Напряженное состояние недр Марса и Венеры
- Авторы: Гудкова Т.В.1, Батов А.В.2
-
Учреждения:
- Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН
- Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 105-118
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3337/article/view/658202
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333724010078
- EDN: https://elibrary.ru/EHWFNZ
- ID: 658202
Цитировать
Полный текст



Аннотация
Показано, что большинство эпицентров марсотрясений расположено в зонах растяжений и достаточно больших касательных напряжений, связанных с отклонением планеты от состояния гидростатического равновесия. Проведен расчет негидростатических напряжений в недрах Венеры для двух типов моделей: упругой модели и модели с литосферой варьируемой толщины (150–500 км), расположенной на ослабленном слое, который частично потерял свои упругие свойства. Численное моделирование системы уравнений упругого равновесия гравитирующей планеты выполнено с шагом 1°×1° градус по широте и долготе до глубины 480 км – первого фазового перехода в мантии. Граничными условиями задачи служат данные о топографии и гравитационном поле планеты. В целом, уровень негидростатических напряжений на Венере не слишком высок. На поверхности планеты и в коре наибольшие касательные напряжения проявляются в районе горы Максвелла (Maxwell Monte) на Земле Иштар (Ishtar Terra). Под горами Максвелла напряжения сдвига в коре достигают 80 МПа, значения сжатия достигают значений 125–150 МПа, в зависимости от модели. Напряжения растяжения вокруг этой области составляют около 20 МПа. Наибольшие напряжения растяжения приходятся на области под такими структурами как равнина Лавинии (Lavinia Planitia), равнина Седны (Sedna Planitia), равнина Айно (Aino Planitia).
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
Т. В. Гудкова
Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: gudkova@ifz.ru
Россия, Москва
А. В. Батов
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: batov@ipu.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Батов А.В., Гудкова Т.В., Жарков В.Н. Оценки напряженного состояния недр Марса под локальными топографическими структурами // Геофизические исследования. 2018. Т. 19. № 3. С. 5–22.
- Батов А.В., Гудкова Т.В., Жарков В.Н. Негидростатические напряжения в недрах Марса для различных моделей неоднородной упругости // Физика Земли. 2019. № 4. C. 166–180. (Batov A.V., Gudkova T.V., Zharkov V.N. Nonhydrostatic stress state in the Martian interior for different rheological Models // Izvestiya Physics of the solid Earth. 2019. V. 55. № 4. P. 688–700.)
- Гудкова Т.В., Батов А.В., Жарков В.Н. Модельные оценки негидростатических напряжений в коре и мантии Марса: 1. Двухуровневая модель // Астрон. Вестн. 2017. Т. 51. № 6. С. 490–511. (Gudkova T.V., Batov A.V., Zharkov V.N. Model estimates of non-hydrostatic stresses in the Martian crust and mantle: 1. Two-level model //Solar System Research. 2017. V. 51. № 6. P. 457–478).
- Гудкова Т.В., Батов А.В., Жарков В.Н. О зонах возможной повышенной сейсмической активности на Марсе // Докл. РАН. 2018. Т. 481. № 4. С. 1–4. (Gudkova T.V., Batov A.V., Zharkov V.N. On Zones of Potential High Seismic Activity on Mars // Dokladu of Earth Sciences. 2018. V. 481. № 2. P. 1013–1016).
- Гудкова Т.В., Жарков В.Н. Модели внутреннего строения землеподобной Венеры // Астрономический Вестник. 2020. Т. 54. № 1 С. 24–32. (Gudkova T.V., Zharkov V.N. Models of the Internal Structure of the Earth-like Venus // Solar System Research. 2020. V. 54. № 1. P. 20–27.)
- Жарков В.Н. Физика земных недр. ООО Наука и образование. 2012. 386 с. (Zharkov, V.N., Fizika zemnykh nedr (Physics of the Earth’s Interior), Moscow: Nauka i Obrazovanie, 2012).
- Жарков В.Н., Марченков К.И. О корреляции касательных напряжениях в литосфере Венеры с поверхностными структурами // Астрон. вестн. 1987. Т. 21. № 2. С. 170–175. (Zharkov V.N., Marchenkov K.I. O On the correlation of shear stresses in the Venusian lithosphere with surface structures // Astron. Vestn. 1987. V. 21. № 2. С. 170–175).
- Жарков В.Н., Гудкова Т.В. О модельной структуре гравитационного поля Марса // Астрон. вестн. 2016. Т. 50. № 4. С. 252–267. (Zharkov V.N., Gudkova T.V. On the model Structure of the gravity field of Mars // Sol. Syst. Res. 2016. V. 50 (4). P. 235–250.)
- Жарков В.Н., Гудкова Т.В. О параметрах землеподобной модели Венеры // Астрономический Вестник. 2019. Т. 53. № 1 С. 3–6. (Zharkov V.N., Gudkova T.V. On parameters of the Earth-like model of Venus // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53 (1). P. 1–4.)
- Жарков В.Н., Марченков К.И., Любимов В.М. О длинноволновых касательных напряжениях в литосфере и мантии Венеры // Астрон. вестн. 1986. Т. 20. № 3. С. 202–211. (Zharkov V.N., Marchenkov K.I., Lyubimov V.M. On long-period shear stresses in the lithosphere and mantle of Venus // Astron. Vestn. 1986. V. 20. № 3. С. 202–211.)
- Жарков В.Н., Кошляков Е.М., Марченков К.И. Состав, строение и гравитационное поле Марса // Астрон. вестн. 1991. Т. 25. № 5. С. 515–547. (Zharkov V.N., Koshlyakov E.M., Marchenkov K.I. Composition, structure and gravitational field of Mars // Astron. Vestn. 1991. V. 25 (5). P. 515–547.)
- Ксанфомалити Л.В. Поиск микросейсмов на Венере // Космические исследования. 1983. Т. XXI (3). С. 355–360.
- Ксанфомалити Л.В., Зубкова В.М., Морозова Н.А., Петрова Н.В. Микросейсмы в местах посадки “Венеры-13” и “Венеры-14” // Письма в АЖ. 1982. Т. 8(7). С. 444–447. (Ksanfomaliti L.V., Zubkova V.M., Morozova N.A., Petrova N.V. Microseisms at the Venera 13 and Venera 14 landing sites // Sov. Astron. Lett. 8(4). P. 241–242.)
- Марченков К.И., Любимов В.М., Жарков В.Н. Расчет нагрузочных коэффициентов для заглубленных аномалий плотности // Докл. АНСССР. 1984. Т. 15. № 2. С. 583–586. (Marchenkov K.I., Lyubimov V.M., Zharkov V.N. Calculation of loading coefficients for deep density anomalies // Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1984. V. 15. № 2. С. 583–586.)
- Марченков К.И., Жарков В.Н. О рельефе границы кора-мантия и напряжениях растяжения-сжатия в коре Венеры // Письма в астрон. журн. 1989. Т. 15. № 2. С. 182–190. (Marchenkov K.I., Zharkov V.N. On the relief of the crust-mantle boundary and extension-compression stresses in the crust of Venus // Pis’ma Astron. Zh. 1989. V. 15. № 2. С. 182–190.)
- Менщикова Т.И., Гудкова Т.В., Жарков В.Н. Анализ данных топографии и гравитационного поля землеподобной Венеры // Астрономический Вестник. 2021. Т. 55. № 1 С. 13–21. (Menshchikova T.I., Gudkova T.V., Zharkov V.N. Analysis of the topography and gravity data for the Earth-like Venus // Sol. Syst. Res. 2021. V. 55 (1). P. 11–19.)
- Anderson D.L., Miller W.F., Latham G.V., Nakamura Y., Toksoz M.N., Dainty A.M., Duennebier F.K., Lazarewicz A.R., Kovach R.L., Knight T.C.D. Seismology on Mars // JGR 1977. V. 82 (28). 4524–4546.
- Banerdt W.B., Smrekar S., Lognonné P., Spohn T., Asmar S.W., Banfield D., Boschi L., Christensen U., Dehant V., Folkner W., Giardini D., Goetze W., Golombek M., Grott M., Hudson T., et al. InSight: a discovery mission to explore the interior of Mars,Proc. 44th Lunar and Planetary Science Conf., Woodlands, 2013. V. 44. P. 1915.
- Banerdt W.B., Smrekar S.E., Banfield D., Giardini D., Golombek M., Johnson C.L., et al. Initial results fromthe InSight mission on Mars // Nature Geosci. 2020. V. 13. C. 183–189.
- Basilevsky A.T. Age of rifting and associated volcanism in Atla Regio, Venus // Geophys. Res. Lett. 1993. V 20 (10). P. 883–886.
- Bondarenko N.V., Kreskavsky M.A. Surface properties and surficial deposits on Venus: New results from Magellan Radar Altimeter data analysis // Icarus. 2018. V. 309. P. 162–176.
- Brinkman N., Stähler S. C., Giardini D., Schmelzbach C., Khan A., Jacob A., Fuji N., Perrin C., Lognonné P., Beucler E., Böse M., Ceylan S., Charalambous C., Clinton J.F., van Driel M., Euchner F., Horleston A., Kawamura T., Knapmeyer-Endrun B., Mainsant G., Panning M.P., Pike W.T., Scholz J.-R., Robertsson J.O.A., Banerdt W.B. First focal mechanisms of Marsquakes // Journal of Geophysical Research: Planets. 2021. V. 126. e2020JE006546.
- Broquet A., Andrews-Hanna J.C. Geophysical evidence for an active mantle plume underneath Elysium Planitia on Mars // Nature Astronomy. 2022. http//doi.org/10.1038/s41550-022-01836-3
- Byrne P.K., Krishnamoorthy S. Estimates on the frequency of volcanic eruptions on Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 2022. V. 127 (1). E2021JE007040
- Ceylan S., Clinton J.F., Giardini D.,Stähler S.C., Horleston A., Kawamura T., Böse M., Charalambous C., Dahmen N.L., van Driel M., Duran C., Euchner F., Khan A., Kim D, Plasman M., Scholz J.-R., Zenhäusern G., Beucler E., Garcia R.F., Kedar S., Knapmeyer M., LognonnéP., Panning M.P., Perrin C., Pike W.T., Stott A.E., Banerdt W.B. The marsquake catalogue from InSight, sols 0-1011 // Phys. Earth. Planet. Inter. 2022. V. 333 (3). 106943.
- Dziewonski A.M., Anderson D.L. Preliminary reference earth model // Phys. Earth Planet. Inter. 1981. V. 25 (4). P. 297–356.
- Garcia R., Lognonné Ph., Bonnin X. Detecting atmospheric perturbations produced by Venus quakes // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32. L16205.
- Giardini D., Lognonné P., Baner et al. The Seismicity of Mars // Nature Geoscience. 2020. V. 13. № 3. P. 205.
- Graff J.R., Ernst R.E., Samson C. Evidence for triple-junctionrifting focussed on local magmatic centres along Parga Chasma, Venus // Icarus. V. 306. P. 122–138.
- Herrick R.R., Hensley S. Surface changes observed on a Venusian volcano during the Magellan mission // Science. 2023. V. 379. Issue 6638. P. 1205–1208.
- Horleston A.C., Clinton J.F., Ceylan S., Giardini D., Cheralambous C., Irving J.C.E., Lognonné P., Stähler S.C., Zenhausern G., Dahmen N.L. et al. The far side of Mars: two distant marsquakes detected by InSight // The seismic record. 2022. V. 2 (2). P. 88–99.
- Huang Q., Schmerr N.C., King S. D., Kim D., Rivoldini A., Plesa A.-C., Samuel H., Maguire R.R., Karakostas F., Lekić V., Charalambous C., Collinet M., Myhill R., Antonangeli D., Drilleau M., Bystricky M., Bollinger C., Michaut C., Gudkova T., Irving J. C.E., Horleston A., Fernando B., Leng K., Nissen-Meyer T., Bejina F., Bozdağ E., Beghein C., Waszek L., Siersch N.C., Scholz J.-R., Davis P.M., Lognonné P., Pinot B., Widmer-Schnidrig R., Panning M.P., Smrekar S.E., Spohn T., Giardini D., Banerdt W.B. Seismic detection of a deep mantle discontinuity within Mars by InSight // PNAS. October 10. 2022.
- InSight Marsquake Service. Mars Seismic Catalogue, InSight Mission 2023. V 14 2023-04-01. ETHZ, IPGP, JPL, ICL, Univ. Bristol. https://doi.org/10.12686/a21
- Ivanov M.A., Head J.W. Global geological map of Venus // Planetary and Space Science. 2011. V. 59 (13). P. 1559–1600.
- Kawamura T., Clinton J.F., Zenhausern G., Ceylan S., Horleston A.C., Dahmen N.L., Duran C., Kim D., Plasman M., Stähler S.C., Euchner F. , Charalambous C., Giardini D., Davis P., Sainton G., Lognonné P., Panning M., Banerdt W.B. S1222a – The largest marsquake detected by InSight // Geophys. Res. Lett. 2023. V. 50 (5). E2022GL101543.
- Knapmeyer-Endrun B., Panning M.P., Bissig F., Joshi R., Khan A., Kim D., Lekic V., Tauzin B., Tharimena S., Plasman M., Compaire N., Garcia R.F. , Margerin L., Schimmel M., Stutzmann E., Schmerr N., E. Bozdag, Plesa A.-C., Wieczorek M.A., Broquet A., Antonangeli D., McLennan S.M., Samuel H., Michaut C., Pan L., S.E. Smrekar S.E., Johnson C.L., Brinkman N., Mittelholz A., Rivoldini A., Davis P.M., Lognonné P., Pinot B., Scholz J.-R., Stahler S., Knapmeyer M., van Driel M., Giardini D., Banerdt W.B. Thickness and structure of the martian crust from InSight seismic data // Science. 2021. V. 373. P. 438–443.
- Komjathy A., Didion A., Sutin B., Nakazono B., Karp A., Wallace M., Lantoine G., Krishnamoorthy S., Rud M., Cutts J., Makela J., Grawe M., Lognonné P., Kenda B., Drilleau M., Helbert J. Remote sensing of seismic activity on Venus using a small spacecraft:initial modeling results // 49th Lunar and Planetary Science Conference. 2018. 2083.1731.pdf
- Konopliv A.S., Banerdt W.B., Sjogren W.L. Venus gravity: 180th degree and order model // Icarus. 1999. V. 139. P. 3–18. doi: 10.1006/icar.1999.6086.
- Konopliv A.S., Park R.S., Folkner W.M. An improved JPL Mars gravity field and orientation from Mars orbiter and lander tracking data // Icarus. 2016. V. 274. P. 253–260.
- Kremic T., Ghail R, Gilmore M., Hunter G., Kiefer W., Limaye S., Pauken M., Tolbert C., Wilson C. Long-duration Venus lander for seismic and atmospheric science // Planetary and Space Science. 2020. V. 190. P. 104961
- Lehmann I. P’Bureau Central Séismologique International Strasbourg: Publications du Bureau Central Scientifiques. 1936. V. 14. P. 87–115.
- Liu J., Sieh K., Hauksson E. A structural interpretation of the aftershock “cloud” of the 1992 Mw 7.3 Landers earthquake // Bulletin of the SeismologicalSociety of America. 2003. V. 93 (3). P. 1333–1344.
- Lognonné P., Johnson C.L. Planetary Seismology / Spohn T. (ed.). Treatise on Geophysics. Planets and Moons. Amsterdam: Elsevier. Second Edition. 2015. V. 10. P. 65–120.
- Lognonné P., Karakostas F., Rolland L., Nishikawa Y. Modeling of atmospheric-coupled Rayleigh waves on planetswith atmosphere : From Earth observation to Mars and Venus perspectives // TheJournal of the Acoustical Society of America. 2016. V. 140 (2). P. 1447–1468.
- Lognonné P., Banerdt W.B., Giardini D., Pike W.T., Christensen U., Laudet P., et al. SEIS: Insight’s Seismic Experiment for Internal Structure of Mars // Space Science Reviews. 2019. V. 215 (1). P. 12.
- Makela J.J., Lognonné P., Hebert H., Gehrels T., Rolland L., Allgeyer S., Kheranj A., Occhipinti G., Astafyeva E., Coisson P., Loevenbruck A., Clevede E., Kelley M.C., Lamouroux J. Imaging and modeling the ionospheric airglow response over Hawaiito the tsunami generated by the Tohoku earthquake of 11 March 2011 // GeophysicalResearch Letters. 2011. V. 38 (24). L00G02.
- Mimoun D., Lognonné P., Banerdt W.B., Hurst K., Deraucourt S., Gagnepain-Beyneix J., Pike T., Calcutt S., Bierwirth M., Roll R., Zweifel P., Mance D., Robert O., Nébut T., Tillier S., Laudet P., Kerjean L., Perez R., Giardini D., Christenssen U., Garcia R. The InSight SEIS Experiment // Lunar and Planetary Science Conference. 2012. Lunar and Planetary Inst. Technical Report. V. 43. P. 1493.
- Mohorovičić A. Godišnje izvješće zagrebačkog meteorološkog opservatorija za godinu 1909. Godina IX, dio IV. – polovina 1. Potres od 8.X 1909. 1910. English translation: Earthquake of 1909 October 8 // Geofizika. 1992. V. 9. P. 3–55.
- Oldham R. D. The constitution of the interior of the Earth, as revealed by earthquakes // Quarterly Journal of the Geological Society. 1906. V. 62 (1–4). P. 456–475.
- Panning M.P., Lognonné Ph., Banerdt W.B., Garsia R., Golombek M., Kedar S., Knapmeyer-Endrun B., Mocquet A., Teanby N.A., Tromp J., Weber R., Beucler E., Blanchette-Guertin J.-F., Drilleau M., Gudkova T. et al. Planned products of the Mars structure service for the InSight mission to Mars // Space Sci. Rev. 2017.
- Rappaport N.J., Konopliv A.S., Kucinskas A.B. An improved 360 degree and order model of Venus topography // Icarus. 1999. V. 139. P. 19–31.
- Saunders R.S., A.J. Spear A.J., Allin P.C., Austin R.S., Berman A.L., Chandlee R.C., Clark J., Decharon A.V., De Jong E.M., Griffith D.G., Gunn J.M., Hensley S., Johnson W.T.K., Kirby C.E., Leung K.S., Lyons D.T., Michaels G.A., Miller J., Morris B., Morrison A.D., Piereson R.G., Scott J.F., Shaffer S.J., Slonski J.P., Stofan E.R., Thompson T.W., Wall S.D. Magellan mission summary // Journal of Geophysical Research. 1992. V. 97. E8. P. 13067–13090
- Shalygin, E.V., Markiewicz W.J., Basilevsky A.T., Titov D.V., Ignatiev N.I., Head J.W. Active volcanism on Venus in the Ganiki Chasma rift zone // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. P. 4762–4769.
- Smith D.E., Zuber M.T., Frey H.V., Garvin J.B., Head J.W., Muhleman D.O., Pettengill G.H., Phillips R.J., Solomon S.C., Zwally H.J., Banerdt W.B., Duxbury T.C., Golombek M.P., Lemoine F.G., Neumann G.A., Rowlands D.D., Aharonson O., Ford P.G., Ivanov A.B., Johnson C.L., McGavern P.J., Abshire J.B., Afzal R.S., Sun X. Mars Orbiter Laser Altimeter: Experimental summary after the first year of global mapping of Mars // J. Geophys. Res. 2001. V. 106 (E10). P. 23689–23722.
- Smrekar S.E., Stofan E.R., Mueller N., Treiman A., Elkins-Tanton L., Helbert J., Piccioni G., Drossart P. Recent hotspot volcanism on Venus from VIRTIS emissivity data // Science. 2010. V. 328 (5978). P. 605–608.
- Stähler S.C., Khan A., Banerdt W.B. , Lognonné Ph., Giardini D., Ceylan S., Drilleau M., Duran A.C., Garcia R.F., Huang Q., Kim D., Lekic V., Samuel H., Schimmel M., Schmerr N., Sollberger D., Stutzmann É., Xu Z., Antonangeli D., Charalambous C., Davis P. M., Irving J.C.E., Kawamura T., Knapmeyer M., Maguire R., Marusiak A.G., Panning M.P., Perrin C., Plesa A.-C., Rivoldini A., Schmelzbach C., Zenhäusern G., Beucler É., Clinton J., Dahmen N., van Driel M., Gudkova T., Horleston A., Pike W.T., Plasman M., Smrekar S.E. Seismic detection of the martian core // Science. 2021. V. 373. P. 443–448.
- Tian Y., Herrick R.R., West M.E., Kremic T. Mitigating power and memory constraints on a Venusian seismometer // Seismological Res. Lett. 2023. V. 94 (1). P. 159–171.
- van Zelst I., Maia J., Plesa A.-C., Ghail R., Spühler M. Estimates on the possible annual seismicity of Venus // Geophys. Res. Lett. 2023.
- Weber R.C., Lin P.Y., Garnero E., Williams Q., Lognonné P. Seismic detection of the lunarcore // Science. 2011. V. 331 (6015). P. 309–312.
- Wieczorek M.A., Broquet A., McLennan S.M., Rivoldini A., Golombek M., Antonangeli D., Beghein C., Giardini D., Gudkova T., Gyalay S., Johnson C. L., Joshi R., Kim D., King S.D., Knapmeyer-Endrun B., Lognonné Ph., Michaut C., Mittelholz A., Nimmo F., Ojha L., Panning M.P., Plesa A.-C., Siegler M.A., Smrekar S.E., Spohn T., Banerdt W.B. InSight constraints on the global character of the Martiancrust // Journal of Geophysical Research: Planets. 2022. V. 127. e2022JE007298.
- Yang S.-S., Asano T., Hayakawa M. Abnormal gravity wave activityin the stratosphere prior to the 2016 Kumamoto earthquakes // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2019. V. 124 (2). P. 1410–1425.
- Zasova L.V., Gorinov D.A., Eismont N.A., Kovalenko I.D., Abbakumov A.S., Bober S.A. Venera-D : A design of an automatic space station for Venus exploration // Solar System Research. 2019. V. 53 (7). P. 506–510.
- Zharkov V.N., Gudkova T.V., Molodensky S.M. On models of Mars’ interior and amplitudes of forced nutations. 1. The effects of deviation of Mars from its equilibrium state on the flattening of the core-mantle boundary // Phys. Earth Planet. Inter. 2009. V. 172. P. 324–334.
Дополнительные файлы
