Геологи изучают планеты

Пустынные континенты и безводные океаны

На любой географической карте Мира видно, что земной шар четко разделяется на континенты, возвышающиеся в виде гигантских островов, и океанические впадины. Геологические исследования давно уже показали, что в строении континентов и океанических впадин имеются принципиальные различия.

Кора континентов (средняя мощность 35 км, максимальная под горами 70-75 км) имеет слоистое строение. Под чехлом осадочных пород залегает гранитный слой коры. Во многих местах, в пределах древних щитов и выступов, он вскрывается непосредственно на земной поверхности. На территории СССР это Карелия и Кольский полуостров, Украина, районы Анабара, Енисейского кряжа и Патомского нагорья. В составе этого слоя преобладают магматические породы, в том числе граниты, гнейсы, кристаллические сланцы, железистые кварциты, мраморы.

Океаническая кора мощностью всего 5-10 км состоит преимущественно из базальтов, на которых непосредственно залегают осадочные породы океанического ложа. На границах океанических впадин и континентов выделяются области с корой переходного типа: от континентов к океанам мощность коры сокращается и постепенно исчезает гранитный слой.

Различия в составе и соответственно в плотностях кор разного типа привели к тому, что сравнительно "легкие" континенты возвышаются над уровнем океана, тогда как области с "тяжелой" корой океанического типа представляют собой впадины, заполненные водой.

Попытаемся представить, что же делается на других небесных телах, каковы "инопланетные" аналоги земных континентов и океанических впадин. Конечно, аналогия является неполной, так как обширные впадины безводны, а континенты больше всего напоминают пустынные области Земли.

Многие исследователи дали весьма подробные, красочные и увлекательные описания лунной поверхности. Поэтому здесь отмечены лишь основные особенности рельефа Луны, необходимые для понимания ее "геологического" строения. При наблюдениях Луны в телескоп и при просмотре лунных фотографий сразу же бросается в глаза своеобразие рельефа, выразившееся в широком распространении возвышенностей со светлой окраской, контрастирующих с равнинными пространствами более темного тона. Первые наблюдатели Луны считали, что темные равнины являются настоящими морями, заполненными водой. И хотя давно уже доказано, что воды в них никогда не было, этот термин, предложенный Риччиоли, прочно вошел в селенологическую литературу. Заметим, кстати, что с геологической точки зрения этот термин вполне оправдан, так как предполагается общность происхождения лунных морей и океанических впадин Земли.

В настоящее время рельеф Луны сравнительно хорошо изучен. Максимальные амплитуды рельефа на Луне не превышают 12-13 км. Наиболее высокие вершины расположены в районе гор Лейбница вблизи южного полюса Луны. Их превышения составляют более 8 км.

Значительные площади относительно светлой окраски, с неровной поверхностью и с многочисленными кольцевыми горами получили название континентов, или материков. В их пределах выделяются нагорья — обширные возвышенности с бугристым рельефом и с небольшим числом кратеров. Часто гребни и разделяющие их борозды приобретают линейную ориентировку, образуя горную систему или горный пояс.

Ведущая роль в строении лунных континентов принадлежит анортозитам, а также другим породам основного состава. Обнаружение анортозитов в пробах лунного вещества привлекает внимание к проблеме формирования этих пород в земных условиях. Что же такое анортозит? Ведь до последнего времени эта светлая порода, состоящая в основном из плагиоклаза с небольшой примесью темноцветных минералов, интересовала лишь немногих специалистов в области петрографии.

На Земле анортозиты слагают крупные интрузии Балтийского, Украинского, Канадского, Алданского и других щитов и являются древними магматическими образованиями. Формирование их происходило на небольшой глубине. Иногда анортозиты залегают в виде пластообразных тел среди расслоенных интрузий основного состава. Эти тела возникли в результате дифференциации магматических расплавов.

Основные тектонические элементы Земли, Марса, Меркурия и Луны. 1 — древние щиты континентов; 2 — континентальные плиты; 3 — складчатые пояса Земли; 4 — микроконтиненты; 5 — талассоиды; 6 -главнейшие рифты; 7 — глубоководные океанические впадины; 8 — прибрежные части океана (на Земле — шельф); 9 — Кордильеры; 10 — переходные зоны между континентами и океанами

Как же возникли крупные древние массивы анортозитов на щитах?

По этому поводу давно существовала гипотеза, основанная на наблюдениях геологов, которые обратили внимание, что анортозиты приурочены к контакту древнейших осадочных пород с подстилающим их базальтовым слоем коры. Были высказаны предположения, что анортозиты являются результатом ассимиляции магмой основного состава древних осадочных пород.

Но вот в земные лаборатории поступили пробы лунного вещества. И полной неожиданностью для ученых явилось открытие, что анортозиты широко развиты на поверхности Луны. Они были обнаружены в пробах реголита, а также в виде отдельных камней светлой окраски. В реголите континентальной области, доставленном станцией "Луна-20", содержится около 50-60% анортозита.

Предположение, что анортозиты — основная составная часть лунных континентов хорошо согласуется с имеющимися данными об отражающих способностях континентальных участков и о меньшей плотности коры в их пределах. Они резко отличаются от лунных базальтов и не имеют с ними переходных разностей. В лунных условиях анортозиты, несомненно, выделились из магмы основного состава. Они образовались в наиболее раннюю стадию формирования лунной коры.

Важные черты сходства лунных и земных континентов установлены путем сопоставления данных о гравитационных полях и мощности коры. На Земле мощность коры континентов составляет 25-50 км. Интерпретация гравиметрических данных, выполненная Дж. О'Кифом для центральной части видимого полушария Луны, показала, что мощность коры здесь можно оценить величиной 40-60 км, и даже 100-150 км на ее обратной стороне. Конечно, в оценках мощности лунной коры могут быть существенные неточности, но уже сейчас несомненно, что континентам Луны, так же как и на Земле, свойственны значительные отрицательные аномалии силы тяжести — "масмины", как их назвал П. Н. Кропоткин.

Лунные моря имеют в поперечнике от 400 до 1200 км. Наиболее обширная равнинная область Луны, видимая даже невооруженным глазом, получила название Океана Бурь. В особую группу выделяются сравнительно небольшие по размерам круговые моря округлых или овальных очертаний в плане, обычно обрамленные береговыми хребтами, или Кордильерами.

Поверхность Океана Бурь и лунных морей неровная. Наряду с кратерами в их пределах прослеживаются трещины, борозды и своеобразные формы рельефа, к числу которых принадлежат купола, извилистые уступы. Обычно купола располагаются группами. Они представляют собой поднятия преимущественно округлой формы в плане диаметром в несколько километров, высотой до 0,5 км. Пологие склоны куполов не превышают 5°.

Во многих местах граница морских и континентальных областей крайне неровная, с многочисленными "заливами", что позволило исследователям высказывать предположения о заполнении лунных морей лавовым материалом, близким по составу к земным базальтам.

В краевых зонах лунных морей поверхность базальтов сравнительно ровная. Однако их мощность невелика, так как из-под них во многих местах выступают останцы более древних пород в виде отдельных, часто довольно крупных "островов". Структура их аналогична строению смежных континентальных областей. Анализируя строение таких "островов" в южной части Океана Бурь, можно проследить отдельные крупные структуры континента под покровом базальтов.

Внутренние части морей со сравнительно ровной поверхностью базальтов отличаются практически полным отсутствием каких-либо реликтов континентальных структур. В связи с этим можно предполагать, что мощность базальтов в их пределах возрастает до первых километров.

Впадины лунных морей и Океана Бурь пересечены валообразными поднятиями. Валы прослеживаются в виде пологих, но очень протяженных гряд на поверхности морей. Они имеют небольшую высоту (обычно в десятки и первые сотни метров) и очень пологие склоны. Связь их со структурами континентального обрамления прослеживается неотчетливо, хотя местами видно, что такие поднятия являются как бы непосредственным продолжением отдельных выступов или "мысов", вдающихся в пределы морских впадин.

Если сопоставить океанические впадины Земли и лунные моря, то между этими главнейшими тектоническими элементами будут обнаружены еще более разительные черты сходства. Ведь, по существу, и те, и другие являются крупнейшими депрессиями по отношению к среднему уровню поверхности. На Земле дно океанических впадин лежит на глубине 2-4 км. Поверхность лунных морей опущена на такую же глубину по отношению к условной поверхности, соответствующей среднему радиусу Луны. Ложе земных и лунных океанов на огромных пространствах заполнено базальтами.

Тектоническое строение Тихого океана (вверху) и Океана Бурь на Луне с выделением однотипных тектонических структур. 1 — континентальный (материковый) тип коры; 2 — переходный (субконтинентальный и субокеанический) тип коры; 3 — океанический тип коры; 4 — зоны внутренних валообразных и блоково-глыбовых поднятий; 5 — Кордильеры; 6 — рифтовая зона Восточно-Тихоокеанского подвижного пояса; 7 — разломы

Предположения о тектоническом сходстве лунных и земных океанических и морских впадин подтверждаются гравиметрическими данными, согласно которым лунным морям соответствуют крупные положительные аномалии силы тяжести — масконы. Так же, как и под земными океаническими впадинами, кора здесь более тонкая и сложена преимущественно базальтами.

Особое место в строении внешней оболочки Земли и ее спутника занимают переходные зоны между континентальными и океаническими областями. На Земле к этим зонам принадлежат островные дуги, глубоководные желоба и окраинные моря. Кора в таких зонах имеет промежуточные строение и мощность по сравнению с океаническими впадинами и континентами. На Луне к ним можно отнести так называемые талассоиды — крупные впадины в пределах континентов или по периферии морей, краевые участки морских впадин с многочисленными реликтами горного рельефа, имеющего континентальное строение, а также Кордильеры.

Кордильеры представляют собой краевые поднятия, располагающиеся обычно вдоль границ континентальных областей и морских впадин. В большинстве случаев Кордильеры протягиваются не вдоль всей границы впадины, а охватывают ее в виде дуги. Сопряжение Кордильер с морскими впадинами происходит обычно по крупным прямолинейным или дуговым разломам с амплитудами вертикального перемещения в первые километры. Они выражены в виде крупных уступов.

Гравитационное поле в переходных зонах Луны имеет дифференцированный характер, что свидетельствует о неоднородном строении коры.

Марс по своей структуре четко разделяется на два полушария. Северное полушарие представляет собой гигантскую впадину океанического типа, названную Великой Северной равниной. Южное полушарие — это континентальная область с многочисленными кратерами и неоднородная по строению. Здесь выделяются участки с возвышенным рельефом, местами высотой до 5 км над средним уровнем Марса. Это своего рода ядра континентальной области. О составе пород, слагающих континентальные области Марса, можно судить только предположительно на основании сравнения с ранними этапами формирования коры Луны и Земли. Наиболее вероятен габбро-анортозитовый состав первоначальной континентальной коры Марса. Мощность коры в пределах континентального полушария в среднем составляет около 43 км.

Океаническое северное полушарие отличается более равнинным рельефом с относительно малым числом кратеров. В приполярной области по периферии ледникового щита развиты покровы осадочных пород, мощность которых достигает многих сотен метров. На остальной территории Великой Северной равнины прямо на поверхности или под небольшим чехлом песка, нанесенного ветром, залегают покровы базальтов. Местами на детальных снимках четко видны извилистые уступы высотой в несколько десятков метров, удивительно напоминающие фронтальные уступы лавовых потоков на снимках Луны и земной поверхности. Мощность коры в пределах океанического полушария значительно ниже, чем в пределах континентального юга планеты, составляя всего 10-20 км.

Особое положение в структуре Марса занимают округлые депрессии Эллада, Аргир, Хрис, Исида. По форме и размерам они очень напоминают круговые лунные моря. Сходство дополняется тем, что они также окружены кордильерами. Рельеф этих впадин выровненный. Они, подобно Великой Северной равнине, выполнены базальтами. По гравиметрическим данным, в пределах этих впадин мощность коры минимальная и составляет 8 км во впадине Эллада. Происхождение таких впадин остается во многом дискуссионным. Возможно, их формирование было связано со взрывом гигантского метеорита астероидных размеров. В этом случае Кордильеры следует рассматривать как реликты вала, окружающего кратер. Однако это было только началом сложного процесса. Под днищем кратера образовалась ослабленная и частично раздробленная кора с повышенной проницаемостью, а выброс больших количеств материала привел к компенсационной неуравновешенности. В результате осуществился подъем кровли мантии с выплавлением базальтовой магмы и ее проникновением к поверхности в пределах депрессии. Вал кратера под действием тектонических движений вследствие подъема мантии и базальтов оказался разбитым на сложную систему блоков и приобрел облик современных Кордильер.

Приэкваториальная область Марса является своеобразной переходной зоной между континентальным и океаническим полушариями. Здесь выделяются два гигантских поднятия Фарсида и Элизий. Они имеют форму пологих куполовидных вздутий. Поднятие Фарсида в центральной части воздымается почти на 10 км над средней поверхностью Марса. В этом же поясе находится рифтовая система Маринер и так называемые хаосы и лабиринты с высокой раздробленностью коры. Для области сочленения континентального и океанического полушарий характерна повышенная тектоническая активность. Как тут не вспомнить о Тихоокеанском тектоническом поясе — глобальном разделе между двумя сегментами земной литосферы. Мощность коры в пределах поднятия Фарсида достигает, по имеющимся геофизическим данным, примерно 77 км.

Структура поверхности Меркурия изучена пока недостаточно. Известно лишь, что большие пространства имеют континентальное строение, резко отличные от единственной крупной впадины Калорис. В пределах континентальной части наиболее древними участками являются межкратерные равнины, испещренные мелкими кратерами.

Аналогом лунных морей на Меркурии является впадина Калорис. Подобно Тихоокеанской впадине Земли и обширной депрессии Океана Бурь на Луне, впадина Калорис на Меркурии представляет собой депрессию планетарного порядка. Диаметр впадины Калорис 1300 км. Она имеет концентрическое строение.

В целом морские равнины Меркурия по характеру поверхности сильно отличаются от континентальной части. Поверхность их преимущественно гладкая, хотя местами во впадине Калорис резко выделяются трещины, уступы и гребни. Равнины Меркурия имеют несколько более красноватую окраску по сравнению с окружающими горами. Они сложены породами предположительно вулканического происхождения, аналогично морским впадинам Луны, выполненным базальтовыми лавами.

Впадина Калорис обрамлена валом, состоящим из сглаженных горных массивов высотой 1-2 км, разделенных пологими депрессиями. По периферии вала развиты холмистые равнины с округлыми изолированными холмами поперечником 1-3 км высотой 0,1-0,2 км. В 600-800 км от впадины Калорис намечается пологий внешний вал, образованный небольшими холмами поперечником в 1-2 км при высоте в десятки метров.

Сведения о структуре поверхности Венеры, основанные на радиолокационном зондировании, пока еще не очень надежны, чтобы уверенно судить о возможности выделения аналогов земных континентов и океанических впадин. Первоначально по радиолокационным наблюдениям с помощью наземных средств были установлены обширные образования округлой формы, которые сопоставлялись с лунными круговыми морями. В дальнейшем при радиолокационном обзоре со спутников Венеры оказалось, что рельеф этой планеты более сложен.

И все-таки в строении планет земной группы проявляется закономерность фундаментального порядка: обособляются континентальные поднятия и депрессии, выполненные базальтами. Под континентами кора более мощная и относительно менее плотная по сравнению с корой океанического типа. Эта закономерность должна учитываться при глобальных тектонических построениях, хотя сам механизм формирования океанической коры может быть существенно различным у разных планет. В земных условиях образование океанической коры объясняется с разных позиций. Одни исследователи, например В. В. Белоусов, связывают образование океанических впадин с базификацией или океанизацией коры в результате рассредоточенного подъема глубинного материала. Вероятно, аналогичный процесс проявлен особенно широко на других планетных телах. Другие — сторонники "новой глобальной тектоники" связывают формирование океанической коры с раздвижением литосферных плит, сопровождаемым подъемом глубинного материала вдоль таких расколов (по рифтовым трещинам срединно-океанических хребтов). Данные сравнительной планетологии и геотектоники позволяют высказать предположение, что в земных условиях могут реализовываться оба процесса становления коры океанического типа.