КОСМИЧЕСКАЯ И ПЛАНЕТНАЯ ГЕОЛОГИЯ ВЛАДИМИРА ВИКТОРОВИЧА КОЗЛОВА – АЭРОГЕОЛОГА И ПУТЕШЕСТВЕННИКА

Часть 8

Семинары по космической и планетной геологии инструктора-методисты Учебно-методического центра «Готовность» готовили для юных разведчиков-первопроходцев Экспедиционного корпуса «Зурбаган» в основном по книгам Владимира Викторовича Козлова.

КОЗЛОВ ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ (1931 — 2022) — доктор геолого-минералогических наук, лауреат Государственной премии СССР, действительный член Российской академии космонавтики и почетный член Российского геологического общества, многие годы работал начальником партии и главным геологом объединения «Аэрогеология» — ведущей геологической организации по региональному изучению геологического строения территории страны на основе аэрокосмических методов.

Владимир Викторович свой экспедиционный опыт, результаты геологических исследований и рекомендации изложил в своих книгах: «С геологическим молотком» (2009), «С туристским рюкзаком» (2010), «С поэмами Гомера» (2010), «С геологией в космосе» (2012), «С минералами и феноменами» (2012), «С рудами и самоцветами» (2017), «С геологией в Библию» (2020), которые, безусловно, будут полезными для геологов нового поколения.

ВЛАДИМИР КОЗЛОВ:

СЕЛЕНОХРОНОЛОГИЯ

Научное направление, изучающее возраст Луны и время основных этапов ее эволюции. Многие считают, что глобальная дифференциация спутника произошла около 4,6 млрд лет назад одновременно с Землей. Согласно другой гипотезе образования Луны и времени столкновении Земли и гигантского астероида Фея, это событие произошло примерно 4,4-4,5 млрд лет назад, всего через 150 млн лет после образования Солнечной системы. Эволюция Луны на ранних этапах также во многом остается дискуссионной. Луна была в расплавленном состоянии, когда происходила гравитационная дифференциация с отделением ядра, вероятно, железного состава, более тяжелой мантии и более легкой ранней коры. Крупные метеориты пробивали кору на поверхности, и к ней поступали новые порции магмы. Ранняя кора сформировалась 4,2 млрд лет назад.

В результате ранней метеоритной бомбардировки возникли импактные брекчии (анортозит-норит-троктолитового состава), покрывшие лунные материки. На рубеже 4,0 млрд лет назад Луна подвергалась тяжелой бомбардировке, возможно, из астероидов с Фаэтона. Образовавшиеся кратерные бассейны и депрессии Океана Бурь были заполнены базальтами. Выделяются главные периоды: доимбрийский - 4,6 (по другой гипотезе позднее) - 4 млрд лет назад; имбрийский - 3,0-3,9 (или 2,5) млрд лет назад; эратосфенский - 1-3 (или 2,5) млрд лет назад; коперниковый - с 1 млрд лет назад по настоящее время.

На раннем этапе изучения Луны с использованием телескопических снимков был определен только относительный возраст основных элементов и структуры. Обычно выделялись материковый, морской и послеморской этапы и периоды с генерациями кратеров разной сохранности. Так, в послеморской эре были выделены эратосфеновый и коперниковый периоды. Последний период отличается кратерами лучшей сохранности, с выбросами в виде хорошо видимых светлых лучей. После поступления образцов лунных пород в земные лаборатории были произведены многочисленные радиологические исследования возраста. Однако необходимо совершенствование селенохронологии, особенно с будущими геологическими исследованиями на Луне.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЛУНЫ

Существуют разные гипотезы о происхождении спутника Земли. Ранее считалось, что она была огромным астероидом, захваченным гравитационным полем планеты. По другой версии, спутник возник в результате отделения от Земли при большой скорости вращения на начальном этапе, а впадина Тихого океана - след такого отрыва. Допускалось также образование спутника в окрестности Земли из единой протопланетной туманности. В последнее время привлекательной выглядит гипотеза об образовании Луны в результате столкновения с Землей гигантского астероида, по размерам сопоставимого с Марсом, получившего условное название Фея.

Предполагается, что такое столкновение произошло около 4,5 млрд лет назад, всего через 150 млн лет после образования планет Солнечной системы. При взрыве горных пород Земли и Феи образовался гигантский выброс обломков и пыли. Это облако оторвалось от Земли и в процессе уплотнения и аккреции образовало спутник. В пользу этой гипотезы свидетельствует малый размер лунного ядра, так как весь материал для создания Луны при взрыве поступил из литосферы и мантии Земли и Феи. Отмечаются сходные соотношения различных изотопов кислорода в породах, образующих коры самой планеты и спутника. В лунной коре практически отсутствуют такие летучие компоненты, как цинк, калий и фосфор, которые могли исчезнуть при рассеивании облака, возникшего при взрыве. С другой стороны, имеются данные древнейших материковых пород с возрастами от 4,4 до 4,6 млрд лет, что отвечает более раннему возникновению спутника Земли.

ПЕРСПЕКТИВЫ

Луна представляет интерес в связи с созданием базы для пилотируемых полетов к Марсу и планетам в Солнечной системе. Добыча гелия-3 из лунного реголита имеет большое значение для ядерной энергетики. Допускается создание астрономических обсерваторий, что исключает помехи в земной атмосфере. Также на Луне удобно построить солнечные станции для обеспечения энергетики. Несомненно, такие задачи расширят исследования Луны на основе геологических методов. В Геологической службе США сегодня создают специальные приборы для работы на Луне.

ЧЕТВЕРТАЯ ПЛАНЕТА МАРС И АРЕСОЛОГИЯ

По своей форме Марс является трехосным эллипсоидом с большими полуосями 3394,6 и 3393,63 км и малой полуосью в 3376,6 км. Средняя плотность этой планеты всего 3,961 г/см3, то есть гораздо меньше, чем у Земли. На поверхности проявлены суровые условия. В середине дня на экваторе температура может достигать +25 °С, опускаясь зимой до -90 °С. В околополярных областях постоянно сохраняются низкие отрицательные температуры (ниже -126 °С).

Планета обращается по эллиптической орбите, с удалением афелия-249,1 млн км, перигелия-206,7, и среднее расстояние-227,9 млн км. Марсианские сутки составляют 24 ч 37 мин. Ближайшее расстояние между орбитами Земли и Марса в 55,7 млн км называют великим противостоянием, оно повторяется с периодичностью в 15-17 лет. Соотношение орбит учитывается при планировании полетов космических аппаратов. Оборот вокруг Солнца Марс делает за 687 земных суток.

Из-за развития атмосферы наблюдение поверхности планеты затруднено. Интерес к Марсу особенно возрос после наблюдения Дж. Скиапарелли в середине 19 в., отметившего так называемые «каналы Марса», которые были восприняты многими как рукотворные сооружения. После получения снимков с космических аппаратов стало понятно, что «каналы» отмечают различную природу элементов. Иногда в линии на плохих изображениях объединялись мелкие детали. История с «каналами Марса» должна быть предостережением для геологов, проводивших дешифрирование ранних космических изображений Земли по снимкам невысокого качества - нередко история повторялась в прошлые десятилетия. В исследовании Марса участвовали космические аппараты «Марс», «Маринер», «Викинг», «Марс-Одиссей» и другие, на поверхности работали марсоходы.

АТМОСФЕРА И ОСАДКИ

Атмосфера разреженная, тропосфера имеет толщину 20-30 км, состоит в основном из углекислого газа (свыше 90 %), остальные части: азот (2,7 %) и аргон (1,9 %). Доли воды, кислорода, окиси углерода, других компонентов - незначительные. Облака из углекислого газа наблюдаются на высоте свыше 20 км. На малых высотах образуются облака из ледяных кристалликов воды. В полярных районах облака и туманы проявлены особенно интенсивно. Благодаря конденсации здесь в зимнее время образуются полярные шапки из льда. Под ними залегают многолетние накопления, состоящие изо льда, достигающие в центральных частях до 1 км. В атмосфере часто проявляются бури буроватого цвета, иногда охватывающие всю планету.

РЕЛЬЕФ И СТРУКТУРА

Марс проявляет четкую асимметрию. В южном полушарии преобладают поднятия материкового типа. На севере развиты равнины, возможно аналоги лунных морей. Материки густо усеяны старыми кратерами, возникшими в период интенсивной бомбардировки. Вероятно, что эти области сформировались одновременно с лунными материками 4,4 млрд лет назад. Так же как на Луне и Меркурии, на завершающем этапе бомбардировки Марса возникли кратерные бассейны: Аргир, Эллада, Исида. По обрамлению расположены горные поднятия - реликты кратерных валов, соответствующие кордельерам Луны. В дальнейшем возникли обширные равнины Северного полушария, а также равнинный материал кратерных бассейнов. Есть все основания считать их аналогами лунных морей, выполненных базальтами.

В Южном полушарии - огромные сводовые поднятия Фарсида (поверхности Марса, высота 5 км) и Элизий. На них распложены щитовые вулканы Олимп (поперечник 700 км, вершина над нулевым уровнем 27 км) и другие (с поперечником 40-110 км). На склонах вулканов проявлены древние лавовые потоки. Поднятие Фарсида осложнено радиальными системами разломов (длиной до 1000 км с шириной зон 300-400 км), с рифтом Маринер (длина около 5000 км, ширина до 100 км, глубина 5 км). На поверхности развиты обширные площади с дюнами и эоловой дефляцией (ярданги и ячеистые депрессии) и мерзлотными формами (полигональные трещины, солифлюкция, оползни, криогенные останцы). Широко проявлены флювиальные образования с долины (длиной 1000-2000 км и шириной 150 км), со сложными дренажными системами и оврагами. Они видны как земные сухие реки в аридных областях.

В августе 2012 г. на Марсе начал работать марсоход «Кьюриози-ти». Увидели слоистые пласты с сухой местностью, а прибор показал ничтожное содержание влаги. Детали показали типичные гравийные породы с обломками до 0,5-1 см в поперечнике, похожие на земные наносы в речных потоках.

ПОИСКИ ЖИЗНИ

В 2004 г. с помощью марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» получены новые данные о микрорельефе и поверхностных отложениях. Предположено наличие высохшего озера в небольшом кратере Гусев. Выявлено развитие осадочных пород с косой слоистостью. Отмечено высокое содержание хлора, что может указывать на существование в прошлом соленого озера. Установлено развитие железных шариков - конкреций гематита, которые могут образовываться в водной среде. Признаки широкого распространения воды в прошлом указывают не только на наличие воды, но и на возможность развития жизни, хотя бы в примитивной форме.

ЭВОЛЮЦИЯ

Выделены основные этапы аресологической истории по аналогии с Луной и Землей, где есть датировки и представления:

- аккреция и дифференциация планет Земной группы с Марсом (до 4,6 млрд лет);

- образование материковой поверхности с относительно низкой плотностью интрузивных пород, интенсивной метеоритикой, разломами и грабенами в южном полушарии;

- тяжелая метеоритная бомбардировка с гигантскими кратерами (кордельеры и кратерные бассейны) - около 4 млрд лет назад (кратеры и равнины Эллада, Исида, Аргир, диаметры 1-2 тыс. км) по аналогии с Луной, возможны базальты на равнинах;

- формирование сводовых поднятий с радиальными разломами и вулканами, древние долины (до 2 млрд лет);

- щитовые вулканы и экзогенные процессы (0,5-2 млрд лет назад);

- последний вулканизм и главные флювиальные процессы (до 0,2 млрд лет назад);

- новейшие метеоритные кратеры, эоловые и гляциальные процессы, развитие водно-углекислых полярных шапок (за последние 0,2 млрд лет).

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ

Представления о модели Марса основаны на размере и массе планеты и аналогии с Землей и Луной. Кора имеет толщину на сводах до 70 км и в бассейнах 10 км (средняя мощность 28 км, сейсмические данные в месте посадки 15 км). Мантия силикатная и окисложелезная. В центре ядро, имеет радиус около 1900 км, расплавленное из Fe-FeS, средней плотности 6 г/см3.

МАЛЫЕ СПУТНИКИ.

Влизи Марса есть небольшие спутники, открытые американским астрономом А. Холлом (1877 г.). Фобос обращается от планеты в 6 тыс. км, Деймос в 20 тыс. км. В прошлом выдвигалась гипотеза об их искусственном происхождении. По снимкам с космических аппаратов установлено, что они представляют собой глыбы неправильной формы с поперечниками у Фобоса - 9,0 и 13,5 км, у Деймоса - 5,5 и 7,5 км, с плотностью соответственно - около 1,9 и 1,4 г/см3. Поверхности у спутников покрыты многочисленными мелкими кратерами. На Фобосе находится кратер Стикни (с диаметром 8 км).

Отмечены длинные параллельные полосы - трещины, длиной свыше 5 км, пересекающие все тело, с шириной до 200-300 м. Возможно, это слоистость, полосы горных пород в срыве фрагмента крупного тела. По другим версиям, полосы возникли в результате удара и возникновения крупного кратера Стикни или от воздействия планеты. Вдоль самых широких трещин видны цепочки по 5-10 кратеров (поперечником 50-200 м), поэтому некоторые исследователи считают их вторичными кратерами из выбросов. По альбедной характеристике и малой плотности (1,9 г/см3) состав спутников отвечает углистым хондритам. Оба спутника - астероиды, захваченные на орбитах планеты.

Древний писатель Павсаний в книге «Описание Эллады» привел рисунок, где на щите Агамемнона - полководца греков в Троянской войне изображен бог Деймос (Ужас) с головой льва и надписью: «Ужас это для смертных, владеет же им Агамемнон».

ПЕРСПЕКТИВЫ

В ближайшие десятилетия планируют новые межпланетные станции, и даже пилотируемые полеты на Марс. Ведутся программы и реальные исследования. Природные условия, прошлые вулканизм и вода, находки метеоритов с биогенными формами, вероятно, с Марса свидетельствуют о том, что возможна внеземная жизнь. При будущих пилотируемых полетах на Марс необходима разработка мер защиты, чтобы на Землю не попали болезнетворные организмы. Выполненные исследования Марса полезны для понимания вулканизма, древних рек, мерзлотных форм, эволюции планеты, в том числе и Земли. Получены ценные данные о строении Марса. Перед следующими полетами необходимо составить современные карты с геологическими методами. Новые открытия могут дать многое для изучения Солнечной системы и планет Земной группы.