Лунотрясения

[Девушка]

Уникальные сейсморазведочные эксперименты на Луне ввиду их дороговизны и технической сложности проводились по очень простой схеме. По опубликованным графикам зависимости времени пробега волн от расстояния (годографам) можно оценить погрешности построений. Судя по встречным ветвям годографов гипотеза горизонтально однородной слоистости, лежащая в основе интерпретации материалов, подтверждается с точностью до 10%- Сопоставляя значение скоростей и мощностей для разных слоев и исследованных районов, следует иметь в виду, что они получены с погрешностью 5—10%.

Б сейсморазведочных наблюдениях «Аполлона-14, - 16 и - 17» использовались только вертикальные сейсмометры и потому были изучены лишь скорости продольных волн. Для полного описания свойств упругой среды нужно знать еще скорость поперечных волн и плотность пород. Плотность измерена при посадках на Луну автоматов «Сервей-ер» и в земных лабораториях на образцах, доставленных с Луны. У реголита плотность составляет 1,6—1,7 г/см3, у брекчий — 1,8—1,9 г/см3.

[Девушка]

Харрисон Шмитт, первый участвовавший в лунных экспедициях профессиональный ученый-геолог, и командир корабля Сернан провели сейсморазведочный эксперимент довольно большого масштаба и объема.

Четыре высокочастотных сейсмометра были установлены по вершинам и в центре треугольника со стороной 100 м. Вокруг на расстоянии от 100 м до 2,7 км были после отлета астронавтов по команде с Земли подорваны девять зарядов весом от 60 г до 2,7 кг. Падение лунного модуля пришлось на дистанции 8,7 км. В результате изучена слоистая скоростная структура до глубины более 1,5 км. Вверху располагается 5-метровый слой реголита, скорости распространения волн в котором близки к скоростям, полученным в двух других исследованных районах (100+10 м/с).

Под ним залегает также повсеместно отмеченный слой брекчий мощностью около 25 м со скоростями распространения волн 300—350 м/с. На глубине около 200 м найдена граница между слоями со скоростями 475—500 и 900—1000 м/с. Исходя из геологической ситуации в долине Тавр-Литтров, можно думать, что эти слои представляют собой излияния базальтов раннего возраста и различной степени трещиноватости. И лишь на 1385 м отмечен скачок скорости до 4,7 км/с. Он трактуется как переход к коренным породам типа габбро-анортозитов, слагающих хребет Тавр. Глубина кровли коренных пород хорошо согласуется с отмеченной здесь аномалией силы тяжести в редукции Буге (30— 40 мгал) (рис. 6, в).

[Девушка]

Для уточнения характера роста скорости нужно было осветить промежуточные глубины — несколько первых километров лунного разреза. Такие специальные наблюдения проводились в месте посадки «Аполлона-17» в декабре 1972 г.

Район работ находился в северо-восточной части видимой стороны Луны, близ горной пени Тавр и кратера Литтров. Здесь по косвенным признакам геологи надеялись найти проявление молодого вулканизма.

К большому сожалению ученых эта экспедиция была последней. Но зато она оказалась самой значительной по результатам. Экипаж «Аполлона-17» поставил несколько своеобразных рекордов: наибольшая продолжительность пребывания на орбите и на Луне, максимальная продолжительность полета, наибольшая длительность выходов на поверхность и протяженность поездок на луноходах и, наконец, наибольший вес привезенных геологических образцов.

[Девушка]

Оба сейсморазведочных эксперимента показали, что в верхнем слое Луны волны движутся с очень низкими скоростями. Но к этому времени уже знали, что на глубине около 10 км скорость волн «нормальная», свойственная кристаллическим породам (около 5 км/с).

Получалось, что наблюдаемый градиент роста скорости (2 км/с на 1 км) намного выше, чем при простом сжатии. Последнее изучалось в лабораторных условиях, где давление повышали до 50 бар, что соответствует на Луне давлению на глубине 1 км. Но при этом градиент не превосходил 0,4—0,8 км/с на 1 км.

[Девушка]

Сейсморазведочный эксперимент по сходной методике был повторен в апреле 1972 г. экипажем «Аполлона-16» в холмистом предгорье кратера Декарт, в типично континентальном районе Луны.

Астронавты Янг и Дьюк поставили здесь стандартную региональную сейсмологическую станцию, а также три высокочастотных сейсмометра, которые записали 15 ударов на удалении до 100 м, реакцию взлета лунного модуля на расстоянии 150 м и выстрелы двух гранат весом 50 и 100 г на дистанции до 500 м (они выполнялись по команде с Земли через месяц после отлета астронавтов).

Разрез, освещенный до глубины 200 м, включает слой реголита мощностью 12,7 м, где скорость распространения волн 114 м/с, и подстилающий его слой со скоростью продольных волн 250 м/с (рис. 6, б).

Сходство сейсмических характеристик двух районов, удаленных более чем на 1 тыс. км, тем более поразительно, что химический состав коренных пород здесь различен. В районе Фра-Мауро это преимущественно темные морские базальты, а в районе кратера Декарта — светлые анортозиты. По-видимому, решающую роль для сейсмических свойств верхних слоев играет механическое состояние пород. В обоих районах слой обломочного материала покрывается реголитом.

[Девушка]

По времени прихода волн простейшим методом первых вступлений, принятым в земной сейсморазведке, американские геофизики Р. Ковач и другие определили структуру верхних слоев Луны. Выделено три слоя, в которых продольные волны бежали с различными скоростями. В верхнем слое толщиной 8,5 м отмечалась скорость 104 м/с.

Судя по тому, что похожие скорости наблюдались в привезенных из кратера Фра-Мауро и изученных в земных лабораториях образцах, этот слой представляет лунный реголит. Первые сообщения о свойствах лунного реголита передали еще раньше автоматические станции «Луна» и «Сервейер». Скорость продольных волн в слое пыли толщиной несколько сантиметров по этим оценкам еще меньше — около 40 м/с.

Под реголитом залегает слой, в котором скорости волн достигают 300 м/с. Мощность его из-за недостатка данных определена неточно: от 19 до 76 м. Скорее всего это слой обломков, брекчий, насыпанных в районе Фра-Мауро при ударном образовании Моря Дождей. Под брекчиями до глубины более 400 м протягивается слой со скоростью 386 м/с (рис. 6, а).

<img src="../luna/image018.jpg" width="444" height="348" class=""/>

Рис. Скоростная структура верхней части разреза по результатам активного сейсмического эксперимента в районах кратеров Фра-Мауро (а), Декарт (6), Тавр-Литтров (в) (верхняя часть разреза показана в увеличенном виде)

Правая часть колонок — опубликованные результаты М. Купера и др., левая — вариант с оценкой погрешности определения глубин и скоростей По вертикали — глубины, м.в колонке — скорости продольных волн м/с.

[Девушка]

После 15-месячного перерыва 5 февраля 1971 г. на Луну была доставлена очередная сейсмическая станция. Экипаж «Аполлона-14» установил ее в районе кратера Фра-Мауро, в 180 км от первой действующей станции. Но на этом сейсмическая программа экспедиции не закончилась.

Астронавты Шепард и Митчел расставили в направлении север — юг через 47 м три высокочастотных (10-герцевых) сейсмометра. Затем через каждые 4—5 м они произвели 13 калиброванных ударов по грунту. Более далекий толчок на расстоянии 178 м дала реактивная струя при взлете лунного модуля. Кроме того, на профиле были поставлены установки для запуска гранат. Однако из-за неудачного расположения аппаратов, выстрелы пришлось отложить до окончания работы других приборов. Гранаты были запущены по команде с Земли и упали на расстояние до 524 м.

[Девушка]

Обоснование и первое использование новой модели для твердой Земли провел в 1967 г. А. В. Николаев (ИФЗП АН СССР). Для описания мелкой неоднородности он ввел I новый параметр — сейсмический коэффициент мутности, Подобно тому как объем тела характеризует его величину, но не говорит о форме, коэффициент мутности — эффективный параметр. Он позволяет расставить среды в ряд по степени неоднородности, хотя и не дает их точной характеристики. В зоне перехода от Азиатского континента к Тихому океану было обнаружено, что кора «мутнее» мантии и среда в целом становится «прозрачнее» при переходе от континента к океану.

Не все геофизики приняли новую модель охотно. Но пока на Земле шла дискуссия (мутна ли среда и удобна ли детерминированно-случайная модель?), начался сейсмический эксперимент на Луне. Первые же лунные сейсмограммы не оставили сомнений в жизнеспособности новых подходов.

Получилось так: земные сейсмологи пробивались от детерминированной модели к случайной. А лунная сейсмограмма была столь переполнена «случайностью», что извлечь из нее надежные сведения о глубинном устройстве нашего спутника оказалось делом не простым. Можно сказать, что земная сейсмограмма — это лунная, хорошо профильтрованная самой средой.

[Девушка]

С помощью ЭВМ можно просматривать большое число вариантов устройства Земли и выбирать модели, для которых совпадают расчетная и составленная по наблюдениям волновые картины. Но оказалось, сколько ни усложняй модель, ни увеличивай число слоев и параметров, хорошего совпадения не получишь, пока остаешься в рамках так называемых детерминированных моделей, предусматривающих точное знание всех параметров среды.

Предельная деятельность уменьшает точность, получается «ничего обо всем». Наоборот, сильное упрощение модели означает знание «всего ни о чем».

Выход был найден в идее использования детерминирования случайной модели: начиная с некоторого уровня детальности свойства среды описываются лишь статистически «в среднем». Такие модели в последние 10—15 лет Применяются в радиофизике, гидро - и атмосферной акустике. Житейски известные эффекты — мерцание звезд, И замирание радиосигналов — это не что иное, как флукгуанции амплитуд сигналов на мелких неоднородностях атмосферы.

[Девушка]

Характер лунных сейсмограмм подтверждает целесообразность введения в земную сейсмологию детерминировано случайной скоростной модели среды.

На этом вопросе следует остановиться подробнее. Сейсмология существует несколько десятков лет. За это время она добилась значительных успехов: открыты оболочки Земли, исследованы очаги землетрясений, разведаны полезные ископаемые и т. д.

Одна из задач сейсмологии — увидеть в записи колебаний поверхности, в сейсмограмме, образ недр планеты. Она именуется «обратной» сейсмической задачей (в отличие от «прямой» — рассчитать для заданной модели волновую картину). Поскольку реальная Земля сложна, при анализе материалов выбирают упрощенную модель, более или менее соответствующую натуре. Модель становилась сложнее по мере уточнения знаний о Земле и совершенствования теории распространения сейсмических волн, особенно в связи с внедрением в геофизику электронно-вычислительных машин.