В последнее десятилетие специалисты в области наук о Земле обратили внимание на сходство своих задач и тех, которые с успехом решают инженерыхимики. Геологи тоже должны уметь предсказывать поведение химических элементов в магматических расплавах, в горячих рудоносных растворах тогда, когда природный объект недоступен. Ну а если объект находится на другой планете, то задача усложняется во много раз, поскольку условия, господствующие в иных мирах, не менее, а, пожалуй, куда более таинственны, чем в глубинах Земли.
Уже после посадки советской автоматической межпланетной станции "Венера-7" на поверхности Утренней звезды и комплекса радиоастрономических исследований с Земли, проведенных еще в середине шестидесятых годов в СССР и в США, оказалось, что Венера-удобная лаборатория для химиков и геологов. В самом деле, на планете и ночью и днем (продолжительность одних венерианских суток соответствует 243 земным) одинаково жарко, на полюсах холоднее лишь на несколько градусов, смены времен года тоже нет. Поэтому горные породы поверхности находятся как бы в гигантском термостате в течение многих миллионов лет.
Значит, теоретический прогноз состава неизвестных нам пород поверхности Венеры представляет собой вполне реальную задачу, если допустить существование химического равновесия минералов с горячими газами атмосферы.
В 1978-1979 годах под руководством члена-корреспондента АН СССР В. Барсукова в Институте геохимии и
аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР проблема была поставлена и решена. Состав венерианской атмосферы, температура и давление на поверхности планеты и состав пород, аналогичный земному, считались заданными, А найти требовалось состав продуктов тех химических реакций, которые протекают между газами и минералами и перераспределяют "обязательные" химические элементы- кислород, водород, кремний, железо и так далее - в самые причудливые сочетания. На Земле такое перераспределение элементов рождает разнообразные коры выветривания, содержащие глины, бокситы, соли, гипсы... А что на Венере?
В качестве исходных данных в ЭВМ были введены результаты определения состава венерианской атмосферы, полученные космическими средствами, и модели состава земных горных пород. Введенные туда же'законы химического взаимодействия минералов поверхности планеты с горячими газами атмосферы должны были- помочь получить прогноз породного состава. Итак, модель поведения химических элементов на поверхности планеты Венера выбрана, исходные данные введены. Теперь - за дело!
Машина успешно справляется с заданием, и мы получаем портрет венерианской коры выветривания. Нет, сенсации не будет. В венерианских условиях благополучно существуют в основном те же минералы, что и в земных гранитах и базальтах,- кварц, полевые шпаты, пироксены. Тем не менее ответ машины достаточно интригующий. Оказалось, что венерианские породы обнаруживают "особые приметы"; есть минералы, содержащие серу. Может быть, именно круговорот серы определяет метеоусловия на Венере без зимы и "ета, без дождя и снега?
Облачный покров Венеры толщиной ^ 25 километров почти наверняка состоит из капель серной кислоты. Газы, содержащие серу,- важная примесь в
углекислой атмосфере планеты, сера в существенных количествах содержится в поверхностных породах... Что это - звенья единого цикла круговорота веществ или случайность? Пока на этот вопрос нет однозначного ответа.
Здесь можно провести аналогию с проблемой возникновения аэрозолей серной кислоты в земной стратосфере (следствие загрязнения отходами химической промышленности), вспомнить сернокислотные дожди в Северной Америке и Европе и убедиться лишний раз в необходимости космических исследований для познания Земли.
Сухость венерианской атмосферы вызывает много дискуссий, многочисленные результаты анализов состава венерианского "воздуха" разноречивы, однако полеты автоматических станций "Венера-13" и "Венера-14" поставили точку: вблизи поверхности атмосфера содержит не более 0,002 процента водяного пара. Итак, отнята последняя возможность обнаружить венерианский "океан" - вода изгнана даже из кристаллических структур минералов. На поверхности Венеры не сохраняется не только капля, но и молекула воды в таком, казалось бы, надежном скафандре, как кристаллическая решетка.
Горячая атмосфера Венеры, вступая в контакт с породами поверхности, может приводить к изменению их химического состава; по сути дела, там происходит химическое выветривание. Главный недостаток теоретической модели - нельзя учесть время и полноту протекания химического процесса. А это означает, что мощность "коры выветривания" мы оценить не можем: будет ли это миллиметровая корочка или многокилометровая толща измененных пород - неизвестно.
Март 1982 года открыл новую страницу в изучении планеты: впервые удалось определить химический состав венерианских пород в местах посадки спускаемых аппаратов "Венера-13" и "Венера-14".
28
БУРЕНИЕ В РАСКАЛЕННОЙ ПУСТЫНЕ
Эксперимент по отбору и анализу венерианского грунта просто фантастичен. Инженеры, создававшие грунтозаборное устройство, шутили: задача сформулирована, как в сказке,- пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что! Увы, горькая доля истины в этой шутке была она связана с относительной "слепотой" посадки на планету. Надо было сконструировать такой бурильный агрегат, который мог бы работать как на скальном, так и на рыхлом грунте, в любом положении (аппарат может сесть с большим креном), при температуре "вишневого каления" обычной стали. Да к тому же бурение надо вести без смазки и без охлаждения!
И вот задача блестяще решена, причем стоатмосферное давление на поверхности Венеры превратили в союзника: проба грунта засасывалась внутрь приемной камеры по принципу пылесоса, затем от высокого давления избавлялись с помощью оригинальной системы шлюзов, в результате укрощенный грунт приходил к конечному пункту "конвейера" почти вакуумированным,
Анализ грунта проводило сложнейшее устройство, разработанное в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского АН СССР под руководством профессора Ю. Суркова, имевшее на вооружении источники радиоизотопов (железо-55 и плутоний-238). Поток альфа-частиц и жесткого рентгеновского излучения возбуждает в атомах облучаемой пробы флюоресцентное рентгеновское излучение, относительная интенсивность которого позволяет судить о концентрации того или иного химического элемента. Прибор принимал команды с бортового программно-временного устройства, а накопленная информация периодически отправлялась по телеметрической системе на Землю. Спускаемый аппарат "Венера-13"
жил и работал два часа и семь минут, а "Венера-14" - без семи минут час. Из этого времени четыре минуты ушло на бурение и шлюзование пробы грунта, а все остальное время на Землю переда* вались данные о химическом составе венерианских пород: 38 спектров - с "Венеры-13" и 20 спектров - с "Венеры-1 4". Рентгенорадиометрический анализ дал уникальные цифры содержания девяти главных породообразующих элементов.
ПОРОДЫ ВЕНЕРЫ БЕЗ ВУАЛИ? ;
Попробуем разобраться, какие проблемы минералогии и петрологии Венеры удалось решить после космического рейса "Венеры-13" и "Венеры-14", а какие остались нерешенными или даже возникли вновь.
Во-первых, теперь мы знаем, что наиболее распространенный тип венерианских пород - это базальты. Находки "подозревавшихся" гранитов следует отложить до тех времен, когда мы, может быть, узнаем, из какого материала построены высокогорные континенты на Венере.
Во-вторых, базальты Венеры имеют разный состав в разных геологических провинциях. Низменности (более молодые породы?) заполнены продуктами вулканических излияний практически того же состава, что рождает океаническая кора Земли. Более возвышенные регионы, названные холмистыми равнинами, представляют собой, вероятно, наиболее древние геологические области, если судить по интенсивным следам метеоритных бомбардировок. Там тоже базальты, но сильно обогащенные калием и магнием. На Земле породы такого типа появились довольно поздно - не ранее 2,6 миллиарда лет назад, и носят несомненные признаки глубинного происхождения.
В-третьих, базальты Венеры содержат в несколько раз больше серы по сравнению со своими земными аналогами.
Определение химического состава венерианских пород подтвердило теоретический прогноз о концентрации серы, а вот вопрос о том, есть ли на Венере связанная вода, остался нерешенным из-за ограниченных возможностей самой методики. Неизвестны и формы нахождения серы в минералах. Но здесь необходимо особое отступление.
Дело в том, что различия температуры и атмосферного давления на низменностях и в высокогорных областях Венеры достаточно велики, а это значит, что и минеральная пыль в горах и на равнинах - разная. Поэтому теоретически в высокогорье должны существовать более устойчивые сульфиды (пирит), а на высоте до двух километровсульфаты (ангидрит). Если это так, то на Венере действует оригинальный циклический механизм химического выветривания, немыслимый на других планетах.
Уже после полета "Венеры-13" и "Венеры-14" американские ученые сообщили: по радиофизическим измерениям электропроводности грунта Венеры со спутника "Пионер - Венера" получается, что высокогорные венерианские "материки" покрыты чехлом отложений с аномально высокой электропроводностью. Похоже, что такими свойствами обладает только сульфид железа - пирит. Такая неожиданная поддержка нашей гипотезы заставляет с еще большим вниманием относиться к проблеме химического и минерального состава пород Венеры.
Что же теперь сказать о нашем прогнозе состава пород Венеры, сделанном пять лет назад с помощью ЭВМ? Оправдался ли он? По-видимому, основную свою роль он сыграл: было правильно показано возможное направление изменений, которые претерпевают пороДЬ1, в особенности образование минералов, содержащих серу.
Мы здесь коснулись лишь итогов эксперимента по определению химического состава пород Венеры. Даже один этот пример показывает плодотворность использования
ского моделирования и прямого эксперимента в такой своеобразной науке, как сравнительная планетология.
Уникальные анализы венерианского грунта в местах посадки космических аппаратов подтверждают одну из общих закономерностей геологической истории планет земной группы. Базальтовый вулканизм - непременное звено длительного процесса формирования коры планет. Сходство состава земных и венерианских базальтов (кремний, алюминий, железо и т. п.) указывает на общие черты развития всех планетных тел Солнечной системы. Различия в начальных условиях рождения планет запечатлены скорее всего в судьбе водяного пара и таких летучих элементов, как углерод и сера. Эти разные судьбы предопределили разные лики детей Солнца-планет земной группы.
КАРТА ВЕНЕРЫ
Поверхность нашей небесной соседки скрыта от глаз наблюдателей многокилометровой толщей облаков. Но тем не менее ученые надеются в скором времени составить подробную карту загадочной планеты. Для этого они предлагают вывести на орбиту вокруг Венеры серию космических аппаратов, которые виток за витком будут поочередно зондировать ее поверхность с помощью радиолокаторов, а затем передавать на Землю последовательные изображения. Спутники, расположенные в непосредственной близости от планеты, помогут раскрыть многие ее тайны, так как появится возможность различить детали рельефа с точностью до полукилометра.
30
НАД ОБЛАКАМИ ВЕНЕРЫ
В октябре 1983 года Венера обзавелась новыми искусственными спутниками. Советские автоматические станции "Венера-15" и "Венера-16" ведут радиолокационную съемку сквозь сплошной облачный слой, передавая на экраны Центра дальней космической связи интереснейшие виды ландшафта Утренней звезды.
Наряду с этими съемками искусственные спутники Венеры проводят и другие интересные эксперименты. Среди них, например, программа измерений надоблачной атмосферы Венеры, подготовленная совместно учеными СССР и ГДР. В этом эксперименте прибор регистрирует спектр теплового (инфракрасного) излучения атмосферы и облаков, а по спектру определяются их температура, строение и химический состав. Уже через несколько дней после выхода на орбиты межпланетные станции передали на Землю более 70 инфракрасных спектров. Немало измерений было сделано и в последующие месяцы. Сейчас полученные данные анализируются и подводятся первые, пока еще предварительные итоги.
Что же выяснилось? Удалось уточнить состав верхней части облачного слоя и характер изменения температуры над ним, впервые определить содержание водяного пара на высотах, которые прежде оставались вне наблюдений. Измерения количества водяного пара в атмосфере Венеры особенно важны. Дело в том, что при большом сходстве этой планеты с Землей наша небесная соседка почти полностью лишена воды. Обнаружились и некоторые
данности. Например, оказалось, что у полюса верхняя граница облачного слоя располагается ниже, чем в средних широтах. По-видимому, это обусловлено мощным глобальным циклоном, связанным с необычно быстрым вращением атмосферы планеты. Этот результат привлек пристальное внимание исследователей, поскольку помогает лучше понять движение атмосфер на других планетах, в том числе и циркуляцию земной атмосферы, а значит, и закономерности развития климатических условий на нашей планете.
ТАЙНА МАРСИАНСКИХ РЕК
Ландшафт вроде бы самый обычный - изрезанные шрамами оврагов поля, сфотографированные с высоты птичьего полета. Однако ученых он поставил в тупик - дело в том, что это вовсе не земная поверхность, а марсианская. И скромные на вид овраги в действительности - высохшие русла гигантских рек, а фотографировала их автоматическая межпланетная станция.
Прошло не так уж много времени с тех пор, как космические зонды развеяли иллюзии насчет марсианских "каналов". И вот очередная загадка - сухие русла с островами, наносами. Все говорит о том, что когда-то по Красной планете неслись бурные потоки. Но откуда они взялись, если вода в жидком виде на поверхности Марса существовать не может слишком разрежена его атмосфера, слишком низки температуры.
На некоторых островах заметны метеоритные кратеры, значит, вода текла здесь несколько миллионов лет назад.
32
Проще всего предположить, что тогда у планеты была плотная атмосфера, а климат не столь беспощаден. Но куда же она девалась сейчас? И почему так резко изменился климат? Ведь расчеты показывают; чтобы на Марсе текли реки его атмосфера должна быть в три раза плотнее земной. Словом, вопросов возникало больше, чем было приемлемых ответов.
Появление высохших русел, изрезанных долин и других загадочных структур требовало объяснения. И астрогеологи предложили неожиданную гипотезу. По их мнению, реки на Марсе не только были, но могут течь... даже сейчас, правда, подо льдом.
Известно, что лед может испаряться, минуя жидкую фазу,сублимироваться. Это явление довольно широко используется. Именно так, испаряя влагу, готовят сублимированные продукты. Их достаточно опустить в воду, чтобы они приобрели первозданный вид. Но если на Земле условия для сублимации - разрежение и низкую температуру - надо создавать специально, то на Марсе они есть и так. Поэтому часть льда из полярных "шапок" испаряется. Конденсируясь, водяные пары оседают уже в виде снега и льда в более низких широтах. Специалисты подсчитали, что каждое марсианское лето в "теплых" районах прибавляется по нескольку десятков сантиметров снегового покрова. Здесь почва оказывается как бы в парнике. Укрытая толстым "одеялом", она прогревается солнечными лучами настолько, что нижняя кромка льда... подтаивает. Талая вода собирается в ручьи и реки. За тысячелетия они, видимо, и "проели" бесчисленные русла и овраги.
Но если причудливый рельеф родился под снежно-ледовым одеялом, то как же он оказался на поверхности? Дело в том, что снеговые шапки "путешествуют" по Марсу, открывая районы, прежде недоступные взору. Ученые объясняют это изменением наклона оси вращения планеты к плоскости ее
ЗЭвоика-86