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

История изучения радиально-концентрических структур Венеры

По данным КА "Пионер-Венера" и наземного радиотелескопа "Аресибо"

Рис. 2. Венец Нефертити.

Рис. 1. Венец Найтингейл.

Концентрические структуры с диаметрами в сотни километров на поверхности планеты были впервые выявлены по результатам радарной съемки КА "Пионер-Венера" (Мазурски и др., 1980) и наземного радиотелескопа "Аресибо" (Кэмпбелл, Бернс, 1980), но разрешение этих данных было недостаточным для фотогеологического анализа и на этом этапе природа их оставалась не ясна.

По данным КА "Венера 15/16"

На основании данных, полученных этими космическими аппаратами были выделены несколько классов радиально-концентрических структур. Одним из классов таких структур стали венцы (ед. ч. венец, от лат. сorona) (рис. 1, 2). Это название было присвоено ряду структур, "представляющих собой полностью или частично замкнутые кольцевые или неправильной формы образования, обрамление которых состоит из субконцентрической системы гряд, а центральная часть имеет сложное строение.

Рис. 4. Поле арахноидов в С части равнины Берегини.

Эти структуры различаются по размеру (от 100 до 700 км), степени выраженности и строению. Общим для них является присутствие вала, обрамляющего единую структуру" (Барсуков, Волков, 1989). Было выделено несколько морфологических разновидностей венцов (Барсуков, Волков, 1989; Пронин, Стофан, 1990), для которых предлагался ряд механизмов образования (рис. 3), наиболее полный перечень которых изложен в работе Стофан и др. (1987).

Рис. 3. Модели образования венцов.

При критическом их рассмотрении (Барсуков, Волков, 1989; Стофан и др., 1997; и др.) по структурным признакам были отбракованы, как наименее возможные: механизм образования связанный с активизацией захороненных ударных бассейнов (Барсуков и др., 1986; Николаева и др., 1986), образование вследствие внедрения кольцевых даек (Мазурски, 1987) и формирование венцов над нисходящими потоками в мантии - антидиапирами (Стофан и др., 1987). Учитывая особенности строения венцов, такие как наличие зоны сжатия по периферии и растяжения в центре, а также следов оползания поверхностного слоя от центра к периферии, как наиболее правдоподобные были предложены механизмы формирования венцов при образовании поднятия с последующей его гравитационной релаксацией над горячей точкой или диапиром (Стофан и др., 1987; Никишин, 1992; и др.). По мнению некоторых исследователей (Никишин, 1992) в образовании венцов большую роль играет гравитационное растекание литосферы над телом магматического диапира, вследствие чего формируется кальдерообразная депрессия.

Рис. 6. Арахноид (212.5o в.д., 45o с.ш.) диаметром 150 км.

"При образовании венцов в условиях сильного перегрева литосферы в ее отдельных участках жесткий верхнемантийный слой мог полностью размягчаться, приводя к пластичности и большей текучести всей литосферы" (Никишин, 1992). Неоднократно отмечался активный вулканизм, связанный с венцами (Барсуков, Волков, 1989; Пронин, Стофан, 1990 и др.). На этом этапе исследований было выделено около 30 венцов (Барсуков, Волков, 1989).Как другой класс радиально-концентрических структур были выделены арахноиды (ед. ч. арахноид, от лат. аrachnoid - паукообразный) (рис. 4). Эти структуры были определены как "концентрические структуры поперечником от 20-40 до 150-180 км, окруженные, как правило, секущими окружающую поверхность частыми субрадиальными грядами, шириной от пределов разрешения до 5-10 км и более широкими светлыми полосами длиной 100-200 км, в сочетании создающими образования паукообразной формы" (Барсуков, Волков, 1989).

Рис. 5. Поле арахноидов в С части равнины Берегини.

Для этих структур предлагался следующий механизм образования (Марков, Суханов, 1987; Барсуков, Волков, 1989). Над относительно неглубокой магматической камерой формируется вулканическая постройка, создающая фундамент будущего арахноида. Возможно, это сопровождается куполовидным воздыманием. Возникают системы субрадиальных даек и валов, образование которых связывается с излияниями вязких лав и развитием зон измененных пород над заполненными расплавом трещинами. Вслед за этим происходит обрушение кровли магматической камеры. В депрессии формируется новая вулканическая постройка, излияния которой могут не распространяться за пределы депрессии и перекрывать радиальные структуры, образованные на первом этапе. Предполагалось, что эти процессы могут быть цикличными.

Рис. 8. Трехмерное изображение новы, расположенной на 27.5о ю.ш., 272.7о в.д. (гора Цзяньну).

Было высказано предположение, что арахноиды по геологическому строению схожи с земными вулканоплутоническими структурами центрального типа, ресургентными кальдерами и др. (Лучицкий, 1971; Свешникова, 1973; Барсуков, Волков, 1989). Арахноиды отличаются от них преобладанием радиальных структур, большими диаметрами и меньшими высотами вулканических сооружений. Отличия, вероятно, определяются меньшей мощностью литосферы Венеры и близостью к ее поверхности крупных магматических очагов по сравнению с Землей (Барсуков, Волков, 1989).

Рис. 7. Нова, расположенная на 27.5o ю.ш., 272.7o в.д. (гора Цзяньну).

Никишин (1992) считал, что арахноиды представляют собой "деформированные и просевшие купольно-вулканические поднятия или щитовые вулканические постройки, сформировавшиеся изначально над горячими пятнами верхней мантии". Предполагалось, что арахноиды формируются в результате эволюции внутрикоровых диапиров. На этом этапе изучения было выделено несколько десятков подобных структур. Разрешения радарных изображений КА "Венера 15/16" (1-2 км на элемент изображения) было недостаточно для детального геологического анализа структур поверхности Венеры.

По данным КА "Магеллан"

Рис. 9. Трехмерное изображение новы, расположенной на 27.5о ю.ш., 272.7о в.д. (гора Цзяньну).

Анализ радарных изображений КА "Магеллан" (100-200 м на элемент изображения) значительно увеличил число выявленных венцов и арахноидов (рис. 5). Эти данные позволили проводить более крупномасштабный фотогеологический анализ поверхности. Каталог вулканических структур поверхности Венеры (Крамплер, Обели, 2000) на настоящий момент включает в себя 209 венцов и 265 арахноидов. На этом этапе изучения арахноиды получили более точное определение: "структуры, для которых характерны концентрические или кольцевые трещины или гряды и радиальные трещины или гряды, распространяющиеся за пределы кольцевой структуры на величину нескольких ее радиусов" (Хэд и др., 1992) (рис. 6). По данным КА "Магеллан" был выделен новый тип структур - радиально-трещиноватые центры, или новы (ед. ч. - нова, от лат. nova) (рис. 7, 8, 9) (Шуберт и др., 1991; Джейнс и др., 1992; Сквайрс и др., 1992, Хэд и др., 1992; и др.). В настоящее время для этих структур в планетной номенклатуре предложено другое название - астра (ед. ч.), так как термин нова употребляется в астрофизике в совершенно другом смысле. Большинство исследователей называют эти структуры по старому, в этой работе мы делаем так же. На сегодня новы определяются как "радиально-трещиноватые центры" (Шуберт и др., 1991) или "радиально-трещиноватые купола" (Джейнс, Тартл, 1996). Хэд др. (1992) дают им более конкретное определение: "эти структуры имеют хорошо выраженную систему радиальных структур в плане звездообразной формы, составленную, в основном, из грабенов".

Часть нов идентифицируется на изображениях КА "Венера 15/16", но на том этапе они не были выделены как отдельный класс структур. Современные представления о происхождении нов и арахноидов будут рассмотрены ниже.