Вулканизм планет

Вулканизм планет

На всех планетах земной группы и крупных спутниках широко распространены вулканические породы. Эти породы формировались на протяжении всей эволюции планетных тел. Однако современный активный вулканизм, помимо Земли, обнаружен только на спутнике Юпитера - Ио.

Вулканические породы образуются из магмы, достигшей поверхности планеты. По содержанию кремнезема вулканические породы подразделяются на основные, средние и кислые. Эти породы образуются в результате излияния лавы. Различают вулканические аппараты двух главных типов: центрального и трещинного. У вулкана центрального типа извержения происходят чаще всего из постоянного выводного канала - жерла. В трещинных вулканах подводящим каналом служит трещина, вдоль которой происходят извержения.

Вулканические процессы, имеющие широкое развитие на Земле, достаточно хорошо изучены и описаны многими исследователями. Всего на поверхности Земли известно свыше 800 действующих вулканов. Две трети из них сосредоточены на берегах и островах Тихого океана. На Земле установлена также огромное количество потухших вулканов. Только на дне Тихого океана в настоящее время насчитывается около 1000 гор вулканического происхождения высотой более 1 км. Все, или почти все подводные горы - это вулканы.

Наиболее крупными вулканами на Земле являются: Килиманджаро в Африке (5895 м), Котопахи (5897 м) и Мисти (5821 м) в Южной Америке, Орисаба (5700 м) и Попокатепетль (5452 м) в Мексике, Мауна-Кеа (4205 м) на Гавайских островах и др. У нас в стране много активных вулканов на Камчатке.

Ежегодная "производительность" всех активных вулканов Земли равна 3-6 млрд. т извергаемого вещества. Это значит, что из недр Земли на поверхность ежегодно поступает огромное количество расплавленного материала с температурой свыше 1000° С: пепла, шлаков, вулканических бомб, излившихся потоков лавы и т. п.

Таким образом, вулканизм - это очень важный процесс в формировании внешней оболочки Земли.

Другим небесным телом, на котором достоверно установлена современная активная вулканическая деятельность, является ближайший спутник Юпитера - Ио. Его диаметр равен 3640 км, что примерно на 150 км больше диаметра Луны. На поверхности этого спутника отмечены темные кратеры, вокруг которых обычно видны потоки лавы. На ряде снимков, полученных со станции "Вояджер-1", обнаружены явные следы активного вулканизма. Бледные зеленовато-белые облака вулканических выбросов простирались до высот 100-280 км. Скорость выбросов достигала 1 км/с. Кальдера^* одного из вулканов представляет собой кольцевую структуру диаметром около 300 км. Анализ снимков позволил обнаружить на поверхности Ио семь активных вулканов, которые неоднократно извергались в течение тех четырех суток, когда находились в поле зрения телекамер станции. Через четыре месяца, во время полета другой станции, не менее шести из ранее обнаруженных вулканов продолжали свою активную вулканическую деятельность.

^* (Кальдера - циркообразная впадина с крутыми стенками и плоским дном, образуется вследствие проседания конуса вулкана.)

Спутник Юпитера - Ио. На верхнем снимке (а) стрелкой указаны места газово-пепловых выбросов из вулканов. На нижнем (б) - четко видны вулканический кратер и лавовые потоки

Извержения вулканов на Ио носят взрывной (эксплозивный) характер. Подобная вулканическая деятельность на Земле проистекает при активном участии водяных паров. Вулканические взрывы при извержении вулканов на Ио обусловлены, по-видимому, присутствием сернистого газа. Ученые считают, что недра Ио почти полностью расплавлены из-за очень активного приливного воздействия Юпитера, а поверхность Ио покрыта слоем серы толщиной в несколько километров. Взаимодействие раскаленных недр с поверхностным слоем серы привело к образованию на Ио атмосферы, ионосферы и образованию вдоль орбиты торового кольце, состоящего из заряженных частиц. Его взаимодействие с магнитосферой Юпитера приводит к грандиозным "полярным сияниям".

Полученные первые доказательства современного внеземного вулканизма свидетельствуют о том, что Ио является небесным телом, вулканически гораздо более активным, чем Земля. Предварительные оценки ученых по изучению интенсивности вулканической деятельности на Ио указывают, что поверхность этого спутника преобразуется со скоростью 1 мм в год. Цифра эта в геологическом масштабе времени весьма внушительная. Постоянное обновление поверхности происходит в результате излияний лавы и выбросов материала из жерл вулканов.

В результате изучения многочисленных фотографий Луны и непосредственного изучения человеком ее поверхности и состава грунта было сделано заключение о том, что поверхность лунных морей и Океана Бурь слагается древними вулканическими породами основного состава - базальтами.

Вулканическая деятельность на Луне закончилась около 3 млрд. лет назад. Однако имеются факты, которые иногда трактуются отдельными исследователями как признаки современной вулканической деятельности. Так, например, советский астроном Н. А. Козырев 23 октября 1959 г. в кратере Альфонс отметил вспышки, которые он объяснял как извержение вулкана.

Рельеф лунных морей и Океана Бурь характеризуется такими же формами, что и в вулканических областях Земли. Это лавовые потоки и покровы, ограничивающие их извилистые уступы, трещины - рилли, вулканические купола. Здесь широко развиты валы и гряды, протяженные (10-30 км), а также извилистые. Их происхождение не совсем ясно. Предполагается, что это могут быть дайки - застывшие в трещинах магматические породы, образующие вертикальные или крутопадающие стенки, или выступы фундамента, облекаемые лавой.

Радиологические определения показывают, что возраст лунных базальтов измеряется интервалом 4-3 млрд. лет.

Есть все основания предположить, что вулканические породы широко распространены и на поверхности Меркурия. Здесь выделяются аналоги лунных морей, прежде всего огромная впадина Калорис (Море Жары). Поверхность ее преимущественно гладкая, однако прослеживаются уступы извилистой формы, напоминающие фронтальные ограничения лавовых потоков на Луне. В отличие от Луны, где высота уступов составляет всего десятки метров, на Меркурии она достигает 200-500 м. Причина этих различий может быть объяснена более вязким составом лав Меркурия. Не исключено, что это связано с гораздо большей силой тяжести на поверхности (более чем в 2 раза), чем у Луны. Высокая средняя плотность пород планеты дает основания для предположений о том, что морские впадины Меркурия могут быть выполнены лавами, близкими по составу к мантийному веществу. О возрасте вулканизма на Меркурии можно судить по степени насыщения его поверхности кратерами. Предполагается, что он близок ко времени формирования лунных базальтов.

Несмотря на широкое развитие вулканических пород на поверхности Меркурия, вулканические аппараты центрального типа до недавнего времени были неизвестны. Лишь тщательный анализ космических снимков позволил Г. Н. Каттерфельду обнаружить около полутора десятков построек, схожих со щитовыми вулканами и куполами. Их высоты и диаметры незначительны. Самый крупный из них находится в центре холмистой вулканической равнины Одина, расположенной между кордильерой Знойных гор (на западе) и хребтом Скиапарелли (на востоке) и имеет диаметр 7 км и высоту около 1,5 км. Г. Н. Каттерфельд предполагает существование крупного вулканического поднятия в центре Моря Марса, увенчанного огромным вулканом с диаметром основания свыше 100 км. Этот щитовой вулкан имеет двойную вершинную кальдеру. По его мнению, возраст этой вулканической постройки очень древний, приблизительно соответствующий раннему протерозою Земли (до 1 млрд. 600 млн. лет). Предположения Г. Н. Каттерфельда представляют большой научный интерес и требуют дальнейшего подтверждения.

О развитии вулканизма на Венере можно судить на основании состава атмосферы, облика поверхности на панорамах, переданных со спускаемых аппаратов станций "Венера-9" - "Венера-14", а также по данным радиолокационных исследований. Выделяются обширные темные области с поперечником около 1000 км, которые можно рассматривать в качестве аналогов лунных морей, выполненных базальтами. Исследования Марса с помощью телевизионных снимков позволили установить широкое распространение вулканических образований. К ним относятся обширные равнины океанического типа, занимающие большую часть северного полушария Марса (Ацидалийская, Амазония и др.), а также краевые и внутриконтинентальные плато, увенчанные вулканическими аппаратами (плато Гесперия), круговые депрессии (Эллада и Аргир), плоские днища отдельных наиболее крупных древних кратеров (Скиапарелли, Гюйгенс, Антониади). Все эти области имеют одинаковое строение рельефа с преобладанием выровненных поверхностей, в пределах которых расположены извилистые уступы - ограничения лавовых покровов. По своему облику они близки к морям Луны, для которых установлено повсеместное развитие базальтов.

Вулканы Марса. Внизу - карта щитовых вулканов. Вверху - фотографии и схемы дешифрирования вулканов Олимп и Аполлонова патера. 1- континентальная поверхность; 2 - древние вулканические покровы; 3 - молодые вулканические покровы; 4 - океаническая область; 5 - талассоиды; 6 - щитовые вулканы; 7 - крупные уступы; 8 - лавовые потоки; 9 - внутренняя часть кальдеры; днище кальдеры; 10 - вал кальдеры; 11 - уступы в пределах лавовых покровов; 12 - разломы; 13 - направление распространения лавовых потоков; 14 - вершинные кратеры. Номера на карте: 1 - патера Альба; 2 - патера Урана; 3 - купол Керавнский; 4 - г. Олимп; 5 - г. Аскрийская; 6 - купол Фарсида; 7 - г. Павлина; 8 - г. Арсия; 9 - г. Гекаты; 10 - г. Элизий; 11 - Аполлонова патера; 12 - Тирренская патера; 13 - Адриатическая патера

О возрасте вулканических покровов океанических равнин Марса можно судить пока по косвенным данным, основываясь на степени насыщенности кратерами. Предполагается, что основная масса излияний имела место в интервале 2-1 млрд. лет, т. е. значительно позднее, чем на Луне. Очевидно, в это время преобладали трещинные излияния, и вулканизм имел планетарные масштабы, в результате чего лавами были покрыты обширные площади. Формирование вулканических покровов было длительным, с выделением не менее двух основных эпох вулканизма. Значительный вулканизм был проявлен и в более ранние (доокеанические) эпохи развития континентов. Кроме того, на континентах зафиксированы более молодые фазы вулканической деятельности.

Если на Луне после формирования базальтовых "морей" и "океана" вулканическая деятельность стала ослабевать, то на Марсе активная вулканическая деятельность проявилась и на более поздних этапах развития планеты - в послеокеаническую эпоху. Проявления вулканизма этого времени сконцентрированы в пределах сводовых поднятий Фарсида и Элизий, на плато Гесперия и в северном приполярном регионе. На плато Гесперия расположен сравнительно небольшой вулкан Тирренский высотой около 1 км, с пологими склонами и вершиной, увенчанной кальдерой неправильной формы.

Крупные вулканические сооружения Марса расположены в центре гигантского сводового поднятия. Вулканическая активность была здесь сложной и длительной. К наиболее древним следам ее проявления следует отнести остатки вулканических построек к северу от горы Олимпа и в районе патеры Альба. На снимках поверхности и фотокартах они имеют вид округлых, очень пологих поднятий, изборожденных множеством трещин и гребней. Иногда намечается радиально-концентрический структурный рисунок, характерный для древних вулканотектонических кольцевых структур Земли. Центральные части их плоские, но здесь можно наметить реликты округлых кальдерообразных депрессий. К северу от горы Олимпа можно даже предполагать наложение нескольких генераций щитовых вулканов этой стадии. Их поперечник составляет 750-850 км. Над окружающей местностью они возвышаются на 0,5 км. Вероятно, образование этих щитовых вулканов связано с ранними стадиями формирования сводового поднятия Фарсида.

Марсианский вулкан-гигант Олимп и некоторые земные вулканы

Затем возникли кальдеры патеры Альба и патеры Урания. Это пологие, сильно разрушенные поднятия высотой 0,2-0,3 км и диаметром основания 250-300 км. Они увенчаны отчетливо выраженными кальдерами диаметром 75-100 км неправильной формы. Дешифрирование детальных снимков показало, что патера Альба - сложное вулканическое сооружение с лавовыми потоками нескольких возрастных генераций.

На последней стадии вулканизма возникли те гигантские щитовые вулканы, которые так четко видны на снимках Марса. К ним относится щитовой вулкан свода Фарсида - гора Олимп. Вулкан находится в северо-западной части свода, где высота свода сравнительно небольшая, так что относительное превышение вулкана составляет 24 км. Вершина вулкана увенчана обширной кальдерой диаметром 65 км. В ее внутренней части видны крутые уступы и два кратера диаметром около 20 км. С внешней стороны кальдера окружена сравнительно крутым конусом. Далее к периферии расстилаются пологонаклонные поверхности с радиальным рисунком лавовых потоков, обрушенных лавовых каналов, фестончатых уступов, ограничивающих отдельные потоки. Более молодые потоки располагаются ближе к вершине. Это указывает на постепенное угасание вулканической активности. Щитовой вулкан Олимп ограничивается по периферии крутыми и довольно высокими уступами, возвышающимися от 1 до 4 км над окружающим плато. Происхождение их пока не получило удовлетворительного объяснения. Не исключено, что формирование подобных уступов следует объяснять относительно повышенной вязкостью магмы горы Олимпа, являющейся возможно более кислой и отвечающей андезитовой лаве. Такое предположение согласуется с данными о его более значительной высоте по сравнению с близко расположенными другими вулканами свода Фарсида. Вулканическое сооружение горы Олимпа по ширине вдвое превышает наиболее крупный из Гавайских вулканов Земли, а по объему оно примерно равно массе изверженных пород всей Гавайской островной гряды.

Щитовые вулканы свода Фарсида - Арсия, Павлина и Аскрийский вытянуты в цепочку северо-восточного направления. Протяженность этой цепочки 1800 км. Поперечник каждого из них составляет около 300 км. Превышения над поверхностью - 17 км. Гора Арсия выделяется своей кальдерой в виде правильного круга диаметром 125 км.

Один из крупнейших вулканов Марса - Арсия. Четко видно плоское днище кальдеры, которое окружено валами и гребнями; во внутренней части кальдеры прослеживаются уступы и протяженные кольцевые дайки, разбитые разрывными нарушениями

У щитовых вулканов свода Фарсида намечаются дуговые разломы по их периферии. Образование подобных трещин вполне закономерно объясняется развитием гигантских вулканических центров, опустошением вулканических камер в процессе извержений с проявлением соответствующих напряжений. Как уже отмечалось, подобные дуговидные разломы, характерные для многих вулканических областей Земли, приводят к формированию многочисленных вулканотектонических кольцевых структур.

Большая группа вулканических куполов расположена на крайнем севере Марса, вблизи северного полярного ледникового щита (Кисон, Ортигии, Яксарт).

Отдельные купола и кальдеры явно вулканического происхождения обнаруживаются и в пределах континентальной области (патеры: Аполлонова, Адриатическая, Амфитриты). Вероятно, при дальнейшем изучении Марса с получением более качественных снимков во многих районах будут выявлены дополнительно небольшие вулканические аппараты.

Большинство исследователей считает, что наиболее молодой (послеокеанический) вулканизм Марса был проявлен в интервале 500-200 млн. лет назад. Другие - определяют возраст вулканизма Марса в 3,8-3,4 млрд. лет, допуская лишь для вулкана Олимп возраст в 2,5 млрд. лет.

Представляет особый интерес сопоставление процессов вулканизма Марса и других планет земной группы. У Луны формирование океанических впадин, выполненных базальтовыми покровами, происходило 4-3 млрд. лет назад, а достоверные более молодые проявления вулканизма неизвестны. Близкое развитие процессов вулканизма имело место и на Меркурии. На Земле на протяжении всей тектонической эволюции отмечается интенсивный вулканизм. Таким образом, Марс занимает промежуточное положение по характеру вулканизма, что вполне определенно связывается с промежуточными значениями его массы, определившей характер эндогенных процессов.

Проведенное сопоставление имеющихся данных о распространенности, особенностях и времени проявления основного вулканизма в эволюции планет земной группы показывает его большую роль в формировании кор всех планет, а также позволяет сопоставить длительность процесса вулканизма с массами планет и заключенными в них резервами внутренней энергии.