В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Полярность магнитного поля Венеры совпадает с полярностью магнитного поля Земли. Дальнейший пересмотр данных по КА «Венера-9,-10» понизил значение магнитного момента планеты M и величину напряженности поля B0 до значений 2 ⋅ 1022 Гс ⋅ см3 и 10 гамм соответственно. Как сообщилГ. Рассел на XXIII ассамблее КОСПАР в Будапеште (июнь 1980 г.), по даннымизмерений КА «Пионер-Венус», выполненных на протяжении года, верхнийпредел магнитного момента Венеры следует понизить до ∼ 3 ⋅ 1021 Гс ⋅ см3 , чтодает B0 ∼ (1–2) гамм — столь малое значение, которое ставит под сомнение самвопрос о наличии у планеты собственного магнитного поля.Космическая станция «Маринер-10», трижды пролетев в 1974–1975 гг.
мимоМеркурия, обнаружила у планеты дипольное магнитное поле с B0 = 350 гамм(Н. Несс с сотр.). Магнитный момент M = 4.7 ⋅ 1022 Гс ⋅ см3 . Диполь наклоненк нормали плоскости орбиты на угол ∼ 12∘ . Обычно собственное магнитноеполе планеты ассоциируют с наличием жидкого проводящего ядра, где это полесоздается магнитогидродинамическими течениями (см. §4.2). Однако в случаеМеркурия, как мы увидим ниже, такое объяснение сталкивается с трудностями, так как это маленькая и соответственно холодная планета. Чтобы сведенияо магнитном поле Меркурия можно было с пользой применить для изучениянедр планеты, необходимо иметь более детальные сведения о поле, которыемогут обеспечить только измерения с низких полярных орбит.2799.2.Модели внутреннего строения Венеры,Марса и Меркурия1Накопление данных о планетах земной группы и их анализ выявляет не только сходство этих планет, но и их существенное различие.
Постепенно выступаетнеповторимая индивидуальность каждой из планет.Действительно, Меркурий, Венера, Земля и Марс имеют различную историювращения. Вращение Марса не было замедлено приливным трением, и, следовательно, планета сохранила свою первоначальную угловую скорость вращенияи соответствующий момент количества движения. Лунные и солнечные приливы затормозили вращение Земли, удлинив земные сутки примерно в два раза.Как мы уже говорили, приливное трение (солнечные приливы) сильно затормозило вращение Меркурия и Венеры. В результате период вращения Меркуриясоставляет в точности 2/3 от периода его обращения по орбите. Если бы орбита Меркурия была круговой, то приливное трение привело бы к синхронномувращению Меркурия, когда планета повернута к Солнцу все время одной и тойже стороной (как Луна к Земле). Из-за того, что орбита планеты обладает заметным эксцентриситетом, замедляемый солнечными приливами Меркурий напути к синхронному вращению попал в резонанс 3/2 с его вращением по орбите, т.е.
его угловая скорость вращения, приблизившись к значению, в 3/2 разабольшему частоты обращения по орбите, оказалась захваченной в этом устойчивом состоянии из-за резонансного взаимодействия вращения Меркурия и егообращения по орбите.Обратное вращение Венеры с периодом, равным 243.16 суток, приводит к тому, что при каждом соединении ее с Землей (т.е.
когда обе планеты располагаются на одной прямой, проведенной через Солнце) к Земле всегда повернута однаи та же сторона Венеры. В отличие от резонансного взаимодействия вращенияпланеты с ее движением по орбите, который называют резонансом первого рода(случай Меркурия), взаимодействие вращения планеты с орбитой другой планеты, как это имеет место для Венеры, называют резонансом второго рода. Такимобразом, приливное замедление Венеры и ее взаимодействие с Землей привелок захвату Венеры в резонансное состояние второго рода.Тектонический стиль развития планет земной группы также различен.
Этосказывается на их строении и на толщине наружных слоев всех планет.В первом приближении наружный жесткий слой Земли — литосферу можно разделить на океаническую и континентальную части с толщиной ∼ 80 и∼ 200 км соответственно. Но более существенное различие между этими лито1 Конкретные280модели, приведенные в этом параграфе, построены С.В. Козловской.сферами заключено в их строении и тепловом режиме. Океаническая литосфера,образующая примерно 0.7 поверхностного слоя Земли, содержит базальтовуюкору толщиной всего ∼ 6 км, в то время как средняя толщина континентальнойкоры равна ∼ 35 км.
Океаническая литосфера представляет собой тепловой погранслой, который рождается в рифтовых зонах срединно-океанических хребтови поглощается в других местах — зонах субдукции. Таким образом, тепловой режим в тектонике плит приводит, с одной стороны, к эффективному охлаждениюпланеты путем непрерывного рождения теплового погранслоя — океаническойлитосферы, а с другой — к непрерывному обмену коровым материалом междукорой и мантией.Тектонический режим других планет земной группы и Луны, как это известноиз данных фотогеологии, отличается от режима тектоники плит. Как следствиеэтого факта Луна и, по-видимому, Меркурий, Венера и Марс должны обладать значительно более мощной корой, чем Земля. Толщина лунной коры равна∼ 60–100 км.
Вероятно, толщина коры у других планет земной группы должналежать в этих же пределах.Смещение центра геометрической фигуры планеты по отношению к центрумасс можно интерпретировать как указание на заметные региональные вариации в толщине коры. У Марса расстояние между обоими центрами составляет∼ 2.5 км, у Венеры ∼ 0.5 км. Эти факты показывают, что обе планеты должныиметь мощную кору. Меркурий, так же как и Луна, представляет собой сильнодифференцированное тело и, следовательно, тоже должен иметь мощную кору.Все планеты земной группы имеют собственное магнитное поле (хотя дляВенеры этот вопрос в настоящее время представляется дискуссионным). Отсюда, казалось бы, можно было сделать вывод, что все планеты земного типаимеют в настоящее время расплавленные ядра.
Однако последнее заключениене столь очевидно, как нередко полагают, и об этом еще будет сказано ниже.Существует различие в определении ρ (l) для Земли и для других планет.В случае Земли из сейсмологии нам известна величина Φ = K/ρ как функциярадиуса, и при определении ρ (l) для Земли мы смогли обойтись без уравнениясостояния. Более того, с помощью уравнения Адамса – Вильямсона оказалосьвозможным рассчитать реальную модель Земли (см. рис.
34) и таким образомопределить уравнение состояния земного вещества p = p(ρ ), используя толькогеофизические данные. Для других планет величина Φ неизвестна, и поэтомунеобходимо знать уравнение состояния p(ρ ), дающее закон, по которому сжимается вещество планеты под давлением вышележащих слоев. При расчетахмоделей Венеры, Марса и Меркурия используют уравнение состояния земного вещества, а также уравнения состояния Fе, MgO, FeO, SiO2 , Аl2 O3 и др.,определенные по динамическим и статическим экспериментальным данным.281ρ, г/см341и523554 51301200400600800p, кбарРис. 76. Набор уравнений состояния ρ (p) для расчета силикатных мантий моделей ВенерыКривые (1–4) — для моделей с минимальной корой: 1 — [Δρ = 0, ρ (p) = ρ1 (p)]; 2 — (Δρ =−4%ρ1 ); 3 — (Δρ = −8%ρ1 ); 4 — (Δρ = 8%ρ1 ). Кривая 5 (Δρ = 0) — для моделей с максимальнойкорой, верхняя мантия выплавленаВенера. О Венере имеется мало данных.
В этих условиях, с учетом того, чтоВенера является планетой — близнецом Земли, при построении модели планеты разумно за исходное уравнение состояния взять уравнение p(ρ ) для Земли(табл. 5). Удобство такого выбора заключается еще и в том, что при этом мы автоматически учитываем влияние температуры на уравнение состояния, так какраспределение температуры в обеих планетах для глубин, больших ∼ 200 км,видимо, близко друг к другу. В качестве уравнения состояния выбиралась зависимость ρ (p) для модели PEM-C (табл. 5).
При построении моделей силикатноймантии Венеры использовались как «облегченные», так и «утяжеленные» уравнения состояния по сравнению с ρ (p) PEM-C. Эти кривые показаны на рис. 76и описываются простыми формуламиρ (p) = ρ1 (p) + Δρ ,Δρ = const, a ρ1 (p) — уравнение состояния по модели PEM-C. Таким образом,все кривые на рис. 76 получаются параллельным сдвигом вдоль оси ρ на Δρ .Конкретно Δρ варьировалось в пределах ±8% от ρ1 , причем реальное значениепридавалось моделям с Δρ < 0, что соответствует данным космохимии, согласно которым содержание железа в мантийных силикатах должно систематическиубывать при переходе от Марса к Меркурию.
Модели Венеры, построенныес помощью уравнений состояния при Δρ < 0, имеют дефицит железа в мантийных силикатах. Уменьшению Δρ на 1% соответствует уменьшение содер282ρ, г/см312Fe-IВЯЗ100.50.6 FeS*0.7FeS*FeS**86010002000p, кбарРис. 77. Набор уравнений состояния для расчета ядра в моделях Венеры: расплавленное железо Fe-I, ВЯЗ — вещество ядра Земли, FeS∗ и FeS∗∗ приведены с учетомтеплового расширения при значении коэффициента теплового расширения α = 2 ⋅ 10−5и 4 ⋅ 10−5 град−1 соответственно; смеси ВЯЗ с FeS∗ , в которых доля FeS∗ составляет0.5; 0.6; 0.7жания железа в силикатах мантии на 1.4%.
Согласно данным КА «Венера-11»,плотность поверхностных пород на Венере составляет 2.8 ± 0.1 г/см3 , что соответствует базальтовым горным породам. Модели Венеры рассчитывались дляминимальной толщины коры (Δlк = 38 км, Mк ≈ 1%M, ρ̄к = 2.8 г/см3 ), для максимальной толщины коры (Δlк = 127 км, Mк ≈ 3.3%M) и для средней толщиныкоры (Δlк = 70 км, Mк ≈ 1.8%M). Максимальная кора соответствует выплавлению 15% вещества верхней мантии (граница верхней мантии расположенана глубине второго фазового перехода). При выплавлении базальтовой корыуравнение состояния венерианской верхней мантии «утяжеляется» (кривая 5 нарис. 76).
Ниже будут приведены модели планеты с Δlк = 70 км.Более сложен выбор уравнений состояния для ядра Венеры. Здесь такжеза исходное состояние было взято ρ (p) для модели PEM-C (ρВЯЗ (p); «ВЯЗ» —вещество ядра Земли). Кроме того, согласно космохимическим данным «в ядре»планет земной группы может содержаться FeS, а также не исключено, что ядраВенеры и Меркурия состоят из чистого железа. Поэтому уравнения состояния,показанные на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
