Под корой расположена мантия, в которой, подобно земной, можно выделить верхнюю, среднюю и нижнюю. Толщина верхней мантии около 250 км, а средней примерно 500 км, и ее граница с нижней мантией расположена на глубине около 1000 км. До этого уровня скорости поперечных волн почти постоянны, и это означает, что вещество недр находится в твердом состоянии, представляя собой мощную и относительно холодную литосферу, в которой долго не затухают сейсмические колебания. На границе с нижней мантией температуры приближаются к температурам плавления, отсюда начинается сильное поглощение сейсмических волн. Эта область представляет собой лунную астеносферу.
В самом центре, по-видимому, находится небольшое жидкое ядро радиусом менее 350 километров, через которое не проходят поперечные волны. Ядро может быть железосульфитным либо железным; в последнем случае оно должно быть меньше, что лучше согласуется с оценками распределения плотности по глубине. Его масса, вероятно, не превышает 2 % от массы всей Луны. Температура в ядре зависит от его состава и, видимо, заключена в пределах 1300 - 1900 К. Нижней границе отвечает предположение об обогащенности тяжелой фракции лунного протовещества серой, преимущественно в виде сульфидов, и образовании ядра из эвтектики Fe – FeS с температурой плавления (слабо зависящей от давления) около 1300 К. С верхней границей лучше согласуется предположение об обогащенности протовещества Луны легкими металлами (Mg, Са, Na, Аl), входящими вместе с кремнием и кислородом в состав важнейших породообразующих минералов основных и ультраосновных пород - пироксенов и оливинов. Последнему предположению благоприятствует и пониженное содержание в Луне железа и никеля, на что указывает ее низкая средняя площадь.
Длительные исследования показали, что основными лунными породами являются:
1) морские базальты, более или менее богатые железом и титаном;
2) материковые базальты, богатые камнем, редкоземельными элементами и фосфором;
3) алюминиевые материковые базальты – возможный результат ударного плавления;
4) магматические породы, такие, как анортозиты, пироксениты и дуниты.
Лунная поверхность покрыта тонким слоем, называемым «реголит». Он состоит из фрагментов основной породы и стекла, образовавшихся из основных типов пород. Лунные породы не полностью схожи с земными. Обычно лунные базальты содержат больше железа и титана; анортозиты на Луне более насыщены, а летучих элементов, таких, как калий и углерод, в лунных породах меньше. Лунные никель и кобальт, вероятно, были замещены расплавленным железом еще до окончания формирования Луны. При падении метеорит оставляет не только кратер на поверхности Луны, но и изменяет состав горных пород, окружающих место падения. Энергия, высвобождаемая во время столкновения, способствует изменению этих пород. Во время удара они разбрасываются в разные стороны от места взрыва. Близлежащие – по мере остывания превращаются в стекловидное вещество. Горные породы, находящиеся на дальнем расстоянии от места взрыва не плавятся, но все равно подвергаются изменению в своем составе: происходит сжатие и цементирование составляющих веществ, в результате образуется обломочная разнородная горная порода – брекчия. Образцы брекчии были переданы на Землю после работ, проведенных космическими экипажами. [2]
Поверхность Луны
Главными типами геологических структур на Луне являются материки и моря. Темная морская поверхность занимает больше видимой стороны Луны, а на обратной стороне практически отсутствует.
МАТЕРИКИ образуют верхнюю часть лунной коры, состав которой от анортозитов на поверхности до дунитов и троктолитов в основании коры. Мощность этой коры оценивается по данным сети сейсмометров, оставленных на Луне «Аполлонами» и регистрирующих прохождение волн от эндогенных и ударных лунотрясений.
В центре видимой стороны мощность коры в среднем составляет 60 км, в районах морей Нектара и Восточного увеличивается до 80 - 100 км, а на обратной стороне может доходить до 100 - 150 км. Гравиметрические данные, полученные путем доплеровского слежения за скоростями орбитальных аппаратов, свидетельствуют об уменьшении мощности коры примерно вдвое в районах, округлых морей Дождей, Ясности, Восточного и др. В основании коры намечается прерывистый горизонт с повышенной скоростью сейсмических волн.
МОРЯ, занимающие остальные 16% поверхности, - это темные базальтовые равнины с относительно редкими кратерами, расположенные в региональных понижениях, обычно в округлых впадинах лунных бассейнов. Повсюду морские базальты перекрывают более древние материковые структуры. Разница гипсометрических уровней материков и морей объясняется изостатической компенсацией, поскольку плотность базальтов морей больше плотности анортозитов на 0, 3 - 0, 4 г/см3.Однако в некоторых округлых морях присутствуют такие избыточные массы (масконы), что приходится допустить возможность излияния на поверхность 20-км толщи базальтов. Эта оценка представляется завышенной, так как обычно по незатопленным реликтам до базальтовых кратеров в морях можно оценить мощность затопляющих базальтов лишь первыми километрами. Скорее всего, масконы созданы суммой масс поверхностных базальтов и поднятий мантии под этими морями, т. е. уменьшением мощности коры в этих местах, что было, по-видимому, следствием падения астероидов с образованием гигантских чаш бассейнов и последующим изостатическим выравниванием и сопутствующим вулканизмом. В расположении темных морей намечаются две полосы: от Океана Бурь до Моря Облаков и от Моря Дождей через Море Изобилия до Моря Южного. Положение этих полос, видимо, определяется глобальными системами разрывов, облегчавших выход магмы, но то, что базальты заполнили при этом цепочку округлых бассейнов, не является доказательством эндогенной природы этих бассейнов; базальты своей избыточной массой лишь способствовали их сохранению в виде впадин. Лавовые толщи образованы многочисленными потоками, мощность которых достигает 20 - 50 м. Судя по их составу и по экспериментам с плавлением лунных образцов, вязкость потоков была очень малой, сравнимой с вязкостью воды, и поэтому они растекались на огромные расстояния, часто не образуя заметных краевых уступов. В некоторых локальных понижениях формировались лавовые озера глубиной, по крайней мере 200 м (район Моря Восточного), в которых при последующем дренаже лав оставались краевые уступы, отмечающие уровень стояния лав. Кроме темных базальтовых морей, на материках, несомненно, присутствуют и более древние лавовые поля с осветленной поверхностью, вероятно, перекрытой тонкими чехлами выбросов из позднейших ударных бассейнов и кратеров. Относительно молодые ударные мелкие кратеры пробивают эти чехлы и выносят на поверхность темный материал, например, в районе кратеров Шиллер и Варгентин, в окрестностях Моря Нектара и др.. Однако в большинстве случаев эти «древние» моря (по структурным соотношениям древнее темных базальтов морей) не удается отличить от фаций флюидизированных выбросов из бассейнов. Таким образом, мощная материковая кора охватывает всю Луну, не разделяясь, как на Земле, на отдельные «континенты», и лишь в некоторых местах она утончается и перекрывается базальтовыми покровами. Под корой до глубины 800 км лежит мантия, в которой, начиная с глубины примерно 300 км, появляются признаки слабой современной активности, проявляющиеся лунотрясениями. Лунотрясения складываются в два широких размытых пояса, не совпадающих с поясами темных морей. Глубже 800 км, по-видимому, появляется существенное количество расплава, который не пропускает поперечные сейсмические волны.
Ударные кратеры занимают преобладающее место среди структур Луны, заполняя весь диапазон размеров от микрократеров до структур с поперечниками 150 - 300 км. Самые молодые (коперниковские) кратеры размером менее 10 - 15 км имеют простые чашевидные формы и резкие гребни валов, на внешних склонах валов встречаются струйчатые и дюноподобные структуры, крупные глыбы, очевидно, выброшенные из кратера, и вторичные кратеры, образованные такими глыбами; от вторичных кратеров иногда протягиваются «лусы» выбитого глыбами материала. Как правило, эти кратеры окружены светлыми ореолами. У более крупных молодых кратеров с поперечниками до многих десятков километров структура усложняется. В них появляются уплощенные днища с одиночными или множественными центральными горками, террасовидные проседания внутренних стенок, за счет которых увеличивается диаметр первичного кратера, озера застывших расплавов на днищах и на валах. Внешние склоны покрыты струйчатыми, елочковидными, «переплетенными» грядами и бороздами, свидетельствующими о движении материала от центра кратера; за валом сплошного выброса начинаются поля многочисленных вторично-ударных кратеров. Светлые выбросы вторичных кратеров образуют перьевидные формы, радиальные к кратеру, но серия таких форм может сложиться в полосу длиной в сотни километров (кратерный луч), которая не строго радиальна к центральной структуре. Эти кратеры образовались при взрывах метеоритов с выбросом материала коры до глубин в сотни метров и километров.
Плоские днища и центральные горки образуются за счет динамической отдачи в момент взрыва и перераспределения ударных расплавов и последующего инициированного вулканизма. Вещество лучей состоит преимущественно из местного материала, выбитого вторичными кратерами, и в меньшей мере присутствует вещество, выброшенное непосредственно из центрального кратера. С увеличением возраста кратеров их лучи темнеют и исчезают, смешиваясь с реголитом, их кромки валов, террасы и вторичные кратеры сглаживаются и расплываются, днища мельчают, валы разбиваются последующими тектоническими деформациями и перекрываются новыми выбросами - пока кратеры не исчезают совсем. При этом в первую очередь стираются меньшие кратеры, а от первых сотен миллионов лет лунной истории кратеров почти не сохранилось. Несомненно, что интенсивность кратерообразования в начале лунной истории в сотни раз превосходила современную.