В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Ковача. Лунная поверхность выстлана слабосвязанным раздробленным обломочным материалом, названным лунным реголитом. Мощность реголитовогопокрова колеблется в пределах 4–12 м. Скорости сейсмических волн в реголитеравны vP ≈ 100 м/с, vS ≈ 60 м/с. Мощность второго слоя широко варьирует отдесятков до сотни метров, vP ≈ 250–300 м/с.
Вещество этого слоя, вероятно,состоит из выбросов при образовании больших кратеров. В месте посадки A-17этот слой имеет мощность ∼ 30 м и vP ∼ 300 м/с. Далее следуют слои со скоростями vP ∼ 500 и 960 м/с и мощностями 400 м и 1 км соответственно. Эти слои329состоят из трещиноватого базальтового материала с низкоскоростными включениями.
Затем vP скачком возрастает до значений 3–4 км/с, что по предположениюсоответствует переходу к габбро-анортозитовому составу.Поверхностные слои Луны в широком смысле состоят из базальтов. В лунныхбазальтах, так же как и в земных, преобладают пироксены, плагиоклазы, оливин и ильменит (FeTiO3 ), который придает лунным морским базальтам темнуюокраску. Химические формулы и физические параметры оливинов, пироксенови плагиоклазов приведены в табл. 2. Лунные плагиоклазы состоят в основном изтвердого раствора альбита NaAlSi3 O8 (Ab) и анортита CaAl2 Si2 O8 (An).
Содержание анортита в лунных плагиоклазах ∼ An60 –An100 , в среднем An90 . Анортозит —светлая порода, слагающая лунные материки, — состоит в основном из близкогок анортиту плагиоклаза с небольшой примесью оливина и пироксена. Анортозиты, слагающие материки, значительно отличаются от лунных базальтов, покрывающих морские районы. Плотность анортозитов (∼ 2.9 г/см3 ) заметно меньше,чем плотность морских базальтов (∼ 3.3 г/см3 ).
Горная порода, образовавшаясяиз базальтовой магмы, застывшей в приповерхностных слоях, называется габбро. Она имеет состав, сходный с базальтом, но более грубозерниста. Выше былоуказано, что поверхностный слой с vP ∼ 4 км/с имеет габбро-анортозитовыйсостав, т.е. состоит из породы, представляющей собой как бы смесь габброи анортозита. Подробнее о лунных породах будет сказано в следующем параграфе, а сейчас продолжим описание сейсмической модели Луны.На рис. 97 показан скоростной разрез лунной коры и верхов ее мантии в районе формации Фра-Мауро в Океане Бурь, в местах расположения сейсмическихстанций А-12 и А-14.
Этот разрез получен методом космического ГСЗ группойсейсмологов во главе с Токсоцем. Разрез характеризуется следующими деталями: 1) быстрое нарастание скорости vP от 0.1 км/с на поверхности до ∼ 6 км/сна глубине ∼ 20 км. Наиболее вероятная причина такого изменения vP — закрытие трещин и разломов под влиянием давления вышележащих слоев и ростатемпературы в глубь Луны; 2) на глубине 20 км имеется небольшой, но четковыраженный скачок скорости (граница раздела в лунной коре). Природа этойграницы недостаточно ясна и может быть связана как с переходом от трещиноватых пород к сплошным и скальным породам, так и с некоторым изменениемхимического состава; 3) примерно постоянное значение vP ∼ 7 км/с в интервалеглубин от 20 до 60 км; 4) скачкообразное возрастание скорости у основаниялунной коры (глубины 55–60 км); 5) в подкоровой области (лунной мантии)получены разные значения скоростей, например 7.7 и 9 км/с.Средняя скорость P-волн в верхней мантии Луны (до глубин ∼ 400–500 км,иногда границу помещают на глубине 480 км) менее 8 км/с.
Это указывает нато, что значение 9 км/с может быть локальной особенностью района Фра-Мауро330Скорость, км/с46Давление, кбар10S8P20040020Луна3040Земля600Глубина, км028001000Рис. 98. Распределение скоростей P- и S-волн в мантии Луны, полученное на основеобработки всей совокупности данныхПрерывистыми линиями показаны усредненные профили скоростей в Земле при тех же значениях давлений. В Земле 1 кбар соответствует примерно 3 км глубиныи мощность этого аномального слоя не может быть большой.
Исследования показали, что раздел в коре на глубине 20 км существует и в районах другихсейсмических станций, в частности в материковой зоне — месте посадки А-16.Полная толщина коры там равна 75 км, что видимо, объясняется заметной изостатической компенсацией материкового поднятия.На рис. 98 показан скоростной разрез Луны, построенный группой сейсмологов из Массачусетского технологического института во главе с Токсоцем.При его построении использовались также данные, полученные специалистамииз Техасского университета, работавшими под руководством Г. Латема. Данные приведены для глубин, меньших 1100 км, так как для больших глубин ониненадежны. Рис.
98 интерпретируется следующим образом. Мощность корыпринята равной 60 км для всей Луны чисто условно по единственным сравнительно детальным данным для района Фра-Мауро. Можно утверждать, чтомощная кора является глобальной особенностью Луны. На это, в частности,указывает большая величина теплового потока из недр Луны при относительно умеренных температурах ее наружных слоев. Следовательно, радиоактивныеисточники должны быть вынесены к поверхности, что требует глобальной дифференциации лунных недр. Установлено, что центр масс Луны примерно на2 км ближе к Земле, чем центр геометрической фигуры нашего естественногоспутника.
Столь большое смещение центра масс можно объяснить значительно331большей мощностью лунной коры на невидимой стороне Луны. Мощность коры там достигает 100 км и, возможно, даже превосходит это значение. Видимо,на континентах лунная кора может иметь однослойное строение: анортозитовоевверху и ближе к габбро внизу. Итак, исследователи полагают, что лунная кораможет заметно меняться в горизонтальном направлении, иными словами, корагоризонтально-неоднородная.Под корой расположена верхняя мантия Луны толщиной примерно 400 км.Сравнение скоростей в верхней и средней мантии Луны со скоростями в оливинах и пироксенах с различными отношениями Mg/(Mg + Fe) показано нарис.
99. Главной особенностью распределения скоростей в верхней мантии Луны является их слабое убывание с глубиной. Скорости S-волн определены болееуверенно, и для них ∂ vS /∂ R ∼ 6 ⋅ 10−4 с−1 . Наличие обширной зоны пониженных скоростей в мантии Луны было предсказано еще до проведения прямыхсейсмических экспериментов (В.Н. Жарков, В.Ш. Берикашвили, 1965 г.). Какизвестно, с ростом давления скорости сейсмических волн возрастают, а росттемпературы приводит к обратному эффекту. Темп нарастания давления в планете пропорционален ускорению силы тяжести, которое в Луне в шесть разменьше, чем в Земле.
Поэтому температурные эффекты в недрах Луны преобладают над эффектами давления. Вопрос о минералогическом составе верхнеймантии сложен. Вероятный состав — пироксен-оливиновый. Тогда по приведенной выше оценке ∂ vS /∂ R получается ∂ vS /∂ T ∼ −3.2 ⋅ 10−4 км/(с ⋅ K), что даетдля среднего градиента температуры∂ vS6 ⋅ 10−4∂T∼ ∂R ∼∼ −2 град/км.∂ vS∂R−3.2 ⋅ 10−4∂TЭта оценка согласуется с температурными распределениями в верхней мантии Луны (см. рис.
105 на с. 350). Недра верхней мантии Луны заметно дифференцированы. Поэтому уменьшение скоростей может быть обусловлено кактемпературным эффектом, так и изменением состава — химического и минералогического. Оценку градиента температуры, полученную выше, можно рассматривать как указание на слабую зависимость vP (l) и vS (l) от химическогои минералогического состава верхней мантии. Для разрешения этого вопроса необходимы дополнительные исследования. На рис. 99 по S-волнам хорошо выделяется переходная зона от верхней мантии к средней на глубинах∼ 400–480 км. В средней мантии на глубинах 500–1000 км скорости остаются примерно постоянными. Усредненное скоростное распределение в мантиидается следующими значениями:332vS, км/сОливинПироксенMgMg+Fe4.885800200400600800ОливинПироксен8.285 80vS, км/с754.4757.87.40200400600Глубина, км800Рис.
99. Профили скоростей P- и S-волн в недрах Луны (жирные линии) и экстраполированных к тем же условиям скоростей для оливинов и пироксенов с различнымсодержанием железаВертикальные отрезки указывают точность определения скоростей. Видно, что скоростиS-волн в оливинах и пироксенах близки друг к другу и что скорости S-волн в недрах Луныопределены намного надежнее, чем скорости P-волнверхняя мантияvP = 7.7 ± 0.15 км/с,vS = 4.45 ± 0.05 км/с,средняя мантияvP = 7.6 ± 0.6 км/с,vS = 4.2 ± 0.1 км/с.Мы видим, что данные для S-волн уверенно обнаруживают падение скоростей при переходе из верхней мантии в среднюю.
Вероятнее всего, это обусловлено изменением химического состава. Имеются основания ожидать, чтолунная кора представляет собой базальтовую выплавку из примитивной верхней (а может быть, еще и средней?) мантии Луны. Силикаты коры обедненыжелезом (см. табл. 30 на с. 338) по сравнению с примитивным недифференцированным составом Луны. Далее, как видно из рис. 99, замещение в силикатахионов магния ионами железа вызывает уменьшение скоростей vP и vS .
Следовательно, естественное объяснение пониженных значений скоростей в средней33390°З60°Зхняя мантияВерМорскойбазальт30°ЗКораПониженныескоростиСлойвысокихскоростей??Землям1260 к1740км100 км30°В60 км60°В90°ВРис. 100. Схематическое изображение экваториального сечения лунных недрКора затенена точками. Переходная зона из верхней в среднюю мантию заштрихована.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
