Лунотрясения

В отличие от Земли, несущей на себе тяжелый груз водоемов, поверхность Луны безводна. Если вода играет ключевую роль в возникновении землетрясений, интересно было бы узнать, про­исходят ли лунотрясения, и если да, то похожи ли они на сейс­мические толчки, возникающие на нашей планете. Ответ на этот вопрос дали космические исследования. Начиная с ноября 1969 г. сейсмические станции устанавливались на Луне учеными США во время полетов космических кораблей «Апполон-12, 14, 15, 16 и 17» (рис. 5). В пяти местах были помещены специальные сейс­мографы, действующие непрерывно. Их питание осуществляется от солнечных батарей и атомных элементов, и в большинстве мест эти сейсмографы работают хорошо и посылают на Землю непрерывный поток геофизических данных о лунных недрах. На Земле весьма подробные сведения о внутреннем строении плане­ты сейсмологи получают с начала 1900-х годов, изучая волны, рас­

пространяющиеся через тело Земли от очагов землетрясений. Кроме того, изучение мест и механизмов землетрясений помогло много узнать о том, как идет деформация Земли. Поэтому с самого начала исследования Луны ожидалось, что с помощью сейсмографов удастся получить такие же данные о внутреннем строении и деформации этого спутника Земли.

Вспомним, что большинство землетрясений-это следствие беспокойной натуры Земли, результат движения тектонических плит. Луна же, напротив, в течение многих миллионов лет была в динамическом отношении спокойным небесным телом, где не происходило движения плит, не было активных вулканов и океа­нических желобов. Поэтому поразительным кажется тот факт, что все установленные на Луне сейсмостанции отмечают в сред­нем от 600 до 3000 сейсмических толчков за год. Большинство этих лунотрясений очень слабые, их магнитуда меньше 2 по шка­ле Рихтера. Фон микросейсм настолько мал, что сейсмографы могут работать при очень большом увеличении — по меньшей ме­ре в 100-1000 раз большем, чем обычно возможно на Земле. Во­прос заключается в том, является ли большое число лунотрясе­ний следствием низкого уровня микросейсмических помех (ведь

там нет ветров, океанских волн, движения транспорта) или же оно указывает на наличие довольно активных тектонических процессов.

На рис. 6 приведены типичные сейсмограммы лунотрясений, записанных сейсмоприемником станции «Аполлон-16». Отмечены толчки трех типов, сильно различающихся между собой. Пер­вые-это глубокие лунотрясения, очаги которых располагаются в 600-900 км от поверхности Луны (ее радиус 1740 км). Эти глу­бинные толчки представляются совершенно удивительными. По-видимому, они приурочены к определенному числу очаговых областей в недрах Луны; в настоящее время число обнару­женных таких зон превышает 40. Некоторые из этих гипоцентров часто активизируются в интервале нескольких дней во время пе­ригея, когда лунная орбита ближе всего к Земле. Установлено, что примерно равное число глубинных лунотрясений возникает в тех же очагах в противоположной фазе приливного цикла; та­ким образом, эпизоды наибольшей активности происходят через 14 дней. Эта периодичность позволяет по крайней мере предпо­лагать, что приливное действие Земли на Луну служит спу­сковым механизмом для высвобождения глубинной сейсмиче­ской энергии. Для Земли такую корреляцию между возникнове­нием землетрясений и прохождением Луны через перигей искали в течение многих лет, но в общем безуспешно. В гл. 9 мы рас­смотрим эти исследования более подробно.

Второй тип лунотрясений, записи которых показаны на рис. 6, характерен для менее глубоких областей Луны. Эти лунотрясения происходят не так часто, как глубокие, и расположение их очагов не отвечает каким-либо закономерностям лунной поверхности. Предполагается, что, как и большинство землетрясений, они свя­заны с высвобождением тектонической упругой деформации в породах лунной коры. Если это так, то либо на Луне имеются грунтовые воды, либо в необычных температурных условиях лунной поверхности происходит особого рода «безводное» раз­рушение пород.

Третий тип явлений, отмечаемых на сейсмограммах, вызы­вается падением предметов-как природных, так и сделанных ру­ками человека-на лунную поверхность. На рис. 6 дан пример сейсмограмм метеоритного удара. Лунные сейсмостанции оказа­лись хорошими регистраторами метеоритов, падающих на по­верхность даже на расстояниях порядка 1000 км от приборов. Чтобы облегчить определение скоростей сейсмических волн в лунных породах, в программы полетов лунных космических ко­раблей было включено жесткое падение некоторых их частей на поверхность Луны. Когда такие предметы, летящие с большой скоростью, ударяются о лунную поверхность, возникают сейсми­ческие волны, достаточно сильные, чтобы их отметили лунные сейсмостанции, а поскольку место и время удара известно с большой, точностью, легко рассчитать время пробега сейсмиче­ских волн. Эти расчеты — первый шаг на пути познания общего устройства и внутренних свойств лунных недр.

Записи волн, возникающих при ударах о лунную поверхность и лунотрясениях, показывают, что большая часть Луны сложена твердыми породами. Слоистая внешняя оболочка-кора-имеет толщину около 60 км, под ней залегает более плотная твердая мантия толщиной около 1000 км, а еще глубже — центральное ядро, которое, по-видимому, несколько мягче мантии, но все же, вероятно, не жидкое. Строение земных недр, установленное в ре­зультате более ранних исследований, носит существенно иной ха­рактер. Мантия Земли-твердая, но расслоенная оболочка тол­щиной около 2900 км. В разных местах она располагается на различной глубине от поверхности: под континентами примерно 40 км, под океанами 10 км. Мантию окружает тонкая каменная скорлупа-земная кора. Однако под мантией находится сфериче­ская область толщиной 2255 км со свойствами несомненной жид­

кости, а еще ниже-в самом центре планеты-четко выделяется внутреннее ядро, снова твердое, радиусом 1216 км.

Сами по себе лунотрясения заметно отличаются от землетря­сений. Сравните рис. 6 с сейсмограммами, приведенными на рис. 4 в гл. 6. Слабое землетрясение записывается отдаленным сейсмографом в течение минуты или около того, а на Луне за­пись колебаний поверхности при лунотрясений длится целый час (вертикальные марки времени на рис. 6 поставлены через 10 ми­нут). Характер записи также резко отличается от «земного»: по­перечные и поверхностные волны на лунных сейсмограммах, как правило, выделяются далеко не так четко и различаются совсем не так легко, как при землетрясениях. (На рис. 6 слабое первое вступление продольной волны лунотрясения можно увидеть на записи SPZ, а приход поперечной волны лучше всего виден на записи LPY.) После весьма быстрого крещендо на лунных сейс­мограммах записывается реверберация, продолжающаяся многие десятки минут с медленным уменьшением амплитуды. Как объяснить такой характер колебаний? Сейчас широко распро­странено мнение, что среди причин важную роль играют как от­сутствие воды, так и раздробленность лунных пород: верхние го­ризонты Луны настолько сухи, что сейсмические волны затухают очень слабо, а в то же время трещины, присутствующие в поро­дах, рассеивают сейсмические волны во  всех  направлениях.

Сейсмографы доставлены и на Марс. Два космических кораб­ля серии «Викинг», успешно направленные США в 1976 г. к по­верхности этой весьма негостеприимной красной планеты, были снабжены сейсмографами. К сожалению, прибор «Викинга-1» не смог передавать сигналы на Землю, зато сейсмограф «Викин-га-2» действовал исправно и сигналы о движениях марсианского грунта были записаны принимающими станциями на далекой Земле. К сентябрю 1977 г. анализ полученных марсианских сейс­мограмм позволил обнаружить только одно событие, которое можно с достаточной уверенностью считать «марсотрясением». Однако возможно, что сейсмические толчки на Марсе просто не столь распространенное явление, и слишком рано еще делать вы­вод, что Марсу не свойственна значительная сейсмическая актив­ность.

Разрушения в Чарлстоне (штат Южная Каролина) в результате землетрясения 31 августа 1886 г. (С разрешения Дж. К. Хиллерса, Геологическая служба США.)