День научного творчества студентов МГУ 2 марта 2003г.
Геологический факультет. Тезисы докладов

Проявление процесса морозобойного растрескивания на Земле и на Марсе

Абраменко О. Н. (студент 3 курса группы 308 – геокриология)

Целью данной работы является изучение проявлений процесса морозобойного растрескивания пород на Земле и на Марсе. Эта проблема представляет как самостоятельный интерес, так и даст новые импульсы для понимания и, возможно, переосмысления ряда представлений о процессах протекающих в криолитозоне Земли. Мерзлые, морозные или переохлажденные породы, как естественно - исторические образования, не являются чем-то исключительным, присущим только Земле. Они широко развиты в пределах других планет, в частности на Марсе - планетном теле с постоянным присутствием льда в полярных шапках. Усредненная температура его поверхности составляет –63°С. Наличие на Марсе мощной криосферы (от полюсов до экватора), определяет формирование оболочки промерзания, которая может быть основным резервуаром воды на планете.

Морозобойное растрескивание, как природный геокриологический процесс, широко распространен на территории многолетнемерзлых пород Земли. Морозобойные трещины обычно представляют собой тетро- и гексагональные полигоны, занимающие обширные территории. Наиболее часто размеры полигонов колеблются от 10 до 30 метров и зависят, как показано в работах Н. Н. Романовского, Т. И. Каплиной, С.Е. Гречищева и других, от амплитуды и периодов температурных колебаний, мощности снежного покрова, прочностных и физико-химических свойств мерзлых пород. Максимальный размер решетки повторно-жильного льдообразования наблюдался на низких морских террасах, где он достигал 70÷100 метров в поперечнике. Мы наблюдали полигональные формы на участках, прилегающих к трассе магистральных газопроводов Ямбург-Ныда. Трасса представляет собой плоскую и полого-холмистую аккумулятивную равнину с абсолютными высотами от 10÷15 до 70÷75 м расположенную на Тазовском полуострове. Основные геокриологические условия района указаны в работе Е. С. Мельникова (Мельников, 1987).

Рис. 1. Полигональные формы рельефа на участке трассы магистральных газопроводов Ямбург-Ныда (снимок № 42 км. 110).

На участке трассы магистральных газопроводов было выделено 2 принципиально отличающихся генетически типа полигонально-жильных структур. Первый - это полигоны представляющие собой трещины, расположенные между валиками, внутри полигона – озерки (рис.1). Где-то они полностью залиты водой, где-то лишь частично. Схема строения полигональных структур, в которой внутри валиков расположены трещины и озерки внутри является классической, согласно которой можно предположить, что здесь расположены растущие жилы льда. Второй тип это полигоны с темными каналами (рис. 2). Этот тип структур указывает на “умирающие” жилы льда. Это термокарст по повторно-жильным льдам, т.е. они не растут а протаивают. По форме преобладают полигоны прямоугольной геометрии. Это по схеме Б. Н. Достовалова (Достовалов и др., 1978) говорит о присутствии трещин двух генераций. Трещины первой генерации образуются параллельно обрывам, трещины второй генерации перпендикулярно. Остальные полигональные структуры различны по форме: треугольные, пятиугольные, шестиугольные. Множество трещин приурочены к обрывам рек. В целом для прямоугольных полигонов, а также полигонов с валиками размеры в среднем составляю 15 метров. Остальные полигоны имеют размеры от 20 до 25 метров.

Рис. 2. Полигональные формы рельефа на участке трассы магистральных газопроводов Ямбург-Ныда (снимок № 68 км. 59).

Впервые существование полигонального рельефа на Марсе отмечено на панорамных снимках, полученных с места посадки орбитального комплекса “Викинг”, а предположение, что такие формы рельефа обусловлены процессом морозобойного трещинообразования были высказаны Р.О. Кузьминым (Кузьмин, 1983). В настоящее время сравнительным анализом проявления процесса занимается лаборатория криологии планет нашей кафедры (Ершов и др, 2003). Современные космоснимки высокого разрешения, полученные при помощи марсианской орбитальной камеры (MOC) с комплекса “Mars Global Surveyor” предоставили, многочисленные морфологические доказательства существования полигонов морозобойного растрескивания. Они локализуются как в северном полушарии на широтах выше 40⁰ (выявлено более пяти десятков участков), так и в южном начиная с широт 55⁰ (около трех десятков). Эти формы находятся в широтной области, где при современных климатических условиях планеты лед Н₂О является стабильным в верхних горизонтах и на участках где по только что опубликованным в “Сайнсе” результатам гамма- и нейтронной спектроскопии марсианской поверхности, проведенной с корабля “Марс Одиссей” отмечено наличие водного (Н₂О) льда-I (Mitrofanov, 2002) .

Рис. 3. Полигональный микрорельеф на Северной равнине Марса: фрагмент космоснимка № MO2-150 (65.530N, 312,1440W)

На участках Северной равнины Марса (рис. 3) были обнаружены полигональные сети с ортогональной системой пяти- и шестиугольных форм с ясной идентификацией внутриполигональных ванн, и трещин, окруженных валиками. Размер полигонов варьирует от 20 м до 200 м, при среднем значении около 100 м. Прямоугольная полигональная сеть представлена фрагментом космоснимка участка равнины Утопия на Марсе (рис. 4). Размеры полигонов колеблются от 40 до 180 м при среднем значении около 80 м, и также преобладает трехлучевое сочленение трещин. Границы полигонов, если исходить из характера и интенсивности альбедо, могут интерпретироваться, как канавообразные понижения, ширина которых достигает 8÷10 метров.

Рис. 4. Полигональный микрорельеф на равнине Утопия Марса: фрагмент космоснимка № MO2-02863 (43,50N, 269,30W)

Сопоставление полигонов показало сходство морфологии, однако размер марсианских полигонов значительно больше (120÷200 м), что связывается с температурными условиями. В высоких широтах Марса, кроме реликтовых наблюдаются развивающиеся полигональные формы, индикатором чего являются валики вокруг трещин и внутриполигональные ванны.

Литература

1.        Геокриологические условия Западно-Сибирской газоносной провинции / Под ред. Мельникова Е.С.. - Новосибирск: Наука, 1987.

2.        Достовалов Б. Н., Кудрявцев В. А.,. Общее мерзлотоведение. М: Изд-во МГУ.1978.

3.        Кузьмин Р.О. Криолитосфера Марса. Москва. Наука. 1983.

4.         Ершов Э.Д., Комаров И.А., Козлов А.Н., Пустовойт Г.П., Исаев В.С. Сравнительный анализ полигонального микрорельефа на Земле и Марсе, Вестник МГУ, в печати (2003).

5.         Mitrofanov, I.G. et al., Maps of subsurface hydrogen from the high energy neutron detector, Mars Odyssey. Science, v. 297, 78-81, 2002.