В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Зона повышенного затухания находится внутри окружности, изображенной прерывистой линией.Показаны только очаги глубокофокусных лунотрясений (черные кружки), квадратиками обозначены места установки сейсмометровмантии Луны за счет роста концентрации железа указывает на дифференциацию пироксен-оливиновой компоненты лунных недр (по содержанию железа)не только в верхней, но и в средней мантии Луны.С помощью рис. 99 легко оценить масштаб этого эффекта. По уменьшению скорости vP получаем уменьшение молекулярного отношения Mg/(Mg +Fe) на ∼ 3%, а по уменьшению скорости vS — на ∼ 10%.
Состав форстеритаMg2 SiO4 = 2MgO ⋅ SiO2 соответствует 57 вес. % MgO и 43 вес. % SiO2 (дляфаялита Fe2 SiO4 = 2Fe ⋅ SiO2 эти цифры соответственно равны 76 и 24 вес. %).Если считать, что в среднем молекулярное отношение Mg/(Mg + Fe) при переходе из верхней в среднюю мантию уменьшается примерно на 6%, то этомусоответствует уменьшение содержания MgO на ∼ 3.5 вес. % или увеличениесодержания FeO на ∼ 4.5 вес. %.Кора, верхняя мантия и средняя мантия Луны образуют жесткую литосферу Луны, которая выдерживает заметные напряжения из-за неравновесностиЛуны. Добротность QS лунной литосферы очень велика.
В результате сейсмических исследований получены оценки механической добротности для верхней(QS ∼ 5000) и средней Qs ∼ 1500) мантии. Столь большие значения QS объясняются тем, что лунные недра практически не содержат летучих веществ (H2 O,CO2 и др.), которые были потеряны, видимо, еще до образования Луны. Сле334довательно, вещество лунной литосферы «не загрязнено», и, кроме того, температуры внешних слоев Луны заметно ниже температуры плавления. Резкоеизменение QS от 5000 до 1500 при переходе из верхней мантии в среднюю можно также рассматривать как еще одно указание на то, что на глубинах 400–500 кмпроисходит изменение химического состава.Нижняя мантия Луны расположена глубже ∼ 1100 км.
Об этой зоне имеется заметно меньше информации. Она практически не пропускает поперечныеволны из очагов, которые расположены на обратной стороне Луны. Соответственно QS для этой зоны оценивается величинами порядка нескольких сотен.Отсутствие очагов лунотрясений и сильное поглощение дают основание назватьэту зону лунной астеносферой. Видимо, в лунной астеносфере температурыприближаются к температурам плавления (∼ 1500–1600∘ C) или же веществонаходится в состоянии частичного плавления. Техасская группа сейсмологоввыделяет в центре Луны маленькое ядро (радиусом 170–360 км), в то времякак массачусетские сейсмологи считают, что для такого заключения не имеется достаточных оснований.
Если такое ядро, предположительно из раствораFe–FeS, реально существует, оно может находиться в расплавленном или полурасплавленном состоянии в силу низких температур плавления системы Fe–FeS.Особенности внутреннего строения Луны изображены на рис. 100, на которомпоказано экваториальное сечение нашего естественного спутника.11.2.Лунные породы. Механизм образования корыи верхней мантииИнтерес к исследованию лунных пород определяется многими причинами.Здесь и желание получить информацию о первичном веществе Солнечной системы — пылевой составляющей газопылевого облака, из которого образовалисьпланеты, спутники и кометы, и желание наложить ограничение на сценарии образования Луны, Земли и планет.
Очень интересна проблема взаимоотношенийвещества Луны и метеоритов и Земли. Наконец, проблема становления раннейкоры на планетном теле — фундаментальный вопрос современной науки, в которой исследования лунных образцов играют определяющую роль. Это обусловлено тем, что Луна на протяжении последних ∼ 3 ⋅ 109 лет была тектоническипассивным телом и сохранила свою первозданную кору в отличие от тектонически активной Земли, не сохранившей первичной коры.
Относящиеся к этойтеме вопросы исключительно сложны, и им посвящена огромная литература1 .1 См.книгу: Космохимия Луны и планет. — М.: Наука, 1975. Эта проблема обсуждается наежегодных Лунных конференциях в Хьюстоне (США), труды которых представляют собой многотомные издания, содержащие много тысяч страниц текста. Ясное и достаточно подробное335Важная роль в исследовании горных пород принадлежит геохимическим методам.
Геохимия изучает распределение химических элементов в горных породах и историю перераспределения элементов. На основе геохимических данныхполучаются сведения о генезисе горных пород.По химическим свойствам все элементы можно разделить на следующиегруппы:литофильные элементы (греч. lithos — камень) встречаются в окислах и силикатах (Rb, K, Ва, Na, Sr, Са Mg, Cs, Li, Sc, Th, U, Zr, Mn, Be, Al, Ti, Cr и др.,редкие земли (английское сокращение REF — Rare Earth’s Elements));халькофильные элементы (греч.
kbalkos — медь) имеют тенденцию концентрироваться в сульфидах (Cu, Zn, Pb, Sn и Ag);сидерофильные элементы (греч. sideros — железо) концентрируются в железной фазе (Fe, Ni, As, Pt, Ir, Au, Re, Co, Ge, Pd, Os, Rh).Элементы также делят на летучие — Na, K, Pb, Bi, Ge, Tl, In, Hg, Zn, Cd, Cl,Br — с низкими температурами плавления и испарения и нелетучие, тугоплавкие — Ti, Al, Са, U, Th, Zr, Ва, REE.Выделяют также несовместные элементы — обычно это элементы с большими ионными радиусами (K, Rb, Cs, Sr, Ва, U, Th, REE, Р), которые остаютсяв расплаве при кристаллизации оливинов, пироксенов и ильменита (FeTiO3 ).Лунные породы, обогащенные этими элементами, называются KREEP-породами,например KREEP-базальт (по элементам K, REE, P; по-русски произноситсяКРИП). Оказалось, что лунные породы обеднены летучими и обогащены нелетучими элементами по сравнению с силикатами Земли и по сравнению с первичными обилиями элементов в наименее измененных метеоритах C1 (C1 —углистые хондриты первого типа).
Эта особенность лунных пород возникла ещена стадии аккумуляции планеты или на еще более ранних стадиях. То, что обеднение летучими элементами не происходило после образования Луны, следуетиз устойчивости отношений элементов с разной летучестью (например, K/Ва,K/Zr, K/U, Cs/U и др.) для материковых и морских пород, возрасты которыхразличаются на сотни миллионов лет. Лунные породы очень сильно обедненысидерофильными элементами, практически лишены следов воды и легколетучихсоединений углерода и серы. Эти существенные химические отличия лунныхпород от коровых и мантийных пород Земли являются весомым аргументомпротив гипотезы об отделении Луны от Земли, которую часто связывают с ротационной неустойчивостью молодой Земли при катастрофическом разделениипланеты на силикатную мантию и железное ядро.описание лунных пород дано в монографии «Очерки сравнительной планетологии» (М.: Наука,1981), написанной большим коллективом авторов во главе с К.П.
Флоренским под редакциейВ.Л. Барсукова.336С другой стороны, близкий изотопный состав кислорода в лунных и земныхпородах рассматривается как указание на то, что формирование Земли и Луныпроисходило в одной зоне протопланетного облака. Весомость этого факта определяется тем, что кислород является наиболее распространенным элементом какв земных, так и в лунных породах. В самом широком смысле Луна явилась какбы побочным продуктом при образовании Земли, а материал черпался из зоны питания растущей прото-Земли. Этот факт говорит против гипотезы захватаЛуны, когда трудности с объяснением различий химического состава обоих телснимались по существу формальным утверждением, что Луна пришла из зоныс другим, чем в земной зоне, обилием элементов.Подвергнутые ударной переработке и метаморфическим процессам поверхностные лунные породы представляют сложную проблему при попытке воссоздать историю их происхождения.
Примитивными лунными породами называются такие, химический состав которых не изменен материалом выбросов приударном образовании лунных морей и веществом тел, выпадавших на Луну в последующие эпохи (т.е. веществом метеоритного типа). Отсутствие в образцахNi, Со и благородных металлов (т.е. сидерофильных элементов) является важным указанием на то, что порода не получила эти элементы при кристаллизациииз расплава или при образовании из магмы, возникшей в результате частичного плавления, и не была загрязнена поздним («метеоритным») материалом, т.е.порода является примитивной.Лунные породы разделяются на материковые и морские. Морские базальты покрывают примерно 17% поверхности Луны, и их максимальная толщинапорядка 1 км.
Таким образом, лунная кора в основном сложена материалом пород материкового типа. Оба типа пород различаются по химическому составу.Морские базальты содержат больше железа (∼ 20 вес. % FeO), в то время каканортозиты материков почти не содержат железа, габбро-анортозиты материковсодержат ∼ 4–5 вес.
% FeO и, наконец, в неморских базальтах содержание FeO ∼9–10 вес. %. Средний состав материковых пород представлен в табл. 30. В §11.1отмечалось, что кора в основном состоит из габбро-анортозитов, в которых отношение плагиоклаз/пироксен, возможно, уменьшается с ростом глубины. Материковые породы содержат заметно больше Al2 O3 (> 15 вес. %) и меньше TiO2 , чемморские базальты (если исключить очень низкотитанистые морские базальты).Время образования пород лунных материков определено с помощью ураносвинцовых методов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
