Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геология и геохимия мест посадки КА Венера 8, 9, 10, 13, 14, Вега 1,2

ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Абдрахимов, Альберт Мансурович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ГЛОБАЛЬНАЯ ГЕОЛОГИЯ ВЕНЕРЫ.

1.1 Земля и Венера: сходства и различия.

1.2 Специфика получения информации о поверхности Венеры.

1.3 Специфика геологических процессов на поверхности Венеры.

1.4 Геологические комплексы на Венере.

1.5 Распределение подразделений по поверхности Венеры.

1.6. Внутреннее строение Венеры.

ГЛАВА 2 . ГЕОЛОГИЯ РАЙОНОВ ПОСАДКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СЕРИИ ВЕНЕРА" И "ВЕГА.

2.1 Подход 1. Фото геологический анализ районов геохимического анализа пород Венеры: подразделения, выходящие на поверхность.

2.1.1. Геология района посадки КА Венера 8.

2.1.2. Геология района посадки КА Венера 9.

2.1.3. Геология района посадки КА Венера 10.

2.1.4. Геология района посадки станции Венера 13.

2.1.5. Геология района посадки КА Венера 14.

2.1.6. Геология района посадки КА Вега 1.

2.1.7. Геология района посадки КА Вега 2.

2.1.8. Результаты геологического картографирования районов посадки. 81 2.2. Подход 2. Фотогеологический анализ окрестностей ударных кратеров - потенциальных источников слоистых отложений в местах посадки.

ГЛАВА 3. ГЕОХИМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД ОКЕАНОВ ЗЕМЛИ И МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТИ ВЕНЕРЫ

3.1. Геохимические интерпретации проанализированного материала на Венере.

3.2. Подходы к определению петрохимического типа венерианских пород

3.3. База данных составов вулканических пород внутриплитных океанических островов Земли.

3.3.1. Формирование базы данных для магматических пород BOO.

3.3.2. Формирование выборки неизмененных пород BOO.

3.4. Венерианские породы в сравнении с океаническими магматическими породами Земли.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ГЕОХИМИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геология и геохимия мест посадки КА Венера 8, 9, 10, 13, 14, Вега 1,2"

Актуальность исследований. На протяжении последних десятилетий непрерывно растет интерес к геологии планет Солнечной системы, особенно в отношении планет земной группы, в том числе и в отношении Венеры. Венера — аналог Земли по размеру и по массе. Соответственно, можно ожидать и одинакового геологического развития. Похожа ли Венера на Землю по составу? Это очень важный вопрос, на который могут дать ответ результаты химического анализа пород поверхности. На поверхность Венеры были осуществлены посадки семи космических аппаратов (КА), которые провели геохимические измерения на поверхности: Венера 8, 9, 10, 13, 14, Вега 1 и 2. В пяти местах посадки в грунте Венеры гамма-спектрометрическим методом были измерены содержания несовместимых элементов К, U, и Th и в трех местах посадки рентгенофлюо-ресцентным методом были измерены содержания главных петрохимических элементов. Это позволяет провести аналогии с земными составами. На Венере практически отсутствуют такие важнейшие геологические процессы, как эрозия и выветривание. Измеренные составы пород Венеры можно соотнести с прямыми пробами магматического процесса. Вот почему данные с мест посадки сравниваются с магматическими породами Земли. В 1990-1992 г. американским КА Магеллан с орбиты спутника Венеры были получены радарные изображения более 90% поверхности планеты, включая районы посадки космических аппаратов. Результаты систематического геологического картографирования Венеры по фотоизображениям, полученным КА Магеллан, позволили предложить модели геологической истории Венеры. Важным в моделях является геохимическая характеристика образований, связанных с теми или иными фазами геологической истории Венеры. Расшифровка геохимических значений данных КА заполняет существенный пробел в знании о геологической истории Венеры. В последние десятилетия идет широкий поток геохимических данных по магматическим породам океанов Земли, связанных с определенными геодинамическими обстановками. Геохимическое сравнение пород Венеры и пород Земли из разных геодинамических обстановок в совокупности с анализом региональной геологической ситуации в местах посадки позволяет выбрать модель или модели геодинамических обстановок, наиболее полно подкрепленные геологическими и геохимическими данными. Обоснованные геодинамические модели в свою очередь позволяют более надежно проследить связь геохимических процессов и геологической истории Венеры в течение доступного для нашего анализа периода геологической истории Венеры (10-15% всей жизни планеты).

Цель работы. Целью работы является: 1) геологический анализ каждого района, где проводилось геохимическое измерение грунта, и стратиграфическая привязка проанализированных пород Венеры; 2) геохимическое сравнение ве-нерианских пород, проанализированных в местах посадки космических аппаратов с выборками неизмененных магматических пород трех геодинамических обстановок базитовой коры Земли: срединно-океанических хребтов (СОХ), эн-симатических океанических островных дуг (00Д) и внутриплитных океанических островов (BOO); 3) установление возможной связи геологического развития районов посадки и геохимических характеристик пород Венеры в этих местах; 4) определение, какие из геодинамических обстановок Земли в большей степени соответствуют геологическим и геохимическим характеристикам мест посадки на Венере.

Задачи исследования. Для достижения поставленных целей были сформулированы и решены следующие задачи:

• Изучить геологическое строение каждого района посадки станций, где проводились геохимические измерения, на основании чего дать их стратиграфическую характеристику.

• Создать базу данных образцов магматических пород внутриплитных океанических островов Земли, проанализированных на К, U и Th, и главные петро-химические элементы в дополнении к существующим базам данных [Николаева, 1995, 1997]. Выделить из этой базы выборку неизмененных пород для геохимических сравнений с породами Венеры.

• Провести геохимическое сравнение составов пород Венеры с составами земных магматических пород трех упомянутых геодинамических обстановок, чтобы понять, к породам какой магматической серии и какой геодинамической обстановки Земли близки породы, проанализированные на Венере.

• Сопоставить результаты геохимического сравнения и геологического изучения изучаемых районов посадки.

Методы исследований. Для геологического изучения районов посадки использовался метод фотогеологического картографирования. Для геохимических сравнений велось пополнение баз данных по составам земных магматических пород главных геодинамических обстановок океанов Земли из литературных источников. Для выделения выборки неизмененных пород из исходной базы данных использовался многомерный дискриминантный метод. Этот же статистический метод в сочетании с методом вариационных диаграмм использован в геохимических сравнениях пород Земли и Венеры.

Фактический материал. Главный объект исследования в этой работе -результаты химических анализов породы Венеры, проанализированные космическими аппаратами Венера 8, 9, 10, 13 и 14, Вега 1 и 2 (КА Венера-Вега), рент-генофлюоресцентным (КА Венера 13, 14 и Вега 2) и гамма-спектрометрическим (КА Венера 8, 9, 10, Вега 1 и 2) методами. Для анализа геологического строения использовались радарные изображения районов мест посадки, полученные КА Магеллан, а также локальные телевизионные панорамные изображения в местах посадки КА Венера 9, 10, 13, 14. Для составления базы данных по составам магматических пород внутриплитных океанических островов Земли использовались анализы из многочисленных литературных источников. Кроме того, в геохимических сравнениях использовались созданные ранее базы данных анализов магматических пород срединно-океанических хребтов и энсиматических океанических островных дуг Земли [Николаева, 1995, 1997].

Научная новизна работы. Представленное исследование дает геологическую характеристику районов Венеры, где проводились анализы грунта и позволяет соотнести проанализированный КА Венера-Вега материал с теми или иными этапами геологической истории этой планеты. Геохимическое сравнение венерианских составов с составами магматических пород океанов Земли, привязанных к определенным геодинамическим обстановкам, дает основу суждениям об обстановках магмообразования на Венере, а сопоставление с результатами геологического изучения позволяет рассмотреть эти процессы в контексте геологической истории.

Практическое значение работы. Результаты этой работы следует учитывать при планировании будущих миссий на Венеру, в частности для выбора мест посадки на поверхность планеты.

Апробация работы. Различные аспекты этой работы докладывались автором и обсуждались аудиторией на международных и всероссийских конференциях и рабочих встречах в виде устных и стендовых докладов: 1) на конкурсе молодых ученых ГЕОХИ РАН (1999), Москва; 2) на международных конференциях по сравнительной планетологии "Vernadsky-Brown Microsymposium" (1998 - 2004), г. Москва, ГЕОХИ РАН; 3) на международных конференциях по планетологии "Lunar and Planetary Science Conference" (1998 - 2002), г. Хьюстон (США).

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации в реферируемых журналах опубликовано 2 статьи (Астрономический вестник) и две статьи находятся в печати (Journal of Geophysical Research (Planets), Геохимия), кроме того, опубликовано 17 развернутых (2 стр.) тезисов докладов на лунно-планетных конференциях и микросимпозиумах Вернадский-Браун.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из одного тома, включает в себя введение, 4 главы, и заключение. Объем работы составляет 143 машинописных страницы, включая в себя 39 иллюстраций и 8 таблиц . Библиографический список к работе включает 166 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Абдрахимов, Альберт Мансурович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее существенные результаты, полученные при изучении геологии мест посадки космических аппаратов Венера 9, 10, 13, 14, Вега 1, 2, в контексте информации о глобальной геологии Венеры, и геохимии пород проанализированных на Венере, могут быть суммированы в следующих защищаемых положениях:

1. Все семь районов посадки обладают схожим набором геологических подразделений и схожей последовательностью геологического развития, типичных для большинства областей Венеры, и потому могут рассматриваться, как представительные для планеты в целом.

2. Проведенный анализ геологии районов посадки позволяет связать проанализированный в данном месте материал с основными геолого-стратиграфическими подразделениями планеты. В варианте наблюдаемых на поверхности вещественных комплексов Венера 8 наиболее вероятно проанализировала материал комплекса щитовых равнин Psh, Венера 9, 10, 13, Вега 1, 2 - материал комплекса равнин с извилистыми грядами Pwr; Венера 14 - материал комплекса лопастных равнин Р1. В варианте анализа вещества параболических гало окрестных ударных кратеров Венера 8 проанализировала ударный материал, с преобладанием исходного вещества комплекса тессер Tt или комплекса равнин с извилистыми грядами Pwr, Венера 9 — комплекса тессер Tt, Венера 10 - комплекса щитовых равнин Psh, Венера 13, 14, Вега 1 - комплекса равнин с извилистыми грядами Pwr, Вега 2 - равновероятно комплексов Tt, Pdf, Psh, Pwr.

3. Сравнение состава пород поверхности Венеры с составами неизмененных земных пород внутриплитных океанических островов, срединно-океанических хребтов и энсиматических океанических островных дуг Земли, показало, что вещество Венеры 14 ближе к толеитам СОХ Земли (N-MORB), вещество Венеры 10, Веги 1 ближе по К, U и Th к толеитам BOO и ООД, вещество Веги 2 к толеитам ООД, вещество Венеры 8, Венеры 9, Венеры 13 ближе к породам щелочной серии BOO. Таким образом, все измеренные породы Венеры, кроме вещества Венеры 14, обогащены (относительно земных N-MORB) несовместимыми крупноионными литофильными элементами.

Из геохимических сравнений и геологических данных, следует, что источники магм, из которых -750 млн. лет назад образовалось вещество большинства проанализированных пород Венеры, более обогащены несовместимыми элементами, чем современная верхняя мантия Земли. Близость по составу более молодых пород, опробованных (в рамках подхода 1) КА Венера 14 к земным толеитам СОХ может указывать на истощенность мантийно го источника геологически молодых магм Венеры.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Абдрахимов, Альберт Мансурович, Москва

1. Adams A.S., Weaver С.Е. Thorium-to-Uranium Ratios as Indicators of Sedimentary Processes: Example of Concept of Geochemical Facies // Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1958. V.42. №2. P.387-430.

2. Arculus R.J. Aspects of Magma Genesis in Arcs // Lithos. 1994.V.33. №1/3. J.189-208.

3. Arkani-Hamed J. On the Thermal Evolution of Venus // J. Geoph. Res. 1994. V. 99. № El. P. 2019-2033.

4. Arvidson R.E., Greeley R., Malin M.C., et al. Surface modification of Venus as inferred from Magellan observation of plains //J. Geophys. Res. 1992. V. 97. № E8. P. 13303-13318.

5. Baker V.R., Komatsu G., Gulick V.C., Parker T.J. Channels and Valleys // yenus II Geology, Geophysics, Athmosphere, and Solar Wind Environment. Tucson: Univ. Arizona Press. / Eds. Bourgher S.W., Hunten D.W., Phillips R.J. 1997. P. 757-796.

6. Banerdt W.B., McGill G.E., Zuber M.T. Plains tectonics on Venus // Venus II Geology, Geophysics, Athmosphere, and Solar Wind Environment / Eds Bougher S.W., Hunten D.W., Phillips R.J. Tucson: Univ. Arizona Press, 1997. P. 901-930.

7. Basilevsky A.T. Vital Problems of Venus Geology: Outlook for Their Resolution by Magellan and Post-Magellan Missions // Earth, Moon, Planets. 1990. V.50/51. P.3-24.

8. Basilevsky A.T. Global tectonic style // Venus Geology, Geochemistry, and Geophysics / Eds Barsukov V.L., Basilevsky A.T., Volkov V.P., Zharkov V.N. Tucson: Univ. Arizona Press, 1992. P. 140-152.

9. Basilevsky A.T. Venera 8 landing site geology revisited // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № E4. P. 9257-9262.

10. Basilevsky A.T., Kuzmin R.O., Nikolayeva O.V. et al. The surface of Venus as revealed by the Venera landings: Part II // Bull. Am. Geol. Soc. 1985. V.96. №1. P.137-144.

11. Basilevsky A.T., Nikolayeva O.V., Kuzmin R.O. Resurfacing // Venus Geology, Geochemistry, and Geophysics, Research Results from the USSR / Eds Barsukov V.L. et al., Tucson; London: Univ.Arisona Press, 1992 a. P. 153-160.

12. Basilevsky A.T., Nikolaeva O.V., Weitz C.M. Geology of the Venera 8 landing site region from Magellan data: Morphological and geochemical considerations // J. Geophys. Res. 1992 б. V. 97. №E8.P. 16315-16335.

13. Basilevsky A.T., Head J.W. The geologic history of Venus: A stratigraphyc view // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. №E4. P. 8531-8544.

14. Basilevsky A.T., Head J.W., Ivanov M.A., Kryuchkov V.P.). Impact craters on geologic units of northern Venus: Implications for the duration of the transition from tessera to regional plains // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26. № 16. P. 2593-2596.

15. Basilevsky A.T., Head J.W. Rifts and large volcanoes of Venus: Global assessment of their age relations with regional plains // J. Geophys. Res. 2000 a. V. 105. № ЕЮ. P. 24583-24611.

16. Basilevsky A.T., Head J.W. Geologic units on Venus: Evidence for their global correlation // Planet, and Space Sci. 2000 б. V. 48. P. 75-111.

17. Basilevsky A.T., Head J.W. Venus: Timing and rates of geologic activity // Geology. 2002. V. 30. No. 11. P. 1015-1018.

18. Basilevsky А. Т., Head J. W. On rates and styles of late volcanism and rifting on Venus // J. Geophys. Res. 2002a. V. 107. № E6. doi: 10.1029/2000JE001471.

19. Basilevsky А. Т., Head J. W. Venus: Analysis of the degree of impact crater deposit degradation and assessment of its use for dating geological units and features // J. Geophys. Res. 2002 b. V. 107. №E8. 5061. doi:10.1029/2001JE00I584.