Вулканизм на Луне представлен наличием вулканов , пирокластических отложений и обширных лавовых равнин на лунной поверхности. Вулканы, как правило, имеют форму небольших куполов и конусов, которые образуют крупные вулканические комплексы и изолированные сооружения. Кальдеры , крупномасштабные обрушения, обычно образующиеся в конце вулканического извержения, исключительно редки на Луне . Лунные пирокластические отложения являются результатом извержений лавовых фонтанов из базальтовых магм, содержащих летучие вещества , быстро поднимающихся из глубоких мантийных источников и извергающихся в виде брызг магмы, образуя крошечные стеклянные бусины. Однако считается, что на Луне существуют также пирокластические отложения, образованные менее распространенными небазальтовыми эксплозивными извержениями . Лунные лавовые равнины покрывают большие полосы поверхности Луны и состоят в основном из объемных базальтовых потоков. Они содержат ряд вулканических образований, связанных с охлаждением лавы, включая лавовые трубки , борозды и извилистые хребты .
Луна была вулканически активна на протяжении большей части своей истории, первые вулканические извержения произошли около 4,2 миллиарда лет назад. Вулканизм был наиболее интенсивным между 3,8 и 3 миллиардами лет назад, в течение которых была создана большая часть лунных лавовых равнин. Первоначально считалось, что эта активность прекратилась около 1 миллиарда лет назад, но более поздние данные свидетельствуют о том, что менее масштабный вулканизм мог происходить в последние 50 миллионов лет. Сегодня на Луне нет действующих вулканов, хотя значительное количество магмы может сохраняться под лунной поверхностью.
.png/1280px-Lava_flows_in_Mare_Imbrium_(AS15-M-1558).png)
В 1610 году итальянский астроном Галилео Галилей ошибочно принял лунные лавовые равнины за моря, наблюдая за Луной через один из первых телескопов. Поэтому Галилей назвал их maria по латинскому слову «моря». Впервые чашеобразные углубления, разбросанные по всему лунному ландшафту, были предложены как вулканы в 1665 году британским химиком Робертом Гуком . Их вулканическое происхождение подкреплялось их сходством с кратерами Флегрейских полей в Италии , хотя и гораздо большими. Французский астроном Пьер Пюизо предположил, что кратеры Луны представляют собой обрушившиеся вулканические купола, которые выпустили все свои газы. Пьер-Симон Лаплас , другой французский астроном, в 18 веке предположил, что метеориты — это вулканические снаряды, выброшенные из лунных кратеров во время крупных извержений. [1] Британский астроном Уильям Гершель в одной из своих ранних работ утверждал, что видел три вулкана на Луне в конце 1700-х годов, которые позже оказались пепельным светом . [2]
Происхождение лунных кратеров оставалось спорным на протяжении всей первой половины 20-го века, сторонники вулканологии утверждали, что яркие лучи, исходящие из некоторых кратеров, были полосами вулканического пепла, похожими на те, что были обнаружены на горе Асо в Японии. Астрономы также сообщали о вспышках света и красных облаках над кратерами Альфонс и Аристарх . [1] Доказательства, собранные во время программы «Аполлон» (1961–1972) и с беспилотных космических аппаратов того же периода, окончательно доказали, что метеоритный удар или удар астероидов для более крупных кратеров был источником почти всех лунных кратеров, и, как следствие, большинства кратеров на других телах.
После ударного кратерообразования вулканизм является наиболее доминирующим процессом, который изменил лунную кору . Большая часть этих изменений сохранилась из-за отсутствия тектоники плит на Луне, так что лунная поверхность изменилась незначительно на протяжении геологической истории Луны. Лунный вулканизм в основном был ограничен ближней стороной Луны, где базальтовые лавовые равнины являются доминирующей вулканической особенностью. [3] Напротив, положительные топографические особенности, такие как купола, конусы и щиты, представляют собой лишь малую часть лунной вулканической летописи. Вулканы и лавовые равнины были обнаружены на обеих сторонах Луны. [3] [4]
.png/1280px-Oceanus_Procellarum_(LRO).png)
Лунные моря — это большие базальтовые равнины, которые покрывают более 15% поверхности Луны. Они являются наиболее очевидными вулканическими образованиями на Луне, которые выглядят как темные топографические особенности, если смотреть невооруженным глазом. Многие из них, как правило, покрывают дно крупных ударных бассейнов и поэтому обычно имеют круглую форму, а некоторые меньшие моря заполняют дно ударных кратеров. [5] Основные лунные моря имеют размер от более 200 км (120 миль) до примерно 1400 км (870 миль) и уступают только более крупному Океану Бурь , диаметр которого составляет примерно 2590 км (1610 миль). [5] [6] [7] Обычно их толщина составляет от примерно 500 до 1500 м (от 1600 до 4900 футов), а отдельные потоки лавы имеют толщину от 10 до 20 м (от 33 до 66 футов). Это говорит о том, что каждое извержение является результатом нескольких перекрывающихся извержений. [5]
Возраст морских базальтов был определен как прямым радиометрическим датированием , так и методом подсчета кратеров . Радиометрический возраст составляет от 3,16 до 4,2 миллиарда лет, тогда как самый молодой возраст, определенный с помощью подсчета кратеров, составляет около 1,2 миллиарда лет. [8] [9] Тем не менее, большинство морских базальтов, по-видимому, извергалось между 3 и 3,5 миллиардами лет назад. [10] Несколько базальтовых извержений, которые произошли на обратной стороне Луны, являются старыми, тогда как самые молодые потоки обнаружены в Океане Бурь на ближней стороне. В то время как многие из базальтов либо извергались внутри, либо вливались в низколежащие ударные бассейны, самое большое пространство вулканических единиц, Океан Бурь, не соответствует ни одному известному ударному бассейну.
Причина, по которой морские базальты преимущественно расположены на ближнем полушарии Луны, все еще обсуждается научным сообществом. На основании данных, полученных в ходе миссии Lunar Prospector , представляется, что большая часть запасов теплопроизводящих элементов Луны (в форме KREEP ) находится в регионах Океана Бурь и бассейна Дождей, уникальной геохимической провинции, которая теперь называется Террейном Бурь KREEP . [11] [12] [13] Хотя увеличение производства тепла в Террейне Бурь KREEP, несомненно, связано с продолжительностью и интенсивностью вулканизма, обнаруженного там, механизм, посредством которого KREEP сконцентрировался в этом регионе, не согласован. [14]
На Луне присутствует ряд куполов и конусов, но такие особенности, вероятно, сформировались иначе, чем на Земле. [33] Поскольку гравитация на Луне составляет всего одну шестую от земной, лунный вулканизм способен выбрасывать выбросы гораздо дальше, оставляя мало для накопления около жерла. [4] [33] Вместо вулканического конуса такие лунные извержения должны образовывать широкий, тонкий слой вокруг жерла. На Земле лавовые купола образуются из очень вязкой , пастообразной лавы. Базальтовые лавы более жидкие и имеют тенденцию образовывать широкие, плоские потоки лавы. На Луне большинство куполов и конусов, по-видимому, состоят из базальтов. В результате они вряд ли образовались, как земные купола, из толстой, небазальтовой лавы. Вместо этого лунные купола и конусы могут отмечать места, где извергнутые базальты были едва расплавлены. [33]
.png/1280px-Marius_Hills_(LROC-WAC_Nearside_mosaic).png)
.png/1280px-Mons_R%C3%BCmker_(LROC-WAC_Nearside_mosaic).png)
Лунные купола редко встречаются изолированно. Вместо этого они чаще всего образуются группами по всем лунным лавовым равнинам. [34] Ярким примером являются холмы Мариус , один из крупнейших вулканических комплексов на Луне. [34] [35] Они состоят из нескольких конусов и куполов, которые занимают вершину широкого топографического выступа, который может быть лунным эквивалентом щитового вулкана . [34] Комплекс возвышается на 100–200 м (330–660 футов) над окружающими равнинами и образует лавовое плато площадью 35 000 км 2 (14 000 кв. миль). Всего было идентифицировано 59 конусов и 262 купола диаметром от 2 до 25 км (1,2–15,5 миль). [35]
Mons Rümker — это меньший комплекс, внешне похожий на холмы Мариус. [34] Он включает плато площадью около 2000 км 2 (770 кв. миль) и возвышается на 200–1300 м (660–4270 футов) над окружающей поверхностью. В Mons Rümker были идентифицированы три основных базальтовых образования возрастом от 3,51 до 3,71 млрд лет, хотя самыми молодыми вулканическими образованиями могут быть крутые купола на поверхности плато, поскольку они показывают признаки активности до эратосфена . Более 20 куполов лежат над плато и являются наиболее заметными вулканическими формами рельефа Mons Rümker. [36]
Купола Грюйтхейзен на северо-западе Моря Дождей состоят из двух вулканических построек: Монс Грюйтхейзен Гамма на севере и Монс Грюйтхейзен Дельта на юге. [37] Они расположены на краю ударного кратера и отличаются по цвету от окружающих пород. Купола могут отмечать редкий случай небазальтового вулканизма на Луне. [38] Монс Ханстен , купол примерно треугольной формы на южном краю Океана Бурь, является еще одним примером редкого небазальтового лунного вулкана. Он состоит из высококремнистого материала, который был извергнут примерно 3,5–3,7 миллиарда лет назад из жерл вдоль северо-восточных, северо-западных и юго-западных простирающихся трещин. [39]
Вулканический комплекс Комптона -Белковича (CBVC) представляет собой неморскую структуру шириной 25 км (16 миль) и длиной 35 км (22 мили) на обратной стороне Луны. Он отличается от других лунных вулканических структур своей развитой литологией , региональной тектонической обстановкой, расположением вблизи северного полюса , вдали от террейна Procellarum KREEP и недавней связью с эндогенной водой. В середине CBVC находится депрессия неправильной формы, ограниченная уступами сбросов , которая, как полагают, является кальдерой. Чуть западнее находится структура шириной примерно 10 км (6,2 мили) и длиной 18 км (11 миль), называемая Западным куполом. Вулканическая конусообразная структура, называемая Восточным куполом, находится вблизи восточного края кальдеры. Она имеет более или менее северно-южное направление, длиной 12 км (7,5 миль) и шириной 7 км (4,3 мили). [40] К северу от кальдеры находится объект под названием Малый купол, диаметром 500 м (1600 футов). Дальше на север находится вытянутый купол, ориентированный с севера на юг, называемый Средний купол. Он имеет длину 2,5 км (1,6 мили) и ширину 0,6 км (0,37 мили). Как Малый купол, так и Средний купол имеют на вершине валуны, которые могут быть вулканическими блоками . [41] Большой купол, также известный как Северный купол, находится дальше на севере на краю CBVC. [40] [41] Он имеет диаметр 2,5 км (1,6 мили) с углублением наверху. [41] Распределение частоты размеров малых кратеров дало неубедительные результаты для определения времени вулканизма CBVC, с возрастом от менее 1 миллиарда лет до более 3 миллиардов лет. [42]
Хотя давно известно, что лавовые трубки существуют на Земле, лишь сравнительно недавно было подтверждено, что они также существуют на Луне. Их существование иногда обнаруживается по наличию «светового люка», места, в котором крыша трубки обрушилась, оставив круглое отверстие, которое можно наблюдать с лунных орбитальных аппаратов . [43] [44] Область, показывающая лавовую трубку, — это район холмов Мариус. [45] В 2008 году отверстие в лавовой трубке в этой области, возможно, было обнаружено японским космическим аппаратом Кагуя . [46] Световой люк был сфотографирован более подробно в 2011 году лунным разведывательным орбитальным аппаратом НАСА , на котором видны как яма шириной 65 метров, так и дно ямы примерно на 36 м (118 футов) ниже. [44] [47] В 2023–2024 годах были проанализированы радиолокационные изображения кратера Mare Tranquillitatis , полученные с помощью аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА, и установлено, что он образовался в результате обрушения лавовой трубки, что привело к образованию пещерного канала длиной не менее десятков метров, что доказывает существование лунных пещер. [48] В Mare Serenitatis также могут быть лавовые трубки . [49] [50]
Лунные лавовые трубки потенциально могут служить ограждениями для человеческих жилищ. [46] [49] [51] Могут существовать туннели диаметром более 300 м (980 футов), лежащие под 40 м (130 футов) или более базальта, со стабильной температурой −20 °C (−4 °F). [52] Эти естественные туннели обеспечивают защиту от космической радиации , солнечной радиации, метеоритов, микрометеоритов и выбросов от ударов. Они изолированы от экстремальных температурных колебаний на поверхности Луны и могут обеспечить стабильную среду для жителей . [53]
Около краев лунного моря находятся темные слои материала, которые покрывают многие тысячи квадратных километров. Они содержат много маленьких сфер оранжевого и черного стекла, которые, вероятно, образовались из маленьких капель лавы, которые очень быстро остыли. Такие капли, как полагают, являются выбросами из фонтанов лавы, которые были больше, чем на Земле. [54] Самые большие известные месторождения находятся в Таурус-Литтров , Синус Эстуум , Сульпиций Галл , Рима Боде, Маре Вапорум, Маре Влажность и плато Аристарх в центральной ближней стороне Луны. [55]
Многие более мелкие пирокластические отложения имеют диаметр всего несколько километров и почти всегда располагаются вблизи моря или на дне крупных ударных кратеров, хотя некоторые также лежат вдоль четких линий разломов . [54] Они, вероятно, были образованы небольшими вулканическими взрывами, поскольку большинство из них содержат небольшую удлиненную или неправильной формы центральную яму или кратер. [54] [56] Примеры сохранились вдоль края дна кратера Альфонс, ударного кратера на восточном краю Моря Нубий. [56]
Простираясь примерно на 7 км (4,3 мили) к востоку-юго-востоку от CBVC, находится область с высокой отражательной способностью , которая может быть отложением пирокластического потока . Его отражательная способность сильнее в диапазоне от 7,1 до 7 мкм (от 0,00028 до 0,00028 дюйма), что указывает на то, что кварц или щелочной полевой шпат являются основными компонентами. [41] Остатки взрывчатых веществ также кажутся разбросанными к востоку примерно на 300 км (190 миль), покрывая площадь 70 000 км 2 (27 000 кв. миль). Большая протяженность этого пирокластического отложения обусловлена низкой гравитацией Луны, так что гигантское взрывное извержение из CBVC смогло распространить обломки по площади, намного большей, чем это было бы возможно на Земле. [57]
Это длинные узкие углубления на поверхности Луны, которые напоминают каналы . Их точное формирование еще предстоит определить, но они, вероятно, были образованы разными процессами. Например, извилистые борозды извиваются по изогнутому пути, как зрелая река, и, как полагают, представляют собой лавовые каналы или остатки обрушившихся лавовых трубок. [58] Обычно они простираются от небольших ямных структур, которые, как полагают, были вулканическими жерлами. [58] [59] Долина Шретера между Морем Дождей и Океаном Бурь является крупнейшей извилистой бороздой. [59] Другим ярким примером является Борозда Хэдли , которая образовалась почти 3,3 миллиарда лет назад. [59] [60]
Дугообразные борозды имеют плавную кривизну и находятся на краях темных лунных морей. Считается, что они образовались, когда потоки лавы, создавшие море, остыли, сжались и затонули. [61] Они встречаются по всей Луне; яркие примеры можно увидеть около юго-западной границы Mare Tranquillitatis и на западной юго-восточной границе Mare Humorum. [62]
Анализ образцов магмы Луны, полученных миссиями Аполлон, показывает, что вулканизм на Луне создал относительно толстую лунную атмосферу в течение 70 миллионов лет между 3 и 4 миллиардами лет назад. Эта атмосфера, полученная из газов, выброшенных извержениями лунных вулканов, была в два раза толще, чем атмосфера современного Марса . Было высказано предположение, что эта древняя атмосфера могла поддерживать жизнь, хотя никаких доказательств жизни обнаружено не было. [63] Древняя лунная атмосфера в конечном итоге была унесена солнечными ветрами и рассеяна в космосе. [64]
Частичное плавление лунной мантии и размещение базальтов Океана Бурь могло вызвать наклон оси Луны 3 миллиарда лет назад, в течение которых лунные полюса сместились на 125 миль (201 км) в их современные положения. Это полярное смещение выводится из полярных водородных отложений, которые являются антиподальными и смещены равномерно от каждого полюса вдоль противоположных долгот. [65]
В 2014 году НАСА объявило о «широко распространенном свидетельстве молодого лунного вулканизма» в 70 нерегулярных морских пятнах, обнаруженных Lunar Reconnaissance Orbiter, некоторым из которых менее 50 миллионов лет. Это повышает вероятность гораздо более теплой лунной мантии, чем предполагалось ранее, по крайней мере, на ближней стороне, где глубокая кора существенно теплее из-за большей концентрации радиоактивных элементов. [66] [67] [68] [69] Незадолго до этого были представлены доказательства более молодого базальтового вулканизма на 2–10 миллионов лет внутри кратера Лоуэлл , [70] [71], расположенного в переходной зоне между ближней и дальней сторонами Луны. Первоначально более горячая мантия и/или локальное обогащение теплопроизводящих элементов в мантии могут быть ответственны за длительную активность также на дальней стороне в бассейне Ориентале. [72] [73] В настоящее время на Луне нет активных вулканов, хотя данные о лунотрясениях, опубликованные в 2012 году, предполагают, что под поверхностью Луны находится значительное количество магмы . Отсутствие активного вулканизма на Луне может быть связано с тем, что магма слишком плотная, чтобы подняться на поверхность. [74]
