Грунтоведение

Грунты  других планет

В исторический день 12" апреля 1961 г. Ю. А. Гагарин впервые в мире поднялся в просторы космоса. Началась космическая эра. Сейчас сотни спутников, космические станции бороздят приземное космическое пространство. Люди послали на планеты Солнечной системы целый ряд автоматических аппаратов, позволивших поближе узнать наших космических соседок.

За истекшие 20—30 лет знания человека о Вселенной неизмеримо выросли. Это связано не только с развитием космических аппаратов, но и с появлением принципиально новых методов изучения. Возникли и развились радиоастрономия, рентгеновская астрономия, гамма-астрономия и другие новейшие направления науки о Вселенной.

Сейчас уже ставится вопрос о возможности использования Луны и некоторых астероидов для извлечения необходимых человеку полезных ископаемых. Истощение месторождений на нашей планете будет подталкивать к решению этой проблемы.

По мере развития космической техники все более будут использоваться для изучения планет сначала автоматические станции, а затем аппараты, доставляющие исследователей на поверхность планет. Возможно также создание промежуточных. баз и постоянно действующих: исследовательских станций на некоторых планетах и астероидах. Все это заставляет изучать грунты, покрывающие ближайшие небесные тела, с точки зрения их состава, строения и свойств.

Нам сейчас ясно, что формирование грунтов других планет происходит не всегда по земному типу. Это определяется иными физическими условиями поверхности всех ближайших к нам космических соседей. В одних случаях на них отсутствует воздушная оболочка, в других — она незначительна, а в третьих — оказывается более мощной, чем на нашей планете. Также разнятся состав газовых оболочек, их температура и характер движения. Еще сложнее обстоит дело с гидросферой. В жидком виде она, кроме Земли, по всей вероятности, существует еще в марсианской коре, а в виде льда, парообразной, а возможно, и жидкой субстанций встречается в атмосфере Венеры и других планет (например, Юпитера и его спутников).

Все эти факторы приводят к особым условиям формирования грунтов на окружающих небесных телах. Даже магматические породы, изливающиеся из недр планет, часто имеют специфическое строение и состав, отличающий их от земных. Такие планеты, как Меркурий, Марс, а также спутник Земли — Луна, и астероиды подвергаются бомбардировке метеоритами, порождающей особые условия образования их грунтов.

Пока имеются лишь первые данные о характере грунтов в космосе, но и они свидетельствуют об их большом разнообразии.

Давайте кратко остановимся на условиях формирования грунтов ближайших планет и имеющихся о них сведениях.

Начнем обзор с нашего спутника — Луны. Она представляет особый интерес для человечества как ближайшее к Земле космическое тело. Ученые считают—в период с 1993 по 2030 г. на Луне будет создан опорный центр для управления космоплаванием. В изучении нашего спутника сделаны большие успехи. На Луну были осуществлены посадки космических аппаратов: автоматических и управляемых людьми. Карты Луны по своей точности не уступают земным, а лунные грунты доставлены на Землю и исследованы в лабораториях СССР и США.

Условия формирования лунных грунтов значительно отличаются от земных. Прежде всего здесь отсутствует воздушная оболочка, поэтому поверхность то нагревается под действием солнечных лучей до 80—130 °С, то быстро охлаждается при наступлении лунной ночи до минус 100—150°С. Следует при этом учесть, что продолжительность лунного дня около двух земных недель.

Хотя принято считать, что на Луне нет атмосферы, в последнее время установлено присутствие здесь очень разреженной газовой оболочки. Она в основном состоит из гелия.

Рельеф Луны представляет собой сочетание обширных равнин

(называемых морями) с горными хребтами, отдельными остроконечными пиками, кольцевыми горами и кратерами.

На нашем спутнике зарегистрированы землетрясения и вулканические извержения.

На нем установлено также интересное явление неравномерного распределения гравитации. Это связано с особенностью строения Луны. Она до глубины нескольких сот километров состоит из крупных глыб, присыпанных снаружи песком. Это необычное распределение массы получило наименование «масконов».

Вместе с тем средняя сила тяготения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Это определяет характер смещения обломков по склонам лунных гор.

Все рассмотренные особенности нашего спутника позволяют считать, что на нем встречаются следующие генетические типы грунтов* магматические породы; вулканические пеплы; метеоритные образования, сформировавшиеся за счет метеоритов и процессов, происходящих при их падении; космическая пыль; рыхлые грунты, возникшие в ходе физического (термического) выветривания при резкой смене дневных и ночных температур.

Имеющийся опыт работы автоматических станций, доставленные на Землю образцы и информация от американских астронавтов, высадившихся на поверхности Луны, позволяют говорить о наличии в лунной коре следующих групп грунтов: 1) скальных, сложенных базальтами (их разновидностью — реголитом), образцы которых доставлены на Землю. Их особенностью является значительное количество титансодержащих минералов. Пользуется также распространением габбро (его разновидность — долерит); 2) крупнообломочных, в составе которых находятся камни и обломки размером от нескольких метров до 2—20 мм; 3) песчано-пылеватых, образующих слои мощностью от сантиметров до многих десятков метров.

Другая интересная планета Марс, особенно привлекающая внимание людей, была изучена советскими и американскими космическими аппаратами.

В отличие от Луны эта планета имеет большую воздушную оболочку. Правда, она весьма разрежена и содержит очень мало воды, а кислорода только 0,3 %. Ускорение свободного падения на поверхности Марса на разных участках различно. Оно составляет в среднем. 38 % земного. Марсианские сутки по продолжительности близки к:земным (они длятся 24,5 ч). Эта планета получает значительно меньше солнечной энергии (почти наполовину), чем Земля. Поэтому ночью температуры достигают минус 120°С, а днем не поднимаются, выше минус 15 °С. Рельеф Марса на большей части его территории пологий. Вместе с тем там находится наиболее высокий из всех известных на других планетах вулканический конус — гора Олимп. Ее высота достигает 27 км при диаметре основания более 600 км. Кроме того, на Марсе обнаружен необычный по величине каньон длиной 3600 км и глубиной 7 км. Его бока рассекаются громадными оврагами, а на склонах находятся многочисленные оползни.

Обнаружена также и долина древней реки, длина которой достигает 400 км. Она содержит массу меандр. Ее водное происхождение не вызывает сомнения .

В полярных шапках Марса находится много льда. Здесь же отмечены массы затвердевшей углекислоты. Предполагается, что вода содержится в больших количествах в грунтах, образуя вечную мерзлоту.

По данным, полученным советскими аппаратами «Марс», американскими «Маринер» и «Викинг», значительная часть планеты покрыта песчано-пылеватыми грунтами. Они формируют простирающиеся на обширном пространстве равнины. Часто на их поверхности имеются дюны. По химико-минералогическому составу эти грунты кремнисто-железистые. Поэтому окраска поверхности планеты имеет ярко-красный цвет. По крупности в составе грунтов преобладают частицы диаметром от 1 до 10 мкм.

Зарегистрировано также присутствие в атмосфере очень тонких частиц размером 0,1 мкм. Последнее обстоятельство заставляет предполагать наличие глинистых минералов. Их образование, как видно, связано с условиями, существовавшими в далекую эпоху, когда на планете был другой климат и бурно текли потоки поверхностных вод.

Песчано-пылеватый, а также глинистый материал во время сильных продолжительных бурь легко поднимается вверх, достигая высоты 15 км над поверхностью Марса.

Кроме того, на планете отмечены магматические породы базальтового состава (реголит), которые концентрируются у вулканиче конусов. Распространены и крупнообломочные грунты. На снимках равнин Марса хорошо видны обломки диаметром от 2 мм до 3 м. Обращает на себя внимание то, что большинство камней, усеивающих поверхность, не окатаны. Лишь на отдельных из них видны следы обработки. Можно полагать, что эти грунты сравнительно молодые, а видимые следы обработки связаны с сухими песчаными потоками, возникающими во время сильных ветров. Как видно, что обтачивание камней («корразия») имеет существенное значение в современных процессах образования песчано-обломочных грунтов планеты.

Наконец, на Марсе зарегистрировано большое число кратеров, являющихся чаще всего результатом падения метеоритов. При этом также образуются своеобразные рыхлые грунты. Отмечается довольно высокая плотность поверхностных пород: от 1,8 до 2,0 т/м3.

 Рассмотрим еще одну планету — Венеру. Она долгое время была загадкой для астрономов. Дело в том, что Венера окружена мощной атмосферой. В ней от высоты 18 до 75 км размещается несколько ярусов облаков, закрывающих поверхность планеты.

Венера по размерам, плотности и силе тяжести весьма близко напоминает Землю. Венерианский год около 225 дней, однако продолжительность суток составляет 118 земных. Интересно, что Венера не имеет магнитного поля.

Советские станции «Венера-9, -10, -11 и -12», помогли раскрыть тайну, которой окутана планета. Прежде всего было установлено, что здесь царит всегда испепеляющая жара. Температура поверхности около 500 °С. Нижний припланетный слой воздуха состоит из углекислого газа, плотность которого в 70 раз выше, чем приземного слоя. Давление атмосферы на поверхности Венеры достигает 9,8 МПа.

Условия формирования свойств грунтов здесь весьма своеобразны. Температура почти всегда одинаковая. Разница между ее дневными и вечерними значениями оказывается в пределах менее 1 °С. Дождей нет, потому что воды в атмосфере планеты вообще очень мало. Be* тер сравнительно слабый и вряд ли превосходит скорость 1 м/с. Однако даже при столь малых ветрах следует учитывать высокую плотность углекислой атмосферы и отсюда — ее повышенную способность к разрушению пород. Можно полагать, что на минеральный срстав грунтов влияет также взаимодействие пород с горячим углекислым газом. Рельеф планеты до сих пор изучен слабо. Имеющиеся сведения позволяют предполагать присутствие вулканических гор и Обширных равнин.

Панорамы, полученные советскими спускаемыми аппаратами «Венера», в том числе последнее цветное изображение, позволяют говорить о том, что на планете пока зарегистрировано два типа грунтов: скальные, магматические и рыхлые, крупнообломочные. Последние состоят из глыб, камней со слоистой структурой и мелких обломкдв до 1—2 мм. Судя по снимкам, имеется также пепловый материал с «вулканическими бомбами» (образования, связанные со взрывами во время извержения вулканов).

В заключение кратко остановимся еще на одной планете — Меркурии. Среди других планет Меркурий — своеобразный чемпион. Он успевает обежать Солнце за 88 земных суток (год Меркурия). Но солнечные сутки (оборот вокруг своей оси) составляют ни много ни мало 176 земных суток. Получается, что солнечные сутки в 2 раза длиннее года на Меркурии!

Хотя плотность Меркурия близка к земной, сила тяжести на нем составляет только 38 % от силы тяжести на Земле. Условия образования грунтов (расчлененный рельеф, очень разреженная гелиевая атмосфера, наличие большого числа метеоритных кратеров и проявления вулканической деятельности) очень напоминают лунные.

Есть и некоторые характерные черты рельефа, например странные 2—3-километровые обрывы, вытянутые на тысячи километров. Этот элемент ландшафта, как видно, связан с тектоническими движениями массы планеты. Колебания между дневной и ночной температурами достигают значительной величины: днем до плюс 345 °С, а ночью до минус 180 °С. Сейчас полагают, что грунты Меркурия очень близки к лунным. Здесь есть скальные магматические породы типа базальтов. Большое распространение, по всей вероятности, имеют рыхлые грунты, образовавшиеся вследствие ударов метеоритов и процессов физического (термического) выветривания.

Обнаружены на Меркурии и «масконы». Это позволяет предположить наличие значительного по мощности песчано-обломочного грунта.

Мы сделали очень беглый обзор условий формирования грунтов на планетах и сообщили о предполагаемых основных типах грунтов, покрывающих их поверхность. Нетрудно видеть, что в грунтовых покровах ближайших к Земле космических соседей есть, с одной стороны, много общего, а с другой — весьма специфического.

Грунты отдаленных планет, таких, как Уран, Юпитер, Нептун, пока малоизвестны. Некоторые сведения появились с поверхности ряда спутников Юпитера, покрытых скальными грунтами и льдом.

Можно с уверенностью сказать, что с каждым годом наши знания о грунтах других планет будут все более пополняться. Без этого изучение наших космических соседей и их естественных ресурсов вряд ли возможно.