АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2015, том 49, № 1, с. 3-14
УДК 523.42
ИСТОРИЯ ДЛИННОВОЛНОВОЙ ТОПОГРАФИИ ВЕНЕРЫ
© 2015 г. М. А. Иванов1,2, Дж. У. Хэд2, А. Т. Базилевский1,2
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия 2Университет Брауна, Провиденс, США e-mail: mikhail_ivanov@brown.edu Поступила в редакцию 28.04.2014 г.
Сопоставление глобальной геологической и топографической карт Венеры позволило провести анализ топографической конфигурации основных стратиграфических подразделений, образующих поверхность планеты. Основные положительные детали рельефа на Венере проявлены как выступы тектонизированных подразделений, которые, как правило, относятся к начальным эпизодам ее видимой геологической истории (начало Гиневрийского периода). Главным морфоструктурным комплексом этой категории выступает тессера, основные массивы которой составляют особый класс платообразных возвышенностей высотой до первых километров и десятки—сотни—тысячи километров в поперечнике. Более молодые щитовые и региональные равнины Венеры приурочены к региональным склонам возвышенностей, образованных древними тектонизированными подразделениями, и концентрируются в региональных низменностях. Это указывает на то, что не только возвышенности древних тектонизированных подразделений были сформированы на начальных этапах геологической истории Венеры, но также и низменности регионального масштаба (сотни—тысячи километров в поперечнике). Оценки абсолютного модельного возраста региональных равнин, заполняющих низменности, указывают, что формирование этого вещественного комплекса отмечает первую треть видимой геологической истории. Таким образом, картина длинноволновой топографии Венеры в основном сложилась на ранних этапах геологической истории, в течение первой ее трети. На заключительных этапах, которые охватывали последующие две трети видимой геологической истории Венеры (Атлийский период), формирование длинноволновых деталей топографии сводилось, главным образом, к образованию куполовидных возвышенностей, которые вносят незначительный вклад (около 15%) в общую картину длинноволновой топографии планеты. Это свидетельствует о том, что уровень эндогенной активности после формирования региональных равнин резко снизился, а ее стиль изменился от интенсивных коровых дислокаций к обширным, но изолированным воздыманиям мощной тепловой литосферы.
Ключевые слова: Венера, топография, стратиграфия, гипсограмма, режимы обновления поверхности. DOI: 10.7868/S0320930X15010028
ВВЕДЕНИЕ
Картина длинноволновой (сотни—тысячи км) топографии планетных тел представляет собой результат совокупного действия многих факторов. Среди них, как представляется, важнейшими являются следующие: (1) структура коры (латеральные изменения ее состава и мощности), (2) строение литосферы (например, наличие или отсутствие астеносферного слоя) и ее тепловой режим (например, остывание океанической литосферы по мере удаления от срединно-океаниче-ских хребтов), (3) динамическое состояние мантии (конвективные течения и диапиризм), (4) эффективность эрозии и аккумуляции (в том числе, формирование и таяние ледников), (5) интенсивность метеоритной бомбардировки крупными ударными телами. Структура коры и литосферы представляют собой статические факторы, ведущие к установлению равновесного состояния литосферных
блоков (изостазии) (см., например, Suppe, 1985), а остальные носят динамический характер и смещают блоки от состояния равновесия.
Расшифровка истории изменения картины длинноволновой топографии позволяет оценить вклад этих факторов на том или ином отрезке геологического времени. Очевидно, что крупные ударные структуры играли важную роль в формировании глобального рельефа планетных тел на начальных этапах их эволюции в период интенсивной метеоритной бомбардировки. Ее влияние в распределение высот поверхности сохранилось до настоящего времени на малых земных планетах, таких как Луна и Меркурий (см., например, Shoemaker, 1962; Smith и др., 2010). Основа картины распределения высот поверхности Марса также заложена гигантскими ударными событиями (Wilhelms, Squyres, 1984; McGill, 1989; Smith и др., 2001; Frey и др., 2002), но на этой планете она затушева-
Высота, км
Высота, км
Рис. 1. Бимодальная гипсограмма Земли (а) и одно-
модальная гипсограмма Венеры (б).
на вулканическими, тектоническими и эрозионно-аккумуляционными процессами.
На крупных земных планетах, таких как Земля и Венера, следов участия крупных метеоритных ударов в становлении глобальной топографии не сохранилось. Очевидно, что на этих планетах главную роль в формировании глобальной топографической картины играют внутрипланетарные статические и динамические факторы.
Наиболее заметная особенность глобальной топографии Земли — ее бимодальность (рис. 1а), в формировании которой участвуют все факторы, но главная роль принадлежит двучленному строению коры (материковая и океаническая) и активно действующему механизму глобальной тектоники
плит. Постоянное латеральное смещение материковых плит, разрастание и поглощение океанической коры, связанное с мантийной конвекцией, поддерживают дихотомический характер топографии Земли. Прямые свидетельства (определение возраста частей океанической коры) показывают, что такая топографическая картина наблюдается, по крайней мере, с Юры. Палеореконструкции пространственного распределения континентальных масс, оценки высоты стояния континентов (фриборд) как функции времени (см., например, Wise, 1974; Hynes, 2001) и соответствующие модели роста объема континентальной коры (см., например, McLennan, Taylor, 1983; Schubert, Reymer, 1985; Armstrong, 1991) указывают, однако, на гораздо более раннее заложение глобальной топографической дихотомии Земли.
В отличие от Земли, гипсограмма Венеры строго одномодальна (рис. 1б). В случае Венеры из рассмотрения свободно можно исключить эрозион-но-аккумуляционные процессы, эффективность которых в отсутствие жидкой воды мала. Кроме того, на Венере не отмечены структурные зоны глобального масштаба, которые указывали бы на действие тектоники плит на этой планете (Solomon и др., 1991; 1992). Структуры, которые могли бы свидетельствовать о признаках тектоники плит на Венере, отмечены лишь только в некоторых регионах, ограниченных по площади и не связанных друг с другом (Vorder и др., 1989; 1991; Head, 1990а; 1990b; Head и др., 1990; Ivanov, Head, 2007; 2008). Все эти структуры относятся к самым начальным эпизодам геологической летописи и не возникали на протяжении дальнейшей истории. Глобально развитые пояса гряд и борозд (Ivanov, Head, 2011) не комплементарны друг другу, так как формировались в разных регионах и в разное время. Следовательно, эти глобальные структурные зоны сжатия и растяжения не могут представлять собой аналоги земных сопряженных срединно-океанических хребтов и зон субдукции.
Пояса борозд насыщены структурами корон. Пучки трещин, образующих пояса, часто формируют валы корон и соединяют короны друг с другом. Частотно-размерное и пространственное распределения корон несовместимы с происхождением этих структур в результате крупных метеоритных ударов (Phillips и др., 1992; Stofan и др., 1992; Stefan-ick, Jurdy, 1996). С другой стороны, округлая форма в плане, тектонические структуры и часто обильный вулканизм, связанные с коронами, дают основания считать их эндогенными вулкано-тектоническими структурами и связывать из происхождение с мантийным диапиризмом (Pronin, Stofan, 1990; Stofan и др., 1992; Squyres и др., 1992; Koch, Manga, 1996; Smrekar, Parmentier, 1996; Smrekar, Stofan, 1997; Jellinek и др., 2002; Johnson, Richards, 2003).
Современная Земля Современная Венера
Рис. 2. Действие тектоники плит на Земле приводит к постоянному смещению континентальных масс и изменению их частотно-размерного и пространственного распределений. На Венере нет признаков значительного горизонтального перемещения литосферных блоков на протяжении времени 1.47', где Т — средний абсолютный модельный возраст поверхности (от 750 до 300 млн лет).
Отсутствие на Венере глобальных зон разраста- д ния и поглощения коры и обилие корон указывают р] на то, что на протяжении основной части обозри- к мой геологической истории на Венере доминиро- в вала плюм-тектоника, связанная преимуществен- л( но с вертикальным переносом тепла и массы в цилиндрических колоннах (Schubert и др., 1997). ц Тектоника плит Земли резко отличается от такого м механизма, так как включает существенную ком- с поненту горизонтального движения плоских ли- ф тосферных плит. Это приводит к постоянному ла- с] теральному смещению материков, которое выяв- с< ляется с помощью палеореконструкций (рис. 2). ч< Доминирующая на Венере плюм-тектоника не р] способствует горизонтальному смещению лито- н, сферных блоков, но приводит к вертикальной ак- ц креции коры/литосферы (Parmentier, Hess, 1992; Head и др., 1994) и, следовательно, к изменениям крупномасштабной топографии поверхности. п.
Примеры геологического картирования Вене- л
ры в изолированных областях (Basilevsky, Head, В
1995а; 1995b; 1998) показывают, что сравнительно н
небольшое количество вещественных и структур- в
но-вещественных комплексов (типов местности), б
находящихся в определенном стратиграфическом ч
порядке, адекватно описывает строение поверхно- ч
сти и позволяет расшифровывать геологическую с
историю крупных регионов (см., например, Johnson м
и др., 1999; Bender и др., 2000; McGill, 2000; Bridges, э
McGill, 2002; Campbell B., Campbell P., 2002; Stofan, п
Guest, 2003; McGill, 2004; Grosfils и др., 2011). Сле- т
дующим шагом в понимании геологической истории Венеры является глобальная геологическая карта ее поверхности (рис. 3а) (Ivanov, Head, 2011). Важнейшим документом, сопровождающим геологическую карту, выступает глобальная корреляционная диаграмма, которая представляет собой модель распределения закартированных комплексов во времени (рис. 3б) и позволяет придать морфологическим типам местности стратиграфический смысл. Карта и корреляционная диаграмма в совокупности представляют полную стратиграфическ
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.