научная статья по теме МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ НА МАРСЕ Астрономия

Текст научной статьи на тему «МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ НА МАРСЕ»

УДК 523.43

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВУЛКАНИЧЕСКИХ И ОСАДОЧНЫХ ТОЛЩ НА МАРСЕ

© 2014 г. М. А. Иванов1, А. М. Абдрахимов1, Е. Н. Гусева1, В. П. Костама2, Й. Райтала2, Я. Кортениеми2, Т. Торманен2

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

2Университет Оулу, Оулу, Финляндия Поступила в редакцию 15.11.2012 г.

В работе рассматриваются морфометрические параметры слоистых толщ на Марсе, имеющих различное происхождение и обнажающихся на стенках уступов и кратеров, которые представляют собой естественные геологические разрезы. Целью работы являлась выработка количественных критериев, позволяющих различать слои вулканического и, предположительно, осадочного происхождения. В результате обмера большого количества слоев на изображениях самого высокого разрешения (камера ШЮ^Е, пространственное разрешение около 0.25 м/пкс) было установлено, что комбинация таких параметров, как общая извилистость и наклон спектра высокочастотной извилистости, позволяют, как правило, различать слоистые толщи разного генезиса. Для подавляющего большинства обмеренных слоев вулканического происхождения значения общей извилистости первышают величину 1.3, а наклон степенной функции, аппроксимирующей спектр извилистости, превышает величину 0.015. Для невулканических слоев соответствующие показатели меньше. В некоторых случаях, однако, слоистые толщи демонстрируют такие существенные вариации указанных параметров (например, слоистые отложения на днище кратера Галле), что генетическую принадлежность этих слоев невозможно оценить с помощью формальных критериев. Для более надежного обоснования природы слоистых отложений требуется комплексный подход, включающий как набор морфометрических параметров, так и качественные критерии — описание и характеристика геологической ситуации того или иного обнажения.

DOI: 10.7868/S0320930X14020042

ВВЕДЕНИЕ

Первые изображения высокого разрешения, полученные в результате систематического исследования поверхности (камера МОС на КА Mars Global Surveyor, пространственное разрешение — первые метры/элемент изображения, пкс), дали указание на то, что во многих регионах Марса обнажаются свиты слоистых пород (Malin и др., 1998; Malin, Edgett, 2001). В большинстве случаев слоистые толщи распространены в вулканических областях, где их природу практически однозначно можно связать с напластованиями лавовых потоков различной мощности. Тем не менее, в некоторых районах, например, на днище ударных кратеров, где нет признаков вулканической активности, слоистые породы могут иметь не вулканическое происхождение, а представлять собой осадочные толщи (Malin, Edgett, 2003). Многие ударные кратеры Марса, возможно, представляли собой озера в геологическом прошлом: в некоторых из них наблюдаются отложения, напоминающие конуса выноса, а другие связаны в цепочки входящими и исходящими руслами (Newsom и др., 1996; Cabrol, Grin, 1999; Buhler и др., 2011).

Равнина Эллады (рис. 1) расположена на днище купнейшего ударного бассейна Марса (около 2000 км в диаметре и около 9 км в глубину (Smith и др., 2001)). Такие размеры указывают на древность происхождения бассейна (Wilhelms, 1973; Fassett, Head, 2010) и, следовательно, его крупнейшая топографическая депрессия представляла собой место накопления вулканического и тер-ригенного материала практически на всем протяжении геологической истории Марса.

Расположенная на низких топографических уровнях, равнина Эллады соединена на северо-востоке с высокогорным вулканическим плато равнины Гесперия, которое представляло собой регион вулканической активности нижнегеспе-рийского возраста (Tanaka, 1986; Greeley, Guest, 1987). Систематическое геологическое картирование и интерпретация образований, встречающихся в месте соединения равнин Гесперия и Эллада (Crown, Greeley, 1993; Mest, Crown, 2003), показали, что вулканический материал равнины Гесперия проникал и отлагался на днище равнины Эллада. На западной стенке бассейна Эллада расположено вулканическое плато Земли Прометея, не отделенное от бассейна никакими топогра-

Восточная долгота, град

Рис. 1. Расположение эталонных (вулканических и осадочных) и проверочных областей на поверхности Марса. Пунктирная линия показывает вал бассейна Эллада. Простая цилиндрическая проекция.

фическими барьерами (Ivanov и др., 2010). Лавы плато, следовательно, должны были распространяться в сторону бассейна и частично заполнять его. Такая же ситуация наблюдается в южной части бассейна, где вулканические постройки равнины Мелея служили источником лав (Williams и др., 2009), распространявшихся в сторону равнины Эллада.

Уже по сникам со сравнительно низким разрешением, переданным КА Viking, на днище бассейна были отмечены образования, морфология которых указывала на их возможное невулканическое происхождение, например, поля кластических даек (см., например, Carr, 1981). С северо-востока в бассейн впадают два крупных канала истечения, Дао и Хармакис, формирование которых связывают с катастрофическим сбросом воды и выносом большого количества обломочного материала (Squyres и др., 1987; Crown и др., 1992; Carr, 1996; Price, 1998). Этот материал, естественно, отлагался на днище равнины Эллады. На южной стенке бассейна были идентифицированы пучки гряд, морфологические особенности которых позволяют интерпретировать их как эскеры, то есть структуры ледникового происхождения (Kargel, Strom, 1992). Гряды протягиваются вниз по склону до самого днища бассейна, указывая на возможность накопления ледниковых отложений в пределах равнины Эллады. Наконец, фотогеологический анализ изображений высокого разрешения (МОС) и, главным образом, данных лазерного высотомера MOLA (Smith и др., 2001) позволи-

ли выдвинуть предположение о существовании в пределах равнины Эллады крупного моря (Moore, Wilhelms, 2001), эволюция которого также должна быть связана с накоплением осадочного материала на днище бассейна. На протяжении Амазонийского периода геологической истории, когда и вулканическая, и флювио-гляциальная деятельность на Марсе проявлялись спорадически, в пределах равнины Эллады доминировали эоловые отложения (Tanaka, Leonard, 1995).

Таким образом, днище бассейна представляло собой регион, где накопились отложения разного происхождения: вулканические, флювиально-гляциальные и эоловые. Примечательно, что все эти механизмы могут приводить к образованию слоистых пород. Расшифровка природы таких толщ позволила бы проследить историю заполнения бассейна Эллады и оценить относительный вклад в нее разных геологических процессов. Эта задача, однако, не является тривиальной, так как слоистые толщи разного генезиса могут демонстрировать сходные морфологические характеристики. Главной задачей нашего исследования была выработка формальных морфометрических критериев, позволяющих отличать слоистые пачки вулканических пород от невулканических. В дальнейшем мы планируем использовать эти критерии для оценки механизма формирования слоистых толщ в пределах равнины Эллада.

ВЫБОР СЛОИСТЫХ ТОЛЩ РАЗНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Изображения с высоким пространственным разрешением (например, THEMIS-vis, разрешение примерно 18 м/пкс (Christensen и др., 2004) или CTX, разрешение около 6 м/пкс (Malin и др., 2007)) показывают, что во многих регионах на Марсе в естественных обнажениях, таких как уступы и стенки кратеров, видны пачки слоистых пород, которые, вероятно, имеют разное происхождение. Строение поверхности таких слоистых образований часто характеризуется специфическими структурными и текстурными особенностями. Например, во всех горных плато Марса наблюдаются системы извилистых гряд, характерных для вулканических равнин на планетах земной группы (Chicarro и др., 1985; Bilotti, Suppe, 1999). Дополнительные морфологические особенности плато, такие как фронты лавовых потоков или вулканические постройки, позволяют уверенно интерпретировать слоистые толщи, деформированные извилистыми грядами, как лавовые покровы. Хотя наличие извилистых гряд и согласуется с вулканическим происхождением равнин, формирование этих тектонических структур требует всего лишь наличия слоистых толщ (неважно какого происхождения) и их деформации за счет бокового сжатия. Ни то, ни другое, естественно, никак не указывает на способ происхождения пачек слоев. Более того, на Земле известны примеры формирования извилистых гряд в осадочных породах, подвергшихся сейсмическому воздействию (Ple-scia, Golombeck, 1986). Таким образом, наличие извилистых гряд на поверхности является только косвенным указанием на возможное вулканическое происхождение деформированных слоев.

В других регионах Марса, в частности на днище крупных ударных кратеров, видны равнинные комплексы со слоистым строением, поверхность которых демонстрирует муаровую текстуру. Такой рисунок возникает при эродировании субгоризонтальных слоев малой мощности, что характерно для пород осадочного происхождения. Тем не менее, тонкослоистые вулканические свиты при выветривании будут так же характеризоваться муаровой текстурой. Следовательно, ни структурные, ни текстурые особенности поверхности не позволяют уверенно различать вулканическую и невулканическую природу слоистых образований.

Дополнительным критерием для определения природы слоистых толщ может служить форма краевых частей слоев, обнажающихся в естественных уступах. Извилистость слоев представляет собой важный компонент картины их разрушения и связана с гранулометрическим составом слоев разного происхождения и прочностью их материала. Например, потоки лав обычно представлены материалом высокой прочности, который, тем не менее, характеризуется крупноглыбо-

вой отдельностью, возникающей как при становлении потока (глыбовые лавы), так и после его остывания (например, столбчатая отдельность базальтов). Характерная отдельность лавовых потоков приводит к выкалыванию и выпадению блоков и проявляется в крайне неровных очертаниях краев лавовых слоев, обнажающихся в уступах. В противоположность этому, осадочные скопления могут состоять из тонкозернистого, сортированного и неконсолидированного материала с низкой проч

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.

Показать целиком