Вулканизм в Солнечной системе

Мы уже узнали про вулканы на Земле и их влияние на жизнь нашей планеты. Существуют ли вулканы только на Земле? Или же вулканизм присутствует и на других планетах Солнечной системы? Вулкан, вопреки известным представлениям, оказывается, не всегда бывает огнедышащей горой и находиться может не только на Земле...

Ссылки в тему:
Вулканы и люди. Жизнь вместе
Трещинные вулканы и их влияние на эволюцию жизни на Земле
Супервулканы
Вулканическая зима
Холодная зима в Израиле и вулканы

Ледяные вулканы на Энцеладе (Майкл Кэрролл)

Базальтовый вулканизм характерен для всех планетных тел земной группы — Земли, Венеры, Марса, Меркурия и Луны, но проявлялся он на каждом по-разному. В настоящее время активная вулканическая деятельность ни на одной из этих планет, кроме Земли, не обнаружена. Весьма вероятно ее наличие лишь на Венере.

Планета, которая всегда волновала умы человечества, о которой больше всего говорится, как о планете, на которую возможно переселение людей в будущем, это Марс. Из всех планет Солнечной Системы, она, пожалуй, наиболее изученая. К тому же, на ней обнаружены самые большие вулканы в Солнечной системе.
Огромные пустыни, по которым носятся жестокие пылевые бури. Нещадные лучи Солнца и космическая радиация. Разреженная атмосфера. И холод собачий. Вот такие условия нынче на Марсе — жить там невозможно.

Looking west from from Valles Marineris to the three Mons, Arsia, Pavonis and Olympus.(Imaging designed and processed by Kees Veenenbos)

А так как, согласно разным "пророчествам", мы рано или поздно туда переселимся, придётся хотя бы маленький кусочек Марса конкретно терраформировать. Занятие это полезное, но мучительное. Однако планетолог Джекоб Бличер (Jakob E. Bleacher), сотрудник NASA и Аризонского университета (Arizona State University), намекнул, что спешка в этом деле не нужна. Дело в том, что одна из задач терраформирования Марса — это повышение температуры. Но выяснилось, что потепление на этой планете — как минимум в одной её части может наступить само собой. А случиться это может благодаря очень большим вулканам.

Марс почти в два раза меньше Земли, но на нем имеется много вулканов - наибольший из которых заставляет казаться маленькими вулканы на Земле. Но, считается, что все вулканы Марса уже давно спят и не проявляют ни какой активности. Согласно современным теориям, вулканическая деятельность на планете завершилась порядка 3,5 млрд лет назад и в то время, во многом благодаря ей, климат на Марсе был гораздо мягче, а атмосфера плотнее.

Olympus Mons, highest volcano on Mars

Наиболее массивные вулканы расположены в областях Фарсида (Tharsis)и Элизий (Elysium) - двух крупных возвышенностях, расположенных на стыке разновысотных уровней поверхности северного и южного полушарий. Это самые высокие районы Марса.
Гигантская область плато Фарсида поднимается над окружающей поверхностью на 6 км и протягивается на 4000 км с севера на юг и на 3000 км с востока на запад. Главная особенность этой возвышенности - наличие трех гигантских вулканов с абсолютной высотой до 27 км и поперечником 300-400 км (горы Фарсида). На северо-западном крае возвышенности расположена крупнейшая вулканическая структура планеты - гора Олимп, высотой 27 км и диаметром основания 600 км. Вторая возвышенность, расположенная в области равнины Элизии, имеет протяженность 1500 км и поднимается над окружающими равнинами на 4 - 5 км. Так же, как и область Фарсида, район Элизии характеризуется крупными вулканическими структурами и лавовыми покровами.

Расположение вулканов в области Фарсида

На этих изображениях видны три огромных щитовых вулкана, расположенные на одной прямой. Это - Гора Аскрийская (Ascraeus Mons) (сверху справа), Гора Павлина (Pavonis Mons) (в середине) и Арсия (Arsia Mons) (снизу слева). Олимп находится на карте в верхнем углу слева.

Это самые высокие вулканы в Солнечной системе - щитовые.
Для сравнения щитовые вулканы Гавайских островов на Земле возвышаются над морским дном всего на 9 км. Щитовые вулканы растут в высоту постепенно, в результате повторных извержений из одного и того же жерла. Хотя в настоящее время эти вулканы, по-видимому, уже не являются действующими, они, вероятно, образовались раньше и были активными намного дольше, чем любые вулканы на Земле. При этом горячие вулканические точки на Земле с течением времени изменяли свое местоположение из-за постепенного движения континентальных плит, так что для "построения" очень высокого вулкана в каждом отдельном случае времени не хватало. Кроме того, низкое тяготение позволяет изверженному веществу образовывать на Марсе намного более высокие структуры, которые не обрушиваются под тяжестью.

Гора Аскрийская (Ascraeus Mons)

Однако планетолог Джекоб Бличер (Jakob E. Bleacher), сотрудник NASA и Аризонского университета (Arizona State University), уверяет, что крупнейшие вулканы Марса Ascraeus Mons, Pavonis Mons, Arsia Mons (эту вулканическую троицу называют Tharsis Montes), находящиеся рядом со знаменитым Олимпом (Olympus Mons), возвышающимся на головокружительные 27 километров, отнюдь не остывшие.
"В нашем исследовании высказывается идея о том, что на Марсе происходит обратное — плюм передвигается под неподвижной корой", — рассказал Бличер. Ну а место действия — это Tharsis Montes.
В этой зоне вулканическая активность не регистрировалась. Однако малое число кратеров метеоритного происхождения на лаве вокруг говорит о том, что относительно недавно (по геологическим меркам) — всего пару миллионов лет назад — эти вулканы задавали жáру.

Гора Арсия (Arsia Mons)

Джекоб Бличер выглядит как настоящий оптимист, но обнадёживать не торопится. «Единственное извержение вулкана не сделает Марс обитаемым», — предупреждает он. Подробности исследования можно узнать из статьи, опубликованной в Journal of Geophysical Research, Planets.
Тщательный анализ снимков показал, что спустя некоторое время после извержений из кратеров лава извергалась и из трещин в застывшей породе, находящейся вокруг вулканов.
Исследователи решили, что разобраться с вулканической историей этого района им поможет только прошлое похожего участка на Земле. На Гавайях движение коры над горячей точкой приводит к возникновению новых вулканов и к остыванию старых, которые от неё понемногу удаляются. Такие умирающие вулканы выбрасывают всё меньше лавы и постепенно перестают извергаться.
Естественно, что подобные вулканы должны выстроиться в ряд. На Марсе они тоже вдоль одной линии, поэтому предположение о том, что они обязаны своим появлением движению горячей точки, представляется вполне логичным.

Olympus Mons on Mars

Изучая особенности марсианской магмы, исследователи обнаружили, что вулканы в той тройке формировались последовательно друг за другом. Самым молодым оказался вулкан Ascraeus Mons, Pavonis Mons — постарше, Arsia Mons — ещё древнее.
К тому же выяснилось, что лава, которую источал каждый из них, одинаковая. Это значит, что её источник у них общий и что он перемещался под корой. Проще говоря, ситуация действительно гавайская — только с точностью до наоборот: там двигалась кора, а не плюм. Но результат такой же.
Кстати, кратеры вулканов Tharsis Montes не засыпаны шлаком, как это должно быть у остывших вулканов, "порождённых" плюмом. А это, если верить Бличеру и его компании, убеждает в том, что эти вулканы могут когда угодно снова дать о себе знать.
Если же это произойдёт, то вокруг сильно потеплеет, к тому же начнётся выброс газов типа диоксида углерода, которые могут поспособствовать возникновению условий, пригодных для развития жизни.

Венера - едва ли не единственная планета земной группы, поверхность которой почти полностью состоит из застывшей лавы. Это свидетельствует о бурной вулканической деятельности в относительно недавний период времени.

Venus Surface - a volcano adds to the hellish environment of Venus (copyright 2008 by Don Dixon / cosmographica.com)

Долгое время учёные искали её признаки путём наблюдения планеты с помощью телескопов, но из-за плотного облачного покрова Утренней Звезды (второе название планеты) выявить что-либо было просто невозможно. Исследование геологии поверхности Венеры достигло нового качественного уровня только с наступлением космического этапа изучения планет Солнечной системы. Именно в это время начались полёты советских и американских автоматических межпланетных станций (АМС) к Венере и её спутникам.

Venus Volcano, Maat Mons, Venus

Тщательная радиолокационная съёмка северного полушария Венеры с автоматических станций "Венера-15" и "Венера-16", выведенных в 1984 г. на орбиты спутников планеты, показала, что многие горные вершины имеют на склонах явные следы потоков лавы. Ещё заметнее они на радиоизображениях, переданных американским аппаратом "Магеллан", который четыре года (1990-1994 гг.) работал на орбите спутника Венеры.

SAPPAS MONS. Large doubled-headed shield volcano on the plains west of Maat Mons, which can be seen on the horizon.

Также выяснилось, что более 75% поверхности - равнины, покрытые предположительно базальтовыми лавами, сходными с теми, что образуют дно океанов на Земле. Их химический состав неоднократно определялся при посадках советских автоматических станций «Венера» и «Вега». Он оказался близким к составу базальтов Земли. Достоверных следов современной геологической активности на Венере не обнаружено. Считается, что за последние 500 миллионов лет там не произошло сколько-нибудь существенных изменений. В возможной активности «подозревается» только один из крупнейших вулканов планеты - гора Маат, поперечник которой 400 км, а высота - 11 км.

OZZA MONS. View of Ozza and Maat Mons from the southwest, across a broad array of cracks and linear strikes.

Крупнейший вулкан Венеры - гора Маат возвышается на 8 км над своим подножьем и на 11 км - над средним уровнем планеты, являясь вершиной горной цепи, расположенной в горной области, названной исследователями Земля Афродиты. Диаметр основания этого вулкана - 600 км. Только здесь найдены признаки недавней активности - вершина горы покрыта темным веществом с уникальными характеристиками, которых нет ни у одного из сотен вулканов Венеры. Главной движущей силой вулканических и тектонических процессов на Венере, по результатам анализа данных "Венеры-15,16", представлялись вертикальные, восходящие и нисходящие, движения вещества недр планеты за счет тепловых неоднородностей - так называемых "горячих пятен". Горячие пятна существенны и в геологии Земли, но роль их считается второстепенной.

This is Maat Mons- largest Volcano on Venus. Diameter 395 Km with a height of 8 km.

Крупнейший вулкан Венеры - гора Маат возвышается на 8 км над своим подножьем и на 11 км - над средним уровнем планеты. Диаметр основания этого вулкана - 600 км. Только здесь найдены признаки недавней активности - вершина горы покрыта темным веществом с уникальными характеристиками, которых нет ни у одного из сотен вулканов Венеры. На переднем плане - свежий лавовый поток, в центре - кратер Пископия диаметром 26 км, узкая светлая линия - тектонический разлом, указывающий, что в этой области были землетрясения. На горизонте - еще один крупный вулкан высотой 7 км - гора Уззы.

Меркурий - наименее изученная из четырех планет внутреннего пояса Солнечной системы, называемых еще "каменными" планетами (внешние планеты, начиная с Юпитера, покрыты чрезвычайно плотной и толстой атмосферой, пока не проницаемой для земных приборов). Меркурий имеет примерно такую же плотность, что и Земля, при этом значительно меньше нашей планеты по размерам.

Вулкан на Меркурии (Фото с расстояния 10500 км (6500 миль)

По сообщению журнала Science 4 июля 2008 на поверхности Меркурия открыты вулканы. Открытие сделано с помощью снимков Мессенджера, сфотографированных во время первого пролёта возле планеты. Изображение показывает деталь, идентифицируемую как вулкан в верхней центральной части снимка. Вулкан имеет центральную характерную впадину с отверстием и широкий гладкий купол, окружающий отверстие. Вулкан расположен внутри бассейна Колорис. Очертания бассейна в виде холмов и гор также различимы на изображении. Открытие Мессенджера позволяет подтвердить ранее обсуждаемую роль вулканических процессов в истории Меркурия. Первый открытый вулкан на поверхности Меркурия показывает, что вулканические процессы были активны в глубине планеты в отдалённом прошлом.

Исследование вулканизма на телах Солнечной системы в последние годы привело к экзотическим открытиям и неожиданным находкам, особенно связанным с телами, находящимися во внешней относительно Земли части Солнечной системы, со спутниками планет-гигантов. Обнаружение реликтовых вулканических построек на поверхности Марса, Венеры и Меркурия, и даже некоторые признаки современного венерианского вулканизма не вызвали сильного удивления, поскольку представлялись как бы закономерным аналогом активности недр Земли.

Первые активные вулканы вне Земли были обнаружены на Ио, одном из четырех так называемых галилеевых спутников Юпитера. Эта честь в 1979 году выпала Линде Морабито, инженеру калифорнийской Лаборатории реактивного движения NASA. Первые два вулкана назвали Пеле и Локи в честь гавайской богини вулканов и скандинавского бога огня.

Действующий вулкан на Ио. На фотографии на переднем плане – потоки серы, позади – извергающийся вулкан.

Более подробное исследование вулканов на Ио было выполнено с помощью американской автоматической станции Galileo, которая была искусственным спутником Юпитера с 1995 по 2003 год. На этом удивительном небесном теле обнаружено несколько сотен активных вулканов, среди которых есть крупные, интенсивно фонтанирующие и совсем небольшие с раскаленной лавой на дне кратеров.
Султаны вулканического происхождения взметаются над поверхностью этого спутника ввысь на сотни километров. На Ио обнаружено 20 действующих вулканов, извергающих султаны высотой до 300 км.
Основной выбрасываемый ими газ – диоксид серы, замерзающий потом на поверхности Ио в виде белого твердого вещества. Некоторое его количество улетает космос и образует кольцо, опоясывающее Юпитер. Оранжевый цвет поверхности Ио объясняется отложениями серы и сконденсировавшегося сернистого газа. На Ио зарегистрирована атмосфера в 10 миллионов раз разреженнее, чем на Земле. Но эта атмосфера плотнее, чем на Меркурии. Орбита спутника находится в своеобразном торе из ионов кислорода и серы.

Вулкан и кальдеры, заполненные серой, на Ио. Истинное цветное изображение Ио, сделанное орбитальным аппаратом Galileo. Поверхность имеет мягкий, желтый оттенок с черными, коричневыми, зелеными, оранжевыми и красными областями, соответствующими активным вулканическим центрам.

Поверхность Ио молодая за счет постоянной сейсмической активности: на ней почти нет кратеров; зато обнаружены лавовые потоки и озера черной серы. Расчеты показывают, что Ио разогревается за счет огромных приливных воздействий от Юпитера, Европы и Ганимеда. Спутники Юпитера лежат в области влияния магнитного поля, и это, возможно, также объясняет вулканическую деятельность на Ио.
Действительно, на Ио давление недр приводит не к спредингу, а к образованию вулканов. Через эти «свищи» на поверхность спутника Юпитера Ио изливаются огромные массы расплавленного вещества и наращивают эту поверхность так, что при каждом излиянии лавы объем Ио увеличивается. Вулканов на Ио очень много, и все они действующие. Глядя на это фото, вряд ли кто будет оспаривать тезис о том, что и в отсутствии атмосферы на телах Солнечной системы далеко не все кратеры имеют ударное происхождение.

Вид Юпитера с орбиты ближайшего его спутника Ио. Это изображение Ио над Юпитером было получено 1 января 2001 года. Расстояние между Ио и верхним слоем облаков Юпитера составляет 2,5 диаметра Юпитера. На этом снимке Pele - большое красное кольцо, а Loki - темная область снизу слева от Pele. Pele - гигантский вулкан, который был впервые заснят станцией Voyager. Глядя на этот снимок, становится понятно, почему на Ио столь бурная вулканическая деятельность. Юпитер так близок, что его гравитация держит Ио словно в тисках.

Поток тепла, поступающий на Ио от Юпитера, столь велик, что вода не может удерживаться этим спутником, она испаряется и попадает в кольцо Юпитера. А вот жидкая сера, изливающаяся из жерлов вулканов, растекается по поверхности Ио. Вулканы буквально затопили поверхность Ио лавой из серы. Но если образуется двуокись серы, значит здесь на Ио имеется кислород. Формула воды, как известно, - Н2О, а двуокиси серы - S2O. Что же там творится в этом адском мире, наверняка там есть и сероводород и другие более сложные соединения и комплексы на базе серы. А какая нестерпимая вонь, наверное, на спутнике Юпитера Ио!
Вообще на этом удивительном небесном теле обнаружено несколько сотен активных вулканов, среди которых есть крупные, интенсивно фонтанирующие и совсем небольшие с раскаленной лавой на дне кратеров.

Имя гиганта Энцелада, погребенного, согласно древнегреческой мифологии, под вулканом Этна на средиземноморском острове Сицилия, получил в свое время один из спутников Сатурна. Оно оказалось пророческим, поскольку как раз на данном спутнике позже обнаружилась сильно развитая вулканическая активность. Энцелад стал четвертым небесным телом после Земли, Ио и Тритона, на котором нашли действующие вулканы. Произошло это совсем недавно.

Спутник Сатурна - Энцелад

Поверхность Энцелада — самая светлая среди всех планет и спутников Солнечной системы, она отражает практически весь падающий на нее свет, то есть Энцелад выглядит белее свежевыпавшего снега. На этом основании решили, что поверхность спутника время от времени покрывается свежими отложениями снега или льда. Такое возможно лишь путем выброса какого-то вещества из недр, поскольку атмосферы у этого небольшого спутника нет, ведь его диаметр всего лишь 500 км (в семь раз меньше, чем у Луны) и удержать газовую оболочку вокруг себя он не может.
Энцелад находится в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому там весьма холодно: средняя температура его поверхности –200°С. Несмотря на столь сильный холод, на этом спутнике бьют водяные фонтаны. Они вырываются время от времени из недр Энцелада через расположенные в районе южного полюса протяженные трещины и поднимаются на высоту до 500 км. Эти несколько трещин в ледяном панцире, температура вдоль которых на несколько десятков градусов выше, чем на окружающих равнинах, получили прозвище «тигровые полосы» — настолько они ровные и параллельные друг другу.

Ледяные гейзеры Энцелада

Впервые выбросы вещества на этом небесном теле были сфотографированы в 2005 году европейско-американской автоматической станцией Cassini, которая стала первым искусственным спутником Сатурна. Двигаясь по сильно вытянутой орбите вокруг планеты-гиганта, она время от времени пролетает рядом с одним из его многочисленных спутников, после чего передает на Землю их подробные фотографии. В июле 2005 года Cassini пролетела прямо через облако выброшенного вещества. Было установлено наличие паров воды и мельчайших кристаллов льда. Частички, из которых состоят «фонтаны» над южным полюсом Энцелада, имеют в среднем размер 10 микрон. Это крошечные кристаллики водного инея, застывшего при выбросе воды из недр в холодное космическое пространство. Наиболее крупные из них падают на поверхность спутника, постоянно обновляя ее, поэтому она чрезвычайно светлая. Мелкие частички, размером 3 микрона и меньше, навсегда остаются в космосе, распределяясь вдоль орбиты Энцелада. Они образуют самое внешнее из колец Сатурна, называемое кольцом Е. Это очень слабо заметное кольцо, хотя оно и наиболее широкое, простирающееся на 1 миллион километров.

Открытие геологической активности на Энцеладе озадачило планетологов, поскольку спутник слишком мал, чтобы сохранять внутри себя разогретые недра. Источник энергии для поддержания геологической активности на этом небольшом небесном теле остается пока загадкой. Предполагается, что сильное гравитационное воздействие Сатурна, а также соседних крупных спутников приводит к приливной «раскачке» и нагреву недр Энцелада. Однако неясно, почему разогреву подвергается только область вокруг южного полюса, которая в целом на 10° теплее, нежели районы вблизи экватора Энцелада. А узкие участки вдоль «тигровых полос» теплее еще на 70°. Неясно также, почему не подвержен такому разогреву расположенный еще ближе к Сатурну спутник Мимас, диаметр которого — 400 км — лишь немного меньше, чем у Энцелада.

Ледяные вулканы на Энцеладе (Майкл Кэрролл)

Некоторые исследователи сравнивают последнего с гигантской кометой, выбрасывающей порции вещества, которое рассеивается в пространстве. Правда, есть большая разница в источниках энергии — у комет это внешний нагрев Солнцем, а у Энцелада происходит разогрев вещества в недрах самого спутника. Выбросы водяных фонтанов напоминают в определенной степени деятельность гейзеров на Земле с той лишь разницей, что у земных аналогов температура весьма высокая, а гейзеры Энцелада — холодные, разбрасывающие кристаллики льда.

Наиболее удаленная от Солнца вулканическая активность наблюдается на Тритоне — крупнейшем из спутников Нептуна. Он расположен в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому достоверные сведения о нем появились сравнительно недавно — в 1989 году, когда до Тритона добралась автоматическая станция Voyager-2, впервые сделавшая подробные снимки этого спутника.

Нептун на горизонте Тритона

Главной неожиданностью, которую преподнес Тритон, оказалась вулканическая активность. Его диаметр 2 700 км, то есть лишь 0,75 от лунного. До полета Voyager-2 никто даже и не предполагал, что на этом небольшом и холодном спутнике возможна какая-либо геологическая активность. Ее объяснили необычным химическим составом Тритона, одного из самых холодных тел в Солнечной системе — температура там чрезвычайно низкая, около –240°С. Поэтому лед и иней, покрывающие его поверхность, состоят из твердого азота. В столь холодных условиях вулканизм имеет весьма необычную природу. На снимках были обнаружены газовые гейзеры — темные столбы азота, идущие строго вертикально до высоты 8 км, где под действием ветра они наклоняются и вытягиваются параллельно поверхности Тритона «хвостами» длиной до 150 км. Было обнаружено десять действующих гейзеров.

Гейзеры на Тритоне

Активность газовых гейзеров вызывается солнечным нагревом, расплавляющим азотный лед на некоторой глубине, в местах, где присутствуют водный лед и метановые соединения, имеющие темный цвет. Небольшого избыточного давления газовой смеси, возникающей в глубинном слое при его нагреве, оказывается вполне достаточно, чтобы выбросить газовый фонтан высоко в разреженную атмосферу Тритона (давление там в 60 000 раз меньше, чем на поверхности Земли). Слабый ветер, дующий в верхних слоях атмосферы, уносит выброшенный материал, окрашенный в темный цвет примесью метановых соединений, на сотни километров в сторону. Постепенно этот материал осаждается на почти белоснежную поверхность Тритона, образуя на ней темную полосу с «размытыми» краями. Такими полосами покрыта вся южная часть Тритона, сфотографированная Voyager-2, что указывает на многочисленность азотных гейзеров.

Извержение вулканов на Тритоне

Титан, крупнейший из спутников Сатурна (его диаметр в 1,5 раза больше, чем у Луны), изучен пока недостаточно подробно,тем не менее на нем обнаружены довольно крупные куполовидные возвышенности диаметром от 10 до 30 км, окруженные потоками, напоминающими застывшую лаву. Это, безусловно, вулканы, но вот лава, окружающая их, должна быть весьма своеобразной. В холодных условиях Титана при температуре поверхности –180°С роль лавы могли играть, скорее всего, вода либо смесь воды с аммиаком, которая замерзает при весьма низкой температуре — около –100°С. Исследования Титана, продолжающиеся сейчас с европейско-американской автоматической станции Cassini, должны пролить свет на то, насколько активной была вулканическая деятельность в этом мире холода и продолжается ли она до сих пор.

Автоматическая межпланетная станция «Кассини» передала новые снимки Титана, полученные с помощью спектрометра в видимом и инфракрасном диапазонах. Снимок сделан 15.01.2006. На нем удается разглядеть ряд особенностей поверхности и атмосферы Титана. Выделяются два различных типа почвы — светлая и более темная в области экватора. Также видны и две яркие области, известные как Tui Reggio и Hotei Arcus. Предполагается, что у них вулканическое происхождение. Ярко-оранжевая область в районе южного полюса — «шапка смога», покрывающая южный регион Титана.

Мы только-только начинаем узнавать что-то о грозных вулканических силах, сформировавших нашу планету и продолжающих изменять её. Ещё меньше мы знаем о процессах, происходящих в Солнечной системе. Но исследования, проводимые в космосе, открывают нам все больше и больше о мире, в котором мы живем.