В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Этот материал содержит анортозит (А), норит (N), габбро (G)и шнинель-троктолитовую (ST) составляющие. В настоящее время считается,341что плагиоклаз и низко-Са пироксен являются основными минералами луннойкоры, а высоко-Са пироксены и оливин играют меньшую роль. Как уже указывалось, отношение плагиоклаз/пироксен может убывать с глубиной. Сравнениесреднего состава коры материков с составом всей Луны и мантии Земли дано втабл. 30.
На материках встречаются также редкие породы — железистые неморские базальты, которые по предположению образовались в результате процессовчастичного плавления в недрах лунной коры.В настоящее время выделено много типов морских базальтов — около двадцати — от высокотитанистых до очень низкотитанистых.
Морские базальтывозникли в результате частичного плавления в верхней мантии Луны на глубинах ∼ 100–400 км. Эти исследования позволили предложить схему минералогической зональности верхней мантии Луны. В левой части рис. 102 указанынекоторые зоны и источники морских базальтов.Зеленые стекла представляют собой пирокластический материал, которыйбыл выброшен при вулканических извержениях. Они являются наиболее глубинными и примитивными изверженными породами.
Наконец, тонкая зона, обозначенная «Предвестник KREEP’а», представляет собой последнюю остаточнуюжидкость при кристаллизации «Океана магмы». Эта зона узка, ее мощность может быть меньше 2 км, а обогащение несовместными элементами превосходитв сотни раз обилия этих элементов в углистых хондритах типа C1. Считается, чторазличные лунные KREEP-породы возникли путем разбавления родительскогоKREEP-вещества материалом коры и мантии в процессе выхода лавы к поверхности или при процессах ударного метаморфизма и образовании лунныхбрекчий.11.3.Фигура и гравитационное полеГеометрическая фигура Луны близка к сфере с R = 1738 км, чему отвечаетсредняя плотность Луны ρ̄ = 3.344 ± 0.004 г/см3 . Из-за того, что лунные моряявляются в среднем понижениями относительно континентов и расположеныони в основном на видимом полушарии, профиль высот ближайшего к нам полушария в общем отрицателей по отношению к средней сфере, а профиль высотобратной стороны Луны соответственно положителен.
Мы уже отмечали, чтоцентр масс Луны смещен относительно геометрического центра к Земле примерно на 2 км. Гравитационное поле Луны в настоящее время детально исследованопо наблюдениям искусственных спутников Луны. В формуле для гравитационного потенциала (30) определены коэффициенты с n ⩽ 16.
Это позволяет рассмотреть вопрос об отклонении фигуры Луны от гидростатически-равновесной.342Разложение лунной топографии по сферическим функциям до n = 12 далодля среднего радиуса значение R = 1737.53 ± 0.03 км. Совместный анализ топографии и гравитационного поля показал, что лунные гравитационные аномалииимеют в основном близповерхностные источники. С этим связано медленноеубывание коэффициентов в разложении гравитационного потенциала с ростом n.Далее, анализ показывает, что изостатическая компенсация лунной топографии для структур всех масштабов является неполной.Если бы Луна была достаточно разогретой и пластичной, так чтобы ее фигура могла принять равновесную форму, то современной угловой скорости еевращения соответствовало бы значение экваториального радиуса a = R + Δa,Δa = 2.5 м, а полярный радиус b был бы несколько меньше среднего b = R + Δb,Δb = −10 м.
В поле Земли равновесная фигура Луны будет трехосной. Совместим начало координат с центром тяжести Луны, ось x расположим в экваториальной плоскости и направим к Земле, ось y выберем по направлению движенияЛуны по орбите, а ось z — вдоль оси вращения. Тогдаax = R + Δax ,Δay = −11 м,Δax = 39 м,az = R + Δaz ,ay = R + Δay ,Δaz = −28 м.Если теперь воспользоваться реальными значениями гравитационных моментов для Луны, определяющих ее внешнее гравитационное поле (30), то получим следующие величины для осей динамической фигуры Луны: ax = R + Δax ,Δax ≈ 510 м причем вклад в это значение гармоник с n > 2 равен примерно 20%,ay = R + Δay , Δay = 490 м, а вклад высших гармоник (n > 2) в два с лишним разабольше, чем вклад от гармоники с n = 2.
Полярная ось az меньше среднего радиуса на Δaz = −520 м, причем вклад в это значение гармоник с n > 2 составляет∼7%. Эти результаты приводят к важным выводам. В §2.5 было введено понятиео высотах геоида Земли, которые оказались ∼ 70 м и характеризовали уклонениединамической фигуры Земли от нормального эллипсоида вращения, а гравитационного поля Земли — от нормального поля. В случае Луны за нормальнуюфигуру можно выбрать сферу среднего радиуса R, о которой мы говорили выше,так как отклонение равновесной фигуры Луны от сферы мало и лежит в пределах нескольких десятков метров.
Динамическую фигуру Луны, определяемуюуровенной поверхностью ее внешнего гравитационного потенциала, можно назвать селеноидом, причем высоты селеноида, как мы только что видели, равныпримерно 500 м, что на порядок больше, чем высоты геоида. Следовательно, отклонение Луны от гидростатического равновесия на порядок больше, чем Земли.Напряжения в теле планеты пропорциональны произведению ускорения силытяжести на высоту геоида (или селеноида). Так как ускорение силы тяжестив Луне в шесть раз меньше, чем в Земле, то, несмотря на значительно большую343неравновесность Луны, напряжения в ней примерно такие же, как и в Земле.Наличие «размягченной» центральной области у Луны с радиусом 700 км приводит к некоторой концентрации касательных напряжений у подошвы луннойлитосферы, где они равны примерно 40 бар.Если бы фигура Луны была неравновесной, но описывалась сферическимифункциями второго порядка n = 2, то можно было бы сделать вывод о том,что в настоящее время мы наблюдаем «застывшую» древнюю равновеснуюфигуру Луны, которую она имела в начальный период своей истории, когда ееорбита была значительно ближе к Земле и соответственно ее угловая скоростьвращения была заметно большей.
(Луна из-за приливного трения должна былаприйти в состояние синхронного вращения вскоре после своего образованияв окрестности Земли.)Тот факт, что гармоники с n > 2 вносят существенный вклад в отклонениефигуры Луны от равновесной, и то, что эта неравновесность сохранялась последние 3.5 ⋅ 109 лет лунной истории, указывает на то, что наружные слои Луныдолжны были быть достаточно прочными, а следовательно, достаточно холодными, чтобы выдерживать все это время напряжения из-за неравновесностилунной фигуры. Кроме того, можно полагать, что заметный вклад в созданиеэтой неравновесности внесла бомбардировка поверхности Луны большими телами (4.0–3.8) ⋅ 109 лет назад, в эпоху образования лунных морей.В 1968 г. Мюллер и Сьегрен, изучая гравитационное поле Луны, обнаружиликрупные положительные аномалии и ввели понятие о масконах как источникахэтих аномалий.
Масконы обнаружены на видимой стороне Луны и около лимба(края Луны), причем наибольшие из них совмещены с главными круговымиморями (Море Дождей, Море Ясности, Море Кризисов, Море Восточное, МореНектара и Море Влажности). Существующие методы наблюдения не позволяютвыявить масконы обратной стороны Луны. Однако тот факт, что на обратнойстороне отсутствуют большие круговые моря, позволяет предположить, что тамнет и крупных масконов.На Земле положительные гравитационные аномалии встречаются над континентами и горными областями, а отрицательные — над глубоководными океаническими желобами.Особенность лунных масконов в том и заключается, что они связаны с понижениями лунной поверхности.
Исследование показывает, что аномальные массы, дающие масконы, расположены в наружных слоях Луны и хорошо описываются дискообразными моделями. Наиболее крупным масконам отвечаютаномальные массы примерно в 20 ⋅ 10−6 массы Луны, что составляет ∼ 1021 г.Если отнести аномальные массы к уровню поверхности Луны, то для круговых морей величина избыточной массы на единицу площади приблизительно344одинакова и равна 800–900 кг/см2 . Такая величина была бы эквивалентна дополнительному слою базальта толщиной 3 км при плотности 3.0 г/см3 . Еслимаскон образован расположенным у поверхности лунным морским базальтом(ρ ∼ 3.3 г/см3 ) в апортозитовой коре (ρ ∼ 2.9 г/см3 ), так что контраст плотностиΔρ ∼ 0.4 г/см3 , то толщина базальтового слоя должна быть равна ∼ 20 км.
Местарасположения масконов являются топографическими понижениями и связаныс геологически древними образованиями. Поскольку круговые моря генетическисвязаны с падениями на поверхность Луны крупных тел, то эти события сыграливажную роль в образовании масконов. Падение этих тел и заполнение круговыхморей разделены заметным интервалом времени.
Возможность того, что масконы образованы самими упавшими телами, в настоящее время представляетсямалоправдоподобной. Поэтому возникновение масконов связано с перетеканиемвещества в теле Луны и, по-видимому, требует следующей цепи событий, внезависимости от конкретного механизма образования масконов.На раннем этапе своего развития Луна выделила свою кору с плотностьюменьшей, чем плотность подстилающей ее мантии. По-видимому, в эту эпохунаружные слои Луны были достаточно разогреты, обладали высокой пластичностью и находились в состоянии, близком к гидростатическому равновесию.Удары крупных тел о поверхность Луны привели к образованию на месте будущих круговых морей больших кратеров, которые затем стали тем или инымспособом изостатически выравниваться. Вслед за этим Луна вступила в сравнительно спокойный период, в течение которого происходило формированиеее литосферы в результате охлаждения наружных слоев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
