Лунотрясения

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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).

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.

[Девушка]

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.