На суше и на море 1984(24)

ВУЛКАНИЗМ В КОСМОСЕ

Маленький принц прилетел с планетки, которая называется «астероид В-612»... У него было два действующих -вулкана. На них очень удобно по утрам разогревать завтрак. Кроме того, у него был еще один потухший вулкан... Потухший вулкан служил ему табуретом.

Антуан де Сент-Экзюпери. «Маленький принц»

Огненный факел гигантским раскаленным копьем вонзается в темное ночное небо с тускло мерцающими звездами и, будто встретив невидимое препятствие, разбивается на сотни изогнутых светящихся ниточек, стремительно падающих на землю. Отблески пламени высвечивают в темноте то там, то здесь черные конусы — «визитные карточки» прошлых извержений. Почва дрожит, далеко вокруг разносятся шлак и пепел. Временами откуда-то из-под камней вырываются мощные беловато-красные струи расплавленной магмы. Огненными ручьями они бегут по склону, уничтожая на своем пути все живое. Вот с грохотом взметнулось вверх белое облачко пара — это лавовый поток в мгновение ока осушил горное озерцо. Продолжая свой стремительный бег, огненная река врывается в небольшой лесок и превращает его в пылающий массив...

Таким запомнилось нам недавнее извержение вулкана Толбачик на Камчатке, начавшееся летом 1975 г. и продолжавшееся более года.

Позже нам неоднократно приходилось бывать в тех же местах в составе геофизических экспедиций, изучающих внутреннее строение магматических очагов этого района. И каждый раз мы не могли отделаться от ощущения, что перед нами какой-то неземной, космический ландшафт. Окружающая природа стала неузнаваемой! Исчезли густые заросли шиповника, невысокие деревца, светлые полянки. Насколько хватает глаз, везде темные холмы, равнины, лавовые торосы. Вместо густой травы под ногами безжизненно хрустит шлак. Местами по колено погружаешься в пепел. Унылая, черная, безжизненная пустыня, прямо-таки лунный пейзаж...

Да, именно такой предстала поверхность ближайшей к нам планеты перед роботами автоматических станций и первыми астронавтами. И это сходство не случайно: исследования последних лет показали, что в формировании поверхности нашего естественного спутника вулканические явления сыграли далеко не последнюю роль.

Яркая особенность лунного рельефа — обилие кратеров. Как они возникли? На этот счет есть две гипотезы: метеоритная и вулканическая. По-видимому, в определенной степени верны обе: одни кратеры образовались при бомбардировке лунной поверхности метеоритами, другие имеют явно вулканическое происхождение, например кратеры Коперника и Тихо, поля выброса которых по объему намного превышают кратер-ную воронку. Впрочем, сторонники метеоритной гипотезы видят в этом лишь вторичный эффект: ведь удар метеорита может быть таким сильным, что служит как бы «спусковым механизмом» вулканической деятельности, вызывая плавление породы в месте удара и извержение. Образующиеся в таком случае формы рельефа практически невозможно отличить от первично-вулканических. Однако некоторые особенности лунного пейзажа не укладываются в рамки метеоритной гипотезы.

Главное отличие лунного рельефа от земного — его «геометричность»: на Луне значительно больше круговых, эллипсоидальных, полигональных, прямолинейных форм. Они не могли образоваться под воздействием метеоритного потока: метеориты должны были бы падать слишком направленно. Например, как появились многокольцевые образования — очень правильные концентрические системы как бы вложенных друг в друга кратеров? Внутри внешнего кольца гигантской многокольцевой структуры, окружающей Море Дождей и имеющей диаметр до 3 тыс. км, можно выделить еще девять кольцевых систем. На Земле

есть аналогичные формы. Это крупные кальдеры — циркообразные впадины над магматическими резервуарами. Система колец образовалась при постепенном остывании больших расплавленных масс, периодически поступавших к поверхности. Сначала возникают внешние кольца, соответствующие кальдерам более крупных резервуаров, позже — внутренние. Периферические цепочки кратеров могли возникнуть вследствие прорыва на поверхность отдельных магматических и газовых потоков.

Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после образования ее недра были разогреты радиоактивным теплом и расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму. Появилось множество кратеров и гигантских лавовых полей.

Прямые доказательства вулканического характера ландшафта Луны были получены при изучении образцов лунного грунта. Лунные породы оказались сходными с земными базальтами. Абсолютный возраст этих образцов — от 3 млрд. до 4 млрд. лет. Очевидно, вулканизм на Луне в тот период был очень интенсивным.

Ну а как же обстоит дело на других планетах и их спутниках? Многочисленные следы вулканизма есть и там. Как здесь не вспомнить о Маленьком принце, герое произведения известного французского писателя Антуана де Сент-Экзюпери. Родина принца — безвестная маленькая планетка, но и там было три вулкана: два действующих и один потухший. Экзюпери написал свою книгу в 1942 г., задолго до появления ракетно-космической техники. С Земли многого не, увидишь, и потому можно лишь удивляться проницательности писателя.

Полеты космических аппаратов к Венере, Марсу, Меркурию и Юпитеру показали: те или иные формы вулканических проявлений имеются почти на всех планетах. Например, на Меркурии помимо районов с большим числом кратеров явно метеоритного происхождения были обнаружены и занимающие обширные территории старые межкратерные плоскогорья — свидетели древнего вулканизма. С ним связано и формирование равнинных районов Меркурия; здесь вулканический материал толстым слоем покрывает более древние формы поверхности. Исследователи предполагают, что некоторые крупные линейные хребты на этой планете образовались после накопления вулканического материала возле жерл. Эти данные получены космическим аппаратом «Маринер-10», пролетевшим возле Меркурия в 1973 г.

Еще больше сведений о вулканизме дало радиокартирование Венеры с помощью искусственных спутников «Вене-ра-9 и -10». Оказалось, что на этой планете есть крупные горные массивы. В центре одного такого плато находится вулканический конус, возвышающийся на 12 км над средним уровнем поверхности. Его склоны имеют четко выраженную террасную структуру, а поперечник подошвы достигает почти 1000 км. Диаметр кратера на вершине составляет 100 км, глубина его — 4 км. Центральная часть плато покрыта сравнительно молодыми лавовыми потоками.

Но наиболее крупные вулканические конусы — настоящие гиганты по земным масштабам — обнаружены на Марсе. Четыре вулкана в области Фарсида в несколько раз больше существующих на Земле. Из них два — Арсия и Олимп — достигают 500 — 600 км в основании, высота Арсии — 27, Олимпа — 24 км. Поражает воображение не только высота, но и диаметры кратеров вершин: около 100 км у Арсии и 60 км у Олимпа. Подобных образований нет на нашей планете. Например, крупнейший вулкан Мауна-Лоа на Гавайских островах приблизительно втрое меньше и по высоте (считая высоту подводной части 4,5 км), и по диаметру основания, а поперечник его центрального кратера — всего 6,5 км.

Олимп издавна привлекает внимание как одно из наиболее светлых пятен на диске Марса. Само название говорит о том, что это образование правильно считали возвышенностью, но мало кто мог предполагать, что она столь грандиозна. Отсутствие в областях Марса, где сосредоточены вулканы, кратеров ударного происхождения, а также хорошо сохранившиеся следы лавовых потоков на склонах гор позволяют предположить, что вулканы действовали здесь по геологическим масштабам еще сравнительно недавно (не более нескольких миллионов лет назад). О широком развитии вулканизма на планете свидетельствуют фотопанорамы, переданные с посадочного аппарата «Викинг-2». Место его посадки на обширной марсианской равнине Утопия было усыпано многочисленными камнями с характерными ноздреватыми поверхностями типа пемз. Подобные продукты раздробления пемзовых лав в виде обломочных рыхлых глыб часто встречаются и на Земле.

Итак, явление вулканизма на других планетах можно считать установленным достаточно надежно. Но выше речь шла о древнем вулканизме, формировавшем поверхности планет много миллионов и даже миллиарды лет назад. А что происходит на небесных телах Солнечной системы теперь? Неужели они уже мертвы в геологическом отношении?

Вопрос этот имеет немалую историю. Не одну сотню лет астрономы вглядывались в поверхности планет, и особенно ближайшего к нам небесного тела — Луны, надеясь увидеть какие-то изменения. Неоднократно появлялись сообщения о различных явлениях на поверхности Луны; к сожалению, многие из таких сообщений принадлежали любителям, и установить их достоверность не представлялось возможным. Однако ряд наблюдений (около ста) сделали опытные и квалифицированные исследователи. Одним из них был известный английский астроном Уильям Гершель, опубликовавший сочинение «Лунное извержение 1783 года». Гершель располагал достаточно сильным, даже по современным меркам, 50-дюймовым телескопом. В своем трактате он рассказал, что наблюдал вблизи кратера Аристарх явление, весьма похожее на «извержение вулкана». Позднее он же наблюдал три ярких пятна на Луне.

Сообщения такого рода периодически появляются и в наши дни. Одно из наиболее интересных и хорошо документированных принадлежит советскому астроному Козыреву. Вот как он об этом рассказывает: «3 ноября 1958 г. я держал в поле зрения телескопа кратер Альфонс. Он уже был у астрономов «на подозрении». На фотографиях в районе центрального пика этого кратера еще раньше была замечена какая-то смазаниость, нечеткость изображения. Что это такое, толком сказать не мог никто. Единственным надежным средством расшифровки непонятного явления в то время могла быть только спектрограмма. Три года, начиная с 1955 г., я занимался спектральными исследованиями поверхности Луны. В ту ночь, когда шла экспозиция. Альфонс показался мне ярче и белее, чем обычно. Но я, наверно, не насторожился бы, если бы буквально у меня на глазах, секунд за десять, спектр не померк до своего обычного, «тривиального» уровня. Я тут же закрыл затвор и начал новый снимок, чтобы потом сличить их, убедиться, что глаза мои не ошиблись.

Сомнений не оставалось: на спектрограмме были отчетливо видны новые, прежде никогда не встречавшиеся яркие линии. Под ударами солнечных лучей газы, вырвавшиеся из лунных недр, флюоресцировали, светились...»

Спектрограмма рассказала и о составе самих газов. Это были сложные молекулы, видимо сразу распадавшиеся на более простые, в состав которых входил радикал С2 — молекулярный углерод. Почему углерод объединился в молекулы, которые на Земле в вулканических газах почти не встречаются? Видимо, сказалось то, что на Луне нет атмосферы. Облако вулканических газов сразу же попало под жесткое излучение Солнца. Это и заставило молекулы углерода перестроиться в эти радикалы.

Есть две причины, по которым с Земли трудно заметить деятельность лунных вулканов. Прежде всего интенсивность их извержения намного ниже, чем на Земле. Расчеты показали, что в ходе наблюдаемого Козыревым явления из недр Луны вырвалось около миллиона кубических метров газа; на Земле же вулканы выбрасывают миллиарды кубометров. Однако главная причина, по которой за вулканами Луны трудно уследить, заключается в том, что там нет атмосферы. В вакууме изверженное облако газов исчезает очень быстро.

В 1961 г. Козырев с помощью того же метода зафиксировал выделение молекулярного водорода из кратера Аристарха. В 1963 г. в обсерватории Лоуэлла американские астрономы с помощью рефракторного телескопа с диаметром объектива 61 см наблюдали в том же кратере и вокруг него пятна красного и розового цвета. Сразу вслед за исчезновением пятен в кратере появилась фиолетово-синеватая дымка. Аналогичные явления наблюдались и на других планетах Солнечной системы.

Но свойственный ученым естественный скептицизм побуждает их всегда искать более «прозаические» объяснения подобным явлениям. Плоские поверхности в пепельном свете Луны могут порождать различные блики, возможна и приповерхностная люминесценция силикатов и газов под действием солнечной радиации и пр. Как бы то ни было, большинство астрономов долгое время считали преждевременным говорить о современной вулканической деятельности на небесных телах Солнечной системы.

И вот наконец сомнения развеяны. В космосе обнаружены действующие вулканы! Это произошло во время пролета космического аппарата «Вояджер-)» в 1979 г. вблизи Юпитера. На ряде переданных на Землю снимков одного из его спутников — Ио — хорошо видны зеленовато-белые облака вулканических выбросов, простиравшихся до высоты 100 — 300 км, что соответствует начальной скорости выброса 0,5 — 1 км/с (на Земле эта величина обычно составляет 0,1 — 0,3 км/с). Высота одного из действующих вулканов определена в 1600 м. Его склоны были сплошь покрыты темными лавовыми потоками. Некоторые из них простирались более чем на 90 км. Вершину венчал 48-километровый кратер. На Ио были обнаружены и небольшие трещины, через которые происходили малые извержения. На снимках, переданных «Вояджером-1», обнаружены 9 действующих вулканов. В течение четырех суток, пока Ио была в поле зрения телекамер, эти вулканы неоднократно извергались, причем все извержения относились к взрывному типу. Большая часть выброшенного материала через 5 — 10 минут после извержения падала на поверхность спутника. Специалисты считают, что вулканические выбросы на Ио состоят из сероводорода или двуокиси серы.

Поскольку на Ио, отстоящей от Солнца значительно дальше Земли, средняя температура поверхности -143° С, то не приходится говорить о тысячеградусных температурах, сопутствующих земных извержениям. Максимальная температура материала одного из выброшенных вулканом облаков, измеренная инфракрасными датчиками «Вояджера-1», составляла 97° С.

Четыре месяца спустя в окрестностях Ио прошла другая автоматическая станция — «Вояджер-2». Станция должна была проводить съемку этого спутника на протяжении 10 часов с интервалом в несколько минут. «Вояджер-2» обнаружил, что семь из девяти ранее открытых вулканов продолжают действовать.

Таким образом, снимки «Вояджеров» послужили достоверным свидетельством современного внеземного вулканизма. Ио оказалась в этом отношении более активной, чем Земля. На это указывает необычно молодой возраст поверхности Ио — примерно 10 млн. лет. Поэтому не удивительно, что здесь почти нет древних кратеров.

Столь интенсивная вулканическая активность Ио свидетельствует о том, что ее недра, возможно, находятся в расплавленном состоянии. По одной из гипотез, их разогрев связан с приливными воздействиями Юпитера. Движение Ио по эксцентрической орбите вызывает периодическое растяжение тела спутника. Часть энергии деформации переходит в тепло, выделяется мощность порядка 1,6-1012 Вт, недра спутника плавятся, твердой остается лишь кора толщиной около 18 км.

Однако эта гипотеза не объясняет все наблюдаемые факты. Например, приливное выделение энергии максимально в полярных областях Ио — там и должна бы быть самая тонкая кора при максимальном количестве вулканов. Но все вулканы расположены в низких широтах, тогда как в полярных районах громоздятся горы высотой до 10 км (т. е. толщина коры составляет там 50 км и более). Поэтому была выдвинута гипотеза об электрическом разогреве Ио текущим через нее сильным током, который возникает вследствие движения спутника в магнитном поле Юпитера.

Неоспоримые доказательства активного вулканизма в космосе позволяют отводить ему существенную роль в развитии тех или иных космических процессов. Известный ученый, крупнейший специалист по вопросам кометной астрономии профессор Всехсвятский предположил, что кометы (во всяком случае короткопериодические) возникли не путем захвата соответствующих масс во время их пролета в окрестностях Солнечной системы, а в результате вулканических выбросов с поверхностей планет. Этим же выбросам могут быть обязаны своим существованием кольца вокруг планет-гигантов. Наконец, возможные посланцы инопланетных вулканов — и некоторые из падающих на Землю метеоритов. Например, исследование метеорита Шерготти показало, что когда-то он был куском отвердевшей лавы, затем подвергся воздействию ударных волн (возможно, при дальнейших извержениях неведомого вулкана около 200 млн. лет назад).

Все эти данные позволяют нам по-иному взглянуть на геологическое прошлое Земли. Но не следует думать, что космические влияния затрагивают лишь далеко отстоящие от нас эпохи. Например, оказалось, что существует связь между вулканической активностью и приливами в твердом теле Земли, вызываемыми притяжениями Солнца и Луны. Эти приливы, происходящие с цикличностью 12 и 24 часа, а также 14,7 суток, сами извержений не вызывают, но служат спусковым механизмом: дополнительные напряжения в земной коре служат толчком к началу вулканического процесса.

Так, устремляя свой взор в глубь Вселенной, постоянно расширяя «окно» в космос, ученые получают возможность сквозь это же окно по-новому взглянуть и на нашу Землю.

Владимир Алексеев, Евгений Полищук