Сейсмические события на других планетах солнечной системы. Случаются ли марсотрясения и чем отличаются по принципу действия геологические разломы на Меркурии и лунах Юпитера
Опубликовано: 31/10/2020
(Обновлено: 06/11/2020)

Сейсмология – наука о землетрясениях… только на Земле?

Изучением землетрясений в наше время занимается наука сейсмология (от греч. «сейсмос», т.е. «колебания»). Один из основоположников сейсмологии, русский физик академик Борис Борисович Голицын, еще в 1912 году образно заметил, что «всякое землетрясение можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренности Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит».

Сейсмограф - очень чувствительный прибор и фиксирует не только землетрясения, но и удары метеоритов, обвалы породы, даже сильные ветры могут повлиять на его показания

Сейсмограф – очень чувствительный прибор и фиксирует не только землетрясения, но и удары метеоритов, обвалы породы, даже сильные ветры могут повлиять на его показания

И действительно, почти все современные представления о внутреннем строении нашей планеты основаны на интерпретации сейсмограмм — записей поведения сейсмических волн в толще пород. Слагающие Землю горные породы обладают определенной эластичностью, но в местах тектонических разломов постепенно накапливаются “напряжения”, вызываемые действием сил сжатия или растяжения.

Когда эти напряжения превышают предел прочности самих пород, происходит резкое смещение слоев в вертикальном или горизонтальном направлении. Обычно оно составляет лишь несколько сантиметров, но при этом выделяется огромная энергия — ведь в движение приходят массы в миллиарды тонн! Мгновенное перемещение масс по разрывам в глубине Земли приводит к возникновению сейсмических волн, вызывающих вибрацию горных пород и образование в них разломов.

От очага землетрясения (гипоцентра) сейсмические волны расходятся во все стороны и вызывают сильные колебания поверхности вблизи эпицентра — точки на поверхности планеты, расположенной прямо над очагом.

По мере удаления от эпицентра эти колебания затухают. Однако сейсмические волны могут достигать даже противоположной стороны планеты, пройдя через глубинные оболочки — мантию и ядро.

Причем через жидкий, расплавленный материал ядра проходят только волны, называемые продольными сейсмическими волнами, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси.

Волны другого вида — поперечные сейсмические волны — через расплав не проходят, а затухают на границе земного ядра. В этих волнах происходит колебание частиц горных пород перпендикулярно направлениям распространения волн. Такие колебания можно сравнить с движением змеи, извивающейся по поверхности поперек направления движения.

Сейсмическая активность на Марсе: марсотрясения

Марс стал вторым после Луны небесным телом, на котором были установлены сейсмометры. Произошло это в 1976 году, когда на Красную планету опустились две автоматические станции: «Викинг-1» и «Викинг-2».



Космическая станция «Викинг-2». Помогла нам заглянуть под поверхность красной планеты

Космическая станция «Викинг-2». Помогла нам заглянуть под поверхность красной планеты

Как были зафиксированы марсотрясения

То, что на Марсе, который примерно вдвое больше Луны, должны происходить землетрясения, у планетологов не вызывало сомнений. Ведь за несколько лет до этого было обнаружено, что сотрясениям регулярно подвержена Луна, которую ранее считали геологически неактивной. Не подвергалось сомнению и то, что сотрясения коры Марса смогут зафиксировать сейсмометры двух «Викингов», — ведь приборы, установленные на них, являлись весьма чувствительными и должны были работать на Марсе продолжительное время. Однако планам не суждено было сбыться.

Началось с того, что сейсмометр на «Викинге-1» вообще не стал работать. Его подвижный датчик, который должен реагировать на колебания грунта, перед полетом был механически зафиксирован для защиты от повреждений при ударе о поверхность Марса. После посадки станции на Марс устройство, которое должно было высвободить датчик, не сработало, и инструмент навсегда остался «запертым в клетке».

Из-за этого, несмотря на полную исправность сейсмометра на второй станции — «Викинге-2», которая совершила посадку в другом районе планеты, была потеряна возможность определять места расположения точек, откуда исходили сейсмические сигналы. Для этого нужно было «засечь» источник сейсмических волн с двух направлений и получить точку пересечения, в которой и располагается эпицентр.

Тем не менее сейсмические наблюдения велись — со станции «Викинг-2», расположенной в северном полушарии Марса на равнине Утопии. Вначале сейсмологи опасались, что сильные марсианские ветры будут создавать помехи высокочувствительному сейсмометру «Викинга».

Но в течение ночи — с 6 часов вечера по местному марсианскому времени и до следующего утра — ветры утихали почти до нуля и практически не создавали фоновых шумов. В этот период сейсмометр мог работать с очень высокой эффективностью. Можно было регистрировать марсотрясения от 3 баллов и выше, происходящие на расстоянии до 200 км от станции. Суммарное время наблюдений (исключая периоды, когда посадочный аппарат вибрировал под действием ветра) составило три земных месяца.

Путем сравнения марсотрясения со сходным по параметрам землетрясением специалисты надеялись получить сведения о толщине коры Марса. Оказалось, что в месте посадки «Викинга-2» толщина коры Марса составляет около 15 км. Это примерно вдвое меньше, чем мощность коры под материками Земли, и на 50% больше, чем толщина земной коры под океанами.

Викинг-2 собрал данные на полные 89 дней работы на Марсе (примерно 2100 часов, при этом, если учитывать перерывы, в общем аппарат проработал 560 дней). За это время имело место быть только одно более-менее подтвержденное марсотрясение магнитудой 2,8 по шкале Рихтера, зафиксированное 6 ноября 1976 года (на 80-й день работы на Марсе) сейсмометром «Викинга-2». К сожалению, в этот день отсутствовали данные о скорости ветра, поэтому невозможно определить, было ли это марсотрясение или порыв ветра.

Единственная марсианская сейсмограмма позволила сделать вывод о том, что условия распространения сейсмических волн на Марсе скорее землеподобны, чем луноподобны.

Космический зонд InSight приземлился на Марсе 26 ноября 2018 года, где установил сейсмометр SEIS для поиска марсианских землетрясений и анализа внутренней структуры Марса. Чувствительность сейсмометра достаточна для того, чтобы фиксировать сопровождающееся взрывами разрушение нескольких десятков метеоров в атмосфере Марса в год, а также регистрировать падение метеоритов.

Слабый сейсмический сигнал, предположительно от небольшого марсотрясения, был впервые измерен и записан сейсмометром SEIS зонда InSight 6 апреля 2019 года.

Сейсмометр SEIS обнаружил вибрацию поверхности одновременно с записью трёх других различных видов звука. Были записаны и три других события 14 марта, 10 и 11 апреля, но эти сигналы были ещё слабее и более неоднозначны по происхождению, что затрудняет определение их причины.

За полгода сейсмометр SEIS зафиксировал более 100 событий, 21 из которых — возможные марсотрясения. В период от включения сейсмографа SEIS до 30 сентября 2019 года было зафиксировано 174 марсотрясения, 24 из них имели магнитуду 3—4 балла по шкале Рихтера. К середине декабря 2019 года SEIS зафиксировал 322 марсотрясения (как и прежде – в основном это предположительные сейсмические события).

Космической станции InSign удалось зафиксировать десятки мелких марсотрясений

Космической станции InSign удалось зафиксировать десятки мелких марсотрясений… Во всяком случае часть из них действительно были не ложными сигналами, а свидетельства геологической активности

Геологическая активность Марса в прошлом

На Марсе в прошлом почти наверняка происходили марсотрясения и без сомнения, красная планета в то время был куда активнее, чем сейчас. Все свидетельства об этом косвенные, но очень убедительные. Многие детали рельефа Марса имеют явно тектоническое происхождение, то есть образовались в результате подвижек верхнего слоя планетной коры. Марсотрясения при этом были неизбежны.

То, что Марс был некогда тектонически активным и, возможно, до сих пор его ежедневно сотрясают марсотрясения, было установлено после анализа изображений поверхности планеты, полученных с помощью космических станций. Детали рельефа тектонического происхождения обнаружены на Марсе главным образом вокруг области Фарсида — крупного вулканического плато, занимающего почти все западное полушарие планеты.

Большинство тектонических событий в этом районе происходило в течение двух периодов — первый из них был 4 млрд. лет назад, в наиболее древнюю эпоху геологической истории планеты, а второй период приходится на более молодой геологический этап, который завершился менее 1 млрд. лет назад. Детали поверхности Марса, сформировавшиеся во время первого периода сейсмической активности, включают много узких каньонов-желобов с разломами вдоль их краев (рифтов). В этот период образовались и глубокие рифтовые долины крупнейших на Марсе каньонов, которые называются долинами Маринер. Они протянулись более чем на 4 000 км с востока на запад в экваториальной области планеты.

Глубина каньонов достигает 7 км, а ширина — до 200 км. Образование рифов было связано с крупными расколами и сотрясениями марсианской коры. После формирования этих впадин на их крутых склонах неоднократно происходили обширные оползни и обвалы, сопровождавшиеся марсотрясениями. Во время второго периода тектонические подвижки создали гигантскую сеть радиальных разломов, которые протягиваются на сотни километров от центра плато Фарсида и рифтовой зоны долин Маринер. Интенсивность тектонической и сейсмической активности постепенно уменьшалась.

Сейсмическая активность на Венере: венеротрясения

Из всех планет Солнечной системы Венера — самая похожая на нашу Землю. Она выглядит как близнец Земли, по крайней мере по размеру— ее радиус равен 6 051 км, что составляет 0,95 радиуса Земли.

Но на Венере нет ни океанов, ни морей, и ее поверхность представляет собой огромный единый материк — бесконечную сушу, простирающуюся по всей планете. По этой поверхности разбросано несколько сотен венцов — округлых возвышенностей диаметром от 100 до 600 км, состоящих из кольца горных гряд с межгорным плато в центре. Считается, что эти структуры образовались над потоками нагретой магмы, которая поднимается к поверхности из частично расплавленной глубинной оболочки (мантии), расположенной под твердой корой планеты.

Межпланетная станция «Венера-13» позволила нам увидеть как выглядит поверхность Венеры

Межпланетная станция «Венера-13» позволила нам увидеть как выглядит поверхность Венеры. А вот сейсмометр на «горячую» соседку нашей планеты пока ещё не довез никто

Вокруг многих из венцов отчетливо видны застывшие лавовые потоки. Венцы служили основными источниками, поставлявшими на поверхность планеты расплавленный базальт из недр. Эти лавы 600 млн. лет назад сформировали обширные равнины, занимающие около 80% территории Венеры. Процессы развития венцов, судя по всему, не обошлись без тектонических движений и их неизбежных спутников — землетрясений.

Непосредственными наблюдениями сотрясений Венеры пока не обнаружено. В условиях раскаленной до +480°С атмосферы этой планеты космические станции пока могли проработать лишь около двух часов, затем они перегревались и выходили из строя, а для того чтобы дождаться землетрясения, требуется гораздо больше времени. Но следы сотрясений зафиксированы в рельефе Венеры и отчетливо видны на радиолокационных снимках ее поверхности, сделанных с искусственных спутников.

Одни из наиболее молодых структур поверхности Венеры — тектонические разломы, образующие узкие глубокие каньоны, рифты, в различных областях планеты. Они свидетельствуют, что геологическая и сейсмическая активность на Венере продолжалась до недавнего времени, а возможно, не прекратилась и по сей день. На это же указывают и свежие потоки лавы на склонах крупнейших вулканических гор, многие из которых расположены как раз у краев этих каньонов, то есть в местах, где кора планеты разбита разломами, облегчающими выход лав на поверхность.

Если активность недр на Венере сохранилась до сих пор, то наиболее вероятными местами ее проявления должны быть как раз рифтовые пояса, глубоко рассекающие кору планеты.

Сейсмическая активность на Меркурии

У ближайшей к Солнцу планеты — Меркурия большое железное ядро, масса которого составляет 0,6—0,7 массы самой планеты. Радиус такого ядра равен 1 800 км, то есть 3/4 радиуса Меркурия. Таким образом, получается, что внутри Меркурия — гигантский железный шар величиной с Луну. На долю двух внешних каменных оболочек — мантии и коры — приходится лишь около 800 км.

На ранней стадии своего развития Меркурий, как и другие планеты, остывал. Объем планеты уменьшался, и ее каменная оболочка, остывшая и затвердевшая раньше, чем недра, вынуждена была сжиматься. При этом надо было куда-то «девать» материал, который уже не мог лежать ровным слоем на поверхности планеты, поскольку площадь самой этой поверхности уменьшалась. Это приводило к растрескиванию внешней каменной оболочки Меркурия и наползанию одного края трещин на другой с образованием своего рода чешуи, в которой один слой пород надвинут на другой.

Следы таких движений до сих пор отчетливо видны на поверхности Меркурия в виде уступов высотой в несколько километров, имеющих извилистую в плане форму и протяженность в сотни километров. На других планетах подобных форм рельефа нет. Верхний слой, надвинувшийся на более низкий, имеет выпуклый профиль, напоминая застывшую каменную волну.

Такое коробление коры планеты безусловно сопровождалось сильными сотрясениями ее недр и поверхности. Так что обстановка на греющемся в солнечных лучах Меркурии была совсем не спокойной. Выяснить, происходят ли землетрясения на Меркурии до сих пор, должен посадочный аппарат, снабженный сейсмометром.

Космическая станция BepiColombo в ближайшие годы проведет всесторонние исследования Меркурия и возможно мы узнаем, что скрывают недра этой планеты

Космическая станция BepiColombo в ближайшие годы проведет всесторонние исследования Меркурия и возможно мы узнаем, что скрывают недра этой планеты

Сейсмическая активность на Солнце: солнцетрясения

Не так давно выяснилось, что сотрясаются не только «твердые» планеты, но и наша звезда — Солнце. Солнцетрясения были обнаружены с помощью космической солнечной обсерватории СОХО (SOHO) в конце 1990-х годов. Оказалось, что при каждой солнечной вспышке по поверхности светила пробегает волна, похожая на круги от брошенного в воду камня. Солнечная вспышка представляет собой гигантский протуберанец — взрывной выброс раскаленного водорода и гелия высоко над поверхностью Солнца.

Вполне рядовая, умеренная по солнечным меркам вспышка порождает на Солнце сотрясение, энергия которого в 40 тысяч раз больше, чем у знаменитого катастрофического землетрясения 1906 года в Калифорнии (США), полностью разрушившего Сан-Франциско. На серии снимков, сделанных космической солнечной обсерваторией SOHO в 1998 году, был зафиксирован вид солнцетрясения сверху, анфас.

Во все стороны от места яркой солнечной вспышки чрезвычайно быстро расходится узкая темная волна, порожденная сотрясением солнечной поверхности. Удалось определить и скорость этой волны, оказалось, что она достигает 300 км/с. Такие наблюдения за солнцетрясениями помогают получить новые сведения о процессах, происходящих не только на поверхности, но даже и в недрах Солнца.

Сейсмическая активность на Ганимеде

Крупнейший из спутников ЮпитераГанимед, планетное тело практически такого же размера, как Меркурий, но расположен он гораздо дальше от Солнца, во внешней части планетной системы, где поистине царство холода. Так вот на Ганимеде по мере его остывания происходил совершенно противоположный процесс, чем на Меркурии. Охлаждаясь, Ганимед не сжимался, а расширялся.

И все потому, что у него не было массивного железного ядра, а внутренности состояли главным образом из воды. Превращение в лед и приводило к расширению Ганимеда, поскольку вода при охлаждении ведет себя совсем не так, как другие вещества, — переходя в твердое состояние, в лед, вода не сжимается, а расширяется. Следы этого расширения остались на поверхности Ганимеда в виде светлых поясов, состоящих из продольных борозд. Эти пояса напоминают вспаханное поле. Древняя кора Ганимеда — темные участки с множеством метеоритных кратеров, — разбита ледяными поясами на отдельные области.

Процесс этот, конечно, сопровождался движениями коры и ее сотрясениями. И в качестве движущей силы здесь действовала застывающая в лед вода, игравшая роль своего рода холодной магмы. Если на крупном Ганимеде процесс этот происходил постепенно, то на небольшом спутнике Урана Миранде, похоже, все произошло гораздо быстрее и драматичнее. На космических снимках Миранды сразу же бросается в глаза громадный каньон глубиной до 5 км, прорезающий ее поверхность. Диаметр Миранды всего лишь 480 км — это в 7 раз меньше, чем у нашей Луны.

Свои «трясения» случаются и на ледяных мирах, таких как Ганимед. Правда тут имеет место не внутренний жар небесного тела, а скорее внутренний холод

Свои «трясения» случаются и на ледяных мирах, таких как Ганимед. Правда тут имеет место не внутренний жар небесного тела, а скорее внутренний холод

Примерно 3/4 массы Миранды составляет лед. Образование гигантского каньона скорее всего было связано с движением коры по разломам на ранней стадии геологической истории этого спутника, когда он остывал и вода превращалась в лед, объем которого превышает объем исходной воды. Это должно было привести к расширению Миранды и появлению на ее поверхности трещин и разломов, сопровождаемому сейсмическими явлениями.

Подобные каньоны, но меньшей глубины, обнаружены и на других спутниках Урана и Сатурна — Ариэле, Обероне, Титании, Энцеладе и Тефии. И все эти спутники состоят преимущественно из льдов (водных, аммиачных и метановых) с примесью обычных каменных горных пород. Так что и они должны были пережить эпоху сотрясений в своей геологической истории.

А вот на первых космических снимках одного из спутников Юпитера — Европы были обнаружены бесконечно длинные, узкие полосы, напоминающие трещины на поверхности ледяного панциря Северного Ледовитого океана на Земле. Позднее выяснилось, что поверхность Европы — это действительно сравнительно тонкая ледяная оболочка, под которой скрыт океан, окутывающий каменное ядро Европы.

Гравитационное воздействие Юпитера вызывало, а может быть, и до сих пор вызывает, растрескивание ледяного панциря Европы. При этом ледяные поля смещались относительно друг друга и происходили «ледотрясения», следы которых запечатлены в современном рельефе этого спутника.

Сейсмическая активность на Ио

Как Земля воздействует своим гравитационным полем на Луну, вызывая лунотрясения, так и Юпитер воздействует на свои спутники. Поскольку масса Юпитера превышает массу его крупных спутников в 20 тысяч раз, то и воздействие его многократно сильнее.

Особенно «достается» ближайшему к Юпитеру из его четырех крупных спутников — Ио. Приливное воздействие Юпитера приводит к разогреву и частичному плавлению вещества в недрах Ио. Вот почему на поверхности спутника никогда не утихает вулканическая активность. Недра Ио, разогретые приливным воздействием гигантского Юпитера, находятся в расплавленном состоянии.

Из них на высоту до 300 км над поверхностью почти постоянно выбрасываются фонтаны сернистых газов. Диаметры таких «газовых зонтиков» достигают 1 000 км. Из кратеров изливается жидкая сера темно-коричневого, почти черного цвета. Охлаждаясь, она застывает в виде желтых и оранжевых потоков, поэтому на снимках, сделанных с космических станций, Ио имеет вид оранжевого шара, напоминающего апельсин.

Это второе после Земли небесное тело, на котором обнаружена современная вулканическая активность. Выбросы газовых гейзеров и излияния лав из вулканических кратеров приводят к образованию под поверхностью Ио пустот, куда проседает поверхность. Такие обрушения должны сопровождаться сейсмическими явлениями. Зафиксировать их пока не удалось, ведь сейсмометров на поверхности Ио еще нет.


В основе статьи: Георгий Бурба, кандидат географических наук, источник – http://www.vokrugsveta.ru/publishing/vs/archives/?item_id=393