Что такое реголит и как он образуется
Чем покрыта поверхность Луны, Меркурия, Марса и других планет лишенных атмосферы?
Чем реголиты Луны отличаются от осадочных пород Земли
Нам кажется, что условия других планет куда суровее, чем на Земле, верно? Но, что верно для человечества и жизни вообще, не слишком верно для неодушевленной материи. В самом деле – атмосфера, гидросфера и биосфера нашей планеты это весьма “агрессивная” среда для геологических образований. В исторических масштабах поверхность Земли – настоящий “кипящий котел” – русла рек меняют положение, горы поднимаются и разрушаются, море то поглощает целые области, то отступает обнажая дно.
Наличие атмосферы, гидросферы и биосферы у нашей планеты, способствуют образованию на ее поверхности мощных толщ осадочных пород. Исследования поверхности небесных тел, не имеющих атмосферы, гидросферы и биосферы, таких как Меркурий, Луна и спутники Марса — Фобос и Деймос, показали, что на них нет и “осадочного чехла” пород, подобных земному.
В то же время их поверхность покрыта слоем своеобразных рыхлых пород, получивших название «реголиты». Их образование происходило и происходит в настоящее время под действием метеоритной бомбардировки, ультрафиолетовых лучей, солнечного ветра и температурного выветривания.
Первые три фактора не характерны для Земли, т. е. ее поверхность защищена от их влияния мощным слоем атмосферы. Для небесных тел, не имеющих атмосферы, они являются решающими в преобразовании их поверхности.
Реголит – чтоб представить себе, что это такое, представьте себе горку пыли или сухого цемента. Почти не отличишь!
Что представляет собой лунный реголит
Впервые был детально изучен реголит Луны, доставленный в земные лаборатории советскими и американскими космическими аппаратами. Он был отобран преимущественно из “морских” впадин Луны — моря Изобилия, и лишь два образца взяты из континентальной области.
Лунный реголит представляет собой пыле-песчаный порошок серого (в континентальной области), темно-коричневого и черного (в морских областях) цвета, имеющий специфический запах гари и легко формирующийся в отдельные рыхлые комки.
Несмотря на то, что настоящих морей на Луне нет, отдавая дань традиции мы по прежнему называем более темные участки поверхности Луны — морскими областями. Подробнее об этом
Реголит рыхлый, по крайней мере его верхний слой мощностью до 0,6 м. Об этом свидетельствуют результаты бурения
американскими астронавтами, их непосредственные наблюдения, а также характер следов, оставленных «луноходами» на поверхности Луны.
Реголит в основной массе состоит из частиц горных пород, минералов, стекол размером от 1 до 0,5 мм и меньше. Выделяются две разновидности частиц: угловатые и окатанные. Последние носят следы оплавления, спекания и похожи на стеклянные и металлические капли.
Из чего состоит лунный реголит
В составе реголита встречаются зерна следующих минералов: анортита, авгита, ильменита, плагиоклаза, пироксена, оливина, шпинели. Первые три минерала преобладают в составе реголита морских впадин, тогда как в реголите материковой области преобладают плагиоклазы, пироксены и оливин. Частицы металлического железа чаще встречаются в материковом реголите и значительно реже в морском.
Помимо основной тонкообломочной массы в состав реголита входят и крупные обломки размером от нескольких сантиметров до нескольких метров. Они имеют угловатую или округленную форму и неравномерно рассеяны по поверхности; большая их часть углублена в грунт. Обломки представляют собой раздробленные породы, выброшенные из более глубоких слоев в результате ударов метеоритов, а возможно, и вулканические бомбы. Их состав преимущественно базальтовый.
На основании изучения состава реголита, доставленного из различных районов Луны, было определено, что морские впадины сложены базальтовыми породами, а континентальные области — породами, представляющими собой анортозиты. И те, и другие в целом по химическому составу близки к аналогичным земным породам.
Мощность реголита, по-видимому, неодинакова в разных районах и на разных участках. Она зависит главным образом от глубины раздробленности пород метеоритными кратерами и глубины переработки процессами выветривания. По данным станции «Луна-16», мощность реголита в Море Изобилия равна 5,3 м, а в горах у Моря Кризисов, по данным «Луны-20», — 11 м. Однако, возможно, она может быть и больше.
Лунный реголит как он есть
Как образуется реголит на Луне
Наблюдения показывают, что на Луне несомненно происходят процессы разрушения поверхности. На телескопических фотографиях хорошо видно, что древние кольцевые горы резко отличаются по степени сохранности от молодых кратеров. Как разрушаются, каким образом могут перемещаться и где накапливаются продукты разрушения лунных гор?
Разрушение или «выветривание» (пользуясь земным термином) горных пород на Луне должно происходить в результате сильных колебаний температуры в течение лунных суток, метеоритной бомбардировки, воздействия солнечного ветра и, возможно, сейсмических явлений. Не исключено, что в прошлом при значительных масштабах лунного вулканизма большая роль могла принадлежать разрушению горных пород под ударами многочисленных вулканических бомб.
Температурное выветривание на Луне является, по-видимому, существенным фактором в разрушении пород. Суточные колебания температуры, достигающие 300° (от +125° С днем до —175°С ночью), приводят к постепенному растрескиванию и размельчению лунных пород.
Поверхность Луны постоянно подвергается ударам метеоритов различных размеров. Падая на поверхность с космической скоростью (20—30 км/с), метеориты производят удар, при котором выделяется кинетическая энергия в 3 раза превосходящая энергию, выделяемую, например, при взрыве такого же по массе количества нитроглицерина.
В результате постоянной бомбардировки поверхностный слой Луны полностью преобразован: структура его изменена, наблюдается дробление пород, переплавление их, образование конгломератов, частиц, насыщенных примесью метеоритного вещества. Кроме того при метеоритных ударах путем разбрызгивания жидких частиц и их последующего застывания образуется большое количество стеклянных, сферических частиц — шариков.
Разрушение поверхностного грунта происходит и под действием микрометеоритов.
Луна постоянно подвергается воздействию космического излучения, главным образом солнечного ветра, представляющего собой поток электронов и протонов. Лабораторные исследования показывают, что лунный реголит на глубину до 35 см несет признаки влияния солнечного ветра. В образцах содержится большое количество нейтральных «солнечных» газов — гелия, неона, ксенона, криптона, аргона, водорода.
При воздействии солнечного ветра минералы теряют прочность, происходит нарушение их кристаллических решеток, спекание частиц между собой. Однако это ведет не к полному разрушению пород, а лишь частичному «распылению» поверхностных слоев реголита, при котором образуются мельчайшие пылинки лунного вещества.
Роль сейсмических явлений в процессе преобразования лунной поверхности может рассматриваться пока только предположительно. Во всяком случае, на Земле давно установлена тесная связь сейсмичности и вулканизма. Предполагаемые грандиозные вулканические процессы на Луне должны были сопровождаться катастрофическими лунотрясениями. При этом должно было происходить образование трещин, сейсмических срывов и обвалов.
Также неясна пока роль вулканической бомбардировки. Во всяком случае, имеется точка зрения, выдвинутая американским селенологом Дж. Грином, который показал, что наблюдаемые на детальных фотографиях мелкие кратеры вполне могут быть воронками крупных вулканических бомб или целых глыб, выброшенных из жерл лунных вулканов.
Отдельные «образования типа камней», попросту говоря, крупные обломки, которые так хорошо видны на панорамах лунной поверхности, переданной на Землю станциями «Луна», также могут оказаться вулканическими бомбами, хотя они и не имеют формы настоящих земных вулканических бомб.
Продукты разрушения горных пород (песок и каменная крошка) должны несомненно перемещаться вниз по склонам под действием гравитационных сил. Это также может служить одним из основных процессов в образовании лунного реголита. Перемещению лунного грунта по склонам кратеров способствует меньшее, по сравнению с Землей, ускорение силы тяжести, равное 162 см/с2. Оно обуславливает значительную рыхлость и пористость поверхностного слоя, снижает связность его частиц и устойчивость на склонах.
Меркурий похож на Луну внешне, не удивительно, что и реголит на Меркурии очень похож на лунный
Загадка лунного реголита
За миллиарды лет существования Луны процессы разрушения горных пород должны были бы дать значительные скопления обломочного материала, но… они пока не установлены.
По расчетам американского астронома Томаса Голда, на Луне должен быть “разрушенный слой” мощностью до 4 км, причем, по расчетам Бориса Юльевича Левина, одна только метеоритная бомбардировка должна была “наломать” лунных пород мощностью не менее километра. Но и этого судя по всему нет.
Куда исчезли продукты разрушения? Может быть, произошло испарение вещества при метеоритных взрывах с последующим частичным рассеянием его в космическом пространстве? Ведь широко распространены представления о том, что в некоторых случаях обломочный материал мог даже достигать поверхности Земли.
С другой стороны, не исключено, что рельеф Луны гораздо моложе, чем обычно предполагают, а древние продукты разрушения были вовлечены в результате последующих тектонических движений и вулканизма в сферу переработки эндогенными процессами.
В любом случае, пока загадка лунного реголита не имеет решения и сохраняет актуальность.
Реголит на Меркурии
Меркурий по физическим свойствам и внешнему виду очень похож на Луну. Он не имеет атмосферы. Его поверхность также испещрена кратерами и так же, как на Луне, отчетливо выделяются континентальная и морская области.
Поверхность Меркурия, по-видимому, повсеместно покрыта темным мелкозернистым материалом, фотометрические свойства которого близки к свойствам лунного реголита. Химический состав этого материала, судя по спектральным данным, полученным «Маринером-10», также похож на состав реголита Луны.
Важной составной частью меркурианского материала является субмикроскопическое железо. Происхождение его дискуссионно, но является, по-видимому, результатом процессов изменения вещества под действием солнечного ветра и метеоритных ударов.
Помимо этих процессов в преобразовании поверхностного материала большое значение должно иметь температурное выветривание, так как контраст дневных и ночных температур на Меркурии значительно больше, чем на Луне, и достигает 600° (от +420°С днем до —180°С ночью).
Марсианский пейзаж… Интересно – это вполне обычный песок или загадочный инопланетный реголит? На Марсе возможно всё!
Реголит на Марсе
На Марсе есть, хотя и очень разреженная, но все же атмосфера (и криолитосфера), вследствие чего на этой планете могут идти одновременно процессы как образования обычных осадочных пород ледникового и ветрового происхождения, так и образования реголита.
Тем не менее, верхняя часть поверхностного слоя Марса явно представлена реголитом — раздробленной и измененной различными процессами первичной породой.
По изменениям тепловой энергии марсианского реголита оказалось возможным определить средний размер частиц, составляющих его основную массу. Он колеблется от 1 до 10 мм. В целом породы сильно раздроблены, их плотность равна 0,85—2 г/см3. Напомним, что плотность земных пород от 2,5 до 3,3 г/см*.
Марс издавна был известен своим красным цветом. Реголит Марса состоит из железистых соединений, возникших при разрушении базальта и метеоритного вещества. Это могут быть богатые железом глины или гидраты окислов железа — гётит и лимонит. Кроме железа в составе мелкозернистой части грунта имеются кремний, кальций, алюминий, магний, сера и титан.
В результате ветровой деятельности реголит Марса во многих месторождениях разрушается или засыпается пылью. Отдельные районы Марса, как, например, равнина Большого Сирта, имеющие особенно темный цвет, по-видимому, совершенно лишены реголита, так что на поверхности обнажаются черные коренные базальты. Более интенсивно, чем на Луне, идут процессы гравитационного перемещения материала.
Таким образом, по характеру развития поверхностных отложений планеты земной группы делятся на три типа:
- на которых происходит седиментация (отложение) осадочных пород (Земля)
- на которых происходит образование реголита (Меркурий, Луна)
- промежуточные, к которым относится Марс и, возможно, Венера.
Источник
Горная порода впадин луны
Горные породы лунной коры можно подразделить на материковые и морские. Первые слагают светлые, хорошо различимые визуально, материковые районы нашего спутника. Вторые заполняют темные впадины лунных морей, которые не содержат, как известно, ни капли воды. Эти впадины – гигантские ударные кратеры, образованные около 4 млрд. лет назад в материковой коре при столкновении Луны с крупными космическими телами.
Ниже, с краткими комментариями приводятся фотографии шлифов типичных лунных пород из коллекции РАН в проходящем или отраженном свете оптического микроскопа. Шлиф это тонкая пластинка горной породы толщиной около 40 микрон, прозрачная для проходящего света. В простом плоскополяризованном проходящем свете (без анализатора) большая часть силикатных минералов бесцветна или слабо окрашена. Рудные минералы непрозрачны. При включенном анализаторе (николи скрещены) зерна силикатных минералов приобретают разнообразные окраски, которые называются интерференционными и не являются собственными окрасками минеральных фаз. В отраженном свете наблюдается только поверхность шлифа. Силикатные минералы различаются по степени отражения. Чем выше показатель преломления силикатного минерала, тем ярче он выглядит. Непрозрачные, рудные минералы в отраженном свете всегда обладают более высокой отражательной способностью и слабо окрашены.
Основные минеральные фазы лунных пород плагиоклаз, пироксен, оливин, ильменит и минералы группы шпинели. Плагиоклазы – твердый раствор альбита (NaAlSi3O8) и анортита (СаAl2Si2O8). Лунные плагиоклазы близки по составу к анортиту. Пироксены в первом приближении можно подразделить на ортопиросены, имеющие состав (Mg,Fe)SiO3, и клинопироксены – (Ca,Mg,Fe)SiO3, содержащие обычно некоторые повышенные концентрации Ti, Al и Cr. В лунных породах присутствуют как орто- так и клинопироксены. Оливины имеют более простой состав – (Mg,Fe)2SiO4 и в породах лунной коры наблюдаются как магнезиальные так и железистые разности этой фазы. Ильменит – рудный минерал (FeTiO3) впервые был обнаружен в Ильменских горах на Урале и от этих гор и получил свое название. Минералы группы шпинели – в лунных породах в основном представлены серией твердых растворов хромита (FeCr2O4) и ульвошпинели (Fe2TiO4) с некоторой примесью герцинита (FeAl2O4). Установлена также и сама шпинель (MgAl2O4), содержащая примеси Fe и Cr. Составы некоторых редких лунных минералов будут даны в тексте.
Места посадок экспедиций «Аполлон» и автоматических станций «Луна» доставивших на Землю лунный образцы:
«Аполлон-11» – Море Спокойствия
«Аполлон-12» – Океан Бурь
«Аполлон-14» – Юго-восточная часть Океана Бурь, район кратера Фра Мауро.
«Аполлон-15» – Окраина Моря Дождей, район гор Апеннины.
«Аполлон-16» — Материковый район к востоку от кратера Птолемей.
«Аполлон-17» — Горы Таурус на границе Моря Ясности и Моря Спокойствия
«Луна-16» – Море Изобилия
«Луна-20» – Материк к северу от Моря Изобилия, район кратера Амегино.
«Луна-24» – Море Кризисов
По минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам анортозит-норит-троктолит-габбровой серии. Анортозит состоит почти полностью из плагиоклаза. Норит, троктолит и габбро содержат примерно в равных количествах плагиоклаз и ортопироксен (норит), плагиоклаз и клинопироксен (габбро), плагиоклаз и оливин (троктолит). Породы промежуточного состава называются анортозитовые нориты, норитовые анортозиты, габбро-анортозиты и т.д. По структуре материковые породы разделяются на магматические (изверженные) и импактиты. Импактиты представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад.
Импактные брекчии классифицируются по структуре матрицы (основной массы):
Морские породы образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и относящиеся к группе габбро-базальта. Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:
1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO2 >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями «Аполлон 11 и 17»
2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al2O3
ВТОРИЧНЫЕ ЧАСТИЦЫ ЛУННОГО РЕГОЛИТА
Лунный реголит – слой рыхлого, слабосвязанного обломочного материала, покрывающий лунную поверхность. Реголит образуется за счет ударной переработки пород скального основания и состоит из обломков этих пород, минеральных зерен, и вторичных частиц – продуктов ударной переработки. Последние представлены стеклами, шлаками, агглютинатами, и др. Реголитовые брекчии – сцементированный реголит.
Источник