В настоящее время большая часть Ni и Со в материковых образцах встречается в металлической форме, что
обуславливается присутствием метеоритного железа и восстановлением этих
элементов при ударном метаморфизме и плавлении, уже после дифференциации 4,4
млрд. лет назад. Высокое отношение W/Ni (в 80 раз больше первичного) в
металлических зернах из материковых пород доказывает местную природу процесса
восстановления.
На Луне выделяются два крупных периода проявления вулканических процессов: доокеаническая и океаническая эры. Первая изучена менее детально. Вулканические продукты доокеанической эры установлены в пределах лунных материков и характеризуются светлыми тонами на фотоснимках. Они формируют ровный рельеф и затопляют валы кратеров. Предполагают, что представлены древние вулканиты анортозитами или базальтами, перекрытыми слоем реголита, который и обусловливает их относительно светлую окраску. Считается, что своим происхождением они обязаны разогреву лунной астеносферы и плавлению вещества коры, обусловленным метеоритной бомбардировкой примерно 4 млрд. лет назад.
В следующую, океаническую, эру (3 млрд. лет назад) активизация вулканической деятельности была связана с крупными преобразованиями на всем планетном теле. Лава базальтового состава в этом периоде заполнила все впадины лунных морей и Океан Бурь, а также заливы и кратеры, в пределах континентов сформировав покров мощностью от 0,3 до 2 км. В результате возникли вулканы с кратерами на вершине. Размер диаметров их основания колеблется от 5 до 40 км при высоте до нескольких сотен метров.
На первой тектонической карте Луны масштаба 1 : 7 500 000, изданной в СССР в 1969 году, выделены области континентального и океанического тектогенеза. Первые представлены поднятиями, осложненными разломами, кольцевыми структурами и т. д. В их пределах выделяются собственно материковые области, Кордильеры, талассоиды, субталассоиды, внутриматериковые и краевые впадины. Наибольшее распространение получили материковые области, занимающие значительную часть поверхности Луны. В одних участках они представлены наиболее древними и интенсивно деформированными породами с многочисленными полуразрушенными кратерами. В других местах материковые области представлены менее нарушенными и покрытыми мелкими кратерами участками.
Кордильеры - это положительные структуры, разделяющие материковые области и морские впадины. Переход от материков к Кордильерами постепенный, а граница с впадинами, как правило, прослеживается вдоль разломов. Структура Кордильер обычно осложнена многочисленными кольцевыми и радиальными разрывными нарушениями, обусловливающими их блоковое строение. Промежуточными по своему строению между материками и морями являются талассоиды, имеющие, как правило, круговые очертания. Аналогичные образования, но меньших размеров (не более 500 км) получили название субталассоидов. Кроме того, в пределах материков обособляются внутриматериковые и краевые неглубокие впадины, выполненные морским материалом и местами, ограниченные разрывами. Как правило, они приурочены к окраинам лунных морей. Для материков характерны многочисленные гребни, имеющие высоту до 1,5 км, протяженность до 25 км и ширину 5 км. Не исключено, что это дайки или же приразломные складки.
В отличие от континентов, области океанического тектогенеза представляют собой крупные депрессии в рельефе Луны, опущенные на глубину в несколько километров. В их пределах наиболее широко распространены валообразные поднятия, состоящие из гряд, перемещающихся с понижениями. Гряды возвышаются на первые сотни метров, вытянуты на первые десятки километров при ширине до 5 км.
На основе анализа имеющихся материалов на Луне выделяются различные разрывные нарушения: сбросы, взбросы, раздвиги и разрывы с неустановленным характером смещения. Амплитуды перемещений вдоль сбросов и взбросов составляют первые километры. Раздвиги представлены зияющими трещинами. Вдоль некоторых из них устанавливаются горизонтальные подвижки с амплитудой до 1,5 км. Максимальное распространение разрывы получили на континентах, причем системы нарушений ориентированы в основном в северо-западном и северо-восточном направлениях. Этим направлениям часто подчинены и цепочки кратеров.
Характерными структурами Луны являются грабены протяженностью в несколько сотен километров. Это чаще всего плоскодонные долины, образовавшиеся в результате движений вдоль ограничивающих разломов типа сброса.
Для планет земной группы характерна тектоническая асимметрия. На Земле, как известно, она обусловлена впадиной Тихого океана, занимающей примерно 1/3 площади планеты (180 млн. км2) и имеющей среднюю глубину 4 км. Сложена она маломощной (5-10 км) корой океанского типа и обрамлена складчатыми областями и древними платформами с континентальной корой (30-70 км). Есть основания предполагать, что возникла эта впадина около миллиарда лет назад и в течение всего времени характеризовалась высокой подвижностью и проницаемостью тектоносферы.
Луна также представлена двумя различными сегментами: полушарие, обращенное к Земле, сложено преимущественно лунными морями, а противоположное - кратерированными областями. Области лунных впадин занимают также около 1/3 поверхности планетного тела, опущены они до глубины порядка 4 км и обрамлены Кордильерами. Возраст молодых базальтов, слагающих моря, - 3-4 млрд. лет, что свидетельствует о раннем заложении тектонической асимметрии на Луне.
Планеты земной группы характеризуются целым рядом сходных особенностей строения, их тектоническое развитие протекало по близким схемам. Использование сравнительно планетологического метода позволяет реконструировать события, которые способствовали становлению первичной коры планет. Для Земли это задача крайне трудная, так как более поздние геологические процессы на протяжении сотен миллионов лет существенно изменили изначальный облик нашей планеты. В связи с этим пока что не удалось восстановить события, имевшие место на Земле в период между 4,65- 4,00 млрд. лет назад. Обнаружение на Луне, Марсе, Меркурии и Венере метеоритных кратеров диаметром от десятков до сотен километров, возникших в результате «тяжелой бомбардировки», стимулировало поиски аналогичных образований на Земле и привело к успеху. На сегодняшний день их выявлено довольно много. Большой интерес представляют огромные по размерам (тысячи километров в поперечнике) нуклеары. Не исключено, что их происхождение, как и происхождение крупных метеоритных кратеров на других планетах, связано с «тяжелой метеоритной бомбардировкой», которая совпадает с так называемым догеологическим (лунным) этапом развития.
Следует подчеркнуть, что метеоритные удары о поверхность имели огромное значение для формирования состава коры планет. Кинетическая энергия удара со скоростью 2,4 м/с (для Луны) и до 70 км/с, возможной в Солнечной системе, очень велика. При резком торможении метеоритного тела происходят испарение и плавление вещества, как метеорита, так и поверхности планетного тела. Тела малого размера не способны удержать продукты взрыва на своей поверхности и поэтому не могли продолжать свой рост. Тела размеров Луны и Меркурия теряют газообразные компоненты, но сохраняют на своей поверхности конденсаты тугоплавких соединений. А тела, сопоставимые с Землей и Венерой, в состоянии удержать летучие соединения и сформировать из них оболочки, окружающие планету; дегазированные остатки первичного вещества подвергаются захоронению. Догеологический этап характеризуется мощным притоком вещества и энергии из внепланетного пространства. При этом теряется граница между экзогенными и эндогенными процессами.
Геологический этап начался с дифференциации вещества и формирования материков. Затем возникают океанские и морские впадины, окруженные Кордильерами. Образуются талассоиды в виде зон краевых опусканий. Формирование морских и океанских впадин сопровождается заполнением их лавами и возникновением крупных разрывных нарушений. В результате процессов океанического тектогенеза образуется древняя полевошпатовая континентальная кора, более молодая океанская кора базальтового состава, а также кора переходного типа. Разрыв во времени между формированием континентальной и океанской кор составляет сотни миллионов - миллиард лет.
Вулканические процессы на планетах земной группы также характеризуются рядом общих черт: начались они с излияния лав трещинного типа на континентах, а затем мощные проявления вулканизма захватили океанические и морские депрессии. Масса базальтовой коры на Луне составляет 1% от массы всей коры; предполагается, что объем ее увеличивается на более развитых планетах.
Как показал анализ материалов по планетам земной группы экзогенные процессы, рельефообразование и осадконакопление в полной мере характерны только для Земли. На Луне нет ни экзогенных форм рельефа, ни осадочных пород.
Завершая краткую сравнительную характеристику тектоники, следует отметить, что длительность и активность геологических процессов во многом определяются размером планетного тела. Луна прекратила свою деятельность около 3 млрд. лет назад.
Природа и происхождение Луны интересуют не только ученых, но вообще все человечество. По этому вопросу в нашей литературе имеется множество различных гипотез. В одной из них, нередко встречающейся в детских сказках, Луна состоит из огромного количества зеленого сыра. Некоторые результаты изучения образцов, доставленных экспедициями «Аполлон», не дискредитировали полностью этой гипотезы. Скорости распространения сейсмических волн в веществе лунной поверхности напоминают скорости в сыре и отличаются от скоростей в веществе земных горных пород. Конечно, теперь мы понимаем, что это лишь совпадение. Отсутствие воды в лунных породах и их пористость в значительной степени понижают значения скорости сейсмических волн по сравнению с земными породами.
Можно обратить внимание и еще на одну аналогию, относящуюся к природе Луны. Средняя плотность Луны (3,34 г∙см3) очень близка к плотности верхней мантии Земли (3,30-3,40 г∙см3). Является ли это простым совпадением или это информация, имеющая глубокий генетический смысл? Действительно, многие ученые придерживаются гипотез происхождения Луны, согласно которым это сходство случайно. Но Джордж Дарвин полагал, что сходство в значениях плотности земной мантии и Луны дает ключ к разгадке происхождения Луны.
Прежде чем учёные увидели лунные камни, у них имелись три теории происхождения Луны, но не было возможности доказать правильность какой-либо из них. Одни считали, что новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Другие предполагали, что Луна прилетела из глубин космоса и была захвачена силой земного тяготения. Третья теория состояла в том, что Земля и Луна образовались независимо, почти одновременно и примерно на одинаковом расстоянии от Солнца. Различия в химическом составе Земли и Луны указывают на то, что эти небесные тела вряд ли когда - либо составляли одно целое.
Сейчас ясно, что особое значение для понимания происхождения Луны имеют данные динамики Луны и ее геохимии, хотя эти области считаются далекими одна от другой.
Различия плотности планет были объяснены их различным окислительно-восстановительным состоянием. Большая часть данных, полученных до 1959 года, соответствовала этим выводам. Луна должна была зародиться в веществе, которое образовалось между орбитами Марса, Земли и Венеры, каков бы ни был способ происхождения - захват, двойная планета или отделение. Низкая плотность Луны, указывающая на сильное обеднение железом относительно силикатов по сравнению с другими планетами, вполне позволяет предположить, что происхождение Луны единственно в своем роде, и что действительно она не является истинной планетой земной группы.
До появления программы исследований, проводимых КА «Аполлон», наши познания о физических и химических свойствах Луны были настолько ничтожны, что нельзя было строить серьезных предположений. Однако мы располагали значительным количеством точных данных о динамических свойствах системы Земля - Луна, и поэтому нет ничего странного в том, что в теориях того времени преобладали динамические представления.
Теория раскола предполагает, что Луна изначально была частью Земли, но откололась от нее в ранний период истории Солнечной системы из-за быстрого вращения Земли. Однако здесь возникает столько проблем с точки зрения механики, что в наши дни мало кто принимает эту теорию всерьез.
Дарвин (Darwin, Tidal Friction and Cosmogony, 1908) разработал теорию, согласно которой Луна и Земля представляли сначала единое тело, вращающееся с периодом около четырех часов. Резонансное взаимодействие между свободно вращающимся исходным телом и солнечными приливами привело к образованию огромной приливной выпуклости. Создалась неустойчивость, и из мантии Земли было выброшено вещество, в результате чего образовалась Луна. Эта теория просто объясняет плотность Луны. Быстрая сегрегация металлического ядра понизила момент инерции и вызвала соответствующее увеличение скорости вращения, что привело к отрыву вещества от мантии. Согласно модели Рингвуда (Ringwood, Origin of the Moon. 1978, p. 961 - 963), избыточное количество движения было потеряно системой Земля - Луна в результате разрушения и диссипации тяжелой примитивной атмосферы во время разрушительных катаклизмов приливного происхождения, которые непременно сопутствовали процессу раскола.
Главная проблема в гипотезе отделения заключается в крайне большом значении момента количества движения, которым по предположению Земля первоначально обладала в соответствии с периодом вращения около 2,5 ч. начальный период вращения протоЗемли составлял по эмпирическим данным около пяти часов. Но в этом случае угловой момент системы Земля-Луна должен был быть вдвое больше своего нынешнего значения (что следует из физического закона сохранения углового момента). Однако угловое движение системы Земля-Луна гораздо меньше. Теория раскола также предполагает, что орбита Луны должна находиться в экваториальной плоскости Земли. На самом же деле орбита Луны расположена под углом 28,5 градусов к экватору. Согласно Рингвуду, все планеты в момент образования имели скорость вращения, близкую к ротационной неустойчивости (периоды 1,4-3,4 ч), и значительная часть момента количества движения была, затем потеряна всеми протопланетными системами вследствие удаления большого количества газов. Однако следует допустить, что привлекаемые при этом физические процессы носят качественный характер и очень гипотетичны. Тем не менее нельзя окончательно отвергать возможность серьезной потери момента количества движения системой Земля - Луна и другими планетами.
Главный момент гипотезы Дарвина в том, что Луна отделилась от Земли и могла быть сначала и в твердом, и в расплавленном состоянии. Рингвуд предложил гипотезу, согласно которой современное вещество Луны испарилось из Земли, вытянулось в виде диска и снова сконденсировалось с образованием кольца из планетезималей, которые затем коагулировали и образовали Луну.
Гипотеза «осаждения» была разработана в связи с одностадийной моделью формирования Земли. В одном из ранних вариантов этой гипотезы предполагалось, что силикаты селективно испарялись из подвергающегося аккреции металлического железа в течение быстрой аккреции Земли, протекавшей при высокой температуре. В последующих разработках гипотезы осаждения на первое место выступает прямое испарение внешней мантии после формирования ядра, причем необходимая тепловая энергия выделилась в результате быстрого образования ядра. В одностадийной модели формирование Земли сопровождалось потерей плотной, горячей первичной атмосферы, в которой испарившиеся силикаты, образующие теперь Луну, составляли лишь небольшую часть.
Предполагалось, что удаление первичной атмосферы было связано со следующими особенностями начального состояния Земли и рядом процессов:
) высокой скоростью вращения Земли;
) участием атмосферы во вращении Земли за счет гидромагнитных сцеплений или турбулентной вязкости;
) интенсивным солнечным ветром во время прохождения Солнцем фазы Т-Тельца;
) турбулентным перемешиванием атмосферы с газами Солнечной туманности, в результате чего в составе атмосферы увеличивалось содержание водорода и понижалась ее средняя молекулярная масса.
Сочетание всех этих процессов привело к диссипации плотной первичной атмосферы. При охлаждении происходило осаждение силикатных компонентов с образованием на земной орбите скоплений из планетезималей. Во время осаждения шло дальнейшее фракционирование, поскольку менее летучие компоненты осаждались первыми при сравнительно высоких температурах и близко к Земле, а более летучие осаждались при более низких температурах и на большом расстоянии от Земли. Силикаты, осаждающиеся при высоких температурах, могли бы, вероятно, образовать относительно крупные планетезимали, которые не могли увлекаться удаляющейся земной атмосферой. Однако более летучие компоненты, осаждающиеся при сравнительно низких температурах, образовали, по всей вероятности, мелкие частицы размером с микроны, в виде «дыма», который был захвачен атмосферой при ее диссипации и поэтому покинул систему Земля - Луна. В последующем за счет аккреции из осажденного вещества кольца планетезималей, вращающихся вокруг Земли, образовалась Луна. В таком виде гипотеза осаждения представлялась на основе одностадийной модели происхождения Земли, предложенной Рингвудом. Наиболее серьезные проблемы связаны с возможностью удаления плотной первичной атмосферы после аккреции и требуемой для очень быстрой аккреции шкалой времени, которая необходима для создания очень высокой температуры во время последних стадий аккреции. Эти сложности снижают правдоподобность модели.