Лунотрясения
 

Интересная статья для развития на тему "Лунотрясения".

График зависимости числа толчков от их энергии
 

График зависимости числа толчков от их энергии (кривая повторяемости) имеет у тектонических лунотрясений наклон (тангенс угла 0,5) много меньший, чем у приливных лунотрясений и ударов метеоритов. В то же время он близок к значению для тектонических землетрясений.

Экстраполируя правую часть графика до пересечения с горизонтальной осью, можно определить магнитуду максимально возможного тектонического лунотрясения 3,5—4 (4,5—5 по земной шкале). Его энергия во много раз меньше самого сильного землетрясения, характеризующегося магнитудой 8,5—9.

Судя по характеру записи и относительному времени пробега продольных и поперечных волн, очаги тектонических лунотрясений расположены глубже рассеивающего слоя (25 км), но выше зоны, где начинает заметно уменьшаться скорость поперечных волн (300 км). Ориентировочные глубины некоторых очагов также приведены в табл. 10. На глубинах тектонических гипоцентров температура заведомо ниже точки плавления. Отсутствие взаимосвязи с приливами и большая энергия тектонических лунотрясений заставляют думать, что их источник не приливные деформации, а вековое накопление напряжений. В частности, энергию для них может дать остывание Луны, конвекция или проседание масконов.

«Сейсмозвон» — микросейсмы Луны
 

Тиха лунная ночь. Вернее,— земная ночь на Луне. Еще точнее — тихо на Луне ночью при свете Земли. В совершенном безмолвии, как в немом кинофильме, испокон веков совершались на лунной поверхности катаклизмы.

Однако в лунных недрах шум все-таки есть, но его могут услышать лишь приборы. Конечно, уровень микросейсмических помех на Луне чрезвычайно низкий и природа их иная, чем на Земле. На Земле это шумы океана, ветра и промышленных механизмов, на Луне — «игра хвостов» записей лунотрясений и падений метеоритов. Эти записи из-за большой неоднородности и одновременно добротности лунных пород длятся часами. И поскольку сейсмических событий происходит в год сотни и даже тысячи, можно думать, что на Луне всегда найдется место, в котором «звенит».

Лунный фон микросейсм отличается от земного прежде всего неустойчивостью во времени. Здесь регистрируется от 600 (юго-восточная часть Океана Бурь) до 3 тыс. (район кратера Декарт) приливных лунотрясений в год, но приурочены они в первом приближении к периодам апогея — перигея. Тогда их происходит по 10—20 в 1 сут. А поскольку время, за которое амплитуда колебания ослабевает в 10 раз, составляет 0,5—4 ч, то получается непрерывный сейсмический фон колебаний достаточно ощутимой амплитуды.

Падение метеоритов на Луну
 

Новое исследование проведено по записям высокочастотного сейсмометра «Аполлона-14». Были сделаны записи падений метеоритов гораздо меньшей массы — от 0,1 г до 1 кг.

Из 1165 событий, записанных за 313 дней 1972 г., 825 были определены как тепловые сотрясения, 183 имели близкие к ним параметры и 127 оказались ударами метеоритов. Из-за относительно небольших удалений форма записей сложная и время нарастания амплитуд незначительное.

Видимая частота колебаний более 5 Гц, амплитуды сильно варьируют, форма не повторяется, не наблюдается какой-либо периодичности. Имеет место разброс скоростей: короткие волны опережают длинные, из этого следует, что волны распространяются в основном вблизи поверхности.

Свыше 70% упавших метеоритов имели массу от 1 до 100 г, из них около 50% — менее 10 г. При скорости полета метеорита 22 км/с и чувствительности сейсмометра 2А удар 10-граммового метеорита ощущался на удалении 30 км. Зависимость числа малых метеоритов от их массы хорошо согласуется со спутниковыми и радарными измерениями с Земли и на 1—3 порядка выше оценок метеорного потока по длиннопериодным сейсмометрам. В чем причина различий — в особенности ли приборов, специфике подсчета или в физике явлений — до конца не ясно. Возможно, существует две группы метеоритов: большие метеориты возбуждают в основном низкочастотные поверхностные волны, малые — высокочастотные объемные.

Была сделана попытка изучить траекторию метеорного потока в космическом пространстве. С этой целью анализировались записи, полученные на сейсмических станциях «Аполлон-12 и - 14» с декабря 1969 по июль 1973 г. За это время было зафиксировано 394 падения метеоритов массой более 5 кг.

Статистическая связь числа метеоритов с фазой Луны отражает направление их влета в окололунное пространство. Максимальное число ударов приходится на фазы полнолуния и новолуния. Это означает, что наибольшее скопление метеоритов оказывается в плоскости эклиптики. Афелий метеорных орбит имеет пределы 2,8—5 астрономических единиц. Отсюда следует, что метеориты движутся между поясом астероидов и Юпитером.

Метеоритный «дождь» стихает
 

Луна испытала встречи с метеоритами разных калибров. Падение гигантов-планетезималей объясняет глобальные особенности рельефа Луны, например возникновение Моря Дождей и окружающих его гор. Метеориты помельче распахали и размельчили брекчии, насыпанные гигантами, создав лунную почву — реголит.

Два крупных метеорита весом более 1 т, упавшие на Луну 13 мая и 17 июля 1972 г., сыграли выдающуюся роль в сейсмических исследованиях. Первый помог открыть границу кора—мантия, второй — астеносферу.

Поток метеоритов изучался независимо на записях длиннопериодных и короткопериодных сейсмометров. Чувствительность длиннопериодных станций позволяла заметить в любой точке Луны удар 10-килограммового метеорита (со скоростью падения около 20 км/с), падение маленького метеорита весом всего 100 г ощущалось на расстояниях до 50 км.

За 400 дней на станции «Аполлон-12» было записано 64 удара. По ним определена зависимость амплитуды записи от расстояния, позволяющая оценить, как можно использовать падение метеоритов различного веса для сейсмических просвечиваний.

Была также построена кривая повторяемости, позволяющая оценить поток метеоритов с массой от 100 г до 1 т. Параметры кривой хорошо совпали с независимыми оценками, полученными при изучении кратеров. Однако поток оказался слишком скудным по сравнению с априорными оценками при наблюдении метеоритов с Земли.

Приближение землетрясений
 

Приближение землетрясений диагностируется в ряде районов по поведению магнитного поля, изменению вида сейсмических волн и т. д. Словом, здание прогноза строится.

На Луне, как мы видели, предсказание лунотрясений (только приливных) — не проблема. Здесь обнаружена зависимость момента толчка в соответствующей очаговой зоне от положения на поверхности точки, лежащей на линии, соединяющей центры масс планет.

Эта точка в центре видимого диска Луны совершает сложные эллипсовидные колебания. Они вызваны оптической либрацией, которая представляет не истинное покачивание Луны, а эффект для земного наблюдателя, связанный с несферичностыо орбиты Луны, наклоном ее оси к экватору и вращением наблюдателя. На рис. 30 показаны положения ближайшей к Земле точки в моменты, когда в соответствующих очаговых зонах отмечается максимальная активность приливных лунотрясений.

Таким образом, на Луне при отсутствии затемняющих картину внутренних тектонических процессов легко предсказать время, место и силу сейсмических толчков.

Энергия приливных лунотрясений
 

Энергия приливных лунотрясений (если суммировать их по очагам и предположить, что лунотрясения с очагами на обратной стороне в среднем такой же силы) — всего 1011—1012 эрг, т. е. в биллионы раз меньше энергии землетрясений. Таким образом, по сравнению с Землей Луна асейсмична. И причина этого кроется в особенностях режима ее недр. Слишком мощная и слишком жесткая литосфера парализует ее тектоническую активность. В ответ на конвективное впрыскивание и приливные всплески Луна лишь слабо потрескивает.

Истоки приливных лунотрясений — во внешних, экзогенных космических факторах.

Природа землетрясений иная. Они — тектонические, внутренние. Их подготовляют перенапряжения, возникающие в недрах в результате сложных механических и физико-химических процессов. Они не поддаются столь точному расчету, как орбиты небесных тел. Предсказать землетрясение трудно, это — одна из основных забот сейсмологов.

Прогноз землетрясений предусматривает определение силы максимально возможного в каждом районе сотрясения и определение его момента.

Первая часть задачи в значительной степени решается. Во второй также намечаются многообещающие находки. В ряде районов обнаружены предвестники землетрясений. На Памире и в Калифорнии перед сильным толчком резко уменьшается отношение скоростей поперечных и продольных волн. В районе Ташкента, в Дагестане и других местах перед землетрясением и в ходе его увеличивалась концентрация в подземных водах микроэлементов благородных газов (радий, гелий, аргон), соединений фтора, урана и изменялся их изотопный состав.

<img src="../luna/image088.jpg" width="334" height="291" class=""/>

Рис. 30. Положение ближайшей к Земле точки лунного диска в момент толчка в очаге с указанным номером (см. рис. 25). Данные приведены к одинаковой условной амплитуде лунотрясений

Можно ли предсказать лунотрясение?
 

Земля «больна» землетрясениями. Летописи красноречиво описывают страшные катаклизмы в жизни человечества. 800 тыс жизней унесло землетрясение 1500 г. в Китае. Больше 100 тыс. — Лиссабонское 1755 г. В 1923 г. в Японии от тряски, пожаров и наводнения погибло около 100 тыс. жителей. В 1960 г. гигантская волна цунами опустошила берега не только Чили, но и Японии. В Перу в 1970 г. в результате подземного толчка ледяная глыба в 1 млн т, рухнувшая с вершины горы, похоронила цветущий город. Свежи в памяти ашхабадское и ташкентское землетрясения.

К счастью, сверхкатастрофы происходят не так часто. Но и в 1976 г. люди были потрясены волной разрушений, прокатившейся по Земле — в Гватемале, Китае, Румынии, Турции.

Сейсмологи установили многие закономерности землетрясений. Происходят они не повсеместно — сейсмические пояса сосредоточены по периферии литосферных плит и отсутствуют в центре. Их очаги сосредоточены в литосфере (чаще даже в коре) и лишь в местах стыка плит протягиваются глубже астеносферы (вплоть до 700 км).

Энергия самого сильного землетрясения — 1026 эрг. Такие землетрясения редки. Большинство слабее. Их насчитываются сотни тысяч в год. Выделяемая при этом общая энергия равна 1025—1026 эрг.

Мелкофокусные лунотрясения
 

В большинстве зарегистрированных случаев мелкофокусные лунотрясения происходят в момент минимума или максимума приливных напряжений. При этом существенным оказывается достаточная величина как сдвиговой, так и радиальной, сжимающей компоненты напряжения. Отсутствие гипоцентров в 30-градусном круге в центре видимого диска и на промежуточных глубинах (300—800 км) объясняется именно слабостью сжимающих напряжений, уменьшающихся от 5 • 105 дин/см2 в центре до нуля на поверхности. На уровне мелкофокусных очагов имеется местный максимум (105 дин/см2), а на промежуточных глубинах — минимум радиальных напряжений. К тому же сюда не проникают в достаточном количестве флюиды из астеносферы, а также в процессе переправления «завариваются» первоначальные трещины.

В ходе изучения сейсмичности Луны назывались разные источники энергии: тектонические напряжения, выкачивание магмы с больших глубин, вековое расширение или сжатие Луны, изменение эллиптичности ее орбиты, газовый вулканизм, концентрация напряжений из-за некомпенсированных масс, термические перегрузки. Нам будет удобнее вернуться к этому вопросу в заключительной главе, при обсуждении новейшей тектоники Луны.

Читаем дальше.

Механизм дилатации
 

Согласно представлениям американских сейсмологов, в очагах землетрясений действует механизм дилатации (расширения, растяжения), при этом вода способствует скольжению по разрыву. Если применить формулы этой теории для Луны, то размеры очагов, интервалы между лунотрясениями и их энергиями неплохо согласуются.

Разрывы происходят в небольших однородных блоках, возможно, первичного, но во всяком случае недостаточно сцементированного вещества (судя по тому, как хорошо сохраняется форма колебаний). Из-за малых размеров блока сотрясения тоже не получаются большими. А их частота во времени полностью регулируется гравитационной «указкой» Земли и Солнца. Не успеет напряжение как следует накопиться, как тут же впрыскивается «смазка» из глубин и происходит слабый «щелчок».

Можно сказать, что именно приливные силы Земли заставляют Луну трястись часто и слабо, не давая ей накопить силы для могучего толчка.

На Луне, по-видимому, имеется единый «организм» планетарной сейсмичности, управляемый приливными гравитационными силами. По отношению к мелкофокусным тектоническим лунотрясениям они играют лишь роль спускового механизма. Действительно, на глубине мелкофокусных очагов энергия приливной деформации 0,01 эрг/см3, или 1013 эрг/км3. Даже при размерах очага около 10 км и при 100% - ном превращении тепловой энергии в сейсмическую ее не хватит для сейсмического толчка с энергией 1015—1018 эрг. Но приливное напряжение может быть «последней каплей», переполняющей чашу «тектонического терпения» Луны.

Приливные напряжения в недрах Луны
 

Приливные напряжения в недрах Луны меняются не только во времени, но и по направлению. Сдвиговая компонента приливных напряжений уменьшает или увеличивает напряжения, существующие на трещинах, на крыльях сбросов. По-видимому, во время характеристической фазы не только величина напряжений наибольшая, но и их ориентация наиболее благоприятна. Она способствует резкому сдвигу блоков — происходит слабое приливное лунотрясение.

Картина подготовки приливных лунотрясений примерно такова. Специфика движения и вращения Луны, ее гравитационное расписание вызывают большие градиенты приливных напряжений. Они концентрируются на контакте жесткой, холодной литосферы и разогретой, пластичной астеносферы. Этому способствует сложный, контрастный рельеф переходной зоны. В астеносфере существуют конвективные потоки вещества. Быть может, положение эпи-центральных зон отражает их направление.

Разогретое вещество астеносферы неравномерно проникает в переходную зону. В периоды увеличения гравитационного взаимодействия в литосферу импульсами «впрыскиваются» горячие флюиды. Они образуют своего рода «смазку» для последующего движения блоков по разрыву.

Действие приливных сил в недрах Луны. Календарь лунотрясений очага
 

Рис. 28. Действие приливных сил в недрах Луны (расчеты Лэмлейна)

По горизонтали: относительное расстояние от центра; по вертикали: слева — плотность энергии деформации, эрг/см3 и смещение, см; справа — напряжение, дин/см2 и деформация, х10-7;

1 — радиальное смещение,

2 — горизонтальное смещение, см,

3 — плотность энергии деформации,

4 — радиальная деформация,

5 — радиальное напряжение.

Расчеты сделаны для модели с размягченной центральной областью размером 0,4 радиуса Луны

<img src="../luna/image086.jpg" width="400" height="224" class=""/>

Рис. 29. Календарь лунотрясений очага 18 (см. рис. 25) в соответствии с периодическим изменением компонент напряжения. Иллюстрируется их тесная взаимосвязь.

Приливные лунотрясения
 

Ключевая (уникальная, собственно лунная, сразу отличающая ее от Земли) закономерность — гравитационное «расписание» приливных лунотрясений. Теоретически предсказано, что приливная энергия, которая возникает от притяжения Земли, концентрируется на стыке твердой и жидкой фаз состояния вещества. И ведь именно таковы или примерно таковы условия на границе лунной литосферы и астеносферы. Ситуация усугубляется, или, лучше сказать, облегчается контрастным рельефом этой «границы» (резкие перепады глубин близко расположенных очагов).

На рис. 28 приведены расчетные кривые распределения в недрах Луны приливных напряжений, смещений и деформаций. Как видно, притяжение Земли вызывает смещение лунной поверхности в направлении радиуса более чем на полметра и вбок на треть метра.

На глубинах очагов приливных лунотрясений имеется локальный максимум плотности энергии деформаций — 0,1 эрг/см3, или 1014 эрг/км3.

Если считать, что разрыв происходит в километровом блоке (а он скорее всего десятикилометровый, так что энергия на 2—3 порядка больше) и в сейсмические волны уходит 1% приливной энергии, то энергии хватит для индивидуального приливного толчка (его сейсмическая энергия&lt;109 эрг).

Другое дело, что сами приливные напряжения на глубинах 800—1000 км не так уж велики — всего 0,5 бара, т.. е. 5 105 дин/см2. Это максимальное значение сжимающих напряжений, а их амплитуда варьирует в соответствии с приливным циклом: раз в месяц максимум, раз в месяц минимум.

На рис. 29 видно, как хорошо совпадают эти периодические колебания величины напряжения с периодическими изменениями амплитуды записи приливных лунотрясений из очага А18.

Такое напряжение не сможет расколоть монолит породы, но оно может управлять разрывами вдоль ужо гущи существующих трещин или зон ослабления.

Лунотрясения-близнецы
 

Форма записи на каждой станции из одного и того же очага также удивительно устойчива. «Лунотрясения-близнецы» — уникальная особенность глубокофокусных толчков. Они настолько похожи, что десятки записей можно складывать и таким образом увеличивать отношение полезного сигнала к шуму.

Неизменность формы сигнала означает, что очаг в течение нескольких лет не меняет своего местоположения и что размеры зоны, в которой возникают разрыв и смещение пород, небольшие, не более нескольких длин сейсмических волн, т. е. 10—20 км. Это увязывается с предположением Г. Латаема о том, что низы средней мантии Луны сложены первоначально скомпанованным метеоритным материалом, который никогда полностью не переплавлялся и не сцементировался. Возможно, что 10—20 км — преобладающие размеры метеоритов.

Столообразный характер частотных спектров записей лунотрясений (как и у землетрясений) свидетельствует о том, что в очаге происходит сдвиг блоков пород относительно друг друга вдоль одиночного сброса или серии близко расположенных параллельных сбросов.

Сдвиговый характер дислокации подтверждается преобладанием в записях обоих типов лунотрясений (как и в землетрясениях) фаз поперечных волн.

Крутой наклон кривой повторяемости у приливных лунотрясений означает: условия в глубоких недрах такие, что Луна «предпочитает» сотрясаться часто и слабо, а не редко и сильно. Это становится понятным, потому что сильные лунотрясения происходят не в: любой апогей и перигей, а лишь в моменты характеристических фаз, которые относительно редки.

Фокальный механизм
 

На Земле фокальный механизм, т. е. то, что происходит вблизи очага землетрясения, изучают, сравнивая направление первого движения грунта в момент прихода продольных и поперечных волн. Регистрация проводится на многих станциях, удается составить карту первых движений, очертить форму и режим работы очага.

На Луне все сложнее: наблюдения ограничены малым числом станций, толчки слабые и волны сильно рассеиваются на пути пробега, что затрудняет выделение отдельных фаз.

И все-таки кое-что удается понять и про лунотрясения. Отмечено, что толчки в каждом очаге приливных лунотрясений в течение многих лет направлены в одну сторону. Это свидетельствует о прогрессивной дислокации, вековом накоплении напряжений. Правда, есть одно яркое исключение из правила — самый богатый толчками очаг А( южнее сейсмической станции «Аполлон-12» в 1972— 1974 гг. поменял полярность толчков, а с 1975 г. восстановил прежнюю. Но можно думать, как это отметил М. Токсоц, что и в этом очаге приливное движение направлено всегда в одну сторону, но складывается по-разному, с постоянно существующим «фоновым» тектоническим напряжением, и результирующий вектор меняет свой знак.

Механизм лунотрясений
 

Теперь, когда собраны все факты, можно попытаться понять природу и механизм лунотрясений.

Наиболее существенная черта лунной сейсмичности состоит в том, что толчки бывают двух типов — приливные (многочисленные, но слабые) и тектонические (редкие, но мощные). Они разнесены но разным этажам лунного здания, заняты очагами разного типа, не перекрываются. На глубинах 300—800 км не зафиксировано ни одного толчка. Эту особенность лунной сейсмичности нужно объяснить.

Другая черта — эпицентры толчков обоих типов локализуются в узких протяженных поясах планетарного масштаба, а вне их практически отсутствуют. Ни одно лунотрясение не произошло, например, в горной юго-восточной четверти видимого диска Луны. Тектонические эпицентры располагаются по периферии поясов сейсмичности, па их концах и сбоку, и отсутствуют в центре видимого диска внутри круга с радиусом 30—35° (до 1000 км).

Сейсмоактивные зоны Земли
 

Сейсмоактивные зоны Земли представляют узкие протяженные пояса, обрамляющие литосферные плиты, а также пояса, соответствующие срединным океаническим хребтам. Два глобальных пояса сейсмичности — Альпийско-Гималайский и Тихоокеанский — опоясывают всю планету. В этом смысле они напоминают очаговые зоны приливных лунотрясений.

Очаги большинства землетрясений находятся в литосфере, из них больше половины — в земной коре, т. е. не глубже 50 км. На промежуточные глубины (80— 300 км) приходится 22% очагов, на большие глубины (350—720 км) — только 6%. Очаги землетрясений в рифтовых зонах неглубоки — 5—10 (не более 40) км. Глубокие очаги (глубже 100 км) расположены вдоль глубоководных желобов, их зона (так называемая зона Беньоффа) погружается от океана под континент. Глубокие очаги отмечены также в районе Памира — Гиндукуша.

Закономерности временного распределения землетрясений чрезвычайно сложны. Их поиск — суть труднейшей задачи предсказания землетрясений, решение которой еще не близко. Ряд исследователей подмечает взаимосвязь сейсмической активности Земли с фазами Луны, т. е. выявляет «триггерный» эффект приливных сил Луны.

Однако основной источник землетрясений — во внутренних процессах. В некоторых сейсмоактивных регионах отмечаются длинная и короткая периодичности катастрофических землетрясений, а также выявлены сейсмические и другие предвестники землетрясений. О том, какую лепту вносит в эту проблему изучение лунотрясений, мы поговорим в заключительных разделах книги.

Тектонические очаги
 

Тектонические очаги, обрамляющие с севера Океан Бурь, действовали в согласии с календарем эпицентров северного блока западного сейсмического пояса: II и III — близ минимума и максимума перигея, XII и XVIII — близ апогея.

Наконец, мелкофокусные очаги X, XII и XVII, хотя и удалены от северо-западного пояса сейсмичности на 22— 30°, срабатывали в период максимальных приливных сотрясений в этом поясе.

Пространственно-временная связь лунотрясений может быть обусловлена общими процессами, проявляющимися на разных этажах лунного здания. Намечается связь времени тектонических лунотрясений с эффектами увеличения содержания аргона в сверхразреженной атмосфере Луны. Судя по соотношению энергий, истечение аргона скорее не причина, а следствие тектонических лунотрясений.

По многим качествам высокочастотные лунные толчки близки к тектоническим землетрясениям. Отсутствие приливной периодичности, наклон кривой повторяемости, мелкофокусность, относительная энергичность — все это доводы в пользу их отнесения к разряду тектонических планетотрясений.

В то же время масштабы тектонических сотрясений на Земле и на Луне существенно различны. На Земле максимальное планетотрясение достигает магнитуды 8,5—9. Его энергия (1026—1027 эрг) в миллиарды раз больше самого энергичного лунотрясения. Что касается количества землетрясений с магнитудой 3,5—4,5, то в сейсмоактивных зонах их происходит не десятки, а десятки тысяч в год.

Связь глубокофокусных и мелкофокусных толчков
 

Связь глубокофокусных и мелкофокусных толчков проявляется и во временной последовательности лунотрясений. Практически каждый блок приливных эпицентров имеет «свой» мелкофокусный очаг, «срабатывающий» вместе с ним (см. рис. 25 и 26).

Очаг VI, хотя и находится близ А44, но своему временному режиму соответствует блокам 0—25° в. д. и 50— 105° в. д., в частности, действует одновременно с очагом на обратной стороне А33.

Толчки в очагах V и XVI, расположенных в восточном поясе, и по времени совпадают с глубокофокусными лунотрясениями А18. Во время максимальных глубокофокусных толчков центрального блока восточного пояса произошло и лунотрясение в очаге I, удален ном на 30° к северу.

Расположенные в южном блоке западного попса очаги XI, XIX действовали одновременно с А53,57,58. Очаг XX в центральном блоке действовал вместе с соответствующими приливными очагами А21,47,48 и за 2 мое до двух самых сильных толчков 1975 г. в очаге А1 Близ времени лунотрясений А21 сработал и несколько удаленный на юго-запад мелкофокусный очаг VII.

Карта эпицентров
 

Обратимся снова к карте эпицентров (см. рис. 25). Очаги мелкофокусных лунотрясений привязаны к тем же четырем поясам, что и приливные лунотрясения. Пять из них находятся непосредственно в зоне поясов: очаги V и XVI — на восточном крыле восточного пояса, XI, XIX и XX — в южной части западного пояса. Кроме того, 14 мелкофокусных эпицентров удалены от поясов приливной сейсмичности не более 10—30°.

При этом они концентрируются в направлении концов сейсмических поясов. Очаги II, XII, XVIII находятся на северном продолжении западного пояса, очаги VII, XIV, XXI, XXIII продолжают его на юг, являясь как бы проекцией глубокофокусных очагов на поверхность Луны. К востоку от очаговой зоны А44 приливных лунотрясений, почти вытянувшись в линию, расположено 5 мелкофокусных очагов: XXIV, VIII, I, VI, IV. Очаги III, XVII, XXII обрамляют соответственно с севера, запада и юга новый северо-западный пояс.

В отрыве от поясов сейсмичности оказываются очаги: IX, XV и XXIII. Очаг IX расположен на обратной стороне близ южного полюса, здесь произошло самое сильное тектоническое лунотрясение (магнитуда 4,2 по земной шкале). Этот эпицентр наиболее удален от сети сейсмических станций. Быть может, в районе южного полюса происходят и приливные лунотрясения, но они слишком слабы, чтобы раскачать маятники сейсмометров продольной волной, и слишком удалены — поперечные волны не проходят сквозь астеносферу.

Два тектонических очага «пробрались» в асейсмичной юго-восточный квадрант Луны, правда, не далее 10° на юг от экватора. Из них толчок XV совсем слабый, его записали только ближние сейсмические станции в кратере Декарт и Апеннинах и не заметили станции в Океане Бурь.

Феномен Луны
 

Поразительный феномен — отсутствие лунотрясений в интервале глубин 300—800 км между очагами тектонических и приливных лунотрясений — может означать, что векового накопления напряжений в этой зоне не бывает или же снятие напряжений происходит не резкими сейсмическими толчками, а механическим «течением» — ползучестью пород. Причину этого мы покажем дальше, когда сведем все геофизические данные о недрах Луны.

Пространственное сопоставление тектонических лунотрясений с другими сейсмическими событиями, а также быстротечными явлениями на поверхности Луны затруднительно из-за неточного определения их эпицентров (±5-10°).

Вначале казалось, что взаимосвязь приливных и тектонических лунотрясений просто отсутствует. Однако по мере увеличения числа точно установленных эпицентров мелкофокусных сотрясений и в особенности после сопоставления календаря приливных и тектонических лунотрясений с фазами либрации и апогея — перигея появились основания говорить о такой связи.

Эпицентры тектонических лунотрясений
 

В пространственном распределении эпицентров тектонических лунотрясений намечаются некоторые закономерности.

Больше всего очагов в северо-восточном (вероятность 0,57) и юго-западном (статистически не обоснован) квадрантах. Почти отсутствуют высокочастотные сотрясения в юго-восточном квадранте, где также не отмечено ни одного приливного лунотрясения.

Энергия 15 (из 25) тектонических лунотрясений выше приливных. Магнитуда тектонических лунотрясений находится в диапазоне 0,6—3,2(по лунной магнитудной шкале, дающей оценку на 1 единицу меньше принятой для землетрясений шкалы). Энергия максимального толчка, происшедшего в марте 1973 г. вблизи южного полюса на обратной стороне Луны, достигала 1018 эрг.

Возникшие в нем волны пронзили Луну в южном полушарии. Новые сейсмограммы подтвердили заключение о существовании внутренней зоны с резким ослаблением (пропаданием) поперечных волн. На трассах к сейсмическим станциям «Аполлон-12, - 14 и - 16», где луч не проник глубже 640— 680 км, выделены очень интенсивные вступления поперечных волн. На более далеком пути к станции «Аполлон-15» на глубине 1100 км амплитуда волны уменьшилась в десятки раз.

Тектонические лунотрясения
 

Пассивный сейсмический эксперимент на Луне был ориентирован на регистрацию тектонических лунотрясении. С этой целью сейсмические станции устанавливались в районах стыка крупномасштабных поверхностных структур. Вначале тектонисты разочаровались: казалось, что лунотрясений не бывает совсем.

Правда, весной 1971 г. дважды были зафиксированы сейсмические события необычной силы. Их записи резко отличались от уже привычных записей приливных л лунотрясений как большой амплитудой, так и высокочастотным составом колебаний. Они скорее походили на удары метеоритов. Но тогда как объяснить высокочастотный спектр и другие особенности записи, ведь обычно волны от падений метеоритов сильно рассеиваются в поверхностном слое и четкие фазы поперечных волн на них отсутствуют?

Приходилось вводить довольно искусственное предположение, что метеориты попадали на некие экзотические, очень твердые участки поверхности, где нет рыхлого слоя реголита. Или что эти метеориты врезались на необычную глубину под рассеивающий слой.

Агент эрозии лунной поверхности
 

И все же есть агент эрозии лунной поверхности: «солнечные» лунотрясения неуклонно выравнивают ее. Правда, как показали расчеты, процесс этот чрезвычайно медленный. Склон 200-метрового кратера, имеющий крутизну 20°, становится менее покатым всего на 1° за 4 млн. лет. Так что колеи луноходов и следы астронавтов останутся на Луне надолго. И если бы кто-то когда-то не слишком давно побывал на Луне, люди Земли нашли бы эти следы на ее поверхности.

И если кто-то когда-нибудь при подлете к Земле сперва заглянет на Луну, колеи луноходов и астронавтов расскажут о лунной одиссее землян, о том, что недалеко обитают разумные и пытливые существа, с которыми стоит установить отношения.

Тепловые лунотрясения
 

На VII лунной конференции в Хьюстоне Ф. Дьюнебье и Г, Саттои (США) представили новые данные о регистрации тепловых лунотрясений в районе Тавр-Литтров. Сейсморазведочные приборы, те самые, с которыми проводил сейсморазведку экипаж «Аполлона-17»„ в течение 1973— 1974 гг. 10 раз включались по команде с Земли и регистрировали в течение четырехдневных сеансов тепловые сотрясения. Так как сейсмометров было четыре, удалось установить очаги 140 эпицентров и даже построить карту минисейсмичности в радиусе около 300 м от станции. Получен новый вывод — очаги находятся нее только в малых кратерах, но и на относительно ровных участках поверхности.

Обнаруженный феномен позволяет иначе оценить метаморфозу лунной поверхности. Основные формы ее рельефа были созданы ударами метеоритов. Бесчисленные кратеры всевозможных масштабов — память о былых эпохах жизни Луны, когда ее «поливал» метеоритный ливень. Теперь поток метеоритов иссяк. И казалось, практически нет сил, способных менять облик поверхности.

Действительно, таких энергичных агентов эрозии, как воздушные вихри и водные потоки Земли, на Луне нет.

Поверхность Луны
 

Поскольку Луна не защищена атмосферой, палящее Солнце нагревает днем ее поверхность до +130°С, а ночью она остывает до —170°С. Правда, как показали специальные измерения теплового потока в скважинах, эти вариации температур не проникают глубже 1 м. Но в этом приповерхностном слое из-за сжатия и расширения пород возникают термоупругие напряжения. Породы трескаются или же грунт соскальзывает по склонам кратеров — следующий раз источник оказывается на несколько ином расстоянии. Такое объяснение подтверждается и тем фактом, что на станции в районе лунных: Апеннин, где рельеф контрастнее, таких сотрясений оказалось на порядок больше.

Эти сотрясения очень слабы по сравнению с приливными. Но они происходят по всей поверхности Луны, а она почти такая же, как площадь Африки. В итоге набирается очень много слабых толчков, и их общая энергия уя« оказывается соизмеримой с сейсмической энергией приливных лунотрясений.

Долго ли остаются следы в лунной пыли?
 

Приливными лунотрясениями не исчерпывается естественная сейсмичность Луны. Кроме приливных—«земных», существуют еще и «солнечные» сотрясения.

Больше года высокочастотный сейсмометр станции «Аподлон-14» в районе Фра-Мауро фиксировал и посылал на Землю непонятные сигналы. Они не были похожи ни на падения метеоритов, ни на приливные лунотрясения. На этот раз что-то щелкало недалеко и несильно, но с завидной регулярностью.

Толчки «пробуждались» через 48 ч после восхода Солнца, точнее, после пересечения станции линией терминатора, и продолжались весь лунный день, длящийся две земные недели. Ночью они становились реже и постепенно прекращались. Было обнаружено более 40 типов записей. Каждая отмечалась не реже 1 раза в месяц строго в моменты, когда Луна находилась в одной и той же фазе, и записи совершенно не меняли свой вид от толчка к толчку. По-видимому, очаги располагались где-то недалеко от станции. Но природа их была неясна.

Вскоре обнаружилось, что толчки из некоторых очагов хотя и сохраняют форму, но каждый следующий начинается чуть позже, как-будто их источник смещается по отношению к сейсмической станции метров на 10—20 за время одного оборота Луны. И тогда пришла отгадка: непривычные сигналы — это тепловые лунотрясения.

Восточный пояс Луны и другие пояса
 

Восточный пояс имеет и самый контрастный рельеф — глубины его очагов различаются на 300 км. Эта контрастность проявляется и на северной и на южной ветвях моточного пояса. Наблюдается также некоторая связь Глубин очагов с блоками, из которых состоят пояса: на контактах блоков очаги имеют наибольшие и наименьшие глубины.

Неоднородная структура зоны сочленения литосферы и астеносферы Луны, проявляющаяся в контрастности глубин гипоцентров, играет решающую роль в механизме приливных лунотрясений.

Отметим, что все глубокофокусные приливные лунотрясения оказываются в трех квадрантах видимой стороны, характеризующих молодые морские бассейны. Они совершенно отсутствуют в юго-восточном квадранте, районе гор и старых «морей».

Эпицентры приурочены к узким, планетарного масштаба поясам, пересекающимся в юго-восточной части Океана Бурь в районе экватора. Точка пересечения поясов — «сейсмический пуп» Луны, возможно, и есть узловая точка лунной эволюции.

Сейсмограммы Луны
 

1 тыс. сейсмограмм пришлось проанализировать сейсмологам США, чтобы в итоге определить глубины 36 очагов. Для увеличения отношения сигнал/шум записи суммировались по 10 штук, благо приливные точки из одного очага имеют завидно повторяющуюся форму. В итоге перезаписи сигнал стал сильнее в 3 раза.

Все очаги приливных лунотрясений глубокофокусные. Они находятся в довольно узком интервале 800—1150 км. Средняя глубина 943 км. Две трети очагов находятся в еще более узком «сейсмическом пласте» 850—1000 км.

На рис. 27 показаны вертикальные профили вдоль главных сейсмических поясов. Очаги западного пояса погружаются в северной и южной частях. Самые мелкие очаги находятся в районе экватора на стыке трех поясов (А23). Уменьшение глубин очагов отмечается в этом регионе и на краях восточного (Аз4, А40) и северо-западного (А59) поясов. Полагая, что глубины поясов соответствуют неровному рельефу зоны сочленения литосферы и астеносферы Луны, можно заключить, что в узловом экваториальном регионе (30° з. д.) их глубины наименьшие, во псе стороны от этого очагового купола очаги погружаются. Особенно резкое погружение происходит на северо-восток.


Рис. 27. Глубины очагов приливных лунотрясений

1 — западный пояс,

2 — северо-западный пояс,

3—восточный пояс (северная ветвь);

4 — восточный пояс (южная ветвь)

Эпицентры луны
 

Регион сочленения восточного и западного поясов на экваторе западнее центра видимого диска Луны включает эпицентры, временные характеристики которых напоминают и северный и центральный блоки западного пояса.

Новый пояс сейсмичности открыт в последнее время в северо-западной части Океана Бурь. Он включает 7 эпицентров от А59 до А60. В нем происходит около 10% всех лунотрясений, как правило, в момент максимальной южной широтной и западной долготной либрации.

Самый высокоширотный эпицентр А44 (61,7° с. ш., 18,8° в. д.) представляет хорошо выраженный очаг, в котором зафиксировано уже 18 толчков. Имеются основания включать его в особый, четвертый пояс лунной сейсмичности, параллельный Морю Холода.

Регистрация лунотрясений
 

Еще в первые годы регистрации лунотрясений, прогнозируя сейсмичность этого очага, сейсмологи предложили рост активности в 1975—1976 гг. Основанный на правильном понимании механизма приливных лунотрясений прогноз блестяще подтвердился.

В этом самом активном блоке Луны выделены три субпараллельных зоны северо-восточного — юго-западного простирания, возможно, соответствующих плоскостям разрывов — А21-47, А1, 46, 45, 48 и А14.

На юге западный пояс обрамляет довольно плотно расположенные 8 эпицентров (А8, 12, 13, 24, 52, 53, 57, 58). Их действие приурочено к апогею в момент северного максимума широтной либрации.

Восточный пояс сейсмичности (выделялся и ранее) шириной более 300 км тянется от экватора в точке 10° з. д. (А4о) на восток-северо-восток на 1800 км. Пояс субпараллелен крупным морским бассейнам от Моря Дождей на западе до Моря Смита и Моря Краевое на востоке. На его продолжении находится единственный эпицентр А33, обнаруженный на обратной стороне*. Он относится к числу довольно активных (6% всех лунотрясений). Пояс исключает 13 локализованных очагов и 9, положение которых определено приблизительно. По существу он состоит из двух субпараллельных ветвей (Ан, 2?, зг, 22, и, 25, зо) на севере и (А1в, 28, 51, 7, 19, га) на юге, разделенных асейсмичной зоной.

По-видимому, на обратной стороне существуют и другие очаги, но волны от них экранируются размягченной центральной зоной.

По режиму сотрясений пояс также неоднороден. Эпицентры, расположенные в долготном интервале 5—25° в. д. и 50—105° в. д., имеют сходные характеристики. Толчки в них приходятся на апогей при максимальной северной широтной и восточной долготной либрации. Это объясняется подобием характера приливов на указанных долготах. Иначе выглядят приливное воздействие и сейсмичность узкого блока 25—35° в. д. Здесь точно установлены и намечены еще 7 очагов, в которых сотрясения происходят в момент максимума западной либрации.

Блоки Луны
 

Северный блок включает четыре выстроенных но меридиану эпицентра А17, го, во, 4!, в которых сотрясения происходят в основном близ перигея и в момент юго-восточной либрации, когда расстояние Земля — Луна меньше среднего. Судя по режиму сотрясений, близ северного находятся еще два эпицентра (А35, зз), толчки в которых слабы, из-за чего их точное положение установить не удалось.

В районе экватора в западном поясе выделяется участок с очагами А9, 2з (а также расположенными где-то поблизости очагами А2, 10). Очаг А9 относится к числу довольно активных, в течение 1971—1972 гг. здесь каждый месяц регистрировалось 1—2 толчка. Через 3 года после самого сильного толчка вновь произошло сотрясение, возможно, означающее начало нового цикла активности. В экваториальном блоке толчки происходят в моменты южной широтной и восточной долготной либрации. Блок занимает, как 5удет видно впоследствии, узловое место в схеме лунной сейсмичности.

Следующий к югу блок между 10—25° ю. ш. включает 9 очагов (из них 7 локализованных), в которых произошло почти 30% лунотрясений. Причем половина из них — и очаге А4 (10, 8° ю. ш., 31,3° з. д.). Этот очаг не имеет подобных. К счастью, именно здесь расположены две, прими первые, сейсмические станции «Аполлон-12 и - 14», так что его «родословная» протягивается на 5,5 года. В календаре жизни очага А4 выделяется период 206 дней и 6 лет, наибольшие сотрясения происходят во время северной и западной либрации и в перигее.

Структура поясов сейсмичности Луны
 

<img src="../luna/image076.jpg" width="311" height="331" class=""/>

Рис. 26. Схема, иллюстрирующая сложную структуру поясов сейсмичности и пространственно-временную связь приливных (кружки) и тектонических (квадраты) лунотрясений.

Эпицентры с одинаковыми знаками характеризуются сходным соотношением календаря лунотрясений, либрации и расстояния Земля — Луна. Римские цифры — основные пояса лунной сейсмичности.

Западный пояс сейсмичности
 

Западный пояс сейсмичности (он был выделен первым) имеет субмеридиональное простирание (по меридиану 20—40° з. д.), начинается у 30° с. ш. (очаг А17) и протягивается на 2 тыс. км за 40° ю. ш. (А57), расширяясь от 100 км на севере до 200—300 км на юге. Пояс включает более половины всех очагов и более 60% лунотрясений и проходит по западному обрамлению Моря Дождей, Моря Познанного и Моря Облаков (и даже слегка отклоняется к постоку по контуру Моря Облаков).

По своей структуре западный пояс неоднороден. В нем Можно выделить четыре блока, отличающиеся периодичностью и связью момента толчков с максимумом и минимумом либрации и эксцентриситетом орбиты (рис.26).

Характеристика очагов приливных лунотрясений. Таблица 9
 

<img src="../luna/image072.jpg" width="386" height="586" class=""/>

<img src="../luna/image074.jpg" width="442" height="426" class=""/>

* - Данных недостаточно для локализации эпицентров, в скобках указана

номера близлежащих локализованных эпицентров.

**- Данных недостаточно для определения глубины очага. Указанная глубина условно принята при определении координат эпицентра.

Схема сейсмичности Луны
 

<img src="../luna/image070.jpg" width="340" height="403" class=""/>

Рис. 25. Схема сейсмичности Луны

Приливные лунотрясения:

1 - эпицентры с числом толчков менее 1%

2-1—5%,

3 — 5-10%,

4— более 10%,

5 —глубина очага не известна

6 - глубина 800-900 км,

7 - 900-1000 км,

8 - более 1000 км. Тектонические лунотрясения:

9—магнитуда менее 1,

10— 1—2,

11 — 2—3,

12 — более 3,

13 — глубина очага не известна,

14 — менее 100 км,

15 — 100—200 км,

16 — 200—300 км.

Номера очагов даны по таблице 9

Расчет глубин очагов
 

Расчет глубин очагов проведен для модели, в которой в верхах мантии (глубина 60 км) скорость распространения продольных волн 8,1 км/с, поперечных 4,7 км/с; в низах мантии (на глубине 800 км) скорость продольных 8,0 км/с, поперечных 4,3 км/с.

Таким образом, в нижней мантии скорость поперечных волн уменьшается на 9% по сравнению с верхней. Для независимой проверки пригодности этой модели к расчетам глубин очагов использовалось 20 лунотрясений, для которых выделено более четырех фаз волн. Отклонение расчетных времен пробега от наблюдений не превысило 3 с, т. е. было не более погрешности отсчета времени вступления продольной волны.

Уже на ранней стадии изучения приливных лунотрясений сейсмологи с удивлением отмечали, что эпицентры расположены не как попало, а, подобно землетрясениям, группируются в узкие пояса. Долгое время удавалось выделить лишь два таких пояса. Теперь Ламлэйн выделяет уже по крайней мере четыре, причем внутренняя структура поясов достаточно сложна.

Глубина очагов сейсмичности
 

О большой глубине очагов свидетельствовал и характер записей приливных лунотрясений — на них меньше присутствовал эффект рассеяния в верхнем неоднородном слое. Поэтому первые вступления были четкими, хорошо различались фазы поперечных воля, а межволновой фон между ними практически отсутствовал.

Записи из одного очага на одной станции обнаруживали поразительную похожесть, форма колебаний во все годы наблюдений повторялась из месяца в месяц, и сам очаг, как видно, не перемещался, а первое движение маятника сейсмометра происходило всегда в одну сторону. Это можно понять, если размеры очага невелики, соизмеримы с длиной волны (10— 20 км).

Среди приливных лунотрясений по форме записи выделен 61 тип очаговых зон. Запись 633 лунотрясений оказалась достаточно отчетливой на трех станциях, чтобы определить координаты эпицентров. Д. Ламлэйн (США) и другие ученые выделяют 43 эпицентральных зоны, для 36 из них определены глубины очагов (табл. 9, рис. 25).

Определение глубин очагов по лунным сейсмограммам затруднено из-за сильного рассеяния волн вблизи поверхности. Оно мешает выделять вступление в последующей части записи. Дистанция от очага до сейсмометра определяется по разности времен вступления продольных и поперечных волн. На Луне эта разность всегда больше 100 с, это значит, что расстояние равно 1 тыс. км, т. е. очаги глубокофокусные.

Сейсмические родственницы Земля и Луна
 

«Сейсмические родственницы» по устройству недр, Земля и Луна оказались весьма непохожими по сейсмичности. Луна практически асейсмична. Общая годовая энергия лунотрясений в миллиарды раз меньше, чем землетрясений.

Основной энергетический баланс в лунной сейсмичности составляют редкие мелкофокусные толчки тектонической природы. Большинство же лунотрясений — приливной природы, это — глубокофокусные, очень слабые и закономерно периодичные лунотрясения-близнецы.

Всей сейсмичностью Луны правит гравитационная «указка» Земли и Солнца. Энергия приливных деформаций концентрируется на неровностях границы жесткой литосферы и пластичной астеносферы Луны. Приливные силы обусловливают слабые глубокофокусные толчки и играют роль спускового механизма для относительно интенсивных мелкофокусных толчков, которые черпают энергию в процессах векового накопления напряжений.

Распределение в недрах Луны приливных напряжений объясняет уникальные особенности лунной сейсмичности: отсутствие любых толчков на промежуточных глубинах и отсутствие тектонических эпицентров в центральном круге видимого диска Луны. Как и на Земле, очаги лунотрясений закономерно локализованы. На Луне они составляют несколько узких, глубоко захороненных поясов сейсмичности глобального размера, пересекающихся в узловой точке (30° з.д. на экваторе), где глубины очагов минимальные. Эпицентры приурочены к районам распространения базальтовых морей и отсутствуют в горном регионе юго-восточного квадранта Луны.

Заметная роль внешних космических факторов в сейсмичности Луны дает основания и надежды для поисков подобных закономерностей в календаре землетрясений, вносит свой вклад в проблему их предсказания и предотвращения.