Новы и арахноиды на Венере: геологическое строение, классификация и эволюция

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. На протяжении последних десятилетий непрерывно возрастает интерес к геологии планет Солнечной системы, особенно в отношении планет земной группы, в том числе Венеры. Для этой планеты характерно многообразие тектонических структур. Одно из ведущих мест по распространению на ее поверхности занимают радиально-концентрические вулканотектонические структуры, такие как новы и арахноиды. Они являются важной составляющей геологической истории Венеры, и их изученность явно не соответствует их распространению и роли в системе вулканических и тектонических процессов на этой планете, что и определяет актуальность работы. Существующие геолого-геофизические модели, рассматривающие процессы их образования и эволюции вследствие воздействия на литосферу Венеры поднимающихся и испытывающих гравитационную релаксацию магматических диапиров, недостаточно подробны. Остаются неясны механизмы и эволюционная последовательность образования тектонических и морфологических структур нов и арахноидов, а также период их активности. Применение методов фотогеологического картирования, структурного анализа и тектонофизического моделирования при изучении нов и арахноидов оказалось плодотворным. Полученные данные весьма перспективны для выявления механизмов их образования и определения периода их активности, а так как это структуры, характерные для поверхности планеты, то и для понимания геодинамики Венеры в целом.

Цель работы. Целью работы является изучение особенностей геологического строения нов и арахноидов, выявление и обоснование последовательности деформационных событий при их формировании и создание непротиворечивой модели их эволюции.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

• Изучить геологическое строение всей популяции нов и большой части арахноидов, на основании чего попытаться классифицировать эти структуры в зависимости от их топографических характеристик и присущих им структурных рисунков.

• Попытаться определить период активности нов и арахноидов относительно принятых для Венеры стратиграфических маркеров.

• Создать тектонофизические модели, с помощью которых было бы возможно воспроизвести процессы формирования и эволюции деформационных структур при образовании нов и арахноидов.

• На основании результатов фотогеологического анализа, тектонофизического моделирования и их сопоставления с исследованиями предшественников предложить возможные механизмы и сценарии образования и эволюции нов и арахноидов в зависимости от различных геологических обстановок их формирования.

Методы исследований. Для решения поставленных задач, наряду с традиционными для планетологии методами фотогеологического картирования, использовалось тектонофизическое моделирование, хорошо зарекомендовавшее себя при изучении тектонических структур Земли. Также проводилось сопоставление с существующими геолого-геофизическими моделями образования радиально-концентрических структур Венеры и вулканотектонических структур Земли.

Фактический материал. Фотогеологическая часть работы основана на анализе радарных изображений и топографии по данным КА "Магеллан". Изучено 64 новы и 53 арахноида (более 150 радарных изображений). Другая часть исследований основана на анализе результатов тектонофизического моделирования, включавшего в себя четыре серии опытов.

Научная новизна работы. Впервые проведено комплексное геологическое изучение двух широко распространенных классов радиально-концентрических структур Венеры. В работе впервые предложена классификация всей популяции нов и большого количества арахноидов на основании их топографической формы, характерных для них структурных рисунков и кинематики деформационных структур. По результатам исследований предложены механизмы и сценарии их эволюции в зависимости от влияния различных геологических факторов. Эти сценарии приведены в соответствие с геолого-геофизическими моделями образования этих структур. На основании исследований удалось существенно доработать и детализировать существующие модели, в отдельных случаях пересматривая их. Также впервые определен период активности нов и части арахноидов относительно стратиграфических маркеров для поверхности Венеры.

Практическое значение работы. Практическое значение работы, в первую очередь, определяется методическими подходами к изучению проблемы образования нов и арахноидов, которые заключаются в применении комплексных геологических исследований, основанных на фотогеологическом анализе объектов поверхности Венеры, их топографии, и тектонофизическом моделировании их образования и эволюции. Результаты исследований применимы, с определенными поправками, к изучению земных вулканотектонических структур, морфология которых, в отличие от венерианских, практически всегда искажена процессами эрозии и осадконакопления.

Апробация работы. Различные аспекты работы докладывались автором и обсуждались аудиторией на международных и всероссийских конференциях и рабочих встречах в виде устных и стендовых докладов: 1) на конкурсе молодых ученых ГЕОХИ РАН (1999), Москва; 2) на международных конференциях по сравнительной планетологии "Vernadsky-Brown Microsymposium" (1999, 2000, 2001), г. Москва, ГЕОХИ РАН; 3) на международных конференциях по планетологии "Lunar and Planetary Science Conference" (2000, 2001), г. Хьюстон, США. Результаты исследований также докладывались на кафедре динамической геологии геологического факультете МГУ им. М.В. Ломоносова (2000), на научном докладе (1998) и тематическом семинаре (2000) на кафедре астрономии физического департамента университета г. Оулу (Финляндия), а также на семинарах в планетологической группе геологического департамента университета им. Брауна (1998, 2001) (г. Провиденс, США).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из одного тома, включает в себя введение, заключение и 7 глав. Объем работы составляет 197 машинописных страниц, диссертация включает в себя 59 иллюстраций и 9 таблиц. Библиографический список к работе включает 120 наименований.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации на настоящий момент опубликовано или находятся в печати 19 работ.

• Талицкий В.Г., Галкин В.А., Юцис В.В., Василевский А.Ф., Красильников А.С. Роль неоднородностей геологической среды в распределении напряжений и деформаций (по данным физических экспериментов) // Ежегодная научная конференция "Ломоносовские чтения", тез. докл., М., МГУ. 1996. С.62-63.

• Krassilnikov A.S., Galkin V.A., Basilevsky A.T. Formation of coronae on Venus. Preliminary results of tectonophysical modeling // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХ (CD). 1999. N 1584.

• Krassilnikov A.S. Stratigraphy and tectonic evolution of Nefertiti corona on Venus // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХ (CD). 1999. N 1610.

• Красильников А.С., Галкин В.А., Базилевский А.Т. Образование венцов на Венере. Предварительные результаты тектонофизического моделирования // Конференция молодых ученых, тез. докл., М., ГЕОХИ РАН. 1999, http://www.geokhi.ru/~young/geochem.htm

• Krassilnikov A.S. Formation of coronae on Venus. Preliminary results of tectonophysical modelling using self-deforming gravity models // Abstracts of papers submitted to the 30^th Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow. 1999. P. 53-54.

• Krassilnikov A. S. Stratigraphy and tectonic evolution of Nefertiti corona on Venus // Abstracts of papers submitted to the 30^th Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow. 1999. P. 55-56.

• Krassilnikov A.S. Formation of coronae on Venus. Tectonophysical modelling using self-deforming gravity models // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХI (CD). 2000. N 1336.

• Krassilnikov A.S. Novae on Venus. Distribution, classification and evolution // Abstracts of papers submitted to the 32^nd Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow. 2000. P 98-99.

• Krassilnikov A.S. Formation of coronae on Venus. Tectonophysical modelling using self-deforming gravity models // Abstracts of 25^th General Assambly EGS. 2000. Vol.2 (CD). P. 350.

• Krassilnikov A.S. Formation of coronae on Venus. Modelling using gravity models // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХII (CD). 2001. N 1531.

• Krassilnikov A.S. Novae on Venus. Distribution, classification and evolution // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХII (CD). 2001. N 1533.

• Красильников А.С., Галкин В.А., Базилевский А.Т. Тектоника и эволюция венцов на Венере. Предварительные результаты тектонофизического моделирования // Астрон. вестн. 2001. Т. 35. N2. С. 115-129.

• Krassilnikov A. S., Head J. W. Novae on Venus. Geology, classification and evolution // Abstracts of papers submitted to the 34^th Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow (CD). 2001. N MS042

• Krassilnikov A.S., Head J.W. Role of the dike swarms emplacement by the nova radial fracturing formation // Abstract of papers submitted to the 34^th Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow (CD). 2001. N MS041.

• Head J.W., Basilevsky A.T., Ivanov M.A., Kreslavsky M.A., Krassilnikov A.S. Venus: Outstanding questions for future exploration // Abstracts of papers submitted to the 34^th Microsymposium on Comparative Planetology, Vernadsky Institute, Moscow (CD). 2001. N MS074.

• Krassilnikov A. S., J. W. Head. Geology, classification and evolution of novae on Venus // Lunar and Planet. Sci. Conf. XXХII (CD). 2002. N 1463.

• Красильников А.С. Стратиграфия и тектоническая эволюция венца Нефертити на Венере // Астрон. вестн. 2002. Т. 36. N3. С. 1-21.

• Красильников А.С. Тектоника и эволюция нов и венцов на Венере. Тектонофизическое моделирование с использованием гравитационных моделей // Астрон. вестн. 2002. Т. 36 (в печати).

• Красильников А.С. Тектоническое строение, классификация и эволюция арахноидов на Венере. Предварительные результаты // Астрон. вестн. 2002. Т. 36 (в печати).

Благодарности. Автору хотелось бы выразить благодарность и искреннюю признательность научным руководителям Александру Тихоновичу Базилевскому и Василию Георгиевичу Талицкому за постоянное внимание и неоценимую поддержку в работе над диссертацией. Хочется поблагодарить персонал лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ РАН: М.А. Иванова, В.П. Крючкова, А.А. Пронина, О.И. Яковлева, Р.О. Кузьмина, Г.А. Бурбу, В.П. Шашкину, Е.В. Забалуеву, Т.В. Шингареву и А.М. Абдрахимова за конструктивные дискуссии и помощь в работе. За содействие и консультации в вопросах тектонофизического моделирования и интерпретации его результатов автор благодарит настоящих и бывших сотрудников лаборатории тектонофизики и геотектоники им. В.В. Белоусова геологического факультета МГУ: А.Б. Кирмасова, В.А. Галкина, А.Ф. Василевского и Е.И. Чиж. Так же хотелось бы поблагодарить весь состав кафедры динамической геологии, особенно профессора Н.В. Короновского. За всестороннюю и бескорыстную помощь и плодотворные дискуссии по проблемам данной работы хотелось бы выразить особую благодарность персоналу планетологической группы геологического департамента университета им. Брауна (г. Провиденс, США), и в первую очередь, профессору Джиму Хэду. Хочется также поблагодарить сотрудника кафедры астрономии физического департамента университета г. Оулу (Финляндия) Йоуко Райтала и сотрудника астрономической обсерватории г. Харьков (Украина) М.А. Креславского.