ПЕТРОЛОГИЯ, 2015, том 23, № 2, с. 141-166
УДК 523.42
ВУЛКАНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ВЕНЕРЫ: РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ, ВОЗРАСТ, МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ
© 2015 г. М. А. Иванов
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН ул. Косыгина, 19, Москва, 119991, Россия; e-mail: mikhail_ivanov@brown.edu Поступила в редакцию 29.07.2014 г.
Получена после доработки 12.09.2014 г.
Рассмотрена морфология и возрастные соотношения равнинных местностей Венеры. Стратиграфически наиболее древними и сильно тектонизированными комплексами планеты являются останцы равнин, предшествовавших тессерообразующим тектоническим структурам. Это указывает на то, что при формировании тессерной местности преимущественно вовлекался материал, образованный за счет излияний маловязких (вероятно, базальтовых) лав. Наиболее древними стратиграфическими подразделениями, в формировании которых вулканическая активность играла главенствующую роль, являются щитовые равнины. Их облик свидетельствует о весьма многочисленных, но маломощных извержениях базальтового вещества из рассеянных и, вероятно, приповерхностных источников. Единственными формами рельефа Венеры, облик которых указывает на извержение лав повышенной вязкости, являются фестончатые потоки и крутосклонные купола. Подавляющее большинство куполов пространственно и стратиграфически ассоциируют со щитовыми равнинами, что свидетельствует об особом стиле вулканизма при формировании равнин, способствовавшего локальному образованию лав повышенной вязкости. Возможные механизмы образования крутосклонных куполов подтверждают, что, вероятнее всего, купола формировались в результате извержения обогащенного кремнеземом расплава (и потому более вязкого) в результате кристаллизационной дифференциации в магматических камерах. Морфология поверхности более молодых региональных равнин свидетельствует о их образовании в результате обильных, но кратковременных излияний базальтовых (или, возможно, коматиитовых) лав (лавовое затопление). Площади и возможные объемы региональных равнин в большей степени согласуются с их формированием при плавлении порций мантийного вещества, замещавших деламинировавшие блоки корневых частей литосферы. Форма проявлений, характер распределения в пространстве и типичные ассоциации лопастных равнин указывают на их образование при плавлении головных частей мантийных диапиров. Морфологические характеристики основных вулканических комплексов Венеры (щитовых, региональных и лопастных равнин) и их устойчивые стратиграфические соотношения указывают на резко выраженную эволюцию вулканической активности в геологической истории Венеры.
DOI: 10.7868/S0869590315020041
ВВЕДЕНИЕ
Венера — крупная планета земной группы, которая лишь немного уступает Земле по размерам: радиус Венеры составляет 6051.8 км против 6378.1 км Земли. Размеры Венеры дают основания считать, что эта планета обладает существенным гравитационным потенциалом и запасом теплоге-нерирующих элементов для длительного поддержания эндогенной активности. Обилие тектонических и вулканических форм рельефа, установленных по данным экспедиции Венера-15/16 (Барсуков и др., 1986), подтвердили это предположение. Некоторые результаты, полученные в последнее время (например, обнаружение грозовых разрядов в атмосфере, необычные радиолокационные свойства поверхности и периодические тепловые аномалии в некоторых регионах молодых тектонических зон), дают основания полагать, что эндогенная активность на Венере про-
должается и в настоящее время. Имеющихся данных, однако, не хватает, чтобы количественно оценить уровень этой активности.
Фотогеологические методы исследования поверхности Венеры ограничены в возрастном отношении тессерной местностью, которая, вероятно, представляет собой древнейший из различимых тип местности. Возраст этой местности составляет 1.4Т, где Т — средний возраст поверхности планеты (от 750 до 300 млн лет, по разным оценкам). Таким образом, обозримая часть геологической истории Венеры охватывает последние 10—25% всей истории планеты. Каков был стиль глобальной тектоники на протяжении первых, скрытых, 75—90% геологической истории Венеры, мы не знаем. Съемка поверности планеты в экспедиции Магеллан (97% поверхности) показала, что на Венере нет структур, свидетельствующих о действующей тектоники плит (Solomon
Таблица 1. Данные о химическом составе грунта, переданные спускаемыми аппаратами серий "Венера-Вега"
Lander ИпП 8Ю2 ТЮ2 А1203 FeO МпО МБО СаО к2О 8 С1 К ТИ и
В-8 4.0 ± ± 1.2 6.5 ± ± 0.2 2.2 ± ± 0.7
В-9 гр1 0.5 ± ± 0.1 3.7 ± ± 0.4 0.6 ± ± 0.2
В-10 гр1 0.3 ± ± 0.2 0.7 ± ± 0.3 0.5 ± ± 0.3
В-13 гр1 45.1 ± ± 3.0 1.59 ± ± 0.45 15.8 ± ± 3.0 9.3 ± ± 2.2 0.2 ± ± 0.1 11.4 ± ± 6.2 7.1 ± ± 0.96 4.0 ± ± 0.63 0.65 ± ± 0.4 <0.3
В-14 р1 48.7 ± ± 3.6 1.25 ± ± 0.41 17.9 ± ± 2.6 8.8 ± ± 1.8 0.16 ± ± 0.08 8.1 ± ± 3.3 10.3 ± ± 1.2 0.2 ± ± 0.07 0.35 ± ± 0.31 <0.4
ВГ-1 гр1 0.45 ± ± 0.22 1.5 ± ± 1.2 0.64 ± ± 0.47
ВГ-2 гр2 45.6 ± ± 3.2 0.2 ± ± 0.1 16.0 ± ± 1.8 7.74 ± ± 1.1 0.14 ± ± 0.12 11.5 ± ± 3.7 7.5 ± ± 0.7 0.1 ± ± 0.08 1.9 ± ± 0.6 <0.3 0.40 ± ± 0.20 2.0 ± ± 1.0 0.68 ± ± 0.38
Примечание. Содержания всех петрогенных элементов — в мас. %, ТИ и и — в частях на миллион. В — спускаемые аппараты серии "Венера", ВГ — спускаемые аппараты серии "Вега".
е1а1., 1992), которая представляет собой основной механизм потери тепла нашей планетой. Не обнаружены на поверхности и реликтовые формы рельефа, которые могли бы свидетельствовать о доминировании тектоники плит на более ранних этапах геологической истории Венеры. Следовательно, Венера (по крайней мере, на позднейших этапах своей эволюции) теряла внутреннее тепло другим способом. Каким?
Одним из наиболее вероятных процессов потери внутреннего тепла является вулканическая активность. Каковы ее характеристики, история и механизмы? Какие типы вулканических пород могли формироваться на поверхности? Свидетельствуют ли характеристики вулканизма Венеры о существовании эволюционного тренда, возможно, общего для земных планет (8Иагкоу, Во§а1ткоу 2009)? Эти вопросы имеют ключевое значение для понимания геологической эволюции Венеры.
Важной проблемой является состав вулканитов. В этом отношении Венера представляет собой крайне неблагоприятный объект исследования, хотя спускаемые аппараты серии "Венера-Вега" и передали информацию о химическом составе вещества поверхности (8игкоу, 1997). Результаты этих экспериментов позволили составить общее представление о разнообразии горных пород Венеры (Вагзикоу, 1992). Тем не менее три фактора сильно ограничивают интерпретацию проведенного геохимического опробывания.
Во-первых, химический анализ грунта проводился в семи точках (8игкоу, 1997). Из них только в трех определялись содержания главных породообразующих элементов (за исключением натрия).
В остальных местах были установлены содержания главных теплогенерирующих элементов (К, ТИ, И) (8игкоу, 1997). Во-вторых, точное положение спускаемых аппаратов остается неизвестным: они были расположены где-то в пределах посадочного круга диаметром около ста километров. На этой площади всегда присутствует целый набор вещественных комплексов и связать конк-третные результаты измерений с тем или иным комплексом возможно только на вероятностной основе (АЬёгакЫшоу, 2005). В-третьих, полученные данные характеризуются большими ошибками измерений (табл. 1), что приводит к значительным неопределенностям интрепретаций, сделанных на основе этих данных (М1ко1аеуа, Аткт, 1999).
Таким образом, геохимико-петрологические интерпретации образований на поверхности Венеры практически исключительно основываются на оценке их возможного состава по характерной морфологии. Например, гладкие лавовые потоки без выраженного фронтального уступа свидетельствуют об излияниях маловязкого материала. Это указывает, скорее всего, на базальтовый состав лав. В ином случае, куполообразные формы с заметным фронтальным уступом и формационны-ми грядами на поверхности говорят о том, что они образовались в результате извержений более вязких лав. Повышенная вязкость лав может быть связана, в частности, с их более высокой, чем у базальтов, кремнекислотностью.
Хотя морфологический подход к оценке состава вещественных комплексов Венеры позволяет различать только крупные петрологические классы горных пород, он, однако, применим ко всей
поверхности планеты. Это выгодно отличает фотогеологические исследования от анализа, основанного на данных спускаемых аппаратов. Другой несомненной и черезвычайно важной особенностью фотогеологического изучения является то, что оно достаточно надежно позволяет охарактеризовать тип вулканической активности, приведшей к формированию того или иного вещественного комплекса на поверхности. Например, легко можно отличить образования, связанные с извержениями из маломощных рассеянных источников, от тех, которые были сформированы в результате лавового затопления. Кроме того, морфологические различия позволяют определить гомогенные образования (морфоструктурные единицы) и установить их относительные возрасты, что является основой для расшифровки вулканической истории Венеры (Ivanov, Head, 2013).
Определение морфоструктурных единиц (синонимы в данном тексте: типы местности, стратиграфические подразделения, вещественные комплексы) на поверхности планет и установление их возрастных соотношений — два главных и неразрывно связанных способа расшифровки геологической истории планет и понимания процессов, действовавших на ее протяжении. Основанием для определения морфоструктурных подразделений является строение поверхности: если оно специфично и отличается от соседних, то определяет морфоструктурную единицу. Такой подход является чисто описательным и не основан на гипотезах формирования местностей, различимых на поверхности.
Особенности морфологии позволяют перейти на более высокий уровень характеристики морфоструктурных единиц: к интерпретации процессов их формирования и пониманию их природы. Хотя такая интерпретация часто требует дополнительной информации (например, знания об условиях н
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.