В.Н. Жарков - Внутреннее строение Земли и планет (1119250), страница 76
Текст из файла (страница 76)
По-видимому, в этуэпоху Луна приняла и зафиксировала свою фигуру. Тогда же наружные слоиЛуны приобрели прочность, достаточную как для сохранения ее неравновеснойфигуры, так и для поддержания масконов. Заполнение базальтовой лавой круговых морей вслед за образованием лунной литосферы привело к окончательномуобразованию масконов.Масконы представляют собой такое же неравновесное образование на Луне,как и ее фигура, только другого пространственного масштаба.
Наличие масконовприводит к отклонению недр Луны от гидростатических условий и порождаеткасательные (сдвиговые) напряжения порядка 50–100 бар в наружном слое Лунымощностью в несколько сотен километров.Существует несколько различных гипотез, объясняющих образование масконов путем перетекания вещества в теле Луны. Гипотезы, связанные с локальнымпереносом массы, требуют, чтобы в окрестности маскона существовал дефицитмассы и, следовательно, отрицательные гравитационные аномалии. В настоящее время намечается окаймление некоторых масконов кольцом отрицательныханомалий. Этот вопрос находится в стадии исследования.345Открытие лунных масконов представляет пример важного, неожиданного открытия в космосе. Данные о гравитационном поле Луны смогут быть улучшеныпосле траекторных измерений поля для обратной стороны нашего естественногоспутника. До получения таких данных трудно ожидать существенного прогресса в этом вопросе.
В геофизике и геологии в связи с расширением океанического дна — рождением литосферы в рифтовых зонах срединно-океаническиххребтов — обсуждается идея, что и сама Земля, возможно, испытывает систематическое расширение, причем называют даже причину эффекта — медленноеубывание со временем гравитационной постоянной G. Естественно, что убывание G должно приводить к расширению и других гравитирующих планетныхобъектов.
Так как Луна является тектонически пассивным телом на протяжении более чем 3 ⋅ 109 лет, то она представляет собой идеальную природнуюлабораторию для изучения этого вопроса. Исследование датированных лунныхструктур показало, что за последние 4 ⋅ 109 лет с точностью до ±1 км радиус Луны оставался постоянным. Это отсутствие изменений исключает существенноеувеличение радиуса Земли и ограничивает скорость изменения гравитационнойпостоянной величиной — δ G/G год−1 ⩽ 5 ⋅ 10−11 год−1 .11.4.Магнетизм ЛуныМагнетизм Луны изучали как советские, так и американские исследователикосмоса.
Магнетизм Луны необычен. Действительно, у Луны не обнаруженособственного дипольного магнитного момента заметной величины. По оценкамвеличина магнитного диполя Луны MЛ < 1019 Гс⋅см3 . Это в 107 раз меньше, чеммагнитный момент Земли, и в 3000 раз меньше магнитного момента Марса. Еслитакой диполь поместить в центре Луны, то магнитное поле на ее поверхностибудет составлять доли гамм.То, что Луна не обладает заметным дипольным полем, было известно доначала экспедиций «Аполлонов». Поэтому открытие магнетизма Луны явилосьбольшой неожиданностью. Оказалось, что лунное магнитное поле крайне нерегулярно как по направлению, так и по величине. Так, в месте посадки А-15(район Апеннин и Борозды Хэдли у юго-восточного края Моря Дождей) величина магнитного поля составляет 6 гамм, в Океане Бурь (А-12) поле составляет40 гамм, а на насыпной формации Фра-Мауро (А-14), образовавшейся в ОкеанеБурь выбросом материала при ударном образовании Моря Дождей, ∼ 100 гамм;наконец, в континентальной области (район кратера Декарт, 9∘ S, 15.5∘ E) поле напротяжении нескольких километров менялось на сотни гамм, достигая величины 300 гамм.
Исследования, проведенные аппаратами «Аполлон» с окололунныхорбит, показали, что кора континентов намагничена сильнее, чем кора лунных346морей. Поле на обратной стороне Луны также сильно переменно и характеризуется локальными минимумами в местах расположения кратеров. Исследованиеобразцов лунного грунта в лабораториях позволило установить, что основныминосителями магнетизма являются мелкораздробленные частички железа, содержащиеся как в скальных лунных базальтовых породах (∼ 0.05%), так и в лунном реголите (∼ 0.5%). Видимо, большую роль в образовании «турбулентной»структуры лунного магнетизма сыграла ударная обработка поверхности Лунына протяжении ее истории.
Изучение лунных образцов привело к заключению,что на протяжении от ∼ 4 ⋅ 109 лет до ∼ 3 ⋅ 109 лет назад лунные породы подвергались воздействию магнитного поля величиной в несколько тысяч гамм.Как указывают эти данные, не исключено, что Луна обладала собственным магнитным полем сразу же после своего образования ∼ 4.6 ⋅ 109 лет назад и до∼ 3.2 ⋅ 109 лет назад — момента, когда прекратилась активная вулканическаяжизнь Луны.Происхождение магнитного поля можно объяснить или первоначально горячей Луной с активно действующим механизмом гидромагнитного динамо,или же сравнительно холодной Луной (температура ниже 800∘ C, ниже точкиКюри для железа), «запомнившей» какое-то магнитное событие, имевшее место в прошлом. Большинство специалистов склоняется к мнению, что внешниемагнитные поля не могли явиться причиной лунного магнетизма.
Резюмируя,можно сказать, что происхождение древнего магнитного поля, которое намагнитило первичную лунную кору и лунные горные породы, является одним изважнейших нерешенных вопросов, стоящих перед исследователями Луны.При всех имеющихся неопределенностях сейчас предпочтение следует, видимо, отдать идее первоначально горячей Луны с активно действующим механизмом гидромагнитного динамо. Эта идея подкрепляет предположение о том,что Луна образовалась из рыхлых планете-зималей с горячими недрами, о чемуже говорилось в §11.2.11.5.Распределение электропроводности и температурыЛунные породы обладают низкой электропроводностью, характерной для диэлектриков.
Электропроводность диэлектриков сильно — по экспоненциальномузакону зависит от температуры. Поэтому, если определить электропроводностьлунных недр, сделать обоснованные предположения об их составе, измеритьв лаборатории при высоких температурах электропроводность образцов, моделирующих лунный состав, то тем самым мы получим возможность оцепить распределение температуры в недрах Луны, основываясь на данных наблюдений.347Электропроводность, Ом−1⋅м−1100400 800 1200 1600 км10−210−410−600.51.0Относительный радиус, R/R0Рис.
103. Пределы электропроводности в недрах Луны по Худу с сотр. (заштриховано)и Дэйлу с сотр. (ограничены прерывистыми линиями)В принципе определение электропроводности Луны проще, чем задача электромагнитного зондирования наружных слоев Земли. На Земле проводящий экрансоленых океанических вод и сильные неоднородности наружного слоя затрудняют задачу определения электропроводности земных недр. На Луне трудности обусловлены отсутствием «удобных» зондирующих источников (переменные электромагнитные поля в земной атмосфере) и неудобствами, связаннымис космическими исследованиями на других планетах.Электромагнитное зондирование Луны осуществляется путем регистрацииее реакции на переменное поле, переносимое солнечным ветром, или же полехвоста магнитосферы Земли, пересекаемое Луной при ее движении по орбите.Изложим результаты этих работ, следуя Худу и Сонетту (1982 г.).
Принцип,на котором основано определение электропроводности планеты, описан в §4.3.На рис. 103 показаны две полосы распределения электропроводности в Луне,полученные разными методами Худом, Хербертом и Сонеттом (1982 г.) (заштриховано) и Дейлом, Паркином и Дэйли (1976 г.) (ограничено прерывистымилиниями). Далее, при интерпретации предпочтение отдается данным Худа с сотрудниками, так как эти данные получены на основе усреднения семи записейсигнала продолжительностью более 30 ч каждая, в то время как полоса Дэйлас сотрудниками получена на основе использования одной записи протяженностью в 6 ч.В работе Худа с сотрудниками минимальная частота сигнала, для которойопределялся отклик Луны, составляла ∼ 10−5 Гц (∼ 105 с).
Как мы знаем из§4.3, чем длиннее период электромагнитного сигнала, тем до больших глубинможет быть прозондировано планетное тело. Из рис. 103 следует, что пределы для распределения электропроводности наиболее узки в интервале глубин348lg σ, Ом−1м−1−114001200800°CПироксены0.14% Al2O31.9% Al2O36.8% Al2O3ОливинMg/(Mg + Fe)=0.91−2−3−41000Кривыедля смесей6789 104/T, K−1Рис.
104. Зависимость коэффициентов электропроводности оливинов, алюминиевыхпироксенов и смесей этих минералов от температуры по лабораторным данным. Описание рисунка дано в тексте450–1350 км, а для поверхностной и центральной зон Луны они значительношире и таким образом значительно менее информативны.На рис. 104 представлены данные лабораторных исследований зависимостикоэффициента электропроводности с от температуры для оливина [Mg/(Mg +Fe) = 0.91] и пироксенов с содержанием Al2 O3 0.14%, 1.9% и 6.8% (по даннымДуба и Хейбиера с сотр.). Сплошными линиями показаны сглаженные экспериментальные данные, а продолжающие их прерывистые линии представляютлинейную экстраполяцию экспериментальных результатов в область высокихи низких температур.
Мы видим, что добавление Al2 O3 к пироксенам заметноповышает их электропроводность, а это существенно для интерпретации данных по лунным недрам, недифференцированные зоны которых могут содержатьзаметное количество Al2 O3 (см. §11.2). Штрихпунктиром на рис. 104 показаныкоэффициенты электропроводности для породы, содержащей ∼ 38% оливина,∼ 10% плагиоклаза, ∼ 45–50% пироксена и 2–7% Al2 O3 . Эти штрихпунктирныекривые используются для интерпретации данных по электропроводности лунных недр, показанных на рис. 103.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
