Строение и тепловая эволюция Меркурия
Сходный с Луной процесс эволюции, по-видимому, прошел и Меркурий, о чем свидетельствуют многие общие черты лунной и меркурианской топографии. Здесь сохранились уникальные примеры наиболее древних структур, несильно видоизмененных последующими процессами. Вместе с тем конденсационная природа первичного вещества Меркурия иная, в основном представленная сравнительно высокотемпературной фракцией железных метеоритов. Действительно, его средняя плотность значительно выше лунной и лишь немного уступает средней плотности Земли. Последнее, однако, объясняется тем, что вещество земных недр находится при значительно большем давлении из-за разности в массах планет. Следовательно, для достижения почти такой же средней плотности Меркурий должен содержать относительно большее количество тяжелых элементов; с учетом космической распространенности важнейшим из них должно быть железо. По данным известного американского геохимика Г. Юри отношение для Меркурия приблизительно втрое больше, чем для Земли, и впятеро больше, чем для Марса. Выше уже говорилось о том, что объяснение такого резкого уменьшения содержания железа с ростом гелиоцентрического расстояния полностью укладывается в рамки конденсационной модели протопланетного вещества.
Следствием пониженного содержания силикатов является предположение о том, что в исходном веществе на орбите Меркурия было значительно меньше радиоактивных элементов. Меркурий, подобно Луне, мог удержать тугоплавкие литофильные элементы и сохранить тем самым обогащенность ураном и торием, при очень небольшом содержании калия и других летучих. С использованием этого допущения Р. Зигфрид и С. Соломон показали, что Меркурий мог дифференцироваться и образовать ядро. Процесс дифференциации произошел, по-видимому, очень рано, вскоре после завершения основной фазы аккреции, о чем свидетельствуют следы раннего вулканизма на меркурианской поверхности. Как и в рассчитывавшихся ранее моделях, принято во внимание, что на дальнейшую тепловую эволюцию планеты сильно повлияла высокая проводимость железа, составляющего около 70% ее массы. При этом оказывается, что ядро Меркурия должно было затвердеть примерно 2 млрд. лет назад, если не предполагать сохранения в нем тепловых источников вплоть до настоящего времени.
В качестве такого источника некоторые исследователи называют продолжающийся распад калия, что одновременно обеспечивает более быстрое формирование железного ядра и плавление мантии. Расчеты показали, что для сохранения ядра" в частично расплавленном состоянии современное содержание калия должно быть незначительным, на несколько порядков меньше, чем в веществе лунного грунта. Дрейф к поверхности за счет процессов перемешивания мог быть не эффективным в перераспределении калия, и скорее всего его практически нет сейчас в меркурианской коре. Об этом, в частности, говорит очень низкий порог содержания в атмосфере Меркурия изотопа аргона 40Аг, являющегося продуктом бета-распада 40К в коре планеты, установленный по данным измерений при помощи ультрафиолетового спектрометра на космическом аппарате «Маринер-10». Этот порог оказался значительно ниже, чем измеренное содержание аргона на Луне, где он адсорбируется на грунте при низких ночных температурах, а с восходом Солнца его парциальное давление возрастает примерно на порядок величины. Подобного накопления аргона, видимо, не происходит на Меркурии, что служит серьезным ограничением при оценках содержания калия в коре, но не противоречит идее удержания его в недрах.
При условии сохранения в ядре этого или других гипотетических тепловых источников можно понять наличие у Меркурия существенного магнитного поля, исходя из представлений о его генерации за счет гидромагнитного динамо. Гипотеза остаточной намагниченности значительно менее вероятна, поскольку для Меркурия еще труднее, чем для Луны, допустить, что температура в его недрах не поднималась выше точки Кюри. Магнитное поле зарегистрировано Н. Нессом и его сотрудниками при пролетах около планеты космического аппарата «Маринер-10». Напряженность основной дипольной составляющей поля у поверхности на экваторе составляет 350 гамм, или ~1% от земного, ось магнитного диполя образует с осью орбиты угол 129. Плазменные измерения вблизи Меркурия подтверждают, что поле принадлежит самой планете, а не индуцировано при натекании солнечного ветра: об этом свидетельствует структура ограниченной области пространства — магнитосферы и ряд специфических особенностей обтекания планеты с собственным регулярным полем. К ним относят наличие магнитопаузы, ударной волны (образованной на расстоянии ~1500 км от поверхности, в то время как при взаимодействии с очень разреженной атмосферой она бы оказалась примерно на порядок ближе) и ряд эффектов, которые по аналогии с Землей, очевидно, обусловлены процессами ускорения захваченных частиц в области магнитного шлейфа.
Итак, независимо от используемой тепловой модели можно утверждать, что Меркурий, подобно Луне (хотя и несколько позже), прошел вершину эволюции в ранний период своей истории и в настоящее время продолжает остывать.
Можно, однако, допустить, что вследствие более длительного периода остывания процессы глобальной тектоники и древнего вулканизма охватывали больший период меркурианской истории, чем лунной. Отсюда следует, что возраст самых молодых пород на равнинных участках планеты внутри кратеров и котловин, подвергшихся заполнению излившейся лавой должен быть заметно меньше минимального возраста 3,16 млрд. лет, определенного для пород Луны.
Особенности морфологии рельефа, представленные системой протяженных крутых уступов с зубчатыми очертаниями — эскарпов, позволяют считать Меркурий планетой, на которой тектонические процессы носили уникальный характер. Они были обусловлены его общим глобальным сжатием и явились по-видимому, прямым следствием формирования большого ядра спустя примерно 1,2—1,5 млрд. лет после аккумуляции планеты, сменившегося длительным периодом остывания. Охлаждение и сжатие началось вскоре после завершения периода интенсивной бомбардировки поверхности крупными метеоритами и продолжалось после формирования обширных плоских равнин и котловин, препятствуя вместе с тем проявлению поверхностного вулканизма. Возможно, что на начальной стадии этого процесса возникали тектонические трещины, однако доминирующим стало образование складчатых структур, охватывающее весь последующий период тепловой эволюции Меркурия. Они более характерны для этой планеты, нежели следы растяжений коры тектонического происхождения на Луне и Марсе, обладающих меньшей средней плотностью.
|
|
Читайте в рубрике «Планета Меркурий»: |