценивается в 2500-5000° С.

Установлено, что выделение тепла происходит постоянно по всей поверхности планеты. Тепло — важнейший физический параметр. От степени нагрева горных пород зависят некоторые их свойства: вязкость, электропроводность, магнитность, фазовое состояние. Поэтому по термическому состоянию можно судить о глубинном строении Земли. Измерение температуры нашей планеты на большой глубине — задача технически сложная, так как измерениям доступны лишь первые километры земной коры. Однако внутренняя температура Земли может быть изучена косвенным путем при измерениях теплового потока.

Остывает ли наша планета за счет теплового потока? Подсчитано, что средний тепловой поток с квадратного метра равен 0,06 Вт, что составляет около 30 триллионов ватт для Земли в целом. Солнце посылает на Землю тепловой энергии в 4 тыс. раз больше. Таким образом, основным источником тепла на Земле является Солнце, но при этом интересно отметить, что суммарная мощность теплового потока превышает в 30 раз мощность всех электростанций Земли.

Измерения показали, что средний тепловой поток на континентах и в океанах одинаков. Этот результат объясняется тем, что в океанах большая часть тепла (до 90%) поступает из мантии, где интенсивнее происходит процесс переноса вещества движущимися потоками — конвекцией. Конвекция — процесс, при котором разогретая жидкость расширяется, становясь легче, и поднимается, а более холодные слои опускаются. Поскольку мантийное вещество ближе по своему состоянию к твердому телу, конвекция в нем протекает в особых условиях, при невысоких скоростях течения материала. Какова же тепловая история нашей планеты? Ее первоначальный разогрев, вероятно, связан с теплом, образованным при соударении частиц и их уплотнении в собственном поле силы тяжести. Затем тепло явилось результатом радиоактивного распада. Под воздействием тепла возникла слоистая структура Земли и планет земной группы. Радиоактивное тепло в Земле выделяется и сейчас. Существует гипотеза, согласно которой на границе расплавленного ядра Земли продолжаются и поныне процессы расщепления вещества с выделением огромного количества тепловой энергии, разогревающей мантию.

Итак, изучение теплового потока Земли свидетельствует о конвективном перемещении вещества, связанном с тепловым потоком Земли, и о наличии ядра, мантии и коры, т. е. свидетельствует о ее слоистом строении.

При рассмотрении вопроса о тепловом балансе Земли небезынтересно остановиться на гипотезе советского ученого С. М. Григорьева. По представлениям этого автора, в глубинах Земли обязательно должна существовать зона пород, в которой господствует температура 374,15° С. Эта температура — критическая для воды. При ней, каково бы ни было давление, образуется пар. Но вода способна растворить многие минеральные вещества, превращаясь в растворы. Критическая температура у минеральных растворов выше, чем у чистой воды, и достигает 450° С. Под действием гидростатического давления она стремится стечь вниз, просачиваясь через проницаемые породы земной коры и растворяя в них на своем пути различные минеральные вещества. При температурах выше 400° С с минеральными растворами и породами происходят постепенные изменения: вода в виде пара уходит вверх, захватывая с собой летучую кремнекислоту, а железо, кальций, магний, титан и ряд других элементов оседают, уплотняя залегающие породы. Пар снова превращается в воду, а кремнезем выпадает в осадок. Затем все повторяется сначала. Так выглядит механизм действия "дренажной оболочки". Важно отметить, что такой процесс восходящей и нисходящей циркуляции возник на самых ранних стадиях появления и формирования нашей планеты и, видимо, будет происходить бесконечно длительное время.

Таким образом, С. Григорьев отождествляет нашу Землю с огромным паровым котлом, тепловая энергия которого в 10 тыс. раз превосходит количество тепла, заключенного в геологических запасах различного топлива. Перед наукой и техникой поставлена серьезная задача — научиться извлекать из "дренажной оболочки" Земли тепло для нужд человечества в ближайшие годы.

Состав различных оболочек Земли теоретически может быть определен, если известны их плотность, температура и давление. Используя зависимость между перечисленными параметрами, ученые теоретически рассчитали, какими породами может быть сложена та или иная оболочка Земли. По минеральному составу Земля, таким образом, делится на три части: нижнюю, представляющую собой железное ядро, среднюю — оболочку, отвечающую мантии и сложенную силикатами ультраосновного состава, и верхнюю оболочку — литосферу, характеризующуюся разнообразным составом пород.

Таково современное состояние твердой Земли. Однако известно, что наша планета, как и другие планеты Солнечной системы, образовалась около 4 млрд. лет назад путем аккреции вещества газово-пылевого протопланетного облака. Первичное скопление материала, вероятно, происходило, при температурах, не превышающих 100° С, при которых могло идти образование некоторых магнезиальных силикатов, металлического железа и некоторых сульфидов железа. Основной путь образования планет заключался в дифференциации материала с образованием оболочек и ядра. Высокие температуры, известные в недрах Земли, могут быть объяснены распадом короткоживущих радиоактивных элементов и, возможно, тяжелой метеоритной бомбардировкой, характерной для всех планет земной группы. Установлено, что расслоение Земли на ядро и оболочки стало возможным после того, как температура ее отдельных частей достигла 1500° С, т. е. поднялась до точки плавления железа. Расплавленное тяжелое железо, скапливаясь по законам гравитации, образовало ядро, вокруг которого происходила концентрация пород мантии и литосферы. Естественно, что процесс образования планет из газово-пылевого облака был длительным. Длительность этого процесса зависит от массы и размеров планет. Поэтому становится понятным, что Земля, имеющая больший радиус, чем, скажем, Луна, Марс, Венера и Меркурий, обладает большими энергетическими ресурсами и продолжает свое геологическое развитие до настоящего времени.

Внутреннее строение Земли, Марса и Луны. 1 — континентальные области; 2 — океанические области; 3 — полярные зоны; 4 — ядро; 5 — мантия; 6 — кора

Луна, Марс, Венера и Меркурий свои энергетические ресурсы утратили и поэтому представляют собой геологически пассивные объекты. Этим выводом можно объяснить и то положение, что Земля и Луна, сформированные примерно на одном удалении от Солнца, согласно законам распределения вещества с одинаковыми магнитными свойствами — магнитной сепарации, должны иметь равные исходные концентрации элементов, в том числе и радиоактивных. Луна, в отличие от Земли, находясь в состоянии тектонического покоя, может расходовать радиоактивное тепло только на подогрев своего тела, в то время как на Земле оно является также и источником тектонических преобразований.

При построении модели Марса следует исходить из теоретических расчетов о конденсации протопланетного облака в зоне этой планеты в условиях, при которых часть железа замещалась серой, а магнезиальные силикаты обогащались железом в большем количестве, чем при образовании Земли и Венеры. Это обстоятельство может свидетельствовать о том, что ядро Марса слагается преимущественно сернистым железом; заметное количество железа присутствует и в его силикатных оболочках. По разработанной модели Марса его кора имеет толщину до 100 км, значительно обогащенную железом мантию — толщиной около 2500 км и небольшое ядро. Ядро Марса, по данным В. Н. Жаркова, составляет 7% полной массы планеты. Анализ гравитационного поля Марса и интерпретация полученной сейсмограммы позволили отметить распределение утонений и утолщений коры в зависимости от форм рельефа: более толстая кора соответствует возвышенностям, а более тонкая — понижениям. В среднем толщина коры под континентами Марса составляет 43-45 км, местами увеличиваясь до 80-100 км, а в пониженных участках — не превышает 10-30 км.

Меркурий имеет, вероятно, расплавленное железное ядро и силикатную оболочку. Температура на границе ядра и силикатной оболочки оценивается 2000° С.

Итак, планеты земной группы характеризуются слоистым строением. У них выделяются ядро, мантия и кора, размеры и соотношения которых индивидуальны для каждой планеты. Естественно, что наиболее изучены недра Земли, хотя и здесь имеется еще очень много нерешенных проблем. Современные технические средства позволили раскрыть некоторые тайны Луны и Марса и создать оптимальные модели их строения. К изучению Меркурия и Венеры ученые только приступили. Однако сведения, полученные при исследовании планет земной группы, достаточно однозначно свидетельствуют об образовании планет из газово-пылевого облака путем дальнейшей дифференциации материала с образованием ядра и оболочек.

Пустынные континенты и безводные океаны

На любой географической карте Мира видно, что земной шар четко разделяется на континенты, возвышающиеся в виде гигантских островов, и океанические впадины. Геологические исследования давно уже показали, что в строении континентов и океанических впадин имеются принципиальные различия.

Кора континентов (средняя мощность 35 км, максимальная под горами 70-75 км) имеет слоистое строение. Под чехлом осадочных пород залегает гранитный слой коры. Во многих местах, в пределах древних щитов и выступов, он вскрывается непосредственно на земной поверхности. На территории СССР это Карелия и Кольский полуостров, Украина, районы Анабара, Енисейского кряжа и Патомского нагорья. В составе этого слоя преобладают магматические породы, в том числе граниты, гнейсы, кристаллические сланцы, железистые кварциты, мраморы.

Океаническая кора мощностью всего 5-10 км состоит преимущественно из базальтов, на которых непосредственно залегают осадочные породы океанического ложа. На границах океанических впадин и континентов выделяются области с корой переходного типа: от континентов к океанам мощность коры сокращается и постепенно исчезает гранитный слой.

Различия в составе и соответственно в плотностях кор разного типа привели к тому, что сравнительно "легкие" континенты возвышаются над уровнем океана, тогда как области с "тяжелой" корой океанического типа представляют собой впадины, заполненные водой.

Попытаемся представить, что же делается на других небесных телах, каковы "инопланетные" аналоги земных континентов и океанических впадин. Конечно, аналогия является неполной, так как обширные впадины безводны, а континенты больше всего напоминают пустынные области Земли.

Многие исследователи дали весьма подробные, красочные и увлекательные описания лунной поверхности. Поэтому здесь отмечены лишь основные особенности рельефа Луны, необходимые для понимания ее "геологического" строения. При наблюдениях Луны в телескоп и при просмотре лунных фотографий сразу же бросается в глаза своеобразие рельефа, выразившееся в широком распространении возвышенностей со светлой окраской, контрастирующих с равнинными пространствами более темного тона. Первые наблюдатели Луны считали, что темные равнины являются настоящими морями, заполненными водой. И хотя давно уже доказано, что воды в них никогда не было, этот термин, предложенный Риччиоли, прочно вошел в селенологическую литературу. Заметим, кстати, что с геологической точки зрения этот термин вполне оправдан, так как предполагается общность происхождения лунных морей и океанических впадин Земли.

В настоящее время рельеф Луны сравнительно хорошо изучен. Максимальные амплитуды рельефа на Луне не превышают 12-13 км. Наиболее высокие вершины расположены в районе гор Лейбница вблизи южного полюса Луны. Их превышения составляют более 8 км.

Значительные площади относительно светлой окраски, с неровной поверхностью и с многочисленными кольцевыми горами получили название континентов, или материков. В их пределах выделяются нагорья — обширные возвышенности с бугристым рельефом и с небольшим числом кратеров. Часто гребни и разделяющие их борозды приобретают линейную ориентировку, образуя горную систему или горный пояс.

Ведущая роль в строении лунных континентов принадлежит анортозитам, а также другим породам основного состава. Обнаружение анортозитов в пробах лунного вещества привлекает внимание к проблеме формирования этих пород в земных условиях. Что же такое анортозит? Ведь до последнего времени эта светлая порода, состоящая в основном из плагиоклаза с небольшой примесью темноцветных минералов, интересовала лишь немногих специалистов в области петрографии.

На Земле анортозиты слагают крупные интрузии Балтийского, Украинского, Канадского, Алданского и других щитов и являются древними магматическими образованиями. Формирование их происходило на небольшой глубине. Иногда анортозиты залегают в виде пластообразных тел среди расслоенных интрузий основного состава. Эти тела возникли в результате дифференциации магматических расплавов.

Основные тектонические элементы Земли, Марса, Меркурия и Луны. 1 — древние щиты континентов; 2 — континентальные плиты; 3 — складчатые пояса Земли; 4 — микроконтиненты; 5 — талассоиды; 6 -главнейшие рифты; 7 — глубоководные океанические впадины; 8 — прибрежные части океана (на Земле — шельф); 9 — Кордильеры; 10 — переходные зоны между континентами и океанами

Как же возникли крупные древние массивы анортозитов на щитах?

По этому поводу давно существовала гипотеза, основанная на наблюдениях геологов, которые обратили внимание, что анортозиты приурочены к контакту древнейших осадочных пород с подстилающим их базальтовым слоем коры. Были высказаны предположения, что анортозиты являются результатом ассимиляции магмой основного состава древних осадочных пород.

Но вот в земные лаборатории поступили пробы лунного вещества. И полной неожиданностью для ученых явилось открытие, что анортозиты широко развиты на поверхности Луны. Они были обнаружены в пробах реголита, а также в виде отдельных камней светлой окраски. В реголите континентальной области, доставленном станцией "Луна-20", содержится около 50-60% анортозита.

Предположение, что анортозиты — основная составная часть лунных континентов хорошо согласуется с имеющимися данными об отражающих способностях континентальных участков и о меньшей плотности коры в их пределах. Они резко отличаются от лунных базальтов и не имеют с ними переходных разностей. В лунных условиях анортозиты, несомненно, выделились из магмы основного состава. Они образовались в наиболее раннюю стадию формирования лунной коры.

Важные черты сходства лунных и земных континентов установлены путем сопоставления данных о гравитационных полях и мощности коры. На Земле мощность коры континентов составляет 25-50 км. Интерпретация гравиметрических данных, выполненная Дж. О'Кифом для центральной части видимого полушария Луны, показала, что мощность коры здесь можно оценить величиной 40-60 км, и даже 100-150 км на ее обратной стороне. Конечно, в оценках мощности лунной коры могут быть существенные неточности, но уже сейчас несомненно, что континентам Луны, так же как и на Земле, свойственны значительные отрицательные аномалии силы тяжести — "масмины", как их назвал П. Н. Кропоткин.

Лунные моря имеют в поперечнике от 400 до 1200 км. Наиболее обширная равнинная область Луны, видимая даже невооруженным глазом, получила название Океана Бурь. В особую группу выделяются сравнительно небольшие по размерам круговые моря округлых или овальных очертаний в плане, обычно обрамленные береговыми хребтами, или Кордильерами.

Поверхность Океана Бурь и лунных морей неровная. Наряду с кратерами в их пределах прослеживаются трещины, борозды и своеобразные формы рельефа, к числу которых принадлежат купола, извилистые уступы. Обычно купола располагаются группами. Они представляют собой поднятия преимущественно округлой формы в плане диаметром в несколько километров, высотой до 0,5 км. Пологие склоны куполов не превышают 5°.

Во многих местах граница морских и континентальных областей крайне неровная, с многочисленными "заливами", что позволило исследователям высказывать предположения о заполнении лунных морей лавовым материалом, близким по составу к земным базальтам.

В краевых зонах лунных морей поверхность базальтов сравнительно ровная. Однако их мощность невелика, так как из-под них во многих местах выступают останцы более древних пород в виде отдельных, часто довольно крупных "островов". Структура их аналогична строению смежных континентальных областей. Анализируя строение таких "островов" в южной части Океана Бурь, можно проследить отдельные крупные структуры континента под покровом базальтов.

Внутренние части морей со сравнительно ровной поверхностью базальтов отличаются практически полным отсутствием каких-либо реликтов континентальных структур. В связи с этим можно предполагать, что мощность базальтов в их пределах возрастает до первых километров.

Впадины лунных морей и Океана Бурь пересечены валообразными поднятиями. Валы прослеживаются в виде пологих, но очень протяженных гряд на поверхности морей. Они имеют небольшую высоту (обычно в десятки и первые сотни метров) и очень пологие склоны. Связь их со структурами континентального обрамления прослеживается неотчетливо, хотя местами видно, что такие поднятия являются как бы непосредственным продолжением отдельных выступов или "мысов", вдающихся в пределы морских впадин.

Если сопоставить океанические впадины Земли и лунные моря, то между этими главнейшими тектоническими элементами будут обнаружены еще более разительные черты сходства. Ведь, по существу, и те, и другие являются крупнейшими депрессиями по отношению к среднему уровню поверхности. На Земле дно океанических впадин лежит на глубине 2-4 км. Поверхность лунных морей опущена на такую же глубину по отношению к условной поверхности, соответствующей среднему радиусу Луны. Ложе земных и лунных океанов на огромных пространствах заполнено базальтами.

Тектоническое строение Тихого океана (вверху) и Океана Бурь на Луне с выделением однотипных тектонических структур. 1 — континентальный (материковый) тип коры; 2 — переходный (субконтинентальный и субокеанический) тип коры; 3 — океанический тип коры; 4 — зоны внутренних валообразных и блоково-глыбовых поднятий; 5 — Кордильеры; 6 — рифтовая зона Восточно-Тихоокеанского подвижного пояса; 7 — разломы

Предположения о тектоническом сходстве лунных и земных океанических и морских впадин подтверждаются гравиметрическими данными, согласно которым лунным морям соответствуют крупные положительные аномалии силы тяжести — масконы. Так же, как и под земными океаническими впадинами, кора здесь более тонкая и сложена преимущественно базальтами.

Особое место в строении внешней оболочки Земли и ее спутника занимают переходные зоны между континентальными и океаническими областями. На Земле к этим зонам принадлежат островные дуги, глубоководные желоба и окраинные моря. Кора в таких зонах имеет промежуточные строение и мощность по сравнению с океаническими впадинами и континентами. На Луне к ним можно отнести так называемые талассоиды — крупные впадины в пределах континентов или по периферии морей, краевые участки морских впадин с многочисленными реликтами горного рельефа, имеющего континентальное строение, а также Кордильеры.

Кордильеры представляют собой краевые поднятия, располагающиеся обычно вдоль границ континентальных областей и морских впадин. В большинстве случаев Кордильеры протягиваются не вдоль всей границы впадины, а охватывают ее в виде дуги. Сопряжение Кордильер с морскими впадинами происходит обычно по крупным прямолинейным или дуговым разломам с амплитудами вертикального перемещения в первые километры. Они выражены в виде крупных уступов.

Гравитационное поле в переходных зонах Луны имеет дифференцированный характер, что свидетельствует о неоднородном строении коры.

Марс по своей структуре четко разделяется на два полушария. Северное полушарие представляет собой гигантскую впадину океанического типа, названную Великой Северной равниной. Южное полушарие — это континентальная область с многочисленными кратерами и неоднородная по строению. Здесь выделяются участки с возвышенным рельефом, местами высотой до 5 км над средним уровнем Марса. Это своего рода ядра континентальной области. О составе пород, слагающих континентальные области Марса, можно судить только предположительно на основании сравнения с ранними этапами формирования коры Луны и Земли. Наиболее вероятен габбро-анортозитовый состав первоначальной континентальной коры Марса. Мощность коры в пределах континентального полушария в среднем составляет около 43 км.

Океаническое северное полушарие отличается более равнинным рельефом с относительно малым числом кратеров. В приполярной области по периферии ледникового щита развиты покровы осадочных пород, мощность которых достигает многих сотен метров. На остальной территории Великой Северной равнины прямо на поверхности или под небольшим чехлом песка, нанесенного ветром, залегают покровы базальтов. Местами на детальных снимках четко видны извилистые уступы высотой в несколько десятков метров, удивительно напоминающие фронтальные уступы лавовых потоков на снимках Луны и земной поверхности. Мощность коры в пределах океанического полушария значительно ниже, чем в пределах континентального юга планеты, составляя всего 10-20 км.

Особое положение в структуре Марса занимают округлые депрессии Эллада, Аргир, Хрис, Исида. По форме и размерам они очень напоминают круговые лунные моря. Сходство дополняется тем, что они также окружены кордильерами. Рельеф этих впадин выровненный. Они, подобно Великой Северной равнине, выполнены базальтами. По гравиметрическим данным, в пределах этих впадин мощность коры минимальная и составляет 8 км во впадине Эллада. Происхождение таких впадин остается во многом дискуссионным. Возможно, их формирование было связано со взрывом гигантского метеорита астероидных размеров. В этом случае Кордильеры следует рассматривать как реликты вала, окружающего кратер. Однако это было только началом сложного процесса. Под днищем кратера образовалась ослабленная и частично раздробленная кора с повышенной проницаемостью, а выброс больших количеств материала привел к компенсационной неуравновешенности. В результате осуществился подъем кровли мантии с выплавлением базальтовой магмы и ее проникновением к поверхности в пределах депрессии. Вал кратера под действием тектонических движений вследствие подъема мантии и базальтов оказался разбитым на сложную систему блоков и приобрел облик современных Кордильер.

Приэкваториальная область Марса является своеобразной переходной зоной между континентальным и океаническим полушариями. Здесь выделяются два гигантских поднятия Фарсида и Элизий. Они имеют форму пологих куполовидных вздутий. Поднятие Фарсида в центральной части воздымается почти на 10 км над средней поверхностью Марса. В этом же поясе находится рифтовая система Маринер и так называемые хаосы и лабиринты с высокой раздробленностью коры. Для области сочленения континентального и океанического полушарий характерна повышенная тектоническая активность. Как тут не вспомнить о Тихоокеанском тектоническом поясе — глобальном разделе между двумя сегментами земной литосферы. Мощность коры в пределах поднятия Фарсида достигает, по имеющимся геофизическим данным, примерно 77 км.

Структура поверхности Меркурия изучена пока недостаточно. Известно лишь, что большие пространства имеют континентальное строение, резко отличные от единственной крупной впадины Калорис. В пределах континентальной части наиболее древними участками являются межкратерные равнины, испещренные мелкими кратерами.

Аналогом лунных морей на Меркурии является впадина Калорис. Подобно Тихоокеанской впадине Земли и обширной депрессии Океана Бурь на Луне, впадина Калорис на Меркурии представляет собой депрессию планетарного порядка. Диаметр впадины Калорис 1300 км. Она имеет концентрическое строение.

В целом морские равнины Меркурия по характеру поверхности сильно отличаются от континентальной части. Поверхность их преимущественно гладкая, хотя местами во впадине Калорис резко выделяются трещины, уступы и гребни. Равнины Меркурия имеют несколько более красноватую окраску по сравнению с окружающими горами. Они сложены породами предположительно вулканического происхождения, аналогично морским впадинам Луны, выполненным базальтовыми лавами.

Впадина Калорис обрамлена валом, состоящим из сглаженных горных массивов высотой 1-2 км, разделенных пологими депрессиями. По периферии вала развиты холмистые равнины с округлыми изолированными холмами поперечником 1-3 км высотой 0,1-0,2 км. В 600-800 км от впадины Калорис намечается пологий внешний вал, образованный небольшими холмами поперечником в 1-2 км при высоте в десятки метров.

Сведения о структуре поверхности Венеры, основанные на радиолокационном зондировании, пока еще не очень надежны, чтобы уверенно судить о возможности выделения аналогов земных континентов и океанических впадин. Первоначально по радиолокационным наблюдениям с помощью наземных средств были установлены обширные образования округлой формы, которые сопоставлялись с лунными круговыми морями. В дальнейшем при радиолокационном обзоре со спутников Венеры оказалось, что рельеф этой планеты более сложен.

И все-таки в строении планет земной группы проявляется закономерность фундаментального порядка: обособляются континентальные поднятия и депрессии, выполненные базальтами. Под континентами кора более мощная и относительно менее плотная по сравнению с корой океанического типа. Эта закономерность должна учитываться при глобальных тектонических построениях, хотя сам механизм формирования океанической коры может быть существенно различным у разных планет. В земных условиях образование океанической коры объясняется с разных позиций. Одни исследователи, например В. В. Белоусов, связывают образование океанических впадин с базификацией или океанизацией коры в результате рассредоточенного подъема глубинного материала. Вероятно, аналогичный процесс проявлен особенно широко на других планетных телах. Другие — сторонники "новой глобальной тектоники" связывают формирование океанической коры с раздвижением литосферных плит, сопровождаемым подъемом глубинного материала вдоль таких расколов (по рифтовым трещинам срединно-океанических хребтов). Данные сравнительной планетологии и геотектоники позволяют высказать предположение, что в земных условиях могут реализовываться оба процесса становления коры океанического типа.

Вулканизм планет

На всех планетах земной группы и крупных спутниках широко распространены вулканические породы. Эти породы формировались на протяжении всей эволюции планетных тел. Однако современный активный вулканизм, помимо Земли, обнаружен только на спутнике Юпитера — Ио.

Вулканические породы образуются из магмы, достигшей поверхности планеты. По содержанию кремнезема вулканические породы подразделяются на основные, средние и кислые. Эти породы образуются в результате излияния лавы. Различают вулканические аппараты двух главных типов: центрального и трещинного. У вулкана центрального типа извержения происходят чаще всего из постоянного выводного канала — жерла. В трещинных вулканах подводящим каналом служит трещина, вдоль которой происходят извержения.

Вулканические процессы, имеющие широкое развитие на Земле, достаточно хорошо изучены и описаны многими исследователями. Всего на поверхности Земли известно свыше 800 действующих вулканов. Две трети из них сосредоточены на берегах и островах Тихого океана. На Земле установлена также огромное количество потухших вулканов. Только на дне Тихого океана в настоящее время насчитывается около 1000 гор вулканического происхождения высотой более 1 км. Все, или почти все подводные горы — это вулканы.

Наиболее крупными вулканами на Земле являются: Килиманджаро в Африке (5895 м), Котопахи (5897 м) и Мисти (5821 м) в Южной Америке, Орисаба (5700 м) и Попокатепетль (5452 м) в Мексике, Мауна-Кеа (4205 м) на Гавайских островах и др. У нас в стране много активных вулканов на Камчатке.

Ежегодная "производительность" всех активных вулканов Земли равна 3-6 млрд. т извергаемого вещества. Это значит, что из недр Земли на поверхность ежегодно поступает огромное количество расплавленного материала с температурой свыше 1000° С: пепла, шлаков, вулканических бомб, излившихся потоков лавы и т. п.

Таким образом, вулканизм — это очень важный процесс в формировании внешней оболочки Земли.

Другим небесным телом, на котором достоверно установлена современная активная вулканическая деятельность, является ближайший спутник Юпитера — Ио. Его диаметр равен 3640 км, что примерно на 150 км больше диаметра Луны. На поверхности этого спутника отмечены темные кратеры, вокруг которых обычно видны потоки лавы. На ряде снимков, полученных со станции "Вояджер-1", обнаружены явные следы активного вулканизма. Бледные зеленовато-белые облака вулканических выбросов простирались до высот 100-280 км. Скорость выбросов достигала 1 км/с. Кальдера[3] одного из вулканов представляет собой кольцевую структуру диаметром около 300 км. Анализ снимков позволил обнаружить на поверхности Ио семь активных вулканов, которые неоднократно извергались в течение тех четырех суток, когда находились в поле зрения телекамер станции. Через четыре месяца, во время полета другой станции, не менее шести из ранее обнаруженных вулканов продолжали свою активную вулканическую деятельность.

Спутник Юпитера — Ио. На верхнем снимке (а) стрелкой указаны места газово-пепловых выбросов из вулканов. На нижнем (б) — четко видны вулканический кратер и лавовые потоки

Извержения вулканов на Ио носят взрывной (эксплозивный) характер. Подобная вулканическая деятельность на Земле проистекает при активном участии водяных паров. Вулканические взрывы при извержении вулканов на Ио обусловлены, по-видимому, присутствием сернистого газа. Ученые считают, что недра Ио почти полностью расплавлены из-за очень активного приливного воздействия Юпитера, а поверхность Ио покрыта слоем серы толщиной в несколько километров. Взаимодействие раскаленных недр с поверхностным слоем серы привело к образованию на Ио атмосферы, ионосферы и образованию вдоль орбиты торового кольце, состоящего из заряженных частиц. Его взаимодействие с магнитосферой Юпитера приводит к грандиозным "полярным сияниям".

Полученные первые доказательства современного внеземного вулканизма свидетельствуют о том, что Ио является небесным телом, вулканически гораздо более активным, чем Земля. Предварительные оценки ученых по изучению интенсивности вулканической деятельности на Ио указывают, что поверхность этого спутника преобразуется со скоростью 1 мм в год. Цифра эта в геологическом масштабе времени весьма внушительная. Постоянное обновление поверхности происходит в результате излияний лавы и выбросов материала из жерл вулканов.

В результате изучения многочисленных фотографий Луны и непосредственного изучения человеком ее поверхности и состава грунта было сделано заключение о том, что поверхность лунных морей и Океана Бурь слагается древними вулканическими породами основного состава — базальтами.

Вулканическая деятельность на Луне закончилась около 3 млрд. лет назад. Однако имеются факты, которые иногда трактуются отдельными исследователями как признаки современной вулканической деятельности. Так, например, советский астроном Н. А. Козырев 23 октября 1959 г. в кратере Альфонс отметил вспышки, которые он объяснял как извержение вулкана.

Рельеф лунных морей и Океана Бурь характеризуется такими же формами, что и в вулканических областях Земли. Это лавовые потоки и покровы, ограничивающие их извилистые уступы, трещины — рилли, вулканические купола. Здесь широко развиты валы и гряды, протяженные (10-30 км), а также извилистые. Их происхождение не совсем ясно. Предполагается, что это могут быть дайки — застывшие в трещинах магматические породы, образующие вертикальные или крутопадающие стенки, или выступы фундамента, облекаемые лавой.

Радиологические определения показывают, что возраст лунных базальтов измеряется интервалом 4-3 млрд. лет.

Есть все основания предположить, что вулканические породы широко распространены и на поверхности Меркурия. Здесь выделяются аналоги лунных морей, прежде всего огромная впадина Калорис (Море Жары). Поверхность ее преимущественно гладкая, однако прослеживаются уступы извилистой формы, напоминающие фронтальные ограничения лавовых потоков на Луне. В отличие от Луны, где высота уступов составляет всего десятки метров, на Меркурии она достигает 200-500 м. Причина этих различий может быть объяснена более вязким составом лав Меркурия. Не исключено, что это связано с гораздо большей силой тяжести на поверхности (более чем в 2 раза), чем у Луны. Высокая средняя плотность пород планеты дает основания для предположений о том, что морские впадины Меркурия могут быть выполнены лавами, близкими по составу к мантийному веществу. О возрасте вулканизма на Меркурии можно судить по степени насыщения его поверхности кратерами. Предполагается, что он близок ко времени формирования лунных базальтов.

Несмотря на широкое развитие вулканических пород на поверхности Меркурия, вулканические аппараты центрального типа до недавнего времени были неизвестны. Лишь тщательный анализ космических снимков позволил Г. Н. Каттерфельду обнаружить около полутора десятков построек, схожих со щитовыми вулканами и куполами. Их высоты и диаметры незначительны. Самый крупный из них находится в центре холмистой вулканической равнины Одина, расположенной между кордильерой Знойных гор (на западе) и хребтом Скиапарелли (на востоке) и имеет диаметр 7 км и высоту около 1,5 км. Г. Н. Каттерфельд предполагает существование крупного вулканического поднятия в центре Моря Марса, увенчанного огромным вулканом с диаметром основания свыше 100 км. Этот щитовой вулкан имеет двойную вершинную кальдеру. По его мнению, возраст этой вулканической постройки очень древний, приблизительно соответствующий раннему протерозою Земли (до 1 млрд. 600 млн. лет). Предположения Г. Н. Каттерфельда представляют большой научный интерес и требуют дальнейшего подтверждения.

О развитии вулканизма на Венере можно судить на основании состава атмосферы, облика поверхности на панорамах, переданных со спускаемых аппаратов станций "Венера-9" — "Венера-14", а также по данным радиолокационных исследований. Выделяются обширные темные области с поперечником около 1000 км, которые можно рассматривать в качестве аналогов лунных морей, выполненных базальтами. Исследования Марса с помощью телевизионных снимков позволили установить широкое распространение вулканических образований. К ним относятся обширные равнины океанического типа, занимающие большую часть северного полушария Марса (Ацидалийская, Амазония и др.), а также краевые и внутриконтинентальные плато, увенчанные вулканическими аппаратами (плато Гесперия), круговые депрессии (Эллада и Аргир), плоские днища отдельных наиболее крупных древних кратеров (Скиапарелли, Гюйгенс, Антониади). Все эти области имеют одинаковое строение рельефа с преобладанием выровненных поверхностей, в пределах которых расположены извилистые уступы — ограничения лавовых покровов. По своему облику они близки к морям Луны, для которых установлено повсеместное развитие базальтов.

Вулканы Марса. Внизу — карта щитовых вулканов. Вверху — фотографии и схемы дешифрирования вулканов Олимп и Аполлонова патера. 1- континентальная поверхность; 2 — древние вулканические покровы; 3 — молодые вулканические покровы; 4 — океаническая область; 5 — талассоиды; 6 — щитовые вулканы; 7 — крупные уступы; 8 — лавовые потоки; 9 — внутренняя часть кальдеры; днище кальдеры; 10 — вал кальдеры; 11 — уступы в пределах лавовых покровов; 12 — разломы; 13 — направление распространения лавовых потоков; 14 — вершинные кратеры. Номера на карте: 1 — патера Альба; 2 — патера Урана; 3 — купол Керавнский; 4 — г. Олимп; 5 — г. Аскрийская; 6 — купол Фарсида; 7 — г. Павлина; 8 — г. Арсия; 9 — г. Гекаты; 10 — г. Элизий; 11 — Аполлонова патера; 12 — Тирренская патера; 13 — Адриатическая патера

О возрасте вулканических покровов океанических равнин Марса можно судить пока по косвенным данным, основываясь на степени насыщенности кратерами. Предполагается, что основная масса излияний имела место в интервале 2-1 млрд. лет, т. е. значительно позднее, чем на Луне. Очевидно, в это время преобладали трещинные излияния, и вулканизм имел планетарные масштабы, в результате чего лавами были покрыты обширные площади. Формирование вулканических покровов было длительным, с выделением не менее двух основных эпох вулканизма. Значительный вулканизм был проявлен и в более ранние (доокеанические) эпохи развития континентов. Кроме того, на континентах зафиксированы более молодые фазы вулканической деятельности.

Если на Луне после формирования базальтовых "морей" и "океана" вулканическая деятельность стала ослабевать, то на Марсе активная вулканическая деятельность проявилась и на более поздних этапах развития планеты — в послеокеаническую эпоху. Проявления вулканизма этого времени сконцентрированы в пределах сводовых поднятий Фарсида и Элизий, на плато Гесперия и в северном приполярном регионе. На плато Гесперия расположен сравнительно небольшой вулкан Тирренский высотой около 1 км, с пологими склонами и вершиной, увенчанной кальдерой неправильной формы.

Крупные вулканические сооружения Марса расположены в центре гигантского сводового поднятия. Вулканическая активность была здесь сложной и длительной. К наиболее древним следам ее проявления следует отнести остатки вулканических построек к северу от горы Олимпа и в районе патеры Альба. На снимках поверхности и фотокартах они имеют вид округлых, очень пологих поднятий, изборожденных множеством трещин и гребней. Иногда намечается радиально-концентрический структурный рисунок, характерный для древних вулканотектонических кольцевых структур Земли. Центральные части их плоские, но здесь можно наметить реликты округлых кальдерообразных депрессий. К северу от горы Олимпа можно даже предполагать наложение нескольких генераций щитовых вулканов этой стадии. Их поперечник составляет 750-850 км. Над окружающей местностью они возвышаются на 0,5 км. Вероятно, образование этих щитовых вулканов связано с ранними стадиями формирования сводового поднятия Фарсида.

Марсианский вулкан-гигант Олимп и некоторые земные вулканы

Затем возникли кальдеры патеры Альба и патеры Урания. Это пологие, сильно разрушенные поднятия высотой 0,2-0,3 км и диаметром основания 250-300 км. Они увенчаны отчетливо выраженными кальдерами диаметром 75-100 км неправильной формы. Дешифрирование детальных снимков показало, что патера Альба — сложное вулканическое сооружение с лавовыми потоками нескольких возрастных генераций.

На последней стадии вулканизма возникли те гигантские щитовые вулканы, которые так четко видны на снимках Марса. К ним относится щитовой вулкан свода Фарсида — гора Олимп. Вулкан находится в северо-западной части свода, где высота свода сравнительно небольшая, так что относительное превышение вулкана составляет 24 км. Вершина вулкана увенчана обширной кальдерой диаметром 65 км. В ее внутренней части видны крутые уступы и два кратера диаметром около 20 км. С внешней стороны кальдера окружена сравнительно крутым конусом. Далее к периферии расстилаются пологонаклонные поверхности с радиальным рисунком лавовых потоков, обрушенных лавовых каналов, фестончатых уступов, ограничивающих отдельные потоки. Более молодые потоки располагаются ближе к вершине. Это указывает на постепенное угасание вулканической активности. Щитовой вулкан Олимп ограничивается по периферии крутыми и довольно высокими уступами, возвышающимися от 1 до 4 км над окружающим плато. Происхождение их пока не получило удовлетворительного объяснения. Не исключено, что формирование подобных уступов следует объяснять относительно повышенной вязкостью магмы горы Олимпа, являющейся возможно более кислой и отвечающей андезитовой лаве. Такое предположение согласуется с данными о его более значительной высоте по сравнению с близко расположенными другими вулканами свода Фарсида. Вулканическое сооружение горы Олимпа по ширине вдвое превышает наиболее крупный из Гавайских вулканов Земли, а по объему оно примерно равно массе изверженных пород всей Гавайской островной гряды.

Щитовые вулканы свода Фарсида — Арсия, Павлина и Аскрийский вытянуты в цепочку северо-восточного направления. Протяженность этой цепочки 1800 км. Поперечник каждого из них составляет около 300 км. Превышения над поверхностью — 17 км. Гора Арсия выделяется своей кальдерой в виде правильного круга диаметром 125 км.