ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 449, № 6, с. 705-709
ГЕОФИЗИКА
УДК 523.3
КРАТНЫЕ ВОЛНЫ И ЯДРО ЛУНЫ © 2013 г. О. Б. Хаврошкин, В. В. Цыплаков
Представлено академиком В.Н. Страховым 31.07.2012 г. Поступило 31.07.2012 г.
БО1: 10.7868/80869565213120189
Модель внутреннего строения Луны с глубинными "открытыми" разломами и слабыми контактами между бортами для многих регионов Луны объясняет существование блочной структуры [1—3]. Высокая сейсмическая добротность лунных структур и значительная энергия удара крупного метеорита (~1019 эрг) приводят к образованию кратных волн на основных внутренних границах Луны. Известные статистические методы позволили определить периоды осцилляций этих волн и тем самым внутреннее строение, включая центральную зону (ядро).
Рассмотрим более подробно отображение блоч-ности на различных участках импактной сейсмограммы и влияние блочности на распространение волн. При этом возникают несколько сейсмических эффектов, обнаруженных ранее на Земле. Особенности геологических структур Луны и формы записей сейсмограмм стали предпосылкой и свидетельством существования сильного
модуляционного эффекта*, были выявлены периодичности, относящиеся к предполагаемому спектру собственных колебаний Луны (СКЛ) [4]. Это позволило принять единую модель нелинейности процессов сейсмичности на Луне и на Земле и привело к получению новых результатов по космогонии и внутреннему строению Луны [5, 6]. Однако проблема строения центральной зоны оставалась открытой из-за недостаточной эффективности используемых методов, требовались новые подходы обработки данных. Для этого были проанализированы наиболее приметные за все время наблюдения две сейсмограммы от ударов метеоритов. Первый удар (133-и сутки от 1.01.1972 г.) — 13 мая 1972 г. в 142 км к северу от сейсмической сети (с/с) "Аполлон", сейсмическая станция А14, диа-
* Изменение по известному закону (внешнего воздействия) во времени параметров сейсмического волнового поля.
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии наук, Москва
метр метеорита ~2 м, скорость удара Уу ~ 20 км/с, диаметр кратера 100 м, приборы на сейсмических станциях А12 и А14 зашкалены, записи на А15 и А16 на расстоянии 967 и 1026 км соответственно читаемы. Второй удар (199-е сутки от 01.01.1972 г.) — 17 июля 1972 г., обратная сторона Луны, район кратера "Москва", тротиловый эквивалент 1000 т (ТНТ). Внешне обе сейсмограммы имеют мало общего с земными традиционными — их длительности на порядки превосходят продолжительности записей даже мощных землетрясений. Лунная запись (рис. 1) состоит из практически чистых участков с почти незаметным проявлением сигнала и разнообразных возмущений уровня относительно значительных и по амплитуде и по длительности; параметры возмущений слабо связаны с моментами их прихода (возникновения).
Подобная форма записи сейсмограмм обычно не наблюдается на Земле. Однако по форме и проявлению эти возмущения записи сильно напоминают данные по регистрации сейсмоакусти-ческой эмиссии близ активного Ашхабадского разлома в зоне развитой блочности после Газлий-ского землетрясения 19.03.1984 г., которое сопровождалось продолжительной региональной подвижкой [8, 9]. На Луне волны от обоих метеоритных ударов, особенно первого, произвели по региону падения и по всей Луне доминирующие основные воздействия, которые и привели к сбросу потенциальной упругой энергии среды. Формально потенциальная энергия среды Луны теплового происхождения и трансформируется в сейсмические процессы только под внешним воздействием и тектоническими лунотрясениями [3, 6, 7]. При этом если воздействие слабое, отклик блочной среды на Земле и на Луне обычно одного типа — в виде синусоидальной подвижки (генератор сухого трения) [10]. Мощные триггерные воздействия на Земле и на Луне вызывают длительные по времени сейсмоэмиссионные процессы. Но на Земле это происходит только в сейсмоактивных регионах с блочной структурой, где эпизодически накапливаются упругие напряжения тектониче-
3 2
........
\---------"V
1/9
\У~10
1 • 103■
X
ч
оо
0
о О
<
0
7
14 АТ
10 -12-101 ч
СЗ г", \niU_ МЗ
V 1Ь
АЭ , , А У Л
и
о
7
0
7
о
7
0
7
10 - 3 - 30 ч
10-14-3 • 107 ч
Рис. 1. Схема волнового поля лунного блока: 1 — блок, образованный глубинными разломами; 2 — удар крупного метеорита; 3 — ближнее волновое поле зоны удара; 4 — сейсмостанция; 5 — Р-волны, распространяющиеся от зоны 3; 6 — отражения волн 5 от глубинных разломов; 7 — канелированные и кратные Р-вол-ны при подходе к центральной зоне Луны с последующим их отражением; 8, 9— граница нижней мантии; 10 — внутреннее ядро; 11 — внешнее жидкое ядро; 12, 13 — сейсмоэмиссионные волны, излучаемые верхом литосферы под действием удара 2 и интенсивных волн 3, 5; 14 — классификация упругих волн разрушения для земных процессов и структур поблочно (СЗ — сейсмичность Земли; МЗ — моделирование землетрясений; СЭ — сейсмоакустическая эмиссия; АЭ — акустическая эмиссия).
ской природы: в зоне Ашхабадского разлома сейсмическая активизация длилась ~30 сут, а на Луне ~0.3 сут, т.е. существует феноменология структуры сейсмограммы как отображение лунной блоч-ности. При этом если бы лунные сигналы регистрировались более чувствительной аппаратурой, то длительности лунных записей возросли бы до
3—5 сут и зачастую бы были ограничены только моментами новых ударов.
Поскольку природа особенностей указанных записей на Земле и Луне близка по своим физическим механизмам, то их формы сопоставлены в рамках принятой терминологии и классификации (рис. 1) [8, 9]. Более подробное рассмотрение типов амплитудных возмущений лунных сейсмограмм и записей-сейсмограмм в сейсмоактивных регионах Земли выявило их сходство и различия ^-компонента). В целом возмущения удовлетворяют таблично типизированным формам сигналов, присущим процессам микро- и макроразрушения и пластической деформации твердого тела и горных пород, и характеризуются сходным диапазоном частот и энергий. Это позволило перейти к анализу волнового поля Луны в системе глубинных разломов и поиску особенно важных объектов — сейсмических волн типа РкЖР, РсР и их осцилляций (кратные волны) и особенностей [1—3, 10]. Не считая волновую картину (рис. 1) бесспорной, отметим, что участки волнового поля 6, 7 соответствуют представлениям "просветления" среды (7) для источника импакта на дневной поверхности и канелированию волн вдоль границ глобальных разломов 6. В рамках этой модели волновое поле от импакта на выход из ядра будет сходным и при этом возникают условия формирования кратных волн типа РКЖР, а также РсР и т.п., которые могут быть представлены соответствующими спектральными пиками при статистическом анализе сейсмограмм.
Соответственно обрабатывались трехкомпо-нентные сейсмические записи упомянутых ударов метеоритов 1972 г., полученные на сейсмо-станциях А12—А16 (с/с) "Аполлон". При этом выделялся файл с одной конкретной компонентой (X, У, 2), одной из определенных сейсмостан-ций (А12—А16) и проводилась операция выделения огибающей по 10 точкам (частота оцифровки 6.625 Гц), далее проводилось сглаживание (усреднение) по 20 точкам. Полученные реализации огибающей разбивали на участки, содержащие непосредственно импакт и содержащие коду импакта. Далее проводили фильтрацию полученных реализаций для подавления низкочастотных сигналов длительностью более одного часа, затем из полученных сглаженных энергетических спектров реализаций в таблицы заносили только значения спектральных пиков, превышающих случайные с вероятностью более 0.95. Значимых спектральных пиков на всех сейсмостанциях наблюдается порядка 10 и в основном в диапазоне СКЛ от 18.7 мин до 50 с, что является следствием модуляции сейсмического сигнала от импакта колебаниями Луны, а длительности лунных сейсмограмм свидетельствуют не только о высокой
Таблица 1. Значимые периодичности (Р > 0.95), мин, спектров огибающих взаимокорреляционных лунных данных А12, А14 во время и после импакта (коды) 1972 г. на 133-134-й день от начала года по всем компонентам ХУ2 раздельно и их взаимокорреляционные спектры
Периодичность Т1 Т2 т3 ТА Т5 Т6 т7 Т8 Т9 Тю
ио12х14 17.2 12.9 8.3 6.4 4.5 3.9
ио12у14 17.2 12.9 10.3 8.3 7.1 5.8 3.4
ио^14 12.9 8.6 6.1 4.2 2.5
ио12хyz14 13.7 8.6 5.6 4.2 3.3
ко12х14 18.7 13.3 9.0 5.9 4.8
ко12у14 19.6 8.3 4.0
ко^14 17.9 13.3 9.4 7.3 5.6 4.6 3.6
ко12хyz14 18.7 15.9 10.6 9.6 8.6 8.0
Таблица 2. Значимые периодичности (Р > 0.95), мин, спектров огибающих взаимокорреляционных лунных данных А12, А14 во время и после импакта (коды) 1972 г. на 199-й день от начала года по всем компонентам ХУ2
Периодичность Т Т2 Т3 Та Т5 Т6 Ту Т8 Т9 Т10
ио12х14 9.6 8.3 6.7 5.4 4.3 3.3
ио12у14 16.5 14.7 11.4 9.6 8.1 7.6 5.9 4.5 3.5
ио^14 17.2 10.0 9.4 7.5 4.6 3.2
и12хyz14 15.3 10.5 9.4 8.8 8.1 7.5 6.7 5.3 3.4
ко12х14 12.5 9.6 8.3 6.2 5.5 4.4 3.5
ко12у14 19.6 14.2 10.0 6.7 5.8 4.5 3.4
ко^14 9.6 4.7 3.2
ко12хyz14 9.6 8.3 6.2 4.7 3.2
добротности среды распространения сигнала, но и об энергетической его подпитке.
Для выделения периодов основных кратных волн и спектра СКЛ определяли спектры от трех координатных реализаций функций корреляции, полученных с/с "Аполлон" при этих же ударах метеоритов, и табулировались. С учетом важности результатов их получение с полным изложением методики обработки первичного материала было продублировано, но с некоторыми дополнениями: выбором непосредственных сейсмических реализаций записи ударов, полученных на расположенных сравнительно близко сейсмоста-нциях А12 и А14. Места падения метеоритов были достаточно далеки, а второй метеорит упал почти в антиподе. Огибающие указанных записей по всем трем компонентам ХУХ, их усреднение и разделение на две реализации получали, как и ранее. Затем — получение взаимокорреляционных данных между записями одного и того же удара на
станциях А12 и А14 по всем трем компонентам соответственно, и далее — получение взаимных спектров по всем реализациям и по всем компонентам и функции тройной корреляции для импульсов и коды о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.