Тессера

Иванов, Михаил Арсеньевич

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Тессера
ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Тессера"

На правах рукописи

Иванов Михаил Арсеньевич

Тессера: место и роль в геологической истории

Венеры

Специальность 04.00.01 - обшая и региональная геология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1998 г.

Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук

А.Т. Базилевский

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

А.М. Никишин

кандидат физико-математических наук Ж.Ф. Родионова

Ведущая организация: Институт динамики геосфер РАН

Защита состоится 11 декабря 1998 г в 1430 часов на заседании Диссертационного совета К.053.05.02 по общей и региональной геологии и геотектонике при Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, геологический факультет, аудитория 608

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета (корпус А, 6 этаж)

Автореферат разослан 11 ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук

Т.Ю. Тверитинова

Общая характеристика работы

Термин «тессера» относится к одному из типов местности Венеры, открытых в результате съемки КА «Венера-15/1б» в 1983-84 гг, охватившей часть северного полушария планеты выше примерно 30° с.ш. [Барсуков и др., 1984, 1986]. Морфологические и радиолокационные особенности тессеры резко контрастируют с характеристиками других типов местности. Главный отличительный признак тессеры - это картина деформаций, которая состоит, в простейших случаях, из двух систем тектонических структур, пересекающихся под углами, близкими к прямому. Тессерные массивы представляют собой радиояркие и приподнятые над окружающей местностью регионы изометричной или удлиненной формы. По своей морфологии, тектонический комплекс тессеры резко отличается от региональных равнин, имеющих, вероятно, вулканическое происхождение [Барсуков и др., 1984, 1986; Суханов, 1986; Суханов и др. 1986 а,б, 1987; Bindschadler and Head, 1991; Sukhanov, 1992; Иванов и Хэд, 1996].

Предшествующие работы по изучению тессеры. Предшествующие работы, посвященные исследованию тессеры, основывались, главным образом, на результатах съемки КА «Венера-15/16». В зоне съемки тессерная местность занимает примерно 10-15 % поверхности [Суханов, 1986], где массивы тессеры образуют скопления, часто ассоциирующие с региональными возвышенностями [Суханов, 1986; Иванов, 1990; Nikolaeva et al., 1992; Sukhanov, 1992]. После съемки КА «Венера-15/16», из-за ее неполноты, глобальное распределение тессеры по поверхности планеты оставалось неизвестным. Существовали прогнозы распространенности тессеры на Венере, основанные на характерном для i этого типа местности сочетании шероховатости и отражательной способности [Креславский и др., 1988, Bindschadler et al., 1990]. Прямые наблюдения с помощью наземной радиолокации крупного региона Венеры в области Бета также продемонстрировали присутствие тессерной местности за пределами съемки КА «Венера-15/16» [Campbell et al., 1991; Senske et al., 1991]. Возможности тектонического районирования крупных тессерных регионов

были сильно ограничены сравнительно низким разрешением съемки (1-2 км) [Суханов и др., 1986, 1987; Суханов, 1986; VorderBruegge and Head, 1989, 1990]. Из-за неоднозначности соотношений структурных элементов, видимых при данном разрешении, нельзя было установить последовательность событий, приведших к образованию тессерной местности. Фотогеологический анализ снимков, полученных КА «Венера-15/16» показал, что для тессеры характерен в основном извилистый тип границ с прилегающими равнинами [Bindschadler and Head, 1991; Sukhanov, 1992], свидетельствующий о проникновении равнинного материала в тессеру. Стратиграфически это означало бы, что тессера -относительно более древнее образование, чем окружающие ее равнины. Преобладание извилистых (ингрессионных) границ помимо указания на возможный относительно более древний возраст тессеры, позволило высказать предположение о распространении тессерной местности под поверхность равнин [Суханов, 1986; Nikishin, 1990].

Таким образом, данные КА «Венера-15/16» дали возможность охарактеризовать тессеру как тектонический тип местности, обычно сконцентрированный (в зоне съемки) в высоко стоящих регионах. Можно было предполагать, что тектоническая активность, приведшая к формированию тессеры, связана с относительно древними эпохами геологической истории Венеры и проявлялась на более обширных территориях, чем это видно сейчас. Пространственная ассоциация тессеры с топографическими поднятиями, ее морфология, резко отличная от морфологии лавовых (предположительно базальтовых) равнин и, вероятно, древний возраст позволили выдвинуть гипотезу о том, что тессера, по аналогии с земными континентами, представляет собой обнажения небазальтовой коры Венеры [Nikolaeva et al., 1988, 1992]. Эти установленные факты и предположения отводят тессерной местности ключевую роль в расшифровке геологической истории Венеры.

Актуальность работы. Вопросы, связанные с геологическим изучением тессерной местности, после экспедиции КА «Венера-15/16» во многом оставались открытыми из-за ограниченной площади съемки и ее низкого пространственного разрешения (1-2 км). Невозможно было установить

глобальную распространенность тессерной местности и характер ее распределения на поверхности Венеры. Внутреннее строение тессеры могло быть охарактеризовано только в общих чертах, а детали строения были неразличимы. Возрастные соотношения тессеры с другими типами местности могли быть изучены только в зоне съемки, и из-за сравнительно низкого разрешения часто оставались неопределенными. Это исключало возможность характеристики стратиграфического положения тессеры. С использованием изображений, переданных КА «Венера-15/16», была невозможна идентификация местности-предшественника тессеры, что давало место умозрительным гипотезам о составе материала тессеры. Таким образом, на основании данных КА «Венера-15/16» нельзя было получить обоснованное представление о том, как, когда и из чего тессера могла быть образована и каково ее место в геологической истории Венеры.

Научная новизна работы. Задачей данной работы являлось получить ответы на эти вопросы с использованием данных радарной съемки с КА «Магеллан». Эта съемка, в отличие от предшествующих, охватывает практически всю поверхность планеты (97 %) и имеет разрешение 100-200 м. [Saunders et. al., 1992]. Фотогеологический анализ снимков «Магеллана» при исследовании тессерной местности в нашей работе впервые позволил: 1). установить суммарную площадь тессеры и ее пространственное распределение по всей поверхности Венеры, охарактеризовать частотно-размерное распределение тессерных фрагментов и их высотное положение. Эти данные описывают масштаб изучаемого явления и общие закономерности пространственного и высотного распределения тессеры. 2) Выяснить детали внутреннего строения и схему последовательности событий, приведших к формированию тессерной местности. Это дало возможность наметить генерализованную схему тессерообразующего процесса. 3) Установить стратиграфическое положение тессерной местности, что позволило выявить время действия тессерной тектоники в относительной шкале времени. 4) Оценить модельный абсолютный возраст тессерной поверхности, что дало возможность охарактеризовать абсолютное время и длительность некоторых

этапов тессерообразующего процесса. 5) Выяснить морфологическое характеристики исходного материала тессеры. Это позволило подойти к проблеме состава материала тессерной местности. 6) Сопоставить результаты морфологического и стратиграфического анализа тессеры с гравиметрическими данными. Такое сопоставление характеризует изменения картины мантийной конвекции в течение видимой части геологической истории Венеры.

Практическое значение работы. Полученный материал позволяет получить представление о том где, каким способом, когда и из какого материала была сформирована тессерная местность. То есть, подойти к решению проблемы ее формирования. В свою очередь, механизм формирования тессеры представляет собой важную составную часть моделей геологической истории Венеры, необходимых для исследований в области сравнительной планетологии. Например, для объяснения способов происхождения типов местности, морфологически сходных с тессерой, на других планетах, а также при исследованиях общего характера, например, для выявления сходств и различий между Землей и Венерой или Венерой и другими планетами земной группы. Результаты исследования следует учитывать при планировании будущих космических экспедиций к Венере, в частности, для выбора районов съемки сверхвысокого разрешения, мест посадок на эту планету и приоритетных районов геохимического опробования.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на семинарах лаборатории сравнительной планетологии и метеоритики (Москва, ГЕОХИ РАН), на 6,8,16,18,24,25 и 26 Международных рабочих встречах по сравнительной планетологии (1987, 1988, 1992, 1993, 1996 и 1997 гг., Москва, Россия), на XXIII, XXIV, XXVI и XXVIII Международных конференциях по Луне и планетам (1992,1993, 1995 и 1997 гг., Хьюстон, США) и на ежегодном заседании Американского Геофизического союза (1995 г., Сан-Франциско, США). Тезисы докладов представлены на XIX, XXIII, XXIV, XXVI, XXVII и XXVIII Международных конференциях по Луне и планетам (1988, 1992, 1993, 1995, 1996 и 1997 гг., Хьюстон, США), и на XXIII Генеральную

Ассамблею Европейского Геофизического Общества (1998 г. Ницца, Франция). По результатам исследования опубликовано 10 статей и 23 тезиса докладов.

Структура я объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Текст работы изложен на 120 страницах, содержит 62 рисунка, 19 таблиц. Библиография включает 255 наименований.

Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (Москва).

Благодарности. Автор посвящает свою работу памяти замечательного геолога A.JI. Суханова. Автор искренне признателен за постоянную помощь и поддержку в работе, а также за ценные замечания, конструктивную критику и консультации своему научному руководителю, профессору А.Т. Базилевскому и профессору университета Брауна (США) Дж. Хэду, коллегам по работе Г.А. Бурбе, Н.Н Бобиной, М. Гилмор и Дж. Коллинзу, В.П. Крючкову, О.В. Николаевой, А.А. Пронину, и В.П. Шашкиной. Неоценимую помощь в оформлении работы оказали сотрудники университета Брауна П. Найверт (фотоработы) и П. Хаггерти (компьютерная поддержка).

Глава 1. Распространенность тессеры, частотно-размерное и высотное распределение ее фрагментов.

В этой главе дана общая характеристика строения и распространенности тессеры. Тессера представляет собой вещественный комплекс, в строении поверхности которого главную роль играют тектонические структуры [Барсуков и др., 1986; Суханов, 1986; Ivanov, 1988; Bindschadler and Head, 1991; deCharon et al„ 1991; Bindschadler et al., 1992 (a); Иванов и Хэд, 1995; Ivanov and Head, 1996]. Для тессеры характерна особая картина деформаций, . отличающаяся . от картины всех других тектонизированных типов местности Венеры. В простейших, довольно редких, случаях она состоит из двух наборов структур, пересекающихся почти под прямыми углами. В обычно более сложных случаях присутствуют дополнительные наборы положительных и отрицательных, прямолинейных и криволинейных структур разного иерархического уровня. Эти структуры : .

расчленяют поверхность тессеры на большее количество блоков и придают ей хаотический облик. Блоки тессеры широко варьируют по размерам от предела разрешения съемки до десятков километров в поперечнике.

Обработка результатов съемки КА «Магеллан» позволила нам составить карту распространенности тессерных массивов на всей поверхности Венеры [Ivanov et al., 1992] (Рис. 1.1). Карта послужила основой для анализа распределения тессеры по поверхности планеты. Особенностью первого порядка распределения является его глобальная асимметрия: тессерные массивы концентрируются преимущественно в приэкваториальной зоне и северном полушарии планеты. Особенностью второго порядка распределения является тенденция тессерных массивов образовывать скопления. Можно выделить четыре главных тессерных скопления: а) в земле Афродиты, б) в земле Иштар, в) в областях Феба - Бета и г) между тессерой Альфа и землей Лады. Каждое из скоплений имеет в поперечнике несколько тысяч километров. Особенностью третьего порядка являются дуги и дугообразные цепи, состоящие из тессерных фрагментов. Дуги и цепи располагаются как внутри указанных скоплений, так и вне их и могут протягиваться на многие сотни километров.

Для характеристики распространенности тессеры нами была подсчитана площадь всех закартированных тессерных участков [Иванов и Хэд, 1995]. Их суммарная площадь составляет примерно 36 млн. км2 или около 8 % поверхности Венеры. Это сравнительно небольшая доля поверхности Венеры. Среди тессерных регионов, однако, есть очень крупные (до, примерно, 9 млн. км2). Ни одно другое таксономически однородное образование, за исключением региональных равнин, не охватывает такой большой территории. Это указывает на крупномасштабность процесса тессерообразования.

Гистограмма распределения площадей тессерных фрагментов имеет один пик и сильно асимметрична (Рис. 1.2). Площадь измеренных блоков тессеры изменяется в очень широких пределах (четыре порядка величины) примерно от 200 км2 до 9000000 км2. Среднее значение площади составляет

3015' 0 ' -15 ■

-30-

. - -й

- ' ' ■

Пи

«* * О" • ,

'■V I

.'<44

ч, .

-I-1-I-1-1-1-1-1—I-1—г

Рис. 1.1 Карта распределения тессерных массивов по поверхности Венеры, (проекция Меркатора)

примерно 57000 км2. Мода гистограммы соответствует блокам с площадью 3000-5000 км2, характерные поперечные размеры которых равны примерно 130x60 км. Тессерные фрагменты изометричны или слегка вытянуты. Средняя величина отношения длина / ширина составляет примерно 2.6 при этом для примерно 48 % всех тессерных блоков величина этого отношения не превышает 2:1. Все участки тессеры демонстрируют признаки последующего разрушения и «затопления» равнинным материалом, Это дает основание полагать, что фрагменты гессерной местности составляли ранее более крупные регионы. Таким образом, положение моды гистограммы может характеризовать типичный размер блоков, из которых в прошлом состояли более крупные тессерные провинции. Вероятно, самые крупные тессерные регионы, из видимых сейчас, в наименьшей степени затронуты последующей деструкцией. Они могут характеризовать минимальный горизонтальный масштаб процесса тессерообразования (тысячи км в поперечнике).

суммарная площадь которых поверхности, располагаются в вершинной части региональных платообразных возвышенностей. Размер таких возвышенностей, несколько тысяч км в поперечнике, придает им первостепенное значение в глобальном распределении высот на Венере. Тесная пространственная ассоциация тессеры и платообразных возвышенностей, скорее всего, не случайна и может указывать на то, что образование тессеры и возникновение этих возвышенностей происходили в едином процессе. Поперечные размеры региональных возвышенностей дают основание рассматривать в качестве причины их

Все основные тессерные регионы, составляет примерно 85% всей тессерной

о.о го со «.о 1.0

Десятичный логарифм площади

Рис. 1.2 Гистограмма распределения площадей тессерных фрагментов

формирования процессы взаимодействия конвектирующей мантии и литосферы [Bindschadler and Parmentier, 1990; Herrick and Phillips, 1990; Phillips et al., 1991; Bindschadler et al., 1992 (6)].

Глава 2, Характеристики тектонического режима формирования тессеры

В этой главе охарактеризованы структурные элементы, образующие местность тессерного типа, описаны разновидности структурного рисунка тессеры, показаны временные соотношения между структурами тессеры. Строение тессерной поверхности определяется сочетанием двух основных структурных элементов - гряд и уступов. Их морфология отражает разные тектонические обстановки. Гряды представлены относительно узкими (от пределов разрешения съемки до нескольких десятков километров в ширину) и протяженными (до нескольких сотен километров в длину) структурами, которые часто собраны в пояса. Гряды разделены U- и V-образными долинами и имеют, как правило, закругленный гребень. Их высота, судя по измерениям на стереоизображениях и топографических профилях, составляет сотни метров до 1-1,5 км. Морфология и морфометрия гряд указывают, что они образовывались в тектонической обстановке сжатия [Hansen, 1992; Solomon et al., 1992]. Уступы, в подавляющем большинстве, встречаются в виде пар и серий. Парные уступы и серии уступов образуют или осложняют борта депрессий - борозд и грабенов. Эти структуры обычно прямолинейные и, реже, извилистые. Их ширина, обычно, выдержана по простиранию и составляет первые километры. В длину же, борозды и грабены могут достигать десятков и даже сотен километров. Глубина борозд и грабенов (там, где это можно измерить) составляет первые сотни метров. Образование депрессий связано с тектонической обстановкой растяжения [Solomon et al., 1992; Hansen and Willis, 1996; Ivanov and Head, 1996]. Таким образом, тессерная местность формировалась при сочетании сжатия и растяжения в одном регионе. Борозды и грабены, как правило, отчетливо секут грядовые структуры. На этом основании можно сделать вывод, что тектоническая

обстановка растяжения является более поздней по отношению к обстановке сжатия.

Обзор основных работ по характеристике строения тессеры показывает, что все разнообразие рисунков тессерной поверхности можно свести к пяти основным типам строения (Рис. 2.1): ромбоидная (Рис. 2.1 а), шевронная (Рис. 2.1 б), полигональная (Рис. 2.1 в), линейно-грядовая (Рис. 2.1 г) и ортогональная тессера (Рис. 2.1 д). Наиболее редко встречаются первые три, шире развит четвертый тип, а наибольшим распространением пользуется ортогональная тессера. Ромбоидный тессерный рисунок, характеризующийся S-образными грядами, отмечен лишь в краевой части тессеры Ицпапалотль и в пределах субширотной зоны, пересекающей тессеру Альфа. Шевронная тессера занимает относительно небольшие территории в восточных частях тессер Фортуны и Овды. Для этого рисунка типичны наборы субпараллельных узких и широких гряд, демонстрирующих резкие изгибы по простиранию. Полигональная тессера характеризуется системами криволинейных и,прямолинейных грабенов и трогов, пересекающихся под разными углами и огибающих небольшие блоки с равнинной морфологией поверхности. Полигональный рисунок типичен для западной части тессеры Овда и для тессеры Фебы. Линейно-грядовая разновидность тессерного рисунка, состоящая из узких плотно упакованных прямолинейных или слабо изгибающихся гряд, характерна для краевых частей крупных тессерных регионов, например, Фортуны, Теллуры и Фетиды. Определяющим признаком ортогональной тессеры является сочетание параллельных, субпараллельных и/или ветвящихся гряд и поперечных им грабенов. Ортогональный рисунок наиболее распространен и характерен как для крупнейших тессерных регионов, так и для небольших тессерных фрагментов.

Для установления общей последовательности событий, приведших к образованию ортогонального тессерного рисунка, нами было проведено детальное геологическое картирование участков в некоторых крупных тессерных регионах (тессера Лаймы и Овды) [Ivanov and Head, 1995,1996].

¡И

Ж-ж

1 /

Рис. 2.1 Типичные структурные рисунки тессеры

|~ | Тессера

| Лавовая равнина

Тессерные хребты, определяющие рисунок

Прочие тессрные хребты Узкие грабены

Уступы

Каждая схема охватвает территорию примерно 150 х 150 км.

В центральной и восточной частях тессеры Лаймы рисунок поверхности составлен из гряд северо-западного простирания. Ширина гряд варьирует от первых километров до нескольких десятков километров, а их длина достигает нескольких сот километров. Гряды интерпретируются как структуры сжатия. Грабены северо-восточного простирания почти ортогонально пересекают гряды и интерпретируются как структуры растяжения. Во многих случаях видно, что при пересечении грабеновые структуры прорезают гряды. Важно отметить, что в своем большинстве грабены - это узкие (первые километры), протяженные (десятки километров до первых сотен километров в длину) и прямолинейные структуры, рни не демонстрируют ни зигзагообразной формы в плане, ни искривлений по простиранию, которые могли бы указывать на синхронность формирования гряд и грабенов [Twiss and Moores, 1992]. Разрушение гряд грабенами, а так же выдержанность по простиранию и прямизна последних свидетельствуют о молодости грабенов по отношению к грядам и о том, что основная часть грабенов образовалась после прекращения формирования гряд. Таким образам, структурный рисунок тессеры Лайма формировался в два этапа. На первом образовывались складчатые структуры в обстановке северовосточного сжатия. Естественно считать, что этот этап вел к воздыманию тессерного региона из-за скучивания корового (литосферного) материала. На втором этапе формировалась основная часть грабенов после ослабления (или прекращения) действия северо-восточного сжатия. В конечном итоге образовался ортогональный структурный рисунок, в котором первоначальные структуры сжатия пересечены более поздними структурами растяжения.

В пределах траверса, секущего тессерный массив центральной Овды, было проведено детальное геологическое картирование [Ivanov and Head, 1995]. Целью картирования было ответить на следующие вопросы. 1) Какова последовательность событий в эволюции тессеры в области Овды и 2) каковы временные этапы этой эволюции. В пределах Овды наблюдаются тессера и относительно гладкие внутритессерные равнины. Основными структурными элементами тессеры являются субширотные гряды, ориентированные вдоль длинной оси возвышенности области Овда. Ширина гряд колеблется от первых

километров на северной окраине тессеры до первых десятков километров в ее внутренних частях. Длина этих структур повсюду достигает десятков-сотен километров. В ортогональном направлении гряды пересечены сетью узких субпараллельных грабенов, которые аналогичны по морфологии грабенам тессеры Лайма и типичны для всех крупных тессерных регионов и горных цепей [Smrekar and Solomon, 1992].

Возвышенный рельеф области Овда и доминирующие в ее рельефе гряды дают основания считать, что область в целом и ее грядовый рельеф были сформированы в результате скучивания корового (литосферного) материала под действием сжимающих напряжений. Эта тектоническая обстановка была характерна для первого этапа формирования тессеры области Овда. Гряды тессеры подтоплены материалом наиболее древних, из различимых, внутритессерных равнин, которые, следовательно, моложе. Поверхность равнин не горизонтальна, значит, равнины были наклонены уже после их становления. Угловатые фрагменты равнин образуют пологие изометричные депрессии, длинная ось которых ориентирована параллельно простиранию гряд тессеры. Фрагменты равнин, хотя и наклонены, все еще сохраняют исходную морфологию. Таким образом, деформация древних внутритессерных равнин отмечает собой затухание первого этапа формирования тессеры, когда сжимающие напряжения были уже не в состоянии до неузнаваемости изменить внешний облик деформируемого материала. Важно подчеркнуть, что древние внутритессерные равнины пересечены узкими протяженными грабенами и, следовательно, древнее грабенов.

Грабены, представляющие собой результат растягивающих напряжений, образуют густую сеть субпараллельных протяженных структур. Все они имеют примерно одинаковую видимую глубину и слабо варьируют по ширине. Возрастные соотношения отдельных грабенов не ясны. Большинство из них, однако, либо прорезают тессерные гряды, либо секут и гряды и древние, наклоненные, внутритессерные равнины. Указанные особенности грабенов позволяют считать, что они в первом приближении близ одновременны и были сформированы на втором этапе образования тессеры. Результаты картирования

показывают, что формирование тессеры в области Овда происходило, как и в тессере Лаймы, в два этапа. Первый характеризовался обстановкой сжатия, а второй - растяжения. Конец второго этапа отмечен эпизодом становления относительно поздних внутритессерных равнин, поверхность которых практически горизонтальна, а материал проникает внутрь грабеновых структур. Поздние внутритессерные равнины по своей морфологии аналогичны региональным равнинам вне тессеры, материал которых также подтапливает тессерные грабены. Следовательно, поздние внутритессерные равнины и внешние региональные равнины представляют собой верхний стратиграфический предел тектонических деформаций в Овде.

Таким образом, генерализованная схема последовательности событий при формировании наиболее распространенного ортогонального рисунка тессерной поверхности состоит из двух тектонических эпизодов, сменявших друг друга. Первый эпизод связан со скучиванием материала в обстановке сжатия. В этот период образовались грядовые структуры тессеры, ось максимальных напряжений лежала в горизонтальной плоскости перпендикулярно простиранию гряд, а ось минимальных напряжений была ориентирована, вероятно, вертикально. Второй эпизод характеризовался растягивающими напряжениями, приведшими к формированию сети узких грабенов. В это время произошла переориентировка осей напряжения таким образом, что ось наименьших напряжений располагалась горизонтально, параллельно простиранию гряд тессеры, а ось максимальных напряжений, вероятно, была вертикальной.

Глава 3. Стратиграфическое положение тессеры

Важным этапом исследования тессеры является выяснение времени ее формирования. Этот вопрос распадается на две части: 1) установление относительного возраста, то есть стратиграфического положения тессерных местностей; 2) оценка модельного абсолютного возраста поверхности тессеры. В этой главе охарактеризована стратиграфическая позиция тессеры.

Изображения, переданные КА "Магеллан", позволили подойти к картированию поверхности со стратиграфических позиций [Basilevsky et al., 1992; Roberts et al., 1992; Senske et al., 1992; Solomon et al., 1992; Squyres et al, 1992]. По мере накопления и изучения фотогеологического материала появился ряд стратиграфических схем поверхности Венеры [Иванов, 1993; Basilevsky and Head 1995; Keddie and Head, 1994; Lancaster and Guest, 1994; Senske et al., 1994; Базилевский и Хэд, 1995 (a); Price and Suppe, 1995; Basilevsky, 1996 (6); Head and Ivanov, 1996; Ivanov and Head, 1997]. Например, стратиграфическая схема, приложимая к большой части поверхности Венеры состоит из девяти подразделений эндогенной природы [Ivanov and Head, 1998] (снизу вверх): тессера, густо-трещиноватая равнина, трещинно-грядовая равнина, пояса трещин, щитовые равнины, равнины с извилистыми трещинами (нижнее подразделение), равнины с извилистыми трещинами (верхнее подразделение), гладкие равнины, рифтовые зоны, лопастные равнины. Последние три подразделения значительно перекрываются во времени и могут быть близ одновременными. В этой и во всех других стратиграфических моделях присутствуют две крупные таксономические единицы: комплекс равнин, состоящий из разновозрастных подразделений, и комплекс тессеры, нерасчлененный. Тем не менее, в перечисленных работах не ставилось задачи характеристики стратиграфического положения тессеры в целом. Для решения этого вопроса мы изучили контакты практически всех тессерных массивов с прилегающими геологическими подразделениями. Обычно это равнины, границы которых с тессерой либо весьма извилистые, либо относительно прямолинейные (Рис. 3.1). Наиболее распространены извилистые границы, спрямленные границы встречаются реже.

Извилистые границы Можно различить два подтипа извилистых границ. 1) Сплошная граница (Рис. 3.1 а) образует вьющиеся, резкие контакты тессер с равнинами и характеризуется небольшим количеством малых тессерных фрагментов в пределах равнин вблизи основной тессеры. Материал лавовых равнин либо глубоко проникает внутрь тессерного массива, либо отделяет друг от друга его блоки. Ингрессионные заливы материала равнин в тессеру вдоль

Рис. 3.1 Типы границ тессерных массивов с прилегающей местностью Тессера *—

Лавовая равнина

Хребты горных поясов

Хребты пояса гряд Условная граница между

тессерой и горным поясом

■ ♦ <«. Тессерные хребты —— Грабены Каждая схема охвагвает территорию примерно 150 х 150 км

сплошной извилистой границы доказывают относительно древний возраст тессеры. 2) Диффузная граница (Рис. 3.1 б) характеризуется переходной зоной между тессерой и равниной. Зона

состоит из большого числа тессерных блоков с размерами первые километры - первые десятки километров, окруженных со всех сторон равнинообразующим материалом. Материал равнин ингрессионно вторгается внутрь тессерного массива, несомненно, свидетельствуя об относительной древности тессеры по сравнению с равнинами.

Линейные границы выглядят более спрямленными в масштабе последние десятки-сотни километров. Однако, в масштабе километры-первые десятки километров они, как правило, демонстрируют все те же ингрессионные соотношения с прилегающими равнинами. Можно выделить четыре подтипа линейных границ. 1) Границы перпендикулярные основным внутритессерньш структурам (Рис. 3.1 в). Этот подтип наиболее распространен и наблюдается в случаях ортогонального строения тессерной поверхности, когда поздние тессерные грабены ортогонально пересекают тессерные гряды. Контакт между тессерой и равнинами ориентирован примерно параллельно грядам. Оба набора тессерных структур затоплены лавами окружающих тессеру равнин, что указывает на относительную молодость равнин. 2) Границы, параллельные основным внутритессерньш структурам (Рис. 3.1 г) Для этого подтипа характерно, что внутри тессеры параллельно ее краю протягиваются слабо нарушенные гряды. Этот подтип границ совпадает с высоко стоящими краями крупных тессерных плато, где преобладает линейно-грядовый или ромбоидный тип строения поверхности. Материал равнин подтапливает структуры тессеры, что свидетельствует о его относительной молодости. 3) Подтип с грядами на границах (Рис. 3.1 д) Границы этого подтипа наблюдаются в тех редких случаях, когда грядовые пояса на равнинах прижаты к краю тессерных массивов [Tormanen, 1993, 1995; Gilmore and Head, 1993]. К этому подтипу относится лишь около 2 % от суммарной длины всех измеренных границ. Здесь не видно ингрессионного проникновения лавового материала внутрь тессер и поэтому трудно судить об относительных возрастах тессеры и равнины. 4) Границы с

горнъши поясами (Рис. 3.1 е) Этот подтип отмечен только у тессерных массивов, окружающих плато Лакшми. В данном случае, как и в предыдущем, стратиграфическое положение тессеры по отношению к граничащему подразделению не ясно. Общая длина тессерных границ данного подтипа составляет всего 0,9 % от суммарной измеренной длины тессерных границ.

Детальное изучение границ тессер показывает, что примерно на 97 % их общей длины есть несомненные свидетельства затопления тессеры материалом всех подразделений лавовых равнин. Следовательно, тессера занимает основание стратиграфической колонки, приложимой ко всей Венере.

По внешнему виду контакты тессеры и равнин аналогичны границам лунных материков и морей, где морские лавы перекрывают понижения рельефа материков. Извилистость береговой линии лунных материков свидетельствует о пологом погружении материковых территорий под морские [Head, 1979 (а,б); Head, 1982]. На Луне под покровом морских лав скрыт материковый фундамент [напр., Basaltic Volcanism Study Project, 1981; Wilhelms, 1987; 1993]. Подавляющее преобладание ингр'ессионных соотношений между равнинами и тессерой на Венере дает основание считать, что поверхность тессеры также уходит под поверхность равнин, образуя для них фундамент. Хотя его распространенность неизвестна, можно думать, что районы скопления тессер представляют собой области развития сплошного фундамента, а в областях, где тессер нет или они редки, он может быть прерывистым или вообще отсутствовать. Нами была составлена условная карта тессерного фундамента таким образом, чтобы включить в его предполагаемый контур все известные тессерные массивы и оставить вне контура территории, где тессеры редки или отсутствуют [Ivanov and Head, 1996]. На основании полученной карты была оценена площадь тессерного фундамента. В данном варианте контура она составляет 243 млн. км2 или 54 % поверхности Венеры.

Лишь менее чем ка 3 % общей протяженности тессерных границ можно предполагать вовлечение равнинного материала в постройку тессеры. Однако, существование границы такого типа дает основание думать, что тессерная тектоника не остановилась мгновенно и окончательно прекратилась только к

периоду формирования слабо деформированных региональных равнин. Геологическое картирование почти 25 % поверхности планеты [Basilevsky et al., 1997; Ivanov and Head, 1997] показало, что есть тип местности, квазитессера, структурный рисунок которого соответствует формальному определению тессеры (две пересекающиеся системы тектонический нарушений), но значительно более прост и во многом подобен рисунку менее деформированных подразделений.

Квазитессера образована за счет равнин, материал которых подтапливает тессерные массивы и, поэтому, она моложе как материала, так и тектоники, образовавшей тессеру. Таким образом, квазитессера - проявление относительно позднего тессерообразующего процесса. Квазитессерная местность весьма редка. Ее суммарная площадь составляет менее одного процента от общей площади картирования, а размеры фрагментов квазитессеры сравнительно невелики (десятки километров в поперечнике). Часто можно видеть, что квазитессера осложняет незначительные участки внутри сравнительно крупных полей либо густо трещиноватых, либо трещинно-грядовых равнин. Эти признаки указывают на то, что формирование квазитессеры связано с угасанием тессерообразующей тектоники, когда она уже не. могла образовывать крупные регионы, а проявлялась время от времени на ограниченных участках. Материал щитовых равнин подтапливает фрагменты квазитессеры, следовательно, эпизод формирования этих равнин представляет собой ее верхний стратиграфический предел. Равнины этого типа и более поздние стратиграфические подразделения не демонстрируют признаков преобразования в тессеру.

Глава 4. Абсолютные оценки возраста поверхности тессеры и

ограничения на длительность завершающих этапов ее эволюции

В этой главе приведены оценки абсолютного возраста тессеры как типа местности и длительности заключительного этапа тессерной тектоники.

Важным, а во многих случаях и единственным источником информации о возрасте поверхности планетных тел, является плотность ударных кратеров, представляющая собой их число, отнесенное к единице площади [напр., Basaltic

Volcanism Study Project, 1981]. Площадь гессеры составляет 36 млн. км2 [Ivanov and Head, 1996]. Количество ударных кратеров на ней было подсчитано нами и рядом других исследователей [Herrick and Phillips, 1994(a); Schaber, 1995], а их

диаметры были измерены с использованием изображений, полученных КА "Магеллан". При расчете плотности ударных кратеров на тессере различались только две категории территорий: тессеры и нетес-серы [Ivanov and Basilevsky, 1993; Иванов и Базилевский, 1994]. Категория "не-

при разных способах разделения пограничных кратеров

тессера" включает все посттессерные стратиграфические подразделения. На территории исследования 860 кратеров располагаются вне тессеры, 78 кратеров - на тессере, из них 16 кратеров расположены на границах равнин и тессер. Для пограничных кратеров невозможно точно установить какая часть кратера перекрывает тессеру, а какая равнину. Поэтому при подсчете плотности распределения кратеров возникает проблема деления пограничных кратеров между тессерной и нетессерной популяциями. Были использованы два варианта разделения пограничных кратеров. Первый, половина их отнесена к тессерной популяции, а половина - к нетессерной; второй, пограничные кратеры разделены между тессерной и нетессерной популяциями в пропорции обратной соотношению площадей тессер и нетессер. Оказалось, что каким бы из этих двух способов не делить пограничные кратеры, расчетные плотности кратеров на тессере и нетессере меняется слабо и положение кривых кратерной плотности на диаграммах плотность - диаметр остается достаточно стабильным

1.0Е-6 •

■ t I ' I'in I I I 111и I_| I 111п .

о 1.0Е-7 —

а ь

л &

1.0Е-9 ■

Нетессарныа кратеры (оба способа деления пограничных кратеров)

"I I I 1 I 111| I I I I I I П| Г I I Mill

10.0 100.0 1000.0 Диаматер кратеров, км

Рис. 4.1 Плотность ударных кратеров на тессере и нетессере

(Рис. 4.1).

Результаты подсчета кратеров представлены в форме таблиц и графиков двух видов: инкрементальном (Рис 4.2) с интервалами разбиения диаметров кратеров кратными V2, и кумулятивном. Из таблиц и графиков в координатах диаметр кратеров - плотность видно, что плотность кратеров диаметром менее 16 км на тессере ниже, чем на равнинах, а плотность кратеров диаметром более

16 км на тессерах выше. Исследование морфологии крупных ударных кратеров на тессере flvanov and Basilevsky, 1993; Иванов и Базилевский, 1994] показало, что отсутствуют какие-либо природные причины недостатка малых кратеров на тессере. Дефицит малых

Тессерные кратеры

Нетессеркые кратеры

1.0

I I I l |

100.0

1—I I I I I | 10.0

Диаметр кратеров, км

Рис. 4.2 Плотность тессерных и нетессерных кратеров в укрупненных

интервалах диаметров (инкрементальная форма представлен« Кратеров Скорее ВСеГО результатов)

связан с тем, что

поверхность тессеры сильно расчленена и характеризуется изменчивой альбедной картиной. Из-за этого малые ударные кратеры, которые ясно были бы видны на равнине, на тессере различаются с трудом или вообще не опознаются. Таким образом, дефицит малых ударных кратеров на тессере представляет собой, скорее всего, наблюдательный эффект. Как бы то ни было, при оценке возраста поверхности Венеры опасно опираться на плотность малых ударных кратеров. Это происходит из-за того, что популяция метеороидов, образующих эти кратеры, подвергается фильтрующему воздействию атмосферы планеты, а количество малых кратеров неопределенным образом связано с потоком кратерообразующих тел. Метеороиды, которые образуют на

поверхности Венеры кратеры с диаметром более 16 км, во-первых, практически не ощущают экранирующего действия атмосферы [Phillips et al., 1992; Ivanov et al., 1992; Herrick and Phillips, 1994] и, во-вторых, хорошо видны как на тессерной, так и на нетессерной поверхности. Следовательно, более высокая плотность крупных кратеров указывает, что в целом тессера старше равнин в абсолютном выражении. Это полностью согласуется с положением тессеры в основании глобальной стратиграфической колонки [Ivanov and Head, 1996].

При варианте деления пограничных кратеров пополам средняя плотность крупных тессерных кратеров в 1.22 раза выше, чем на нетессерах. Если делить пограничные кратеры между тессерной и нетессерной популяцией в отношении обратном соотношению площадей, то плотность крупных кратеров на тессере примерно в 1.41 раза выше, чем на нетессере. Если вслед за [Иванов и Базилевский, 1987; Neukum, 1988; Schaber et al., 1992; Phillips et al., 1992] считать, что средний возраст удержания ударных кратеров на венерианской поверхности составляет 500 млн. лет, то при первом варианте деления кратеров возраст тессерной поверхности составляет 550±50 млн. лет, а при втором -620+95 млн. лет. Если принять средний возраст поверхности планеты равным 300 млн. лет [Strom et al., 1994], то тогда средний возраст поверхности тессеры составит при первом варианте деления пограничных кратеров 330±30, а при втором 372±57 млн. лет. Оценки среднепланетарного возраста не слишком надежны. Поэтому лучше выразить возраст поверхности тессеры не в абсолютном выражении, а в долях среднепланетарного возраста. Если обозначить его как Т и использовать значения плотности и доверительных интервалов для крупных кратеров, то тогда оценка возраста удержания кратеров на тессере в варианте деления пограничных кратеров пополам будет равна (1.0-1.20)Т, а в варианте деления кратеров обратно пропорционально соотношению площадей - (1.05-1,43)Т.

Степень тектонической переработки кратеров позволяет оценить длительность этапов тессерообразующего процесса. Например, если бы все тессерные кратеры были тектонизированы, но не стерты и испытали деформации и первого (сжатие) и второго (растяжение) этапов

тессерообразующего процесса, то это означало бы, что этапы формирования тессеры продолжались достаточно долго, но вяло и тессерная тектоника не могла полностью стереть следы метеоритных ударов. Напротив, если бы все кратеры на тессере выглядели бы свежими и тектонически ненарушенными, то это означало бы, что тессерная тектоника была достаточно мощной для того, что бы полностью стереть все ранее образованные кратеры, но остановилась мгновенно (в геологическом смысле), так что новые кратеры формировались на тектонически стабилизированной местности.

Из 78 тессерных кратеров, пятнадцать тектонизировано. Из этих пятнадцати девять кратеров деформировано тессерообразующими структурами, а остальные - постгессерными. Как было показано в главе 2, типичная генерализованная последовательность событий при образовании тессерной местности состоит из двух эпизодов. Первый - эпизод сжатия, когда формировались грядовые структуры. Второй - эпизод растяжения, приведший к формированию трещин и грабенов. Не обнаружено ни одного тессерного кратера, нарушенного структурами сжатия. Все тектонизированные кратеры на тессере деформированы структурами растяжения. Таким образом, характер деформаций тессерных кратеров свидетельствует, что первый этап формирования тессеры был достаточно мощным, чтобы до неузнаваемости изменить ударные кратеры, образованные до его начала и в его течение. Из-за этого невозможно оценить длительность этого этапа.

Можно оценить длительность второго эпизода. Оценка возраста тессерной поверхности составляет, в зависимости от способа деления пограничных кратеров, t = (1.0 - 1,20)Т, либо t = (1,05 - 1,43)Т, где Т - средний возраст поверхности планеты. Длительность второго эпизода (т) связана с Т выражением [Gilmore et al., 1997 (а)]:

T=tnt/na,

где n, - число кратеров тектонизированных тессерообразующими структурами, па - общее число тессерных кратеров. Возможная величина х варьирует от 55 до 80 млн. л., если средний возраст поверхности планеты оценивается величиной 500 млн. лет и от 33 до 48 млн. лет, если средний возраст поверхности

оценивается величиной 300 млн. лет. Эти оценки составляют от 11 до 16 % среднего возраста поверхности планеты.

Глава 5. Морфологические подходы к оценке вероятного состава материала тессеры

В этой главе сделана попытка сопоставить морфологические характеристики поверхности Венеры с результатами химических анализов на поверхности и на этом основании сделать предположение о возможной химической природе вещества тессеры.

Единственными прямыми данными о химической природе материала поверхности Венеры являются результаты, полученные спускаемыми аппаратами [Surkov, 1990]. Поверхность Венеры химически опробована в семи точках [Сурков, 1985; Surkov, 1990]. Считается, что все они находятся на равнинах [Weitz and Basilevsky, 1993]. Химические анализы, сделанные в этих точках, отвечают составу толеитового и субщелочного базальта [Сурков и др., 1987; Surkov et al., 1984] за исключением, возможно, места посадки «Венеры-8» [Nikolaeva, 1990], которое тоже находится на равнине.

Высокая температура на поверхности Венеры (примерно 500° С) исключает деятельность жидкой воды, а массивность и связанная с этим стабильность атмосферы по температуре и вихревым движениям, существенно ослабляют действенность эоловых процессов [напр., Greeley and Arvidson, 1990; Greeley et al., 1992]. Таким образом, главный равнинообразующий фактор на Венере - вулканизм, эксплозивный или эффузивный. Высокое давление атмосферы на Венере должно препятствовать эксплозивным извержениям [Head and Wilson, 1986, 1992]. Хотя на Венере и были отмечены признаки возможной эксплозивной деятельности [Ivanov, 1992 (а)], масштаб ее проявления несопоставим с площадью, занятой региональными равнинами. Кроме того, если бы венерианские равнины образовывались за счет эксплозивных извержений, то необходимой и морфологически распознаваемой деталью такого способа формирования должны быть взрывные кальдеры [Lipman, 1984; Hildreth et al., 1984; Hill et al., 1985; Best et al., 1989; Johnson et al., 1989].

Структур, напоминающих взрывные кальдеры, на Венере не обнаружены [Head et al., 1992].

Следовательно, обширные равнины Венеры представляют собой результат эффузивных извержений. Прямым морфологическим свидетельством этого способа отложения материала являются многочисленные альбедные детали, имеющие все признаки потоков низковязкой лавы (сильно изрезанная фронтальная линия, отсутствие различимого фронтального уступа, лавовые русла). С такой морфологией прекрасно согласуются результаты химических анализов на поверхности [Surkov, 1990], указывающие на основной состав материала. На Венере проявлениями небазальтового, более кислого, вулканизма могут быть крутосклонные купола и фестончатые потоки, которых на всей планете насчитывается около 150 штук [Moore et al., 1992; Pavri et al., 1992; Fink et al., 1993, Ivanov and Head, 1997 (а)]. Морфологическая гладкость венерианских равнин дает основание сделать вывод, что образующая их лава имела низкую вязкость, то есть базальтовый (или еще менее кислый) состав.

В тессере реликты исходной поверхности обнаруживаются с трудом (Рис. 5.1). Тем не менее, они есть и позволяют подойти к проблеме состава материала тессеры. При детальном фотогеологическом анализе поверхности крупнейших тессер были найдены фрагменты местности, предшествующей тессерным деформациям. Во всех случаях эта местность представляет собой изначально гладкие равнины, в той или иной степени деформированные тессерными структурами (Рис. 5.1). На поверхности равнин" ни в одном случае не было отмечено структур, аналогичных фронтальным уступам крутосклонных куполов. Все уступы, ограничивающие целики дотессерной равнины носят явно тектонический характер. Нет на поверхности дотессерных равнин и тонкого грядования, которое возникает при излияниях относительно вязкой лавы [Gregg and Fink, 1994; Gregg and Sakimoto, 1996]. По облику поверхности дотессерные равнины аналогичны послетессерным. Морфологическое сходство до - и послетессерных равнин может означать и химическое сходство их материала при допущении, что условия на Венере со времени формирования дотессерных равнин не менялись. Так как химический состав постгессерных равнин в

основном явно базальтовый то и дотессерные равнины предположительно должны быть базальтовыми.

Другим возможным указателем состава материала тессеры является вулканическая активность в пределах тессерных массивов, которая проявлена в виде'участков вулканических равнин. Морфология поверхности позволяет считать их базальтовыми. Как уже говорилось, материал равнин подтапливает

структуры первой фазы тессерной тектоники (гряды) и часть структур второй, растягивающей фазы (грабены), тогда как некоторые грабены пересекают поверхность равнин. Эти соотношения позволяют привязать время формирования

внутритессерных равнин к завершающим этапам тессерной тектоники (фаза растяжения).

Геодинамическая обстановка формирования внутритессерных равнин аналогична условиям того типа внутриконтинентального вулканизма на Земле, который активизируется взаимосвязанными процессами растяжения континентальной коры и подъема астеносферного материала [Neugebauer, 1983; Turcotte and Emerman, 1983; Morgan et al., 1986; Phipps, 1988]. Его вторжение в область континентальной коры приводит к прогреву и ремобилизации ее вещества [Eichelberg, 1978; Suneson and Lucchitta, 1983; Boily et al., 1990; Cather, 1990], а это - к проявлениям кислого вулканизма с характерной морфологией (крутосклонные купола [Fink, 1985, Varga et al., 1990], взрывные кальдеры [Lipman, 1984; Wood, 1984, Bacon et al., 1990], шлаковые конуса и маары [Pike,

Рис. 5.1-Карта фрагмента тессеры Фортуны, иедотессерная поверхность имеет равнинную морфологию (размер фрагмента 125х 125 км)

J Пссттессерная равнина ■ СлэОо

> деформированная

; ■ ' * равнина

Раенина.сильно

деформированная

грядами

Уступы

1987; Hasenaka and Carmichael, 1987]).

Если в составе тессер было бы не только базальтовое, но и более дифференцированное гранитоподобное вещество, мы, по аналогии с земной ситуацией, в праве ожидать его морфологически распознаваемых проявлений при посттессерном вулканизме. Однако, в пределах всей тессерной местности на Венере известен лишь единственный крутосклонный фестончатый поток [Head et al., 1992], и единственные крутосклонный купол [Pavri et al., 1992]. Структуры подобные земным взрывным кальдерам на тессере отсутствуют. Нет в пределах тессерной местности и вулканических построек, морфология которых давала бы повод связывать их с эксплозивными извержениями кислого материала. Редкость проявлений предположительно кислого вулканизма в тессерных регионах не поддерживает гипотезу о небазальтовом составе тессерных возвышенностей.

Глава 6. Результаты гравиметрических исследований Венеры и ограничения на строение литосферы под крупными тессернымн возвышенностями.

В этой главе приведен обзор гравиметрический исследований Венеры, проведенных другими авторами. Эти исследования при соответствующих допущениях, позволяют разработать модели внутреннего строения крупных тессерных регионов. Гравиметрические исследования Венеры начались после вывода на орбиту этой планеты КА «Пионер-Венера» в 1977 г [Phillips et al., 1979; Ananda et al., 1980; Sjogren et al., 1980; 1983]. Важным результатом гравиметрического эксперимента явилось, во-первых, установление положительной корреляции гравитационного и топографического полей Венеры и, во-вторых, то, что расчетные гравианомалии, вызванные притяжением рельефа, во много раз выше, чем наблюдаемые. Такая же ситуация типична и для Земли, что объясняется существенной изостатической скомпенсированностью многих деталей рельефа земной поверхности [Деменицкая, 1975; McKenzie and Bowin, 1976; Артемьев и др., 1988].

Обработка результатов гравиметрического эксперимента «Пионер-

Венера» показала, что на Венере существуют два типа возвышенностей: 1) возвышенности типа сводов, которые характеризуются большими значениями кажущейся глубины компенсации (например, Бета и Атла), 2) возвышенности с платообразным поперечным профилем, которые скомпенсированы на относительно малых глубинах (Теллура, Ииггар, западная часть Афродиты). Механизмы компенсации рельефа могут быть как статические, так и динамические [Phillips et al, 1981]. К статическим механизмам относятся модели Эри, Пратта, тепловой изостазии и поддержка упругой жесткостью литосферы. Динамическая компенсация означает поддержку рельефа конвектирующей мантией. В работах [Phillips et al., 1981; Phillips and Malin, 1983; Bills and Kiefer, 1985; Kiefer et al„ 1986] было показано, что топографические детали Венеры с длиной волны более 4700 км, вероятно, имеют динамическую поддержку, тогда как для более мелких деталей (поперечником 1500-2000 км) предпочтительнее статическая поддержка.

Высокая скоррелированность гравитационного и топографического полей Венеры, позволила выдвинуть гипотезу, что на Венере отсутствует астеносферный слой пониженной вязкости [Phillips, 1986]. Отсутствие астеносферы должно приводить к жесткому сцеплению литосферы и конвектирующей мантии и эффективной передаче мантийных горизонтальных напряжений в основание литосферы. Эта гипотеза позволила предложить механизм формирования тессерных возвышенностей над областями нисходящих мантийных потоков [Bindschadler and Parmentier, 1990; Kiefer and Hager, 1991]. В этом механизме мантия несет на себе литосферу, а в местах ныряния мантийного потока материал литосферы скучивается и утолщается. Силы плавучести не позволяют утонуть литосферному раздуву, что приводит к образованию поднятия со сложно деформированной (тессерной) поверхностью. При этом первичными тектоническими структурами будут гряды сжатия и надвиги. В альтернативном варианте [Herrick and Phillips, 1990], предполагается, что тессерные возвышенности образуются над восходящими мантийными диапирами. На фронте диапира можно ожидать усиленной генерации магмы за счет декомпрессионного плавления. Большие объемы

магмы поступают на поверхность и наращивают коровую мощность; над диапиром образуется область утолщенной коры. Распад тепловой аномалии ведет к просадке поднятия, а это - к деформированию области утолщенной коры, на поверхности которой образуется тессера. Установленная генерализованная последовательность формирования тессеры подтверждает правомерность первой модели и противоречит выводам второй.

Гравиметрический эксперимент «Магеллана» позволяет охарактеризовать детали поперечником не менее 250 км [Konopliv and Sjogren, 1994]. Глобальное исследование связи силы тяжести и рельефа [Simons et al., 1994] выявило высокие значения среднего отношения геоид / топография на Венере. Это подтверждает гипотезу об отсутствии астеносферы. При детальном анализе гравиметрических характеристик обоих главных классов венерианских возвышенностей [Kucinskas and Turcotte, 1994] было установлено, что степень компенсации достигает наибольших значений для тессерных возвышенностей Овды и Фетиды. Результаты, полученные для них, сходны с таковыми для земных океанических плато, механизм компенсации которых часто связывается с раздувами мощности коры. Для областей Овды и Фетиды предпочтительнее модель компенсации по Эри с мощностью коры в спокойном залегании 50-60 км.

Специальное исследование глубинного строения некоторых венерианских платообразных тессерных возвышенностей (Альфа, Теллура, Овда и Фетида) [Grimm, 1994] показывает, что для всех регионов, за исключением Фетиды, наилучшим образом работает изостатическая модель Эри. Мощность коры для областей Альфы и Теллуры в этой модели составляет примерно 35 км, а для Овды 45-50 км. Для возвышенности Фетиды модель Эри объясняет вариации высот поверхности центрального тессерного блока, который расположен на широком поднятии. В работе [McKenzie, 1994] для детального исследования соотношений рельефа и силы тяжести на Венере были построены глобальные карты "остаточного рельефа". Карты показывают, что вариации рельефа практически всех крупных и средних тессерных массивов совпадают с аномалиями остаточного рельефа, то есть, поддерживаются

вариациями мощности коры. Таким образом, гравиметрические исследования, проведенные разными авторами с использованием разных методов, свидетельствуют, что тессерные массивы, как крупные, так и относительно небольшие, представляют собой области повышенной коровой (литосферной) мощности, рельеф которых поддерживается пассивно за счет сил плавучести.

Изучение структуры поля силы тяжести может дать представление о вещественном составе поверхностного слоя, так как при гравиметрических исследованиях в качестве одного из основных параметров используется плотность вещества, образующего рельеф. Анализ строения гравитационного поля над землей Иштар [Arkani-Hamed, 1996] показывает, что если рельеф западной Иштар представляет собой результат деформаций слоя базальтов с плотностью 2.9 г/см3, то для поддержки рельефа гор Максвелла должен существовать контраст плотности между коровым и мантийным материалом, составляющий 240,180 и 90 кг/м3 в зависимости от длины волны рельефа. Одним из возможных объяснений такого контраста плотности может служить перегрев поверхностного слоя. Если это так, то слой должен иметь избыточную среднюю температуру, соответственно, 2760, 2070 и 1034° К. Такие значения избыточного нагрева представляются нереально большими. Это дает основание полагать, что контраст плотности обеспечивается не перегревом базальтового слоя, а тем, что кора высоко стоящих горных поясов содержит значительное количество небазальтового вещества низкой плотности, которое и поддерживает рельеф гор.

Следует отметить, что большие отрицательные контрасты плотности отмечены только для самых высоких горных сооружений: гор Максвелла, Фрейи и Акны. Рельеф области тессеры Фортуны не указывает на сколько-нибудь заметные плотностные контрасты, так что для объяснения топографических характеристик этого тессерного региона нет нужды привлекать материал с плотностью меньшей, чем у базальта. К аналогичным выводам пришли авторы работы [Kucinskas et al., 1996], заключившие, что или высочайшие горы на Венере геологически молоды (моложе 25 млн. л.) и поддерживаются динамически современной тектонической активностью, либо горные цепи Иштар состоят, в основном, из небазальтового вещества и поддерживаются статически.

Таким образом, гравиметрические исследования указывают на то, что тессера (по крайней мере, крупные тессерные регионы) располагаются над раздувами коры (литосферы) Венеры (Рис. 6.1). Поперечный размер крупнейших тессерных провинций заставляет думать, что причина их формирования

заключается во взаимодействии литосферы и конвек-тирующей мантии. Рельеф тессерных раздувов поддерживается изостатически. Это свидетельствует о том, что они более не связаны генетически с мантийными течениями любого знака. Тессера представляет собой древнейшее, из видимых, образование. Поэтому, можно заключить, что в течение постгессерной геологической истории Венеры произошла перестройка картины мантийной конвекции, а тессерные регионы представляют собой реликты картины, существовавшей ранее.

Заключение

В Заключении приведены основные итоги работы.

1) Показано, что тессерные массивы распределены по поверхности Венеры неравномерно, образуя несколько крупных скоплений поперечником тысячи километров. Тессерная местность преимущественно концентрируется в северном полушарии и приэкваториальной зоне планеты. Совокупная площадь тессеры составляет около 36 млн. км2 (~8 % поверхности планеты). Вариации размеров индивидуальных тессерных блоков охватывают четыре порядка величины. Среднее значение площади составляет примерно 57 ООО км2. Мода

Рис. 8.1. Карта аномалий остаточного рельефа (раздувы коровой мощности) в области Бета.

Черное - тессерные фрагменты, серое > аномалии остаточного рельефа, толстые черные линии. контуры рифтовых зон [по МсКалгЬ, 1984]

гистограммы соответствует блокам с площадью 3 000-5 ООО км2, и характерными поперечными размерами примерно 130 х 60 км. Мода может указывать на характерный размер блоков, составлявших изначально более крупные массивы. Крупнейшие тессерные регионы могут характеризовать минимальный горизонтальный масштаб процесса тессерообразования (тысячи км в поперечнике).

2) Установлено, что все крупнейшие тессерные массивы расположены в вершинной части региональных платообразных возвышенностей поперечником тысячи км. Тесная пространственная ассоциация тессеры и таких возвышенностей может указывать на то, что и тессера и крупные топографические структуры образованы в едином процессе. Поперечные размеры возвышенностей дают основание рассматривать в качестве причины их формирования процессы взаимодействия конвектирующей мантии и литосферы.

3) Продемонстрировано, что поверхность всех тессерных массивов образована комбинацией структур сжатия и растяжения. Наиболее распространен структурный рисунок, где сочетаются субпараллельные гряды сжатия и ортогональные к ним борозды растяжения (трещины и грабены). Гряды всегда выступают первичными структурами, а трещины и грабены - более поздними. Генерализованная схема тессерообразующего процесса состоит из двух этапов, сжатия и растяжения. Обстановка сжатия, привела к образованию гряд и росту тессерной возвышенности. Обстановка растяжения вызвала образование борозд и была связана, вероятно, с гравитационным растеканием ранее образованной возвышенности.

4) Детально задокументированы границы тессерных массивов с окружающими равнинами. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что тессерная местность практически повсеместно представляет собой реликты древней территории, затопленной более поздним равнинообразующим материалом. Таким образом, тессера представляет собой основание глобальной стратиграфической колонки и может считаться древнейшим из видимых геологических образований Венеры. Абсолютное преобладание ингрессионных границ тессерных массивов с окружающими равнинами свидетельствует о

пологом погружении тессерной поверхности под равнины. Таким образом, под частью равнин Венеры существует тессерный фундамент. Возможная оценка его площади составляет 243 млн. км2 или 54 % площади поверхности планеты.

5) Установлено, что модельный абсолютный возраст тессерной поверхности может варьировать от 1.0Т до 1.43Т, где Т - средний возраст удержания ударных кратеров на всей планете, составляющий 300 - 500 млн. лет по разным оценкам. Таким образом, средний возраст тессеры максимум в полтора раза больше, чем возраст остальной поверхности Венеры. Длительность второго, заключительного, этапа тессерообразующего процесса составляет 10-15 % от среднего возраста поверхности Венеры.

6) Детальное фотогеологическое исследование показало, что во многих тессерных регионах в качестве местности-предшественника выступает морфологически гладкая равнина. Облик ее поверхности неотличим от поверхности равнин вне тессеры, которые, очевидно, сложены, в основном, базальтом. Это дает основание полагать, что тессера сформировалась при тектонической переработке базальтового субстрата. В тессере исключительно редки образования, морфология которых позволяет интерпретировать их как проявления кислого вулканизма. Следовательно, вещество региональных поднятий, несущих на себе тессеру, лишь в исключительных случаях откликается на тепловое воздействие вулканической активностью небазальтового типа. Это дает основание думать, что основная часть объема региональных поднятий также сложена базальтом.

7) Рельеф тессерных возвышенностей изостатически уравновешен, так что эти регионы представляют собой раздувы коры (литосферы). Оценки мощности таких раздувов составляют 30-60 км. К топографическим и 1равиметрическим характеристикам тессерных возвышенностей наилучшим образом подходит изостатическая модель Эри. Следовательно, есть основания считать, что они более не связаны генетически с. восходящими или нисходящими мантийными течениями. Современная картина мантийной конвекции устанавливается по морфологическим, топографическим и гравиметрическим данным. Области современных восходящих мантийных

течений характеризуются как регионы молодого вулканизма и рифтогенеза на территории обширных сводовых поднятий, с которыми связаны крупные положительные гравитационные аномалии. В этих регионах тессера либо отсутствует (области Белл, Ульфрун, Эйстла), либо выступает в них как местность, предшествующая росту поднятия (область Бета). Это указывает на то, что после формирования тессерных возвышенностей произошла перестройка картины мантийной конвекции, что вызвало радикальное изменение стиля эндогенной активности на Венере.

Защищаемые положения.

Перечисленные выше основные выводы позволяют сформулировать следующие защищаемые положения диссертационной работы.

1) Тессера занимает примерно 8 % поверхности Венеры и преимущественно концентрируется в северном полушарии планеты, где образует обширные скопления. Крупнейшие тессерные регионы тесно ассоциируют с положительными топографическими структурами Венеры поперечником нескольких тысяч километров. Формирование таких структур связано с процессами взаимодействия конвектирующей мантии и литосферы.

2) Обобщенная схема тектонического режима тессерообразования состоит их двух последовательных этапов сжатия и растяжения. На первом, вызванном нисходящим мантийным потоком, происходило смятие литосферы, образование 1ряд и рост тессерной возвышенности. На втором, связанном, вероятно, с гравитационным растеканием возвышенности, происходило образование трещин и грабенов. В качестве местности-предшественника тессеры выступает морфологически гладкая равнина. Тессера формировалась при тектонической переработке равнинного субстрата, состав которого был, вероятно, базальтовым.

3) Тессера - наиболее древний (из видимых) геологический комплекс Венеры и повсюду выступает как основание стратиграфической колонки. Формирование тессеры знаменует собой начало видимой геологической истории Венеры. Модельный абсолютный возраст тессерной поверхности варьирует от

1.0 до 1.43Т, где Т- средний возраст поверхности Венеры, 300 - 500 млн. лет. Таким образом, средний возраст тессеры максимум в полтора раза больше, чем остальной поверхности. Длительность второго этапа тессерообразующего процесса составляет 10-15 % от среднего возраста поверхности Венеры.

4) Интерпретация 1равиметрических характеристик тессерных возвышенностей указывает, что их рельеф поддерживается пассивно, силами плавучести. Тессерные возвышенности представляют собой раздувы коры (литосферы) мощностью 30-60 км не связанные генетически с современной картиной мантийной конвекции.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: Статьи:

1) Иванов М.А. Результаты морфометрического анализа поверхности тессер на Венере по данным КА "Венера-15/16", Астрон. Вестн., 1990,т,24, N.4, с.288-295

2) Иванов М.А Геологическое строение окрестностей области Альфа на Венере по данным КА "Магеллан", Астрон. Вестник, 1993, т.27, N1, с.3-18

3) Иванов М.А., Базилевский А.Т. Возрастные соотношения тессер и равнин на Венере по данным КА "Магеллан", Астрон. Вестник, 1994, т.28, N3, с.40-58

4) Иванов М.А., Хэд Дж.У. Тессеры на Венере: обзор глобального распределения, характеристик и соотношения с другими типами местности по данным КА"Магеллан", Астрон. Вестник, 1995,т.29, N3, с.212-242

5) Bindschadler D.L., M.A.Kreslavsky, M.A.Ivanov, J.W.Head, A.T.Basilevsky, and Yu.G.Shkuratov, Distribution of tessera terrain on Venus: prediction for Magellan, Geophys. Res. Lett., 1990, v. 17, p. 171-174

6) Gilmore, M.S., Ivanov, M.A., Head, J.W., and Basilevsky, A.T. Duration of tessera deformation on Venus Journ. Geophys. Res., 1997, v.102, NE6, p.13357-13368

7) Gilmore M.S., G.C. Collins, M.A. Ivanov, L. Marinangeli, and J.W Head Style and sequence of extensional structures in tessera terrain, Venus, Journ. Geophys. Res. 1997, v.103, N.E7, p. 16813-16840

8) Ivanov M.A. and A.T.Basilevsky Density and morphology of impact craters on tessera terrain, Venus, Geophys, Res. Lett., 1993, v.20, N 23, p.2579-2582

9) Ivanov M.A. and J.W. Head Tessera terrain on Venus: A survey of the global distribution, characteristics, and relation to surrounding units from Magellan data, Journ. Geophys. Res., 1996, v.l01,NE6, p.14861-14908

10) Nikolaeva, O.V., M.A. Ivanov, and V.K. Borozdin Evidence on the crustal dichotomy, In: Venus Geology, Geochemistry, and Geophysics (Research Results from the USSR), V.L.Barsukov, A.T.Basilevsky, V.P.Volkov, and V.N.Zharkov, eds., University of Arizona Press, Tucson, London, 1992, p.129-139

Тезисы докладов:

11) Basilevsky A.T., M.A. Ivanov, and O.V. Nikolaeva, Venera-8 landing site: Preliminary analysis of Magellan imagery, LPSCXXI1 (Abstr.), 1991, p.59-60

12) Basilevsky A.T., G.A. Burba, M.A. Ivanov, V.P. Kryuchkov, A.A. Pronin, N.N. Bobina, V.P. Shashkina, and J.W. Head, The photogeologic mapping of northern Venus, LPSCXXVIII (Abstr.), 1997, p.75-76

13) Collins G.C., Basilevsky,A.T., J.W.Head, and Ivanov,M.A. Impact crater embayment on Venus and the termination of global resurfacing, LPSC XXVII (Abstr.), 1996,p.245-246

14) Collins G.C., J.W.Head, M.A. Ivanov, and A.T. Basilevsky Timescale of regional palins emplacement on Venus, LPSC XXVIII (Abstr.), 1997, p.243-244

15) Gilmore M.S., M.A. Ivanov, J.W. Head, and A.T Basilevsky Deformation of craters on tessera terrain, Venus, LPSCXXVII (Abstr.), 1995, p.418-419

16) Head J.W. and M.A. Ivanov Tessera terrain on Venus: Implications of tessera flooding models and boundary characteristics for global distribution and mode of formation, LPSCXXIV (Abstr.), 1993, p.619-620

17) Head J.W. and M.A. Ivanov Evidence for regional basin formation in early post-tessera Venus history: Geology of the Lavinia Planitia area (V55), LPSC XXVII (Abstr.), 1996,p.515-516

18) Head J.W. and M.A. Ivanov Tessera terrain formation and evolution on Venus: Evidence for phase III epeirogenic uplift in Ovda Regio, LPSC XXVII (Abstr.), 1996, p.517-518

19) Ivanov M.A. The Results of morphometic study of the tessera terrain of Venus fromVenera 15/16 Data, LPSC XIX (Abstr.), 1988, p.537-538

20) Ivanov M.A. Explosive volcanism on Venus?, LPSCXXIII (Abstr.), 1992, p.577-578

22) Ivanov M.A. Venera 13 and 14 landing sites: Geology from Magellan data, LPSC XXIII (Abstr.), 1992, p.579-580

22) Ivanov M.A., T Tormanen, and J.W. Head Global distribution of tesserae: Analysis of Magellan data, LPSC XXIII (Abstr.), 1992, p.581-S82

23) Ivanov, M.A. and A.T. Basilevsky (1993) Density of impact craters on tessera, Venus LPSCXXIV (Abstr.), 693-694

24) Ivanov M.A. and J.W. Head Tessera terrain on Venus: Global characterization from Magellan data, LPSCXXIV(Abstr.), 1993, p.691-692

25) Ivanov M.A. and A.T.Basilevsky Density of impact craters on tessera, Venus, LPSC XXJV (Abstr.), 1993,p.693-694

26) Ivanov M.A. and J.W. Head Sequence of events in tessera formation, northern Ovda Regio, Venus, LPSC XXVI (Abstr.), 1995, p.661-662

27) Ivanov M.A, and J.W. Head Tessera terrain in Ovda Regio, Venus: Preliminary, results of a geologic mapping traverse, LPSCXXVII (Abstr.), 1996, p.591-592 .

28) Ivanov M.A. and J.W. Head Areal and stratigraphic distribution of the steep sided domes: Preliminary results of the regional mapping of Venus, LPSC XXVIII (Abstr.), 1997, p.639-640

29) Ivanov M.A. and J.W. Head Stratigraphical constrains on the duration of tessera formation: Preliminary results of the regional mapping of Venus, LPSC XXVIII (Abstr.), 1997, p.640-641

30) Ivanov M.A. and Head J.W. Description of stratigraphic units within the geotraverse around the Venus globe Abtracts of papers submitted to the 2tfh microsymposium on comparativeplanetology, Moscow, Oct. 13-17,1997, p.39-40

31) Nikolaeva O.V., A.A. Pronin, A.T. Basilevsky, M.A. Ivanov, and M.A. Kreslavsky Are tesserae the Outcrops of feldspathic crust on Venus?, LPSC XIX (Abstr.), 1988, p.864-865

32) Nikolaeva O.V., M.A. Ivanov, and V.K. Borozdin Crystal dichotomy: Universal for terrestrial planets?, LPSCXXI (Abstr.), 1992, p.891-892

33) Rosenblatt,P., J.W. Head, P.C. Pinet, M.A. Ivanov, and G. Collins Topographic and stratigraphic analysis of two venusian volcanic rises: Western Eistla and Bell regiones, LPSC XXVIII (Abstr.), 1997, p.l 197-1198

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Михаил Арсеньевич, Москва

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Им. В.И. ВЕРНАДСКОГО

На правах рукописи

М.А. Иванов

Тёееера: место и роль в геологической истории Венеры

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1998 г.

Введение

Термин «тессера» относится к одному из типов местности Венеры, открытых в результате съемки КА «Венера-15/16» в 1983-84 гг, охватившей часть северного полушария планеты выше примерно 30°с.ш. [Барсуков и др., 1984, 1986]. Морфологические и радиолокационные особенности тессеры резко контрастируют с характеристиками других типов местности. Главный отличительный признак тессеры -это картина деформаций, которая состоит, в простейших случаях, из двух систем тектонических структур, пересекающихся под углами, близкими к прямому. Тессерные массивы представляют собой радиояркие и приподнятые над окружающей местностью регионы изометричной или удлиненной формы. По своей морфологии, тектонический комплекс тессеры резко отличается от региональных равнин, имеющих, вероятно, вулканическое происхождение [Барсуков и др., 1984, 1986; Суханов, 1986; Суханов и др. 1986 а,б, 1987; Bindschadler and Head, 1991; Sukhanov, 1992; Иванов и Хэд, 1996].

Предшествующие работы по изучению тессеры. Предшествующие работы, посвященные исследованию тессеры, основывались, главным образом, на результатах съемки КА «Венера-15/16». В пределах съемки КА «Венера-15/16» тессерная местность занимает примерно 10-15% поверхности [Суханов, 1986], а промежутки между тессерными регионами покрыты в основном гладкими и бугристыми равнинами [Барсуков и др., 1986; Суханов, 1986; Bindschadler and Head, 1991, Janle et al., 1992]. В зоне съемки массивы тессеры образуют скопления, состоящие из сравнительно небольших (десятки тысяч км2) и весьма крупных (миллионы км2) образований, часто ассоциирующих с региональными возвышенностями [Суханов, 1986; Иванов, 1990; Nikolaeva et al., 1992 (б); Sukhanov, 1992]. Неслучайность распределения тессерных фрагментов по поверхности в зоне съемки КА «Венера-15/16» дала возможность разделить эту территорию на несколько различных физиографических провинций, отличающихся, вероятно, геологической историей [Head, 1990 (a); Basilevsky, 1992].

После съемки КА «Венера-15/16», из-за ее неполноты, глобальное распределение тессеры по поверхности планеты оставалось неизвестным. Существовали прогнозы распространенности тессеры на Венере, основанные на характерном для этого типа местности сочетании шероховатости и отражательной способности [Креславский и др., 1988, Bindschadler et al., 1990]. Прямые наблюдения с помощью наземной радиолокации крупного региона Венеры в области Бета также продемонстрировали присутствие тессерной местности за пределами съемки КА «Венера-15/16» [Campbell et al., 1991; Senske et al., 1991]. Возможности тектонического районирования крупных тессерных регионов были сильно ограничены сравнительно низким разрешением съемки (1-2 км) [Суханов и др., 1986, 1987; Суханов, 1986; VorderBruegge and Head, 1989, 1990]. Из-за неоднозначности соотношений структурных элементов, видимых при данном разрешении, нельзя было установить последовательность событий, приведших к образованию тессерной местности.

Фотогеологический анализ снимков, полученных КА «Венера-15/16» показал, что для тессеры характерен в основном извилистый тип границ с прилегающими равнинами [Bindschadler and Head, 1991; Sukhanov, 1992]. Такой характер границы может свидетельствовать о проникновении равнинного материала в тессерную местность. С позиций стратиграфии это означало бы, что тессера - относительно более древнее образование, чем окружающие ее равнины. Преобладание извилистых (ингрессионных) границ помимо указания на возможный относительно более древний возраст тессеры, позволило высказать предположение о распространении тессерной местности под поверхность равнин [Суханов, 1986; Nikishin, 1990].

проявлялась на более обширных территориях, чем это видно сейчас. Пространственная ассоциация тессерной местности с топографическими поднятиями, ее морфология, резко отличная от морфологии лавовых (предположительно базальтовых) равнин и, вероятно, древний возраст позволили выдвинуть гипотезу о том, что тессера, по аналогии с земными континентами, представляет собой обнажения небазальтовой коры Венеры [№ко1аеуа е! а1., 1988, 1992 (а,б)]. Эти установленные факты и предположения отводят тессерной местности ключевую роль в расшифровке геологической истории Венеры.

Актуальность работы. Вопросы, связанные с геологическим изучением тессерной местности после экспедиции КА «Венера-15/16» во многом оставались открытыми из-за ограниченной площади съемки и ее относительно низкого пространственного разрешения (1-2 км). Невозможно было точно установить глобальную распространенность тессерной местности и характер ее распределения по поверхности. Внутреннее строение тессерной местности могло быть охарактеризовано только в общих чертах, а детали строения, в частности, временные соотношения структурных элементов, были неразличимы. Это не позволяло выяснить схему последовательности событий, приведших к формированию тессеры. Возрастные соотношения с другими типами местности Венеры могли быть изучены только в зоне съемки (примерно четверть поверхности планеты), а из-за сравнительно низкого разрешения детали соотношений часто оставались неопределенными. Это исключало возможность глобальной характеристики стратиграфического положения тессеры. С использованием изображений, переданных КА «Венера-15/16», полностью исключалась возможность идентификации морфологических характеристик местности-предшественника тессеры, что давало место умозрительным гипотезам о составе материала тессеры. Таким образом, на основании данных КА «Венера-15/16» нельзя было получить обоснованное представление о том как, когда и из чего могла быть сформирована тессера и каково ее место в геологической истории Венеры.

Научная новизна работы. Задачей данной работы являлось получить ответы на эти и другие вопросы с использованием данных радарной съемки Венеры с КА «Магеллан», которая охватывает практически всю поверхность планеты (97%) и дает возможность различать детали размером несколько сотен метров [Saunders et al., 1992]. Фотогеолгический анализ снимков высокого разрешения при исследовании тессерной местности в данной работе позволил: 1) установить суммарную площадь тессеры и ее пространственное распределение по всей поверхности Венеры, охарактеризовать частотно-размерное распределение тессерных фрагментов и их высотное положение. Эти данные описывают масштаб изучаемого явления и общие закономерности пространственного и высотного распределения тессеры. 2) Выяснить детали внутреннего строения и схему последовательности событий, приведших к формированию тессерной местности. Это дало возможность наметить генерализованную схему тессерообразующего процесса. 3) Установить стратиграфическое положение тессерной местности, что позволило выявить время действия тессерной тектоники в относительной шкале времени. 4) Оценить модельный абсолютный возраст тессерной поверхности, что дало возможность охарактеризовать абсолютное время и длительность некоторых этапов тессерообразующего процесса. 5) Выяснить морфологическое характеристики исходного материала тессеры. Это позволило подойти к проблеме состава материала тессерной местности. 6) Сопоставить результаты морфологического и стратиграфического анализа тессеры с гравиметрическими данными. Такое сопоставление характеризует изменения картины мантийной конвекции в течение видимой части геологической истории Венеры.

Практическое значение работы. Полученный наблюдательный материал позволяет получить представление о том где, каким способом, когда и из какого материала была сформирована тессерная местность. То есть, подойти к решению проблемы ее формирования. В свою очередь, механизм формирования тессеры представляет собой важную составную часть моделей геологической истории Венеры, необходимых для исследований в области сравнительной планетологии. Например,

для объяснения способов происхождения типов местности, морфологически сходных с тессерой, на других планетах, а также при исследованиях общего характера, например, для выявления сходств и различий между Землей и Венерой или Венерой и другими планетами земной группы. Результаты исследования следует учитывать при планировании будущих космических экспедиций к Венере, в частности, для выбора районов съемки сверхвысокого разрешения, мест посадок на эту планету и приоритетных районов геохимического опробования.

Защищаемые положения.

Основные выводы работы позволяют сформулировать следующие защищаемые положения диссертации.

1) Тессерная местность распространена на поверхности Венеры неравномерно, образовывает скопления и занимает примерно 8% поверхности планеты. Крупнейшие тессерные регионы имеют размеры до нескольких тысяч км в поперечнике и тесно ассоциируют с основными положительными топографическими структурами Венеры. Поперечные размеры таких структур дают основание рассматривать в качестве причины их формирования процессы взаимодействия конвектирующей мантии и литосферы.

2) Генерализованная схема тектонического режима формирования тессерной местности состоит их двух этапов, сжатия и растяжения. На первом этапе обстановка общего сжатия, вызванная нисходящим мантийным потоком, привела к смятию литосферного слоя, образованию гряд и росту тессерной возвышенности. На втором, обстановка растяжения вызвала образование трещин и грабенов. Этот режим был связан, вероятно, с гравитационным растеканием образованной ранее возвышенности.

3) Повсюду на Венере тессера является наиболее древним геологическим комплексом и выступает как основание глобальной стратиграфической колонки. Таким образом, формирование тессеры знаменует собой начало видимой геологической истории Венеры. Абсолютное преобладание ингрессионных границ

тессерных массивов с окружающими равнинами свидетельствует о пологом погружении тессерной поверхности под равнины. Следовательно, под частью равнин Венеры существует тессерный фундамент. Возможная оценка его площади составляет 243 млн. км2 или 54% площади поверхности планеты.

4) Модельный абсолютный возраст тессерной поверхности может варьировать от 1.0Т до 1.43Т, где Т - средний возраст удержания ударных кратеров на всей планете(300 - 500 млн. лет по разным оценкам). Таким образом, средний возраст тессеры максимум в полтора раза больше, чем возраст остальной поверхности Венеры. Длительность второго, заключительного, этапа тессерообразующего процесса составляет 10-15% от среднего возраста поверхности Венеры.

5) Во многих тессерных регионах в качестве местности-предшественника тессерных деформаций выступает морфологически гладкая равнина. Облик ее поверхности неотличим от поверхности равнин вне тессеры, которые сложены, в основном, базальтом. Это дает основание полагать, что тессера сформировалась при тектонической переработке базальтового субстрата. Региональные поднятия, несущие на себе тессеру, в исключительно редких случаях откликаются на тепловое воздействие вулканической активностью небазальтового типа. Это дает основание думать, что основная часть объема региональных поднятий также сложена базальтом.

6) Рельеф тессерных возвышенностей изостатически уравновешен, так что эти регионы представляют собой раздувы коры (литосферы). Оценки мощности таких раздувов составляют 30-60 км. К топографическим и гравиметрическим характеристикам тессерных возвышенностей наилучшим образом подходит изостатическая модель Эри, которая позволяет считать, что возвышенности более не связаны генетически с восходящими или нисходящими мантийными течениями. Следовательно, после формирования тессеры в течение посттессерной геологической истории произошла перестройка картины мантийной конвекции в недрах Венеры.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на семинарах лаборатории сравнительной планетологии и метеоритики (Москва, ГЕОХИ РАН), на 6, 8, 16, 18, 24, 25 и 26 Международных рабочих встречах по сравнительной планетологии (1987, 1988, 1992, 1993, 1996 и 1997 гг., Москва, Россия), на XXIII, XXIV, XXVI и XXVIII Международных конференциях по Луне и планетам (1992, 1993, 1995 и 1997 гг., Хьюстон, США) и на ежегодном заседании Американского Геофизического союза (1995 г., Сан-Франциско, США). Тезисы докладов представлены на XIX, XXIII, XXIV, XXVI, XXVII и XXVIII Международных конференциях по Луне и планетам (1988, 1992, 1993, 1995, 1996 и 1997 гг., Хьюстон, США), и на XXIII Генеральную Ассамблею Европейского Геофизического Общества (1998 г. Ницца, Франция). По результатам исследования опубликовано 33 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, содержит 62 рисунка, 19 таблиц. Библиография включает 255 наименований.

Работа выполнена в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (Москва).

Благодарности. Автор посвящает свою работу памяти замечательного геолога А.Л. Суханова. Автор искренне признателен за постоянную помощь и поддержку в работе, а также за ценные замечания, конструктивную критику и консультации своему научному руководителю, профессору А.Т. Базилевскому и профессору университета Брауна (США) Дж. Хэду, коллегам по работе Г.А. Бурбе, Н.Н Бобиной, М. Гилмор и Дж. Коллинзу, В.П. Крючкову, О.В. Николаевой, A.A. Пронину, и В.П. Шашкиной. Неоценимую помощь в оформлении работы оказали сотрудники университета Брауна П. Найверт (фотоработы) и П. Хаггерти (компьютерная поддержка).

Глава 1. Распространенность тессеры, частотно-размерное и высотное

распределение ее фрагментов.

Основные морфологические характеристики тессеры и ее отличия от других

типов местности

Геологические комплексы (типы местности), образующие поверхность Венеры, могут быть разделены на три основных морфологических класса. К наиболее обширному относятся равнины Венеры, которые покрывают примерно 80 % поверхности планеты [Head et al., 1992; Janle et al, 1992]. Формирование равнин связано с накоплением вулканических продуктов на разных этапах геологической истории Венеры [Барсуков и др., 1986; Head et al., 1991, 1992; Squyres et al., 1992; Guest et al., 1992; Roberts et al., 1992; Иванов, 1993]. При данном разрешении съемки равнины выглядят либо как гладкие поверхности, либо как поверхности, подвергшиеся относительно слабой тектонической переработке, которая не скрывает исходную вулканическую природу материала равнин [Squyres et al., 1992; Johnson and Sandwell, 1992; Banerdt and Sammis, 1992; Basilevsky and Head, 1995; Базилевский и Хэд, 1995 (а)] (Рис. 1.1).

Второй класс представлен тектоническими комплексами. К ним относятся области интенсивной трещиноватости, пояса гряд, борозд, рифтовые зоны и т.д., где в строении поверхности определяющую роль играют тектонические структуры [Schaber, 1982; Пронин, 1986; Stofan et al., 1989; Крючков, 1990; Frank and Head, 1990; Roberts and Head, 1990; Pronin and Stofan, 1990; Senske et al., 1991 (a,6); Janes et al., 1992; Senske et al., 1992; Solomon et al., 1992; Stofan et al., 1992; Basilevsky and Head, 1995]. Во многих случаях морфология поверхности тектонических комплексов позволяет заключить, что исходный материал, подвергшийся тектонической переработке, представлял собой равнины, по-видимому, лавовые (Рис. 1.1). Многочисленные дислокации приводят к повышению шероховатости

Равнины

Тектонические комплексы Ударные кратеры

Рис. 1.1. Три основных класса типов местности, составляющих поверхность Венеры: лавовые равнины, тектонические комплексы и ударные кратеры. 11о облику своей поверхности тессера (изображение этого типа местности помещено снизу в центре) относится к тектоническим комплексам. Каждое изображение охватывает территорию 130 х 130 км

Рис. 1.2. Различные типы структурного рисунка тесссрной поверхности. Слева направо: северная окраина тессеры в области Овда характеризуется наборами узких параллельных гряд, ортогонально пересеченных структурами грабенов; в центральной части тессры Овды (снимок в центре) строение поверхности более сложное, состоящее из многочисленных криволинейных и иногда субпаралледьных гряд раздой ширины; строение поверхности тессеры в области Теллура (снимок справа) характеризуется хаотическими пересечениями разно ориентированных структур сжатия (компрессионные валы, ориентированные преимущественно в северо-западном направлении) и растяжения (короткие коробчатые грабены, ориентированные в целом в северо-восточном направлении). Каждый снимо�

Информация о работе

Иванов, Михаил Арсеньевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 1998
ВАК 04.00.01

Диссертация

Тессера - тема диссертации по геологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему Тессера ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Тессера"

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Михаил Арсеньевич, Москва

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Тессера
ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология