Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» № 9 за 2004 год (2768)

Наблюдения, проводившиеся с 1969 по 1978 год, показали, что Луна очень «звучащая» – она продолжает вибрировать после лунотрясений целый час, а иногда и дольше. Такие сотрясения резко отличаются от земных, где колебания поверхности длятся лишь несколько минут. Отсутствие на Луне воды – главная причина длительности колебаний. Наличие в горных породах воды служит на Земле сильным амортизатором, гасящим вибрацию.

Колебания Луны при сейсмических событиях – слабые и длительные – напоминают тихий протяжный вой, в отличие от сильных, но недолгих колебаний Земли, похожих на громкий резкий вскрик.

Изучением землетрясений и причин, их порождающих, занимается сейсмология – наука, название которой происходит от греческого слова «сейсмос», что значит «колебания». Один из основоположников сейсмологии, русский физик академик Б.Б. 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». Действительно, почти все современные представления о внутреннем строении нашей планеты основаны на интерпретации сейсмограмм – записей сейсмических волн. 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, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси. Волны другого вида – поперечные – 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.

В результате проведенных исследований выяснилось, что наш естественный спутник оказался геологически асимметричным – почти все зарегистрированные сейсмометрами за 8 лет наблюдений лунотрясения произошли на видимой стороне Луны. На обратной же известно всего пять эпицентров лунотрясений, тогда как на видимой стороне их несколько десятков. Подобная же асимметрия наблюдается и в распределении по поверхности Луны основных типов рельефа – морей и материков. Практически все темные участки – лунные моря, находятся только на видимой стороне. Это равнины, сложенные темным материалом – базальтовыми лавами, подобными тем, что встречаются у нас на Среднесибирском плоскогорье. Светлые же участки, называющиеся лунным материком, занимают 2/3 видимой стороны Луны, а моря вкраплены в него отдельными небольшими по площади участками. Лунный материк более древний, чем моря, он сформировался 4,5 млрд. лет назад, а 3 млрд. лет назад наиболее низкие его участки были затоплены базальтами, излившимися из недр Луны. Вулканическая и сейсмическая активность Луны достигала своего пика 3 млрд. лет назад, когда происходили обширные лавовые излияния, создавшие темные базальтовые равнины лунных морей.

Энергия, выделяющаяся за год при лунотрясениях, в несколько миллиардов раз меньше той, которой обладают землетрясения. Большая часть этой энергии выделяется на глубинах 600– 800 км, то есть у подошвы твердой оболочки Луны – литосферы. Глубже этого слоя вещество находится в частично расплавленном состоянии (астеносфера), а в самом центре Луны может иметься полностью расплавленное небольшое ядро из сернистого железа.

Основными причинами сейсмической активности Луны являются приливное воздействие Земли и падения крупных метеоритов. Метеоритные лунотрясения могут приводить к обрушениям склонов лунных кратеров до тех пор, пока те не станут достаточно пологими, чтобы на них не образовывались оползни.

На Луне очень малы потери энергии упругих волн, поэтому сотрясения ощущаются на очень больших удалениях от эпицентра сейсмического события. При этом на Луне амплитуда колебаний намного меньше, чем на Земле. Человек, стоящий на поверхности Луны, даже и не ощутит, что грунт под ним колеблется. А вот вторичные эффекты лунной сейсмической активности могут служить источником опасности для находящихся на Луне людей или приборов. Слабое затухание сейсмических волн может приводить к тому, что на обширных площадях и на больших удалениях от эпицентра возникнут обрушения склонов кратеров или оползни в горных местностях. Астронавты «Аполлона-17» – последней экспедиции на Луну, состоявшейся в 1972 году, – исследовали оползень, образование которого связывают с метеоритным ударом, создавшим 100 млн. лет назад кратер Тихо, расположенный в 2 000 км от места работы экспедиции.

Однако вероятность крупных сейсмических событий очень мала. Такие лунотрясения случаются лишь при падениях крупных метеоритов, что происходит чрезвычайно редко.

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». 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 радужным надеждам планетологов 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, хотя лишь с одной 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. Сделать это удалось лишь один раз, поскольку было зафиксировано только одно событие, которое можно считать сейсмическим. 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.

Если Луна, довольно-таки крупный спутник Земли, сотрясается до сих пор, то крошечный спутник Марса – Фобос, похоже, тряхнуло один раз, но так, что он чуть не развалился на куски. Следы этой катастрофы – узкие длинные борозды-каньоны, расходящиеся во все стороны по радиусам от кратера Стикни и сходящиеся на противоположной стороне Фобоса, в области, антиподальной этому кратеру. Это выглядит как глобус, на котором вычертили сетку меридианов, но забыли добавить к ним сетку параллелей. Такие протяженные трещины возникли, когда с Фобосом столкнулся огромный метеорит, при взрыве которого и образовался кратер Стикни диаметром 10 км. Диаметр самого Фобоса всего лишь 23 км, поэтому при столкновении произошло сильнейшее сотрясение всего Фобоса, от которого он едва не раскололся на части.