CC BY
28БЕРЕГОВЫЕ УСТУПЫ ДРЕВНЕГО ОКЕАНА МАРСА КАК ПОКАЗАТЕЛИ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ ОЛЕДЕНЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО РЕЛЬЕФА ПЛАНЕТЫ
Сонин Г.В.
Казанский федеральный университет
COASTAL LEDGES OF THE ANCIENT OCEAN OF MARS AS EVIDENCES THE PAST CLIMATIC CHANGES AND THE RELIEF TRANSFORMATION
Sonin G. V.
Kazan Federal University.
АННОТАЦИЯ
Ставится под сомнение влияние цунами на положение береговых уступов древнего океана планеты Марс и дается приемлемое геологическое объяснение динамики развития рельефа планеты. Марсианские кратеры объясняются развитием термокарста и сравниваются с элементами рельефа полярной тундры планеты Земля.
ABSTRACT
Questioned the impact of the tsunami on the position of the coastal terraces of the ancient ocean of Mars and given a reasonable geological explanation. Martian craters are explained by the development of thermokarst and compared with the terrain of the Arctic tundra of planet Earth.
Ключевые слова: Оледенение, вечная мерзлота, термокарстовые кратеры, изостазия.
Keywords. Glaciation, isostasy, permafrost, thermokarst craters.
В статье Алексиса Родригеса с соавторами [1] из Планетологического института США приводятся карты рельефа и положения двух береговых линий древнего океана на Марсе (рис.1,2). Причем, верхний уровень береговых уступов располагается на разных высотах над низким от 120 м до 8000 м. Такие скачки альтитуды верхнего уровня авторы статьи связывают с гигантскими волнами цунами от падения крупных метеоритых тел через несколько миллионов лет, произошедших примерно 3,4 млрд лет назад. Внимательное изучение снимков, приведенных авторами статьи, показывает, что их аргументация с позиции геологии, мягко говоря, не выдерживает критики. Возможно другое объяснение, обнаруженного ими высотного перемещения верхней береговой линии.
Высотные скачки в перемещении верхнего уровня береговых уступов могут быть связаны с последствиями оледенения планеты, а именно с изо-статическими реакциями коры Марса на увеличение ледниковой нагрузки на полюсах планеты и ослабления ее под акваторией бывшего океана. Поясним, в чем тут дело и как это могло происходить.
Атмосферный перенос испаряющейся воды океана, при похолодании ведет к аккумуляции ее на полюсах в виде полярных ледяных шапок и изменяет нагрузку на кору планеты в целом. Рост ледяных шапок ведет к прогибанию марсианской коры на полюсах и выработке в глобальном рельефе соответствующего берегового уступа. Начавшееся спустя много миллионов лет потепление климата и таяние полярных льдов, привело к обратному процессу восстановлению равновесия и обратному пе-
ретоку подкоровых масс согласно закону изоста-зии. Такие перетоки могли сопровождаться разрывными деформациями коры, которые привели к «рваному» неравномерному подъему старого уровня береговых линий. Новая, вторичная береговая линия, при сокращении океана оказалась на 120 м ниже первичной. Но вскоре повторное похолодание и усиливющаяся аридизация климата уничтожило и остаточный океан, как и первичный, превратив его в полярные ледяные шапки и увеличив еще нагрузку на приполярные области. Планета превратилась в сухую морозную пустыню, на которой главным геологическим агентом вместо воды остались только ветры, переносящие тучи бурой по цвету лимонитной пыли - продукта перевевания ветрами осадочных пород со дна паресохшего океана. Подстилающий рыжую пыль темный слой, дающий в спектре четкую линию закисного железа, может быть, является обнажаемой кое-где ветрами коренной породы с не окисленным до конца железом. Скорее всего, именно этот слой темных пород, раньше представлял влажные грунты Марса, но на его окисление просто не хватило кислорода, полностью потраченного на образование лимонитной пыли верхнего слоя новейших отложений.
Изменение климата и наступление оледенения планеты приводило не только к переносу ранее существующей массы жидкого океана в ледяные шапки на полюсах, но и к переносу рыхлых осадочных пород с его, постепенно осушаемого дна и продуктов выветривания континентов, в виде пыли сухими холодными ветрами. Аккумуляции ее в полярных областях происходила с помощью увлажнения и задержания в составе льдов. Океан,
перешедший в твердую фазу, занимает ограниченную площадь вокруг полюса в виде ледяной шапки (рис.1), а отложения пыли вместе с влагой в приполярной области заняли гигантские территории вокруг. Под тяжестью льда и аккумулированных мно-госотметровых мерзлотных отложений марсианской пыли усиливало прогибание полярных областей и компенсировалось, за счет освобожденной от тяжести вод океана экваториальной области, испытавшей соответствующее изостатическое поднятие. Ответные процессы внутренней динамики, спровоцированные похолоданием и процессами эолового переноса и определили видимое сейчас положение старых береговых уступов на разных высотах. Только ледники могли вызвать такие деформации коры, чтобы береговые линии вокруг полярной области изменили свою высоту на сотни метров. Всплывание облегченной коры Марса в экваториальной зоне породило великие разломы, наблюдаемые как страшные шрамы на лике планеты в районе экватора. На Земле известен факт, например, что железные кольца на скалах, за которые норвежские викинги цепляли свои корабли, теперь поднялись до 600 - 900 м. над уровнем моря и все еще продолжают подниматься вместе с древней береговой линией Фенноскандии.
На снимках Марса дешифровщики - геолог Тимоти Паркер из NASA и члены группы Алекса Род-ригеса, обнаруживают старые береговые линии вплоть до высоты 8 км. Это очень большие амплитуды деформации коры Марса, значительно превышающие деформации коры Земли.
Трудность доказательства громадной площади оледенения связана с тем, что на Марсе пылевые бури постоянно заносят лед пылью и он становился не чисто белый, а покрытый плащом красной пыли, да и сам ледниковый щит нацело состоит из переслаивания льда и красной пыли (рис.3). Толщи пыли в сотни метров, обнаруженные на ледниках Марса увеличивали нагрузку, создаваемую льдом сконденсированной воды, образовав обширные поля вечно-мерзлых слоистых грунтов (криолито-сферу) вокруг полярных шапок, которые реагировали на изменения климата с некоторым запаздыванием. Ступенчатый рельеф полярной шапки у южного полюса (рис.1) очень наглядно демонстрирует громадную мощность таких наслоений. Но ледниковые накопления из-за пыли плохо просматриваются на снимках в пустынях вне зоны полярных шапок, хотя они там тоже огромны, и их рост усиливал прогибание коры через механизм изостазии и отражался на уровнях береговых уступов и глубине эрозионных врезов. Глубина врезов также связана с тем, что эолово-ледниковые отложения легче поддаются эрозии при таянии льдов в моменты потепления. На новых снимках орбитального аппарата Mars Global Surveyor (1997-2006) их заметили исследователи группы А.Родригеса, закартировав оба уровня бывших береговых линий океана. Это означает, что океан на Марсе был не маленький (по некоторым данным сравнимым с земным Атлантическим океаном), но в процессе оледенения Марса он
весь превратился в полярные льды типа нашей Антарктиды и Гренландии. Последующее потепление климата или прогрев насыщенной льдом и пылью криолитосферы эндогенным теплом вызывал медленное таяние льдов изнутри, что вело к разгрузке коры и смыву мощных отложений пыли с ледниковой шапки потоками талых вод, что показано на снимках (рис.3,4,6,7). Осадочные отложения, сформированные талыми водами (флювио-гляциальные образования) и деляпсивными оползнями на крутых склонах (рис.3, 6) легко выделяются, и опознаются геоморфологами, как по своим формам, так и по отсутствию следов метеоритной бомбардировки. Кратеры, видимые на таких молодых отложениях, имеют другое, не ударное происхождение (об этом речь ниже). Русла рек в глубоких каньонах типа каньона Маринера (рис.4), приуроченные к разрывным деформациям под плащом осадочных образований, которые мы видим теперь на планете, выработаны именно в фазу таяния льдов.
Нет необходимости выдвигать гипотезу цунами до высоты 8 км. Цунами это быстрый процесс, который может создавать эрозионные рытвины, но не может создавать береговые уступы и террасы. По моему мнению, все названные факты свидетельствуют, что именно процесс оледенения вызвал постепенное осушение климата, развитие ветровой эрозии и аккумуляцию эоловых отложений вместе с влагой у полюсов, вызвав соответствующие изо-статические деформации коры.
Выработка второй, более низкой по абсолютной высоте, береговой линии и глубоких речных каньонов происходила именно в эпоху межледникового потепления. Протаивание запыленного ледникового щита, например, создало речную долину, выходящую из кратера (рис.7), который имеет вовсе не ударное или вулканическое происхождение, а является обычным термокарстовым образованием. В это же межледниковое время, возникали формы морозного пучения грунтов или настоящие булгунняхи (или пинго), какие можно наблюдать у нас в Якутии [3], территория которой тоже была когда-то сухой морозной тундрой, сформированной над 1,5 км слоем вечной мерзлоты или криолитосферы этой территории. Именно за счет большого количества кратеров термокарстового происхождения и форм морозного пучения грунтов в кратерной статистике Марса образуется 20-и кратный перевес и нестыковка со статистикой падения метеоритов, отмеченная Биндером [4]. Таяние захороненных в пыли льдов криолитосферы процесс медленный, и кора медленно всплывала как наш Скандинавский щит на планете Земля по окончании оледенения. Марсианская кора, более легкая и податливая, реагировала так, что некоторые участки старой береговой линии, оказались приподняты до высоты 8(?) км. Блоки льдов отмеченные группой Родригеса и видимые на одном из рисунков в оригинале их статьи, могут быть.остатками плавающих когда-то прибрежных айсбергов или шельфовых льдов, севших на мель, как льды антарктических ледников Ронне, Росса или моря Беллинсгаузена.
Линейные тектонические структуры, часто маскируемые чехлом осадков и пылью, тоже говорят в пользу изостатического механизма деформаций коры. Если точнее определить время, прошедшее между двумя стояниями уровня океана, то можно вычислить вязкость астеносферы Марса, как Бено Гутенберг в свое время вычислил вязкость астеносферы Земли, зная датировку и высоты береговых террас на побережье Балтики, Великих американских озер и уступов вокруг Гудзонова залива
[5].
Для сравнения и большей убедительности я привожу примеры кратеров мерзлотного пучения грунтов в полярной тундре некоторых районов северного полушария Земли (рис.6,8 - 11). Масштабы земных и марсианских кратеров, естественно сильно разнятся - понятно, что это связано и с глубиной промерзания грунтов и с обилием влаги в них. Земные бугры пучения значительно меньше по размеру именно из-за малой глубины нейтрального слоя (менее 30м) и сплошной обводненности нашей тундры. Большая амплитуда температурных су-точно-сезонных колебаний на Марсе (почти 100 -150 К) и отсутствие жидкой воды определяет и большую глубину его нейтрального слоя [6], и соответственно большие размеры бугров, кратеров и масштабов стока выжимаемой из них талой воды (рис.7).
Исследования снимков Марса следует продолжить и получить те сведения о мерзлотных процессах и изостазии коры Марса, которые я назвал. Они продвинут наше понимание геологии и геоморфологии красной планеты. Испарение воды поглощало много тепла, а конденсация ее над полюсами делало атмосферу более прозрачной для уходящего инфракрасного (обратного) излучения и менее теплоемкой из-за сухости и поэтому оледенение Марса, надо думать, процесс самоподдерживающийся и перманентный. Из парниковых газов, на Марсе, остался только углекислый газ, поскольку вся вода из атмосферы была изъята ледниками, и сохранилась только в его вечно-мерзлых грунтах. На наш взгляд не следует связывать разницу высот террас с цунами, изостазия ледниковых деформаций вполне может справиться с такими амплитудами. Просто сейчас мы еще не знаем масштаба перенесенного и отложившегося на полюсах осадочного эолового материала и веса аккумулированной в виде льда воды Палеоокеана Марса. Полученные орбитальными аппаратами высококачественные снимки помогли нам понять роль климата в истории поверхности Марса и могут много чего еще рассказать о его геологической истории и причинах оледенения планет вообще.
Рис.1. Карта рельефа Марса и полярных шапок на северном и ожном полюсах.
Рис.2. Серия карт, приведенных в сообщении группы А.Родригеса (черная и красная линии - положение двух береговых уступов бывшего марсианского океана).
Рис. 3. Картина подтаивания слоя вечной мерзлоты и образования оплывин (цирков) и скоплений талых грунтов под склоном. Все потоки выходят с одного уровня таяния подземного льда, на левом снимке видна терраса опускания и многочисленные блоки деляпсивных оползней на обоих снимках различного возраста, в самом низу склона следы старых деформаций грунта, занесенные тонким чехлом пыли. На правом снимке оползневые блоки залегают в виде перевеваемых ветром бугров, аналогов бугров Бэра (?)
в низовьях Волги.
Рис.4. Рельеф в районе большого каньона Маринера на Марсе. Видны оползневые террасы и гигантские овраги стока подземных вод тающей вечной мерзлоты. На правом снимке подобная картина оползней и стоков на одном из склонов Камчатского вулкана. Верхняя часть склона находится внизу снимка, из-за
чего создается впечатление обратной перспективы.
Рис.5,6. Речные русла на Марсе и их соотношение с «кратерами», светлыми и темными пятнами. На самом деле не все кратеры имеют ударное или вулканическое происхождение. На правом снимке кратеры имеют термокарстовое происхождение, у некоторых из них сохранилась центральная горка - результат морозного пучения вечно - мерзлого грунта, как в полярной тундре планеты Земля. Из таких кратеров осуществлялся сток талых вод из грунтов криолитозоны.
Рис. 7. Бугры пучения в марсианской вечной мерзлоте получаются аккуратными и гладкими. Размеры их больше земных из-за большой мощности деятельного слоя или большой глубины залегания нейтрального слоя. Правый на снимке кратер имеет неоднородное строение деятельного слоя, на маленьких кратерах еще сохранилась центральная горка морозного пучения. Центральный на снимке кратер имеет большую глубину и большой объем талого грунта, так что лишняя вода, выдавленная наверх, переполняла кратер и стекала, образуя рядом озеро. Кратер в левом верхнем углу представляет типичный алас якутской тундры, у него есть краевой вал и просевшее полностью плоское дно бывшего озера. Темные пятна справа - обнажившийся ветровой эрозией коренной слой с закисным железом в составе грунта.
Рис. 8. Рельеф громадных круглых мелких озер, якутских аласов, из которых вытекали потоки, возникшие при таянии глубоких горизонтов вечной мерзлоты. Центральные горки - это бугры морозного пучения грунтов, образующиеся при сезонном промерзании - аналоги кратеров Колпакова Витимского нагорья [3] или булгунняхов Восточной Сибири.
Рио. 12. Плавающие (окруженные водой) крупные линго (булгунняхи) в дельте р. Маккензи, расположенные в непосредственной близости к пос. Тактаяктак. Фото З.Пике
Рис. 9. Булгунняхи в дельте реки Маккензи (Канада). Обилие воды в тундре планеты Земля делает кратеры пучения небольшими по размеру из-за небольшой мощности деятельного слоя сезонного промерзания и протаивания на вечной мерзлоте.
Рис.10. Булгуннях - бугор морозного пучения грунта в устье Колымы, перешедший в следующую стадию - стадию проседания, как кратер Колпакова на Витимском плоскогорье на рис.11.
Рис.11. Аэрофотоснимок и вид кратера Колпакова, морозного пучения в крепких известняках верхнего протерозоя, выжатых из глубины давлением сезонно-намерзающих льдов у выхода на склоне горизонта
подземных вод.
Литература
1. http://www.nature.com/articles/srep25106,
2. http://www.gazeta.ru/sci-ence/2016/05/19_a_8250185.shtml ,
3. Сонин Г.В. Кратер Колпакова в Восточной Сибири и воронки газовых извержений на Ямале могут иметь одинаковое происхождение. // Журнал Евразийского Союза Ученых (ESU), №5(26), ч.3, Москва, 26.05.2016, с.135-139.
4. Binder A.B., Martian craters (comparison of statistical counts. Science, 164, 297-299, (1969).
5. Гутенберг Б. Физика земных недр. ИИЛ, Москва, 1963, с 225-234.
6. Сонин Г.В. Теплофизические свойства поч-вогрунтов и температура нейтрального слоя территории СНГ.// ХХХ-й Геологический конгресс, Пекин, Китай,1996; и Научно-технический журнал «Георесурсы», №1(5), Казань, 2001, с.16-19.
7. Доклад на Астрономической Конференции в г. Казани 23-25.08.2016. Электронный ресурс:......
