Учебник написан для студентов геологических специальностей и всех, кто интересуется геологией

ISBN 5-98227-075-Х

/ / и У VJ i- / \J I I

■ ¹. 1 ^{1 11} ■ ^{11 1}

² Цифры в скобках - э' о показатель степени мнокнтглв 10, на фим.р 3,3 (26) — э, о 3,3 х 10²'.

Все остальные небольшие спутники Юпитера имеют неправильную, угло­ватую форму, а их размеры колеблются в поперечнике от 16 до 260 км.

Сатурн занимает второе место по размерам среди планет-гигантов, однако его плотность очень мала — 0,69 г/см³. Облачный покров Са­турна похож на таковой у Юпитера не только по составу (частицы льда воды, льда аммиака и гидросульфида аммония), но и по своей структуре, он образует разновысотные пояса и вихри. Сатурн в боль­шей степени газовая планета, чем Юпитер. Атмосфера Сатурна состо­ит в основном из Н и Не и обладает мощностью в несколько тысяч километров. Ниже, как и на Юпитере, располагается оболочка жидко­го молекулярного водорода мощностью 37 тыс. км и металлического водорода, 8 тыс. км. Силикатное (каменное) ядро Сатурна радиусом

10 тыс. км окружено слоем льда до 5 тыс. км.

Наиболее известным элементом Сатурна являются его знаменитые кольца, образующие целую систему, находящуюся в плоскости экватора планеты. Диаметр колец составляет 400 тыс. км, а мощность всего 10 м! Множество колец представляют собой мельчайшие кусочки льда воды, размером от одного сантиметра до нескольких метров. Каждое из колец имеет сложную структуру чередования темных и светлых полос, вложен­ных друг в друга. После изучения снимков с космических аппаратов, про­летевших вблизи колец Сатурна в сентябре 1979 г. и ноябре 1980 г., была выдвинута гипотеза о том, что в каждой светлой линии кольца находится один из мелких спутников Сатурна, с поверхности которого непрерывно испаряются частицы наподобие «дыма». Этот шлейф составляет темную часть колец. Таких мелких тел может насчитываться больше 1000, столько колец удалось различить на снимках. Кольца Сатурна хорошо отражают радиосигналы, что позволяет предполагать ферромагнитные частицы в «дыму» колец.

В июне 2004 г. космический аппарат «Кассини», запущенный амери­канцами семь лет назад, достиг Сатурна, пролетел сквозь кольца и иссле­довал Сатурн и самый большой его спутник Титан. На сегодняшний день это самая дорогая межпланетная миссия в истории человечества. Удалось выяснить, что некоторые кольца имеют абсолютно гладкую поверхность, а другие обладают волнистой поверхностью, облик которой постоянно ме­няется.

У Сатурна насчитывается 17 спутников, из которых Титан самый большой. Средние по размерам (от 420 до 1528 км) спутники обладают шарообразной формой, а малые спутники имеют неправильную, угло­ватую форму и размеры от 20 до 360 км.

Титан обладает радиусом в 1,5 раза больше радиуса Луны и нахо­дится от Сатурна на расстоянии, в три раза большем, чем Луна от

О»Т1 1 и и

оемли. Титан покрыт атмосферой, в составе которой есть метан, азот,

Звезды типа Солнца — желтые карлики формируются при сжатии газопылевых облаков, масса которых должна быть не меньше 10'' массы Солнца. Пробразом такого облака может служить туманность Ориона, великолепные фотографии которой сделаны космическим телескопом им. Хаббла. Почему это облако начало сжиматься? По одной из гипо­тез, на него мог повлиять взрыв близкой сверхновой звезды, ударные волны от которого и заставили облако сжиматься и вращаться. По дру­гой — газопылевое облако в силу своего участия в общем вращении ГМП начало сжиматься, однако большой момент вращения не допускает даль­нейшего сжатия, и облако распадается на отдельные сгустки — буду­щие планеты. Надо отметить, что начальный момент превращения га­зопылевого облака в протопланетный диск — наименее ясный момент в процессе формирования Солнечной системы.

Как бы то ни было, радиус газопылевого облака должен был быть больше радиуса орбиты девятой планеты — Плутона, равного 40 АЕ. Со­став облака характеризовался 99 % газа и 1 % пылевых частиц разме­ром в микроны. Когда газопылевое облако начало сжиматься и вращаться, в дисковидном облаке возникли мощные турбулентные вихри, ударные волны, гравитационные приливы, перемешивающие газ облака, кото­рое благодаря этому оставалось однородным. Время, необходимое для образования диска из облака, оценивается всего лишь в 1000 лет, газ при этом охлаждается, и образуются более крупные пылевые частицы, конденсируясь из газа, т. к. давление в облаке очень небольшое. В цен­тральной части диска благодаря быстрому коллапсу зажглось Солнце, а при удалении от него в протопланетном диске температура уменьша­лась до десятков градусов на краю диска, что подтверждается конден­сацией льда воды за поясом астероидов. Итак, частицы пыли переме­щались к центральной плоскости диска, и чем крупнее была пылинка, тем быстрее она «падала». Внешние слои диска теряли газ по причине его нагревания излучением молодого Солнца и мощного потока иони­зованной плазмы — солнечного ветра. Формирование пылевого суб­диска в центральной части первичного газонылевого диска оценивает­ся всего лишь в 10⁵ лет. Когда плотность пылевых частиц в субдиске достигла некоторого критического значения, диск стал гравитационно неустойчивым и начал распадаться на отдельные сгущения пыли, при­чем чем выше была плотность в сгущении, тем оно быстрее увеличива­лось в размерах. Плотные сгустки, размером с хороший астероид, стал­киваясь, объединялись и, увеличиваясь в размерах, превращались в рой планетезималей размером до 1 км. Слипание, объединение планетези­малей возможно только при небольшой скорости, соударении и неров­ной контактной поверхности, облегчавшей их сцепление. Не исключе­но, что в облаке Оорта на краю Солнечной системы сохранились еще

речных волн уменьшается больше. В этом слое отмечено и повышение

электропроводности по данным магнитотелиурического зондирования, что свидетельствует о состоянии вещества, отличающегося от выше- и нижележащих слоев верхней мантии. Особенности этого слоя, полу­чившего название астеносфера, объясняются возможным его плавле­нием в пределах 1-2 %, что обеспечивает понижение вязкости до 10²¹ пуаз и увеличение электропроводности. Плавление проявляется в виде очень тонкой пленки, обволакивающей кристаллы при Т около +1200 °С. Астеносферный слой расположен ближе всего к поверхности под океа­нами, от 10-20 км до 80-200 км, и там он может быть расплавлен на 5-10 %, и глубже, от 80 до 400 км под континентами, причем залегание астеносферы глубже под более древними геологическими структурами, например под докембрийскими платформами, чем под молодыми. Мощ­ность астеносферного слоя, как и его глубина, сильно изменяются в го­ризонтальном и вертикальном направлениях. В современных геотекто­нических представлениях астеносферному слою отводится роль своеобразной смазки, по которой могут перемещаться вышележащие слои мантии и коры.

обнаружено изменение магнитного склонения со временем. Так назы­ваемые вековые вариации всех остальных элементов магнитного поля сейчас установлены достоверно, и регулярно составляются специаль­ные карты изопор, т. е. линий равных годовых изменений какого-либо элемента магнитного поля.

Такие карты можно использовать только в определенный, не более

10 лет, интервал времени в связи с периодичностью вековых, особенно «быстрых» вариаций. Все магнитные материковые аномалии, например изогоны, медленно, со скоростью 22 км (0,2 % в год), смещаются в за­падном направлении. Западный дрейф обусловлен процессами, связан­ными с генерацией магнитного поля Земли. В 1999 г. вековой ход гео­магнитного поля Земли нарушился, что, возможно, связано с изменением движений в веществе внешней, жидкой части ядра.

Происхождение магнитного поля Земли и по сей день остается загад­кой для ученых, хотя существует много гипотез для объяснения этого фе­номена. То магнитное поле, которое существует, является полем, обуслов­ленным причинами внутренней динамики Земли. Этот последний источник вносит наибольший вклад в формирование геомагнитного поля, и именно его генезису посвящено большинство гипотез.

Внутреннее строение Земли, изученное с помощью различных сейсми­ческих волн, возникающих от землетрясений и искусственных взрывов, как уже говорилось выше, характеризуется наличием сферических оболочек, вещество которых имеет разный состав и разные физические свойства. С глубины 2900 км и до центра Земли (6371 км) простирается ядро Земли, внешняя оболочка которого обладает свойствами жидкости, т. к. она не про­пускает поперечные сейсмические волны. Внугреннее ядро железоникелево- го состава, как и силикатная мантия, состоит из твердого вещества. Нали­чие жидкой сферической оболочки внешнего ядра и вращение Земли составляют основу гипотез возникновения магнитного поля, основанных на принципе магнитного гидродинамо.

Что может происходить в жидком проводящем ядре Земли? Поскольку нижняя граница внешнего ядра имеет более высокую температуру, чем верхняя, может возникнуть конвекция. Более легкая нагретая жидкость будет подниматься вверх, а более холодная и плотная жидкость — опус­каться вниз. Конвекция обусловлена действием архимедовой силы.

Условие возникновения конвекции определяется числом Рэлея Ra:

Ra = (№pg6T)/(va),

где Н — толщина слоя жидкости (толщина внешнего ядра Н = 1000 км), Р — температурный коэффициент объемного расширения, g — ускорение силы тяжести, 5Т — разность температур на верхней и нижней границах, v — кинематическая вязкость v = ц/р, т\ — вязкость, р — плотность, а — темпе­ратуропроводность жидкости. Если это безразмерное число меньше единицы

5) на основании количественных данных о положении древних маг­нитных полюсов построены реконструкции положений блоков земной коры в прошлом;

6) остаточная намагниченность лунных пород с возрастом 4,6 млрд лет приобреталась в магнитном поле, сравнимом с полем Земли, тогда как сейчас магнитное поле Луны в тысячи раз слабее земного;

7) открыты магнитные поля планет: слабые — у Меркурия и Мар­са, сильные — у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Перечисленные результаты имеют огромное значение не только для понимания происхождения магнитного поля Земли и его изменений во времени, но и для изучения стратиграфии и тектоники, для навигации, разведки полезных ископаемых, построения моделей эволюции Земли и планет изучения их внутреннего строения и т. д.

Палеомагнитология тесно связана с другими областями наук — с физикой (физика твердого тела, физика магнитных явлений, крис­таллофизика, магнитная гидродинамика и т. д.), химией (химия ферри­тов, изучение процессов окисления), геофизикой (внутреннее строение Земли и планет) и, конечно, с другими разделами геологии (кристалло­графия, петрография, литология, стратиграфия, тектоника).