Лавины Япета помогут объяснить загадку земных оползней

На спутнике Сатурна Япете происходят самые большие ледяные оползни в Солнечной системе (если не брать в расчёт Марса). 

Некий природный механизм снижает коэффициент трения таким образом, что лавины не падают, а текут, успевая пройти значительное расстояние. Гляциологи, геологи и планетологи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (США) и их коллеги предложили физикам подумать вот над чем. 

Причины, по которым Япет оказался в числе рекордсменов, заключаются в том, что этот объект далеко не сферический, к тому же он обладает гигантскими ударными кратерами и величественным 20-километровым горным хребтом. 

Падая с такой высоты, лёд достигает большой скорости, после чего происходит что-то странное. Коэффициент трения снижается, и лавина начинает течь, постепенно растрачивая энергию падения и в конечном счёте оказываясь в состоянии покоя. Вероятно, дело в том, что лёд и камень становятся скользкими не только во время схода лавин или оползней, но и в результате лунотрясений. 

Ледяные лавины на Япете не просто большие: они больше, чем должны быть, если учитывать те силы, что приводят их в движение, а затем останавливают. Нечто похожее, впрочем, случается и на Земле — речь идёт о редком типе оползня под названием sturzstrom. Большинство не проходит и половину горизонтального пути камнепада, а этот оказывается в 20–30 раз дальше, причём не только по горизонтали, но и в гору. В определённом смысле такая смесь камней и грязи ведёт себя скорее как жидкость. 

Механизм нормального оползня прост. Обломки породы путешествуют до тех пор, пока трение между ними и землёй (а также между различными обломками) не рассеет энергию, полученную камнями при падении. Соответственно, в случае необыкновенно длинного оползня что-то должно снижать силу трения. 

Гипотез на этот счёт хватает: воздушная подушка, смазка, в роли которой могут выступать вода, каменная крошка и тонкий слой расплавленного материала, и др. Почему бы не проверить их на Япете? По словам соавтора Келси Сингер, все предположения, касающиеся Земли, должны работать и там, несмотря на иную силу тяжести и отсутствие атмосферы. 

Япет, надо сказать, весьма странное тело. В районе экватора он толще, чем на полюсах: скорее всего, замёрз, когда вращался быстрее, чем сейчас, не успев превратиться в сферу. И это означает, что его поверхность сейчас испытывает сильнейший стресс (в шар-то превращаться надо), поэтому было бы логичным обнаружить многочисленные трещины, однако на снимках космического аппарата «Кассини» г-жа Сингер вместо этого нашла большое количество (а именно тридцать) гигантских лавин. 17 из них сошли со стен кратеров, 13 — со склонов экваториального хребта. 

Тщательные измерения высот, с которых упал лёд, и расстояний, пройденных лавинами, показали наличие аналога очень длинных земных оползней. Однако вычисленный коэффициент трения лавин (0,1–0,3) не согласуется с показателями очень холодного льда (0,55–0,7), измеренными в лаборатории. 

И всё же есть одна идея, способная объяснить столь вопиющее несоответствие. В ходе типичного лабораторного эксперимента коэффициент трения льда измеряется с помощью цилиндров, которые касаются друг друга. Чем выше скорость их вращения, тем ниже трение. Быть может, есть какие-то причины, которые заставляют лёд ускоряться? 

И здесь можно вспомнить, с чего начиналось исследование, — то напряжение, в котором пребывает поверхность Япета. Быть может, ключом к разгадке могут стать тамошние землетрясения? Кстати, на Земле коэффициент трения породы меняется от 0,6–0,85 в спокойном состоянии до 0,2, когда пласты земной коры резко сдвигаются, производя сейсмические толчки. 

Возможно, есть и смазка: когда небольшие участки породы регулярно трутся друг о друга, их температура повышается, что может привести к таянию льда и даже плавлению пород. На Земле свидетелями этого процесса являются так называемые псевдотахиллиты. 

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience. 

Подготовлено по материалам Phys.Org.

Текст: Дмитрий Целиков

Послушать эту новость 

Подробнее