Новости › Общество › На обратной стороне Луны обнаружен уникальный вулканический комплекс

26 июля 2011 г. (16:07)

Анализ новых изображений любопытной «горячей точки» на обратной стороне Луны показал, что эта небольшая вулканическая провинция создана апвеллингом кремниевой магмы. Необычное расположение региона и удивительный состав лавы могут стать ключом к термической истории Луны.

Эта местность характеризуется высокой концентрацией тория. Она находится между большими древними ударными кратерами Комптона и Бельковича. В 1998 году её обнаружил гамма-спектрометр космического зонда Lunar Prospector. Официальное название региона - ториевая аномалия Комптона - Бельковича.

Недавние наблюдения, проведённые мощной оптической камерой аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), позволили ученым выделить вулканические черты в центре аномалии. Трёхмерная модель с высоким разрешением и данные теплового радиометра Diviner того же зонда показали следы не просто вулканизма, но гораздо реже встречающегося кремниевого вулканизма.

Само существование вулканической провинции должно заставить учёных изменить представления о вулканической истории Луны, считает Брэдли Джоллифф из Университета штата Вашингтон (США), возглавлявший группу, которая занималась анализом изображений LRO.

Лунный вулканизм сильно отличается от земного, поскольку Луна - сравнительно небольшое тело, которое быстро остыло и никогда не имело тектоники плит. Принято считать, что Луна возникла около 4,5 млрд лет назад в результате столкновения Земли с некоей протопланетой размером с Марс. На орбиту оказался выброшен магматический материал примерно с 400-километровой глубины, но, поскольку у Луны нет атмосферы, он остыл за каких-то 100 млн лет. В конце концов лёгкие минералы (например, полевой шпат) кристаллизовались из магмы и выплыли на поверхность, сформировав лунные горы. Напротив, более плотные породы, содержащие железо и магний, после кристаллизации опустились, составив верхнюю часть мантии Луны.

За дифференциацией коры и мантии последовал период вулканической активности (4-3 млрд лет назад): базальтовые лавы разлились по поверхности Луны, наполнив старые вмятины и прочие низменности. Одна из загадок - неравномерность этого базальтового наводнения. Почти треть видимой стороны Луны покрыта древними траппами, но на обратной стороне, где кора толще, их гораздо меньше. Более того, почти весь лунный вулканизм был базальтовым, а не кремниевым, то есть лунные лавы богаты минералами, содержащими железо и магний, а не кремний и алюминий.

Для сравнения отметим, что континентальная кора Земли - результат активных геологических процессов (субдукция, интрузия магмы, горообразование) - включает множество пород, которые по своему составу занимают промежуточное положение между базальтовыми и кремниевыми. В частности это широко распространённый гранит. На Луне гранит встречается редко.

Вплоть до недавнего времени учёные выделяли два типа лунной местности - тёмный («моря») и светлый («суша» или «высокогорье»). В 2000 г. г-н Джолифф и его коллеги предложили три других региона, что лучше соответствует геологической истории Луны. Один из них, охватывающий основную часть «морского» базальтового вулканизма, называется Procellarum KREEP Terrane (PKT). KREEP означает калий (K), редкоземельные элементы (REE) и фосфор (P). В таком типе поверхности, по словам специалиста, встречаются ториевые карманы, ибо при охлаждении океана магмы торий преимущественно исключался из кристаллизующихся минералов и оказывался зажатым между корой и мантией.

Собственно, эта концентрация тепловыделяющих элементов под PKT может нести частичную ответственность за интенсивный вулканизм. «Моря», поясняет г-н Джоллифф, формировались благодаря тому, что горячие радиоактивные элементы плавили мантийную породу. Это приводило к образованию базальтовой лавы, которая выливалась через трещины на поверхность. Более половины PKT появилось в результате этого процесса.

Базальтовые «моря» видны с Земли невооружённому глазу как тёмные пятна. Вулканические отложения, созданные лавами с высоким содержанием кремния, напротив, известны как «красные пятна». Зачастую они имеют характерный «купол» и почти все находятся в окружении PKT.

Ториевая аномалия Комптона - Бельковича тем и интересна, что залегает вдали от PKT, - от ближайшей зоны PKT её отделяют около 900 км. В центре этого образования расположен небольшой вулканический комплекс от 25 до 35 км в поперечнике (диаметр кратеров Комптона и Бельковича - 162 и 214 км соответственно).

«На исходных снимках LRO, сделанных узкоугольными камерами, видна комковатая местность и следы обрушения горных пород, что могло быть следствием вулканизма, но могло оказаться и результатом выброса материала при образовании кратеров, - говорит г-н Джолифф. - Поэтому мы взглянули на другие изображения, полученные уже после того, как LRO вышел на 50-километровую орбиту, с разрешением 50 см на пиксел».

Последним словом в пользу вулканического происхождения региона стал характерный купол на плато с широкой центральной депрессией. Как правило, вмятина появляется в связи с тем, что магма успокаивается и отступает.

В то время как крутизна склонов базальтовых вулканов Луны составляет 7˚ и меньше, здесь этот показатель достигает 20-25˚. Это означает, что их сформировала более вязкая лава.

Анализ данных теплового радиометра Divine показал высокую концентрацию пород с большим содержанием кремния - гранита или риолита.

Трёхмерное изображение региона. Очевидна центральная депрессия, которую сложно объяснить чем-то другим, кроме вулканизма.
Трёхмерное изображение региона. Очевидна центральная депрессия, которую сложно объяснить чем-то другим, кроме вулканизма.

Г-н Джоллифф и его коллеги подозревают, что эта вулканическая провинция намного моложе, чем большинство PKT. «Хотя благодаря прямому анализу образцов лунной породы мы знаем, что основная часть вулканизма лунных морей имела место 3-4 млрд лет назад, взгляд с орбиты заставляет предположить, что некоторые "морские" базальтовые потоки образовались всего миллиард лет назад, - говорит учёный. - У нас нет способа напрямую датировать образование в районе кратеров Комптона и Бельковича, но, поскольку кратеров там сравнительно немного, поверхность выглядит относительно свежей. Соответственно, если эта вулканическая провинция образовалась очень поздно, она не может быть результатом радиоактивного распада, ибо к тому времени этот источник тепла уже исчез».

«Тем не менее, - продолжает исследователь, - Луна всё ещё может иметь расплавленное внешнее ядро. Космический аппарат GRAIL, который планируется запустить в этом году, должен подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. И если внешнее ядро действительно расплавлено, оно может время от времени подогревать вулканическую деятельность. По крайней мере на Земле именно так и происходит по сей день. Тепло из глубин мантии может растопить древний карман породы, богатой KREEP, в основании коры. Тогда лава подходит к поверхности, поднимая её и образуя купол, а затем начинает остывать и дифференцироваться, в результате чего образовывается кремниевая порода с относительно высоким содержанием тория».

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Подготовлено по материалам Университета штата Вашингтон.