Реголит: Поверхностные отложения горных пород планет и Луны.

Введение

Реголит (англ. Regolith) – это покров рыхлых, неоднородных поверхностных отложений, покрывающих твердую породу. Он состоит из пыли, обломков горных пород и других подобных материалов и встречается на Земле, Луне, Марсе, некоторых астероидах, а также на других планетах земной группы и их спутниках.

Этимология

Термин "реголит" происходит от двух греческих слов: rhegos (ῥῆγος), означающего "покрывало", и lithos (λίθος), означающего "камень". Американский геолог Джордж П. Меррилл впервые определил этот термин в 1897 году, написав:

"В некоторых местах это покрытие образовано материалом, возникшим в результате выветривания горных пород или роста растений непосредственно на месте. В других случаях оно состоит из фрагментированных и более или менее разложившихся веществ, перенесенных ветром, водой или льдом из других источников. Всю эту мантию рыхлого материала, независимо от его состава или происхождения, предлагается называть реголитом."

Луна

Реголит покрывает почти всю лунную поверхность, а скальные породы выходят на поверхность лишь на очень крутых склонах кратеров и в отдельных лавовых каналах. Этот реголит сформировался за последние 4,6 миллиарда лет в результате ударов крупных и мелких метеоритов, непрерывной бомбардировки микрометеоритами, а также воздействия солнечных и галактических заряженных частиц, разрушающих поверхностные горные породы. Образование реголита за счет эрозии пород может приводить к накоплению материала у основания лунных камней. Удар микрометеоритов, иногда движущихся со скоростью более , генерирует достаточно тепла для плавления или частичной вапоризации частиц пыли. Это плавление и последующее замерзание спекают частицы вместе, образуя стекловидные, остроугольные агглютинаты, напоминающие тектиты, найденные на Земле. Толщина реголита обычно составляет от 4 до 5 м в областях лунных морей и от 10 до 15 м в более древних нагорьях. Под этим собственно реголитом залегает область, состоящая из обломков и потрескавшихся горных пород, образованная в результате более мощных ударов, которую часто называют "мегареголитом". Плотность реголита в месте посадки "Аполлона-15" в среднем составляет около 1,35 г/см³ для верхних 30 см и около 1,85 г/см³ на глубине 60 см. Термин "лунная почва" часто используется как синоним "лунного реголита", но обычно относится к более мелкой фракции реголита, состоящей из зерен диаметром один сантиметр или меньше. Некоторые утверждают, что термин "почва" некорректен по отношению к Луне, поскольку почва определяется наличием органических веществ, которых на Луне нет. Однако, среди лунных ученых принято не учитывать это различие. "Лунная пыль" обычно обозначает еще более мелкие частицы, чем лунная почва, фракцию с диаметром менее 30 микрометров. Средний химический состав реголита можно оценить по относительной концентрации элементов в лунной почве. Физические и оптические свойства лунного реголита изменяются в процессе, известном как космическое выветривание, которое со временем затемняет реголит, вызывая исчезновение лучей кратеров. На ранних этапах программы пилотируемых полетов на Луну "Аполлон" Томас Голд из Корнелльского университета, являвшийся членом Научного консультативного комитета при президенте, выразил опасение, что толстый слой пыли на поверхности реголита не выдержит вес лунного модуля и модуль может провалиться под поверхность. Однако Джозеф Веверка (также из Корнелла) указал на то, что Голд неверно оценил глубину поверхностного слоя пыли, которая составляла всего несколько сантиметров. Действительно, автоматические станции "Сёрвейор", предшествовавшие "Аполлону", обнаружили, что реголит достаточно прочен, а во время посадок "Аполлона" астронавтам часто приходилось использовать молоток, чтобы забить в него инструмент для отбора проб.

Regolith covers almost the entire lunar surface, bedrock protruding only on very steep sided crater walls and the occasional lava channel. This regolith has formed over the last 4.6 billion years from the impact of large and small meteoroids, from the steady bombardment of micrometeoroids and from solar and galactic charged particles breaking down surface rocks. Regolith production by rock erosion can lead to fillet buildup around lunar rocks. The impact of micrometeoroids, sometimes travelling faster than , generates enough heat to melt or partially vaporize dust particles. This melting and refreezing welds particles together into glassy, jagged edged agglutinates, reminiscent of tektites found on Earth. The regolith is generally from 4 to 5 m thick in mare areas and from 10 to 15 m in the older highland regions. Below this true regolith is a region of blocky and fractured bedrock created by larger impacts, which is often referred to as the "megaregolith". The density of regolith at the Apollo 15 landing site averages approximately 1.35 g/cm3 for the top 30 cm, and it is approximately 1.85g/cm3 at a depth of 60 cm. The term lunar soil is often used interchangeably with "lunar regolith" but typically refers to the finer fraction of regolith, that which is composed of grains one centimetre in diameter or less. Some have argued that the term "soil" is not correct in reference to the Moon because soil is defined as having organic content, whereas the Moon has none. However, standard usage among lunar scientists is to ignore that distinction. "Lunar dust" generally connotes even finer materials than lunar soil, the fraction which is less than 30 micrometers in diameter. The average chemical composition of regolith might be estimated from the relative concentration of elements in lunar soil. The physical and optical properties of lunar regolith are altered through a process known as space weathering, which darkens the regolith over time, causing crater rays to fade and disappear. During the early phases of the Apollo Moon landing program, Thomas Gold of Cornell University and part of President's Science Advisory Committee raised a concern that the thick dust layer at the top of the regolith would not support the weight of the lunar module and that the module might sink beneath the surface. However, Joseph Veverka (also of Cornell) pointed out that Gold had miscalculated the depth of the overlying dust, which was only a couple of centimeters thick. Indeed, the regolith was found to be quite firm by the robotic Surveyor spacecraft that preceded Apollo, and during the Apollo landings the astronauts often found it necessary to use a hammer to drive a core sampling tool into it.

Марс

Марс покрыт огромными пространствами песка и пыли, а его поверхность усеяна камнями и валунами. Пыль периодически поднимается в огромные, охватывающие всю планету пыльные бури. Марсианская пыль очень мелкая, и её достаточное количество остаётся во взвешенном состоянии в атмосфере, придавая небу красноватый оттенок. Считается, что песок перемещается в марсианских ветрах лишь медленно из-за крайне низкой плотности атмосферы в нынешнюю эпоху. В прошлом жидкая вода, текущая по оврагам и речным долинам, могла сформировать марсианский реголит. Исследователи Марса изучают, формирует ли вымывание грунтовых вод марсианский реголит в настоящее время, а также существуют ли на Марсе гидраты углекислого газа и какую роль они играют. Предполагается, что значительные запасы водяного и углекислого льда остаются замороженными внутри реголита в экваториальных областях Марса и на его поверхности в более высоких широтах.

Астероиды

Астероиды имеют реголиты, образовавшиеся в результате метеоритной бомбардировки. Последние снимки поверхности Эроса, сделанные космическим аппаратом NEAR Shoemaker, представляют собой наилучшие изображения реголита астероида. Недавняя японская миссия "Хаябуса" также доставила чёткие изображения реголита на астероиде, настолько маленьком, что предполагалось, что гравитации недостаточно для формирования и поддержания реголита. Астероид 21 Lutetia имеет слой реголита вблизи своего северного полюса, который проявляется в оползнях, связанных с изменениями альбедо.

Титан

Известно, что на самом большом спутнике Сатурна Титане существуют обширные поля дюн, однако происхождение материала, формирующего эти дюны, остаётся неизвестным. Им могут быть небольшие фрагменты водяного льда, размытые потоками метана, или, возможно, частицы органического вещества, образовавшиеся в атмосфере Титана и выпавшие на поверхность. Учёные стали называть этот рыхлый ледяной материал реголитом из-за механического сходства с реголитом на других небесных телах, хотя традиционно (и этимологически) этот термин применялся только к рыхлым слоям, состоящим из минеральных зерен, таких как кварц или плагиоклаз, или обломков горных пород, в свою очередь, сложенных из этих минералов. Рыхлые наслоения ледяных зерен ранее не считались реголитом, поскольку на Земле, в виде снега, они ведут себя иначе: зерна тают и сливаются даже при незначительных изменениях давления или температуры. Однако на Титане настолько холодно, что лёд ведёт себя как горная порода. Таким образом, на Титане существует ледяной реголит, подверженный эрозии, эоловым и/или осадочным процессам. При посадке зонд "Гюйгенс" использовал пенетрометр для определения механических свойств местного реголита. Сообщалось, что поверхность представляет собой материал, похожий на глину, "который мог иметь тонкую корку, под которой располагался слой относительно однородной консистенции". Последующий анализ данных показал, что показания консистенции поверхности, вероятно, были вызваны смещением зондом "Гюйгенс" крупного камня при посадке, и что поверхность лучше описывается как "песок", состоящий из ледяных зерен. Снимки, сделанные после посадки зонда, демонстрируют ровную равнину, покрытую галькой. Эти гальки, которые, возможно, состоят из водяного льда, несколько округлены, что может свидетельствовать о воздействии на них жидкости.