"Это секрет!"
Десять лет прошло с того времени, когда космическая ракета впервые была послана к другому небесному телу – Луне. Так началась разведка солнечной системы.
Десятилетний итог экспериментальных исследований Луны, Венеры и Марса стал предметом беседы нашего корреспондента с вице-президентом АН СССР, академиком Александром Павловичем Виноградовым. Был задан вопрос:
- Ещё недавно распространённым было мнение, что Луна очень непохожа на Землю, зато Венера и Марс чуть ли не двойники нашей планеты. Теперь выяснилось, что плотная, горячая, состоящая в основном из углекислого газа атмосфера Венеры разительно отличается от земной, а облик Марса скорей близок к лунному. Означает ли это, Александр Павлович, что по мере узнавания других небесных тел нам всё трудней сопоставлять их с Землёй и находить общие для всех закономерности?
В ответ А.П. Виноградов высказал ряд мыслей, расширивших намеченную тему. Приводим их запись.
В астрономии долгое время сохранялось парадоксальное положение. Мы многое узнали о звёздах, о том, каков их химический состав, что поддерживает их горение, как они живут, развиваются, стареют. А самые близкие к нам тела – планеты – в некотором отношении оказались изученными гораздо хуже. За последнее десятилетие произошёл глубокий переворот. Тёмные, светящиеся только отражённым светом планеты – ближайшие соседи нашей Земли – стали объектом непосредственного изучения. Это начало грандиозного триумфа человеческой мысли.
читать дальшеИздали мы видим предметы, но их детали различаем смутно. Они проступают лишь по мере приближения. Движению познания нередко присуще то же самое свойство. Тут часто наступает момент, когда буквально глаза разбегаются. Один неожиданный штрих, другой: это интересно, а вот это ещё интересней…
Но, как ни заманчив такой экскурс по деталям, говоря о деревьях, будем всё же помнить, что они составляют лес.
Луна. Размышляя об успехах науки, мы часто упускаем из виду историческую перспективу. Ведь исторически совсем недавно выдающийся мыслитель Леонардо да Винчи писал: «Если подвергнешь наблюдению подробности лунных пятен, то зачастую найдёшь меж ними большую разницу. И в этом я убедился, рисуя их. И происходит это от облаков, которые поднимаются от вод Луны, расстилаясь между солнцем и этой водой и тенью своей похищая у этой воды лучи солнца, почему вода эта оказывается в темноте, лишённая возможности отражать солнце».
Эти слова лишний раз демонстрируют ту известную истину, что у всякого метода исследования есть свой предел, за которым он бессилен дать верный результат. Галилей и его продолжатели пришли к верному заключению о природе лунных пятен не потому, что они были гениальней Леонардо да Винчи, а потому что у них появился новый инструмент познания – телескоп. В конце 50-х годов нашего века произошла очередная смена лидирующих методов исследования: началось непосредственное изучение Луны с помощью автоматических космических кораблей. Это заметно расширило наши знания структуры лунной поверхности, прежде всего благодаря фотографированию советским спутником её невидимой стороны и телепередачам непосредственно с самой Луны, впервые начатым «Луной-9». Мы убедились, что структуры лунной поверхности разнообразней, чем это виделось в телескоп. Мы убедились, что Луна не покрыта слоем пыли, утвердились во мнении, что там есть древние и молодые образования, открыли, что невидимая сторона Луны не во всём схожа с ранее наблюдаемой территорией.
Как до появления космических кораблей мы заведомо не могли увидеть противоположную сторону Луны, точно так же мы не могли проанализировать химический состав лунных пород. Лишь не так давно удалось выяснить, что содержание кремния, алюминия, кислорода и некоторых других элементов в поверхностных лунных породах сходно с содержанием этих элементов в земных базальтах (их толеитовой разновидности).
Это данные автоматических станций. Что люди, наконец, достигли Луны – это, бесспорно, выдающееся достижение. Однако законченных научных публикаций ещё не было, и поэтому затруднительно всесторонне оценить собранный «научный урожай». Ясно, впрочем, что на Луне нет признаков жизни и, судя по всему, там её никогда и не было. Этого можно было ожидать. Удивительно, если бы результат оказался иным.
Определение абсолютного возраста даже земных пород, сделанное по специально отобранным образцам, дело сложное, требующее многократной проверки. По всей совокупности признаков учёные и раньше считали, что Луна – древнее тело, чей возраст вряд ли существенно отличается от возраста Земли. Предварительно определение абсолютного возраста образцов лунных пород, сделанное американскими учёными и давшее возраст порядка 3 – 4 миллиарда лет, подтверждает эту догадку.
Ранее добытые факты укрепили нас во мнении, что Луна пережила стадию бурного вулканизма. В последних сообщениях также говорится, что многие образцы, доставленные на Землю, имеют вулканическое происхождение. Давний спор о том, что именно сформировало теперешний облик лунной поверхности – удары метеоритов или вулканические извержения, - скорее всего можно считать решённым. На Луне есть и метеоритные и вулканические кратеры. Но представляется, что ведущей силой были всё же процессы дифференциации, разделения вещества глубин при плавлении. Земные базальты – это легкоплавкие выделения недр: они являются важнейшей составляющей частью земной коры. На Луне мы наблюдаем схожую картину. Земные океаны покоятся преимущественно на базальтовом слое. Базальтоподобные лунные лавы образуют не менее грандиозные покровы – лунные «моря».
Таково мнение академика А.П. Виноградова и ряда других учёных, основанное на добытых в последние годы фактах. Мы ещё увидим, что, несмотря на внешние различия, в эволюции Земли и Луны имеется внутренне сходство, порождённое общими не только для Земли и Луны, но и для других планет земной группы закономерностями. Однако проследим сначала некоторые из этих закономерностей, сопоставляя газовые оболочки Земли и Венеры.
На первый взгляд между венерианской и земной атмосферами нет почти ничего общего. Первая более чем на 90% состоит из углекислого газа, тогда как основные газы земной атмосферы – азот и кислород, доля которых на Венере невелика. Наоборот, в земной атмосфере ничтожна доля углекислого газа.
Дело, однако, в том, что на Земле углекислого газа тоже немало. Но основная его часть сосредоточена не в атмосфере, а в горных породах и в водной оболочке – гидросфере. Всем известны такие широко распространённые карбонатные породы, как известняк, мел, доломит. В них-то и заключена основная масса углекислого газа. В них и ещё в некоторых других породах. Немало его растворено и в воде Мирового океана. Если поднять в воздух весь этот связанный углекислый газ, то плотность земной атмосферы возрастёт в 40 раз! Тогда и по составу и по давлению она окажется сходной с венерианской.
Разумеется, полной аналогии установить нельзя, и приведённая схема на деле сложней. Но, вероятно, и так ясно, что венерианская атмосфера – антипод земной лишь внешне.
Различие в теперешнем состоянии газовых оболочек двух соседних планет тоже объяснимо. На Земле связанный в породах углекислый газ (выделенный ранее в атмосферу вулканами) обычно является продуктом жизнедеятельности бессчётных поколений растений и животных. Выводится углекислота из атмосферы и благодаря чисто химическим реакциям.
На Венере судьба углекислого газа была иной. Венера ближе к Солнцу и потому нагревается гораздо сильней. Независимо от других обстоятельств это вызвало переход в атмосферу Венеры больших количеств воды и углекислоты, что в свою очередь, значительно увеличило поглощение атмосферой солнечного тепла (углекислый газ благодаря своим физико-химическим свойствам выполняет роль «парниковой крыши»). Произошёл саморазогрев венерианской поверхности и её газовой оболочки. Очевидно, это воспрепятствовало появлению жизни. Иначе пошли и химические процессы, связывающие углекислоту с породами каменной толщи – литосферы. При температуре около 300 градусов, которая господствует на поверхности Венеры, минеральные соединения, обычно удерживающие её, начинают разлагаться и отдавать углекислый газ.
Вот почему в венерианской атмосфере так много углекислоты и почему там такие высокие давления и температура.
Но как объяснить дефицит воды? По данным советских автоматических станций, содержание водяных паров в атмосфере Венеры ничтожно и гидросферы там тоже нет – она должна выкипеть при температуре 300 градусов. Значит, по сравнению с Землёй Венера – безводная планета.
Но она не всегда была такой. Саморазогрев Венеры поднял её океаны в атмосферу. Известно, что на Земле пары воды в верхних слоях атмосферы под воздействием солнечного излучения разлагаются на кислород и водород. Естественно, те же самые процесс шли и идут на Венере более интенсивно, чем на Земле. В свою очередь, углекислота под действием солнечного излучения распадается на кислород и окись углерода (угарный газ). Дальше происходит вот что. Кислород частично связывается горными породами, а частично переводит окись углерода снова в углекислый газ. Водород ожидает иная участь. Он остаётся, как правило, в свободном состоянии, а поле тяготения Венеры, как, впрочем, и поле тяготения Земли, не в состоянии удержать водород, и он медленно уходит в космическое пространство. На протяжении миллиардов лет Венера беднела водородом, и поэтому там оставалось всё меньше и меньше воды. Венера – усыхающая планета.
Землю же от усыхания спасают некоторые её важные особенности. Во-первых, Земля окружена созданной растениями и животными азотно-кислородной атмосферой, химические свойства которой препятствуют потере водорода. Во-вторых, у Земли в отличие от Венеры есть магнитное поле, которое задерживает убегающий водород (он уходит в космическое пространство в виде заряженных частиц – ионов). И кроме того, Земле свойственны гораздо более низкие температуры. Так что, хотя земной водород и улетучивается в космическое пространство, утечка его ничтожна, и наши океаны будут существовать ещё очень и очень долго.
Сопоставив Венеру и Землю, мы, таким образом, видим, что внутренние планетарные процессы, регулирующие появление атмосферы, очень сходны. Наоборот, внешние условия (удалённость от Солнца) различны, и поэтому эволюция атмосфер пошла разными путями.
Что же служит основой общности внутренних планетарных процессов? Здесь уместно сделать обширное отступление. Почти 200 лет назад Лапласом была выдвинута идея возникновения планет из солнечной материи. Примерно пять миллиардов лет назад Солнце в силу каких-то пока ещё не волне ясных причин потеряло часть своей массы, которая, распространившись вокруг Солнца, образовала в его экваториальной плоскости газо-пылевой диск. Сгущения, возникшие затем в этом диске, явились зародышами современных планет.
Эта простая и привлекательная идея, которую разделяет учёный, длительное время наталкивалась на значительные теоретические затруднения, которые, однако, в последнее время, похоже, более или менее удалось преодолеть. Если это так, то отсюда вытекает вывод, что все тела солнечной системы – планеты, луны, метеориты, кометы – имели один и тот же исходный «строительный материал». Но эволюция их сразу же разветвилась на два основных русла. Давление солнечного света и «солнечный ветер» значительную часть газов протопланетарного диска оттеснили не периферию, в зону низких температур, где они начали сжижаться и кристаллизоваться. Так в самых общих и грубых чертах произошло разделение планет на две группы – группы обледеневших газовых гигантов (например, Юпитер и Сатурн) и группу планет земного типа, обогащённых тяжёлыми элементами (Марс, Земля, Венера, Меркурий).
После сформирования этих планет начался их разогрев под влиянием тепла, выделяемого радиоактивными элементами. Распад этих элементов ведёт, как известно, к уменьшению их числа с течением времени, поэтому сейчас планеты гораздо беднее ими, чем миллиарды лет назад. Сейчас значительно меньше выделяется радиоактивного тепла, слабее идут процессы горообразования и вулканизма.
Тому есть много других доказательств, которые не место перечислять. Что же происходило миллиарды лет назад на стадии интенсивного разогрева и плавления планет? Опять придётся сделать один шаг в сторону. Выделяются два типа метеоритов – хондриты и ахондриты. Первые состоят как бы из твёрдых капелек (хондр), что указывает на их образование в условиях слабого тяготения (в поле сильного тяготения метеориты имели бы плотную, массивную структуру). Хондриты не подвергались также и плавлению. Эти и некоторые другие обстоятельства заставляют думать, что хондриты – это производные протопланетного облака, образовавшиеся примерно в одно время с планетами из одного и того же исходного материала. Наоборот, ахондриты явно подвергались переплавлению. Они отличаются от хондритов и по возрасту: если хондриты существуют примерно 4,5 миллиарда лет, то ахондриты гораздо моложе. Очевидно, ахондриты прошли не только метеоритную, но и планетарную стадию жизни. Где они подверглись переплавлению? Вероятно, на лунах и крупных астероидах. Как они затем очутились в космическом пространстве? Видимо, происходило, может быть и сейчас происходит, дробление астероидов и лун при соударении их с крупными метеоритами. Не исключено, что на этих телах происходили мощные взрывные процессы, - тут ещё многое надо выяснить. Так или иначе мы имеем дело с двумя типами метеоритного вещества – одно прошло только метеоритную стадию, а другое – и планетную.
Но коль скоро в хондритах отражён первичный характер вещества, из которого «изготовлялись» планеты земной группы, то напрашивается мысль об эксперименте: что даёт моделирование процесса плавления первичного планетарного вещества? Лет десять назад такой опыт был поставлен (под руководством А.П. Виноградова). Выяснилось, что при зонном плавлении хондритов образуются две фазы: тугоплавкая и легкоплавкая. Одновременно происходит дегазация.
Эта модель отвечает характеру дифференциации вещества в теле земного шара. Тугоплавкой фазе физико-химически соответствует мантия Земли, а легкоплавкой – земная кора (её базальтовая составляющая). Продукты же дегазации можно считать аналогом гидросферы и атмосферы.
Таким образом, можно было ожидать, что вещество всех планет земной группы и их лун, подвергшееся радиоактивному плавлению, разделилось на фазы с образованием коры, гидросферы и атмосферы. В этом причина внутреннего родства атмосфер, например, Венеры и Земли.
Дальше развитие пошло разными путями в зависимости от массы небесного тела и его положения в пространстве. Маленькая Луна потеряла практически всю гидросферу и атмосферу (хотя не исключено, что под покровом лав находятся мощные залежи льда). Кору её мы наблюдаем, она, в частности, представлена теми лавовыми покровами, о которых мы уже говорили. Поскольку Луна не смогла удержать продукты дегазации, то на неё сохранились явственные следы древнего процесса плавления – кольцевые структуры, избегнувшие разрушительного действия воды и воздуха. На Марсе кольцевые структуры подобны лунным. Марс, занимающий по массе промежуточное положение между Землёй и Луной, тоже утерял большую часть своей атмосферы и гидросферы: мощность его атмосферы в сотни раз меньше земной. На гребнях кольцевых структур близ полюсов имеется, однако, белая кайма, что похоже на снег либо на твёрдую углекислоту, которой в марсианской атмосфере, как выяснилось, немало. Сами кольцевые структуры в отличие от Луны несколько разрушены эрозией.
Некоторые исследователи теперь полагают, что «каналы» - это дуги, образованные совокупностями кольцевых структур. Конечно, даже на Луне кольцевые структуры вряд ли полностью сохранили свой первозданный облик из-за метеоритной бомбардировки. Возможно, более поздние тектонические процессы, а также выветривание поверхности под воздействием «солнечного ветра» также ощутимо сказались на их структуре. Но не исключено, что слабые следы первичных кольцевых структур сохранились даже на Земле, в её древнем платформенном фундаменте, - кое-какие намёки на это как будто есть. Тут открывается совершенно иное и обширнейшее поле для исследований. Возможно, они сохранились и на Венере, хот кора там скорей всего сильно переработана атмосферой.
Вернёмся, однако, ещё раз к Луне. Итак, мы видим, что лунное вещество, как и земное. Прошло через стадию плавления, которая сопровождалась выделением легкоплавкой части. Мы видим также сходство между земными базальтами и излившимися лунными породами. Но полного тождества было бы трудно ожидать. То, как идут процессы плавления, дифференциации, образования тех или иных горных пород, зависит от многих факторов. И если нет тождества этих факторов, значит нет и не может быть тождества продуктов в целом общего для всех планет земной группы процесса образования коры. Вспомним хотя бы об одном существенном различии: поле лунного тяготения намного слабее земного. Уже по одной этой причине породы лунной коры не могли стать копией земных изверженных пород.
Судя по предварительным сообщениям американских учёных, анализирующих состав добытых образцов лунного вещества, этому веществу присущи некоторые особенности, отличающие их от земных пород. Очень много железа. Резко повышено сравнительно с земными породами содержание титана, тория, циркония, зато не обнаружены золото, платина, серебро (в любых земных породах следы этих элементов всегда присутствуют).
Окончательных научных публикаций здесь ещё нет. Но в общих чертах по поводу предварительных данных можно сказать следующее.
Прежде всего, хром, титан и цирконий отнюдь не редкие элементы и на Земле. Их, особенно титана, в земной коре много больше, чем, скажем, углерода. Наоборот, и золота, и серебра, и платины в земной коре чрезвычайно мало – миллионные, десятимиллионные доли процента. Многие ли слышали о таком элементе – гадолиний? А его в земной коре в тысячи раз больше, чем золота или платины. Дело в том, что гадолиний не столько редкий, сколько рассеянный элемент, тогда как золото редкий, но не рассеянный элемент. Процессы магматической дифференциации концентрируют и золото, и серебро, и платину в породах определённого типа, образуя нередко рудные сгущения. Поэтому на Земле одни породы чрезвычайно бедны этими элементами, другие, наоборот, содержат их в заметных количествах. Например, золото концентрируется в породах типа гранитов, но искать его в базальтах дело достаточно бесперспективное. На Луне же гранитоподобные породы не обнаружены. Очевидно, дифференциация вещества там была менее глубокой и, в частности, не смогли возникнуть породы, концентрирующие те или иные элементы так, как это случилось на Земле.
Наоборот, концентрации того же титана на Земле часто связаны с породами, химически родственными базальту. Естественно ожидать этого и на Лeне, коль скоро там развиты базальтоподобные покровы.
Можно было бы описать и более конкретно характер тех химических процессов, которые привели на Луне к обогащению пород тем же титаном и цирконием. Но это уже тема скорей научной, чем популярной статьи.
Таковы самые общие соображения. Надо, конечно, учесть и то, что детальных представлений о количестве тех или иных химических элементов в лунной коре нельзя составить, основываясь на анализе образцов, взятых с одного-единственного места. Это задача многих экспедиций, это задача будущего. Она осложняется ещё тем, что многие закономерности поведения химических элементов даже в земной коре нам пока не вполне ясны. Здесь сопоставление того, что мы обнаружим на Луне, с тем, что мы видим на Земле, поистине бесценно.
В целом при подведении общего итога исследований химического состава лунных пород, произведённых как автоматическими станциями, так и в лабораториях, куда были доставлены образцы, получается следующая картина. Поверхностные лунные породы при всех их аномалиях близки, как уже говорилось, к толеитовой разновидности земных базальтов. С другой стороны, как показали работы последнего времени, они похожи на богатые кальцием ахондриты, то есть по характеру они близки к тем самым метеоритам, которые пережили и метеоритную и планетарную стадии развития. Этого можно было ожидать, так как вещество лунных поверхностных пород формировалось в условиях, сходных с теми, которые господствуют в космическом пространстве, где образовывались метеориты ахондритового типа. (Здесь стоит отметить, что ещё до исследования образцов лунных пород в лаборатории А.П. Виноградов написал научную статью, где как раз доказывал, что лунные породы следует считать базальтичными, полевошпатными, богатыми кальцием ахондритами).
Сравнительная планетология, о которой мы сейчас говорим, - это новая, уже общепризнанная наука. Точно так же недавно возникла и космохимия, включившая в себя геохимию – науку о поведении и жизни химических элементов на Земле. Вот надежды на появление сравнительной космобиологии пока что, к сожалению, не оправдались. Но кто знает… За последние лет десять мы многое узнали о солнечной системе. Но знаем мы о ней всё ещё мало. И поэтому ждём новых чудес. Чудес не чудес, а новых неожиданных открытий мы действительно вправе ожидать.
Десятилетний итог экспериментальных исследований Луны, Венеры и Марса стал предметом беседы нашего корреспондента с вице-президентом АН СССР, академиком Александром Павловичем Виноградовым. Был задан вопрос:
- Ещё недавно распространённым было мнение, что Луна очень непохожа на Землю, зато Венера и Марс чуть ли не двойники нашей планеты. Теперь выяснилось, что плотная, горячая, состоящая в основном из углекислого газа атмосфера Венеры разительно отличается от земной, а облик Марса скорей близок к лунному. Означает ли это, Александр Павлович, что по мере узнавания других небесных тел нам всё трудней сопоставлять их с Землёй и находить общие для всех закономерности?
В ответ А.П. Виноградов высказал ряд мыслей, расширивших намеченную тему. Приводим их запись.
В астрономии долгое время сохранялось парадоксальное положение. Мы многое узнали о звёздах, о том, каков их химический состав, что поддерживает их горение, как они живут, развиваются, стареют. А самые близкие к нам тела – планеты – в некотором отношении оказались изученными гораздо хуже. За последнее десятилетие произошёл глубокий переворот. Тёмные, светящиеся только отражённым светом планеты – ближайшие соседи нашей Земли – стали объектом непосредственного изучения. Это начало грандиозного триумфа человеческой мысли.
читать дальшеИздали мы видим предметы, но их детали различаем смутно. Они проступают лишь по мере приближения. Движению познания нередко присуще то же самое свойство. Тут часто наступает момент, когда буквально глаза разбегаются. Один неожиданный штрих, другой: это интересно, а вот это ещё интересней…
Но, как ни заманчив такой экскурс по деталям, говоря о деревьях, будем всё же помнить, что они составляют лес.
Луна. Размышляя об успехах науки, мы часто упускаем из виду историческую перспективу. Ведь исторически совсем недавно выдающийся мыслитель Леонардо да Винчи писал: «Если подвергнешь наблюдению подробности лунных пятен, то зачастую найдёшь меж ними большую разницу. И в этом я убедился, рисуя их. И происходит это от облаков, которые поднимаются от вод Луны, расстилаясь между солнцем и этой водой и тенью своей похищая у этой воды лучи солнца, почему вода эта оказывается в темноте, лишённая возможности отражать солнце».
Эти слова лишний раз демонстрируют ту известную истину, что у всякого метода исследования есть свой предел, за которым он бессилен дать верный результат. Галилей и его продолжатели пришли к верному заключению о природе лунных пятен не потому, что они были гениальней Леонардо да Винчи, а потому что у них появился новый инструмент познания – телескоп. В конце 50-х годов нашего века произошла очередная смена лидирующих методов исследования: началось непосредственное изучение Луны с помощью автоматических космических кораблей. Это заметно расширило наши знания структуры лунной поверхности, прежде всего благодаря фотографированию советским спутником её невидимой стороны и телепередачам непосредственно с самой Луны, впервые начатым «Луной-9». Мы убедились, что структуры лунной поверхности разнообразней, чем это виделось в телескоп. Мы убедились, что Луна не покрыта слоем пыли, утвердились во мнении, что там есть древние и молодые образования, открыли, что невидимая сторона Луны не во всём схожа с ранее наблюдаемой территорией.
Как до появления космических кораблей мы заведомо не могли увидеть противоположную сторону Луны, точно так же мы не могли проанализировать химический состав лунных пород. Лишь не так давно удалось выяснить, что содержание кремния, алюминия, кислорода и некоторых других элементов в поверхностных лунных породах сходно с содержанием этих элементов в земных базальтах (их толеитовой разновидности).
Это данные автоматических станций. Что люди, наконец, достигли Луны – это, бесспорно, выдающееся достижение. Однако законченных научных публикаций ещё не было, и поэтому затруднительно всесторонне оценить собранный «научный урожай». Ясно, впрочем, что на Луне нет признаков жизни и, судя по всему, там её никогда и не было. Этого можно было ожидать. Удивительно, если бы результат оказался иным.
Определение абсолютного возраста даже земных пород, сделанное по специально отобранным образцам, дело сложное, требующее многократной проверки. По всей совокупности признаков учёные и раньше считали, что Луна – древнее тело, чей возраст вряд ли существенно отличается от возраста Земли. Предварительно определение абсолютного возраста образцов лунных пород, сделанное американскими учёными и давшее возраст порядка 3 – 4 миллиарда лет, подтверждает эту догадку.
Ранее добытые факты укрепили нас во мнении, что Луна пережила стадию бурного вулканизма. В последних сообщениях также говорится, что многие образцы, доставленные на Землю, имеют вулканическое происхождение. Давний спор о том, что именно сформировало теперешний облик лунной поверхности – удары метеоритов или вулканические извержения, - скорее всего можно считать решённым. На Луне есть и метеоритные и вулканические кратеры. Но представляется, что ведущей силой были всё же процессы дифференциации, разделения вещества глубин при плавлении. Земные базальты – это легкоплавкие выделения недр: они являются важнейшей составляющей частью земной коры. На Луне мы наблюдаем схожую картину. Земные океаны покоятся преимущественно на базальтовом слое. Базальтоподобные лунные лавы образуют не менее грандиозные покровы – лунные «моря».
Таково мнение академика А.П. Виноградова и ряда других учёных, основанное на добытых в последние годы фактах. Мы ещё увидим, что, несмотря на внешние различия, в эволюции Земли и Луны имеется внутренне сходство, порождённое общими не только для Земли и Луны, но и для других планет земной группы закономерностями. Однако проследим сначала некоторые из этих закономерностей, сопоставляя газовые оболочки Земли и Венеры.
На первый взгляд между венерианской и земной атмосферами нет почти ничего общего. Первая более чем на 90% состоит из углекислого газа, тогда как основные газы земной атмосферы – азот и кислород, доля которых на Венере невелика. Наоборот, в земной атмосфере ничтожна доля углекислого газа.
Дело, однако, в том, что на Земле углекислого газа тоже немало. Но основная его часть сосредоточена не в атмосфере, а в горных породах и в водной оболочке – гидросфере. Всем известны такие широко распространённые карбонатные породы, как известняк, мел, доломит. В них-то и заключена основная масса углекислого газа. В них и ещё в некоторых других породах. Немало его растворено и в воде Мирового океана. Если поднять в воздух весь этот связанный углекислый газ, то плотность земной атмосферы возрастёт в 40 раз! Тогда и по составу и по давлению она окажется сходной с венерианской.
Разумеется, полной аналогии установить нельзя, и приведённая схема на деле сложней. Но, вероятно, и так ясно, что венерианская атмосфера – антипод земной лишь внешне.
Различие в теперешнем состоянии газовых оболочек двух соседних планет тоже объяснимо. На Земле связанный в породах углекислый газ (выделенный ранее в атмосферу вулканами) обычно является продуктом жизнедеятельности бессчётных поколений растений и животных. Выводится углекислота из атмосферы и благодаря чисто химическим реакциям.
На Венере судьба углекислого газа была иной. Венера ближе к Солнцу и потому нагревается гораздо сильней. Независимо от других обстоятельств это вызвало переход в атмосферу Венеры больших количеств воды и углекислоты, что в свою очередь, значительно увеличило поглощение атмосферой солнечного тепла (углекислый газ благодаря своим физико-химическим свойствам выполняет роль «парниковой крыши»). Произошёл саморазогрев венерианской поверхности и её газовой оболочки. Очевидно, это воспрепятствовало появлению жизни. Иначе пошли и химические процессы, связывающие углекислоту с породами каменной толщи – литосферы. При температуре около 300 градусов, которая господствует на поверхности Венеры, минеральные соединения, обычно удерживающие её, начинают разлагаться и отдавать углекислый газ.
Вот почему в венерианской атмосфере так много углекислоты и почему там такие высокие давления и температура.
Но как объяснить дефицит воды? По данным советских автоматических станций, содержание водяных паров в атмосфере Венеры ничтожно и гидросферы там тоже нет – она должна выкипеть при температуре 300 градусов. Значит, по сравнению с Землёй Венера – безводная планета.
Но она не всегда была такой. Саморазогрев Венеры поднял её океаны в атмосферу. Известно, что на Земле пары воды в верхних слоях атмосферы под воздействием солнечного излучения разлагаются на кислород и водород. Естественно, те же самые процесс шли и идут на Венере более интенсивно, чем на Земле. В свою очередь, углекислота под действием солнечного излучения распадается на кислород и окись углерода (угарный газ). Дальше происходит вот что. Кислород частично связывается горными породами, а частично переводит окись углерода снова в углекислый газ. Водород ожидает иная участь. Он остаётся, как правило, в свободном состоянии, а поле тяготения Венеры, как, впрочем, и поле тяготения Земли, не в состоянии удержать водород, и он медленно уходит в космическое пространство. На протяжении миллиардов лет Венера беднела водородом, и поэтому там оставалось всё меньше и меньше воды. Венера – усыхающая планета.
Землю же от усыхания спасают некоторые её важные особенности. Во-первых, Земля окружена созданной растениями и животными азотно-кислородной атмосферой, химические свойства которой препятствуют потере водорода. Во-вторых, у Земли в отличие от Венеры есть магнитное поле, которое задерживает убегающий водород (он уходит в космическое пространство в виде заряженных частиц – ионов). И кроме того, Земле свойственны гораздо более низкие температуры. Так что, хотя земной водород и улетучивается в космическое пространство, утечка его ничтожна, и наши океаны будут существовать ещё очень и очень долго.
Сопоставив Венеру и Землю, мы, таким образом, видим, что внутренние планетарные процессы, регулирующие появление атмосферы, очень сходны. Наоборот, внешние условия (удалённость от Солнца) различны, и поэтому эволюция атмосфер пошла разными путями.
Что же служит основой общности внутренних планетарных процессов? Здесь уместно сделать обширное отступление. Почти 200 лет назад Лапласом была выдвинута идея возникновения планет из солнечной материи. Примерно пять миллиардов лет назад Солнце в силу каких-то пока ещё не волне ясных причин потеряло часть своей массы, которая, распространившись вокруг Солнца, образовала в его экваториальной плоскости газо-пылевой диск. Сгущения, возникшие затем в этом диске, явились зародышами современных планет.
Эта простая и привлекательная идея, которую разделяет учёный, длительное время наталкивалась на значительные теоретические затруднения, которые, однако, в последнее время, похоже, более или менее удалось преодолеть. Если это так, то отсюда вытекает вывод, что все тела солнечной системы – планеты, луны, метеориты, кометы – имели один и тот же исходный «строительный материал». Но эволюция их сразу же разветвилась на два основных русла. Давление солнечного света и «солнечный ветер» значительную часть газов протопланетарного диска оттеснили не периферию, в зону низких температур, где они начали сжижаться и кристаллизоваться. Так в самых общих и грубых чертах произошло разделение планет на две группы – группы обледеневших газовых гигантов (например, Юпитер и Сатурн) и группу планет земного типа, обогащённых тяжёлыми элементами (Марс, Земля, Венера, Меркурий).
После сформирования этих планет начался их разогрев под влиянием тепла, выделяемого радиоактивными элементами. Распад этих элементов ведёт, как известно, к уменьшению их числа с течением времени, поэтому сейчас планеты гораздо беднее ими, чем миллиарды лет назад. Сейчас значительно меньше выделяется радиоактивного тепла, слабее идут процессы горообразования и вулканизма.
Тому есть много других доказательств, которые не место перечислять. Что же происходило миллиарды лет назад на стадии интенсивного разогрева и плавления планет? Опять придётся сделать один шаг в сторону. Выделяются два типа метеоритов – хондриты и ахондриты. Первые состоят как бы из твёрдых капелек (хондр), что указывает на их образование в условиях слабого тяготения (в поле сильного тяготения метеориты имели бы плотную, массивную структуру). Хондриты не подвергались также и плавлению. Эти и некоторые другие обстоятельства заставляют думать, что хондриты – это производные протопланетного облака, образовавшиеся примерно в одно время с планетами из одного и того же исходного материала. Наоборот, ахондриты явно подвергались переплавлению. Они отличаются от хондритов и по возрасту: если хондриты существуют примерно 4,5 миллиарда лет, то ахондриты гораздо моложе. Очевидно, ахондриты прошли не только метеоритную, но и планетарную стадию жизни. Где они подверглись переплавлению? Вероятно, на лунах и крупных астероидах. Как они затем очутились в космическом пространстве? Видимо, происходило, может быть и сейчас происходит, дробление астероидов и лун при соударении их с крупными метеоритами. Не исключено, что на этих телах происходили мощные взрывные процессы, - тут ещё многое надо выяснить. Так или иначе мы имеем дело с двумя типами метеоритного вещества – одно прошло только метеоритную стадию, а другое – и планетную.
Но коль скоро в хондритах отражён первичный характер вещества, из которого «изготовлялись» планеты земной группы, то напрашивается мысль об эксперименте: что даёт моделирование процесса плавления первичного планетарного вещества? Лет десять назад такой опыт был поставлен (под руководством А.П. Виноградова). Выяснилось, что при зонном плавлении хондритов образуются две фазы: тугоплавкая и легкоплавкая. Одновременно происходит дегазация.
Эта модель отвечает характеру дифференциации вещества в теле земного шара. Тугоплавкой фазе физико-химически соответствует мантия Земли, а легкоплавкой – земная кора (её базальтовая составляющая). Продукты же дегазации можно считать аналогом гидросферы и атмосферы.
Таким образом, можно было ожидать, что вещество всех планет земной группы и их лун, подвергшееся радиоактивному плавлению, разделилось на фазы с образованием коры, гидросферы и атмосферы. В этом причина внутреннего родства атмосфер, например, Венеры и Земли.
Дальше развитие пошло разными путями в зависимости от массы небесного тела и его положения в пространстве. Маленькая Луна потеряла практически всю гидросферу и атмосферу (хотя не исключено, что под покровом лав находятся мощные залежи льда). Кору её мы наблюдаем, она, в частности, представлена теми лавовыми покровами, о которых мы уже говорили. Поскольку Луна не смогла удержать продукты дегазации, то на неё сохранились явственные следы древнего процесса плавления – кольцевые структуры, избегнувшие разрушительного действия воды и воздуха. На Марсе кольцевые структуры подобны лунным. Марс, занимающий по массе промежуточное положение между Землёй и Луной, тоже утерял большую часть своей атмосферы и гидросферы: мощность его атмосферы в сотни раз меньше земной. На гребнях кольцевых структур близ полюсов имеется, однако, белая кайма, что похоже на снег либо на твёрдую углекислоту, которой в марсианской атмосфере, как выяснилось, немало. Сами кольцевые структуры в отличие от Луны несколько разрушены эрозией.
Некоторые исследователи теперь полагают, что «каналы» - это дуги, образованные совокупностями кольцевых структур. Конечно, даже на Луне кольцевые структуры вряд ли полностью сохранили свой первозданный облик из-за метеоритной бомбардировки. Возможно, более поздние тектонические процессы, а также выветривание поверхности под воздействием «солнечного ветра» также ощутимо сказались на их структуре. Но не исключено, что слабые следы первичных кольцевых структур сохранились даже на Земле, в её древнем платформенном фундаменте, - кое-какие намёки на это как будто есть. Тут открывается совершенно иное и обширнейшее поле для исследований. Возможно, они сохранились и на Венере, хот кора там скорей всего сильно переработана атмосферой.
Вернёмся, однако, ещё раз к Луне. Итак, мы видим, что лунное вещество, как и земное. Прошло через стадию плавления, которая сопровождалась выделением легкоплавкой части. Мы видим также сходство между земными базальтами и излившимися лунными породами. Но полного тождества было бы трудно ожидать. То, как идут процессы плавления, дифференциации, образования тех или иных горных пород, зависит от многих факторов. И если нет тождества этих факторов, значит нет и не может быть тождества продуктов в целом общего для всех планет земной группы процесса образования коры. Вспомним хотя бы об одном существенном различии: поле лунного тяготения намного слабее земного. Уже по одной этой причине породы лунной коры не могли стать копией земных изверженных пород.
Судя по предварительным сообщениям американских учёных, анализирующих состав добытых образцов лунного вещества, этому веществу присущи некоторые особенности, отличающие их от земных пород. Очень много железа. Резко повышено сравнительно с земными породами содержание титана, тория, циркония, зато не обнаружены золото, платина, серебро (в любых земных породах следы этих элементов всегда присутствуют).
Окончательных научных публикаций здесь ещё нет. Но в общих чертах по поводу предварительных данных можно сказать следующее.
Прежде всего, хром, титан и цирконий отнюдь не редкие элементы и на Земле. Их, особенно титана, в земной коре много больше, чем, скажем, углерода. Наоборот, и золота, и серебра, и платины в земной коре чрезвычайно мало – миллионные, десятимиллионные доли процента. Многие ли слышали о таком элементе – гадолиний? А его в земной коре в тысячи раз больше, чем золота или платины. Дело в том, что гадолиний не столько редкий, сколько рассеянный элемент, тогда как золото редкий, но не рассеянный элемент. Процессы магматической дифференциации концентрируют и золото, и серебро, и платину в породах определённого типа, образуя нередко рудные сгущения. Поэтому на Земле одни породы чрезвычайно бедны этими элементами, другие, наоборот, содержат их в заметных количествах. Например, золото концентрируется в породах типа гранитов, но искать его в базальтах дело достаточно бесперспективное. На Луне же гранитоподобные породы не обнаружены. Очевидно, дифференциация вещества там была менее глубокой и, в частности, не смогли возникнуть породы, концентрирующие те или иные элементы так, как это случилось на Земле.
Наоборот, концентрации того же титана на Земле часто связаны с породами, химически родственными базальту. Естественно ожидать этого и на Лeне, коль скоро там развиты базальтоподобные покровы.
Можно было бы описать и более конкретно характер тех химических процессов, которые привели на Луне к обогащению пород тем же титаном и цирконием. Но это уже тема скорей научной, чем популярной статьи.
Таковы самые общие соображения. Надо, конечно, учесть и то, что детальных представлений о количестве тех или иных химических элементов в лунной коре нельзя составить, основываясь на анализе образцов, взятых с одного-единственного места. Это задача многих экспедиций, это задача будущего. Она осложняется ещё тем, что многие закономерности поведения химических элементов даже в земной коре нам пока не вполне ясны. Здесь сопоставление того, что мы обнаружим на Луне, с тем, что мы видим на Земле, поистине бесценно.
В целом при подведении общего итога исследований химического состава лунных пород, произведённых как автоматическими станциями, так и в лабораториях, куда были доставлены образцы, получается следующая картина. Поверхностные лунные породы при всех их аномалиях близки, как уже говорилось, к толеитовой разновидности земных базальтов. С другой стороны, как показали работы последнего времени, они похожи на богатые кальцием ахондриты, то есть по характеру они близки к тем самым метеоритам, которые пережили и метеоритную и планетарную стадии развития. Этого можно было ожидать, так как вещество лунных поверхностных пород формировалось в условиях, сходных с теми, которые господствуют в космическом пространстве, где образовывались метеориты ахондритового типа. (Здесь стоит отметить, что ещё до исследования образцов лунных пород в лаборатории А.П. Виноградов написал научную статью, где как раз доказывал, что лунные породы следует считать базальтичными, полевошпатными, богатыми кальцием ахондритами).
Сравнительная планетология, о которой мы сейчас говорим, - это новая, уже общепризнанная наука. Точно так же недавно возникла и космохимия, включившая в себя геохимию – науку о поведении и жизни химических элементов на Земле. Вот надежды на появление сравнительной космобиологии пока что, к сожалению, не оправдались. Но кто знает… За последние лет десять мы многое узнали о солнечной системе. Но знаем мы о ней всё ещё мало. И поэтому ждём новых чудес. Чудес не чудес, а новых неожиданных открытий мы действительно вправе ожидать.
Записал Д. Александров
@темы: статья
![[info]](http://static.diary.space/images/openid/livejournal.gif)
