Ударный кратер

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Уда́рный кра́тер — углубление, появившееся на поверхности космического тела в результате падения другого тела, меньшего размера.

Крупный ударный кратер (более 2 км. в диаметре) на поверхности Земли называют астроблема (от др.-греч. αστρον — «звезда» и греч. βλημα — «рана», то есть «звёздная рана»). Термин «астроблема» введён в 1960 году Робертом Дицем (англ.)русск..

Само событие (удар метеорита) иногда называют и́мпактом (от англ. impact — «столкновение») или и́мпактным событием.

На Земле обнаружено около 150 астроблем.

История вопроса[править | править исходный текст]

Аризонский кратер Берринжера.

Одним из первых учёных, связавших кратер с падением метеорита, был Дэниел Бэрринджер (англ.) (1860—1929). Он изучал ударный кратер в Аризоне, ныне носящий его имя. Однако в то время эти идеи не получили широкого признания (как и тот факт, что Земля подвергается постоянной метеоритной бомбардировке).

В 1920-е годы американский геолог Уолтер Бачер, исследовавший ряд кратеров на территории США, высказал мысль, что они вызваны некими взрывными событиями в рамках его теории «пульсации Земли».

В 1936 году геологи Джон Бун и Клод Албриттон продолжили исследования Бачера и пришли к выводу, что кратеры имеют импактную природу.

Теория ударного происхождения кратеров оставалась не более чем гипотезой вплоть до 1960-х. К этому времени ряд учёных (в первую очередь Юджин Шумейкер) провели детальные исследования, полностью подтвердившие импактную теорию. В частности, были обнаружены следы веществ, называемых импактитами (например, en:Shocked quartz), которые могли образоваться только в специфических условиях импакта.

После этого исследователи стали целенаправленно искать импактиты, чтобы идентифицировать древние ударные кратеры. К 1970-м годам было найдено около 50-ти импактных структур. На территории России первой найденной астроблемой стал Пучеж-Катунский кратер 80-километрового диаметра, локализованный в 1965 году в 80 км севернее Нижнего Новгорода[1].

Космические исследования показали, что ударные кратеры — самая распространённая геологическая структура в Солнечной системе. Это подтвердило тот факт, что и Земля подвергается постоянной метеоритной бомбардировке.

Геологическое строение[править | править исходный текст]

Астроблема Мьолнир (англ.)русск. (Норвегия, диаметр 40 км), сейсмические данные.

Особенности строения кратеров определяются рядом факторов, среди которых основными являются энергия соударения (зависящая, в свою очередь, от массы и скорости космического тела, плотности атмосферы), угол встречи с поверхностью и твёрдость веществ, образующих метеорит и поверхность.

При касательном ударе возникают бороздообразные кратеры небольшой глубины со слабым разрушением подстилающих пород, такие кратеры достаточно быстро разрушаются вследствие эрозии. Примером может служить кратерное поле Рио Кварта в Аргентине, возраст которого составляет около 10 тысяч лет: самый крупный кратер поля имеет длину 4,5 км и ширину 1,1 км при глубине 7—8 м.

Структура обычного и крупного кратеров.

При направлении столкновения, близком к вертикальному, возникают округлые кратеры, морфология которых зависит от их диаметра. Небольшие кратеры (диаметром 3—4 км) имеют простую чашеобразную форму, их воронка окружена валом, образованным задранными пластами подстилающих пород (цокольный вал), перекрытый выброшенными из кратера обломками (насыпной вал, аллогенная брекчия). Под дном кратера залегают аутигенные брекчии — породы, раздробленные и частично метаморфизированные при столкновении; под брекчией расположены трещиноватые горные породы. Отношение глубины к диаметру у таких кратеров близко к 1/3, что отличает их от кратерообразных структур вулканического происхождения, у которых отношение глубины к диаметру составляет около 0.4.

При больших диаметрах возникает центральная горка над точкой удара (в месте максимального сжатия пород). При ещё бо́льших диаметрах кратера (более 14—15 км) образуются кольцевые поднятия. Эти структуры связаны с волновыми эффектами (подобно капле, падающей на поверхность воды). С ростом диаметра кратеры быстро уплощаются: отношение глубина/диаметр падает до 0,05—0,02.

Размер кратера может зависеть от мягкости поверхностных пород (чем мягче, тем, как правило, меньше кратер).

На телах, не обладающих плотной атмосферой, вокруг кратеров могут сохраняться длинные «лучи» (образовавшиеся в результате выброса вещества в момент удара).

При падении крупного метеорита в море могут возникать мощные цунами (например, юкатанский метеорит, согласно расчётам, вызвал цунами высотой 50—100 м).

Метеориты массой свыше 1000 тонн практически не задерживаются земной атмосферой; метеориты меньшей массы могут существенно тормозиться и даже полностью испаряться, не достигая поверхности.

У старых астроблем видимая структура кратера (горка и вал) зачастую разрушена эрозией и погребена под наносным материалом, однако по изменениям свойств подстилающих и перенесённых горных пород такие структуры достаточно чётко определяются сейсмическими и магнитными методами.

Формирование кратера[править | править исходный текст]

Образование ударного кратера

Средняя скорость, с которой метеориты врезаются в поверхность Земли, составляет около 20 км/с, а максимальная — около 70 км/с. Их кинетическая энергия превышает энергию, выделяющуюся при детонации обычной взрывчатки той же массы. Энергия, выделяющаяся при падении метеорита массой свыше 1 тыс. тонн, сравнима с энергией ядерного взрыва. Метеориты такой массы падают на Землю довольно редко.

При встрече метеорита с твёрдой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (места, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит. Ударная волна создает колоссальное давление — свыше 5 миллионов атмосфер. Под её воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются, что приводит к взрывному росту температуры и давления, в результате чего в окрестностях соударения горные породы нагреваются и частично плавятся, а в самом центре, где температура досгигает 15 000 °C, — даже испаряются. В этот расплав попадают и твердые обломки метеорита. В результате после остывания и затвердевания на днище кратера образуется слой импактита (от англ. impact — «удар») — горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами — иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа (греч. σίδηρος).

При мгновенном испарении части вещества происходит образование плазмы, что приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. На дне кратера возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды — затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия — слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельчённым до песчинок и пылинок. Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А ещё через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, остывает и начинает быстро затвердевать. На этом формирование кратера заканчивается.

При сильных столкновениях твёрдые породы ведут себя подобно жидкости. В них возникают сложные волновые гидродинамические процессы, один из характерных следов которых — центральные горки в крупных кратерах. Процесс их образования подобен появлению капли отдачи при падении в воду небольшого предмета. При крупных столкновениях сила взрыва столь велика, что выброшенный из кратера материал может даже улететь в космос. Именно так на Землю попали метеориты с Луны и с Марса, десятки которых обнаружены за последние годы.

Пиковые значения давлений и температур при столкновении зависят от энерговыделения, то есть скорости небесного тела, при этом часть выделившейся энергии преобразуется в механическую форму (ударная волна), часть — в тепловую (разогрев пород вплоть до их испарения); плотность энергии падает при удалении от центра соударения. Соответственно, при образовании астроблемы диаметром 10 км в граните соотношение испарённого, расплавленного и раздробленного материала составляет примерно 1:110:100; в процессе образования астроблемы происходит частичное перемешивание этих преобразованных материалов, что обуславливает большое разнообразие пород, образующихся в ходе ударного метаморфизма.

Согласно международной классификации импактитов (International Union of Geological Sciences, 1994 г.), импактиты, локализованные в кратере и его окрестностях, делятся на три группы (по составу, строению и степени ударного метаморфизма):

  • импактированные породы — горные породы мишени, слабо преобразованные ударной волной и сохранившие благодаря этому свои характерные признаки;
  • расплавные породы — продукты застывания импактного расплава;
  • импактные брекчии — обломочные породы, сформированные без участия импактного расплава или с очень небольшим его количеством.

Импактные события в истории Земли[править | править исходный текст]

По оценкам, 1—3 раза в миллион лет на Землю падает метеорит, порождающий кратер шириной не менее 20 км. Это говорит о том, что обнаружено меньше кратеров (в том числе «молодых»), чем их должно быть.

Список наиболее известных земных кратеров[2]:

Полный список наибольших по диаметру.

Эрозия кратеров[править | править исходный текст]

Кольцевая структура Вальхалла на Каллисто.

Кратеры постепенно разрушаются в результате эрозии и геологических процессов, изменяющих поверхность. Наиболее интенсивно эрозия происходит на планетах с плотной атмосферой. Хорошо сохранившийся Аризонский кратер имеет возраст не более 50 тыс. лет.

В то же время, имеются тела с очень низкой кратерированностью и при этом почти лишённые атмосферы. Например, на Ио поверхность постоянно изменяется из-за извержений вулканов, а на Европе — в результате переформирования ледяного панциря под воздействием внутреннего океана. Кроме того, на ледяных телах рельеф кратеров сглаживается в результате оплывания льда (в течение геологически значимых промежутков времени), поскольку лёд пластичнее горных пород. Пример древнего кратера со стёршимся рельефом — Вальхалла на Каллисто. На Каллисто обнаружен ещё один необычный вид эрозии — разрушение предположительно в результате сублимации льда под воздействием солнечной радиации.

Возраст известных земных ударных кратеров лежит в пределах от 1000 лет до почти 2 млрд лет. Кратеров старше 200 млн лет на Земле сохранилось крайне мало. Ещё менее «живучими» являются кратеры, расположенные на морском дне.

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Станюкович К. П., Федынский В. В. О разрушительном действии метеоритных ударов. — Доклады АН СССР, Новая серия, 1947, т. 57, № 2.
  • Фельдман В. И. Астроблемы — звёздные раны Земли, Соросовский образовательный журнал, № 9, 1999
  • Фельдман В. И. Петрология импактитов. М.: изд-во МГУ. 1990. 299 с.
  • Кольцевые структуры лика планеты. — М.: Знание, К 62 1989. — 48 с — (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Науки о Земле»; № 5)
  • Бурба Г. Шрамы на ликах планет. Научно-популярная статья в журнале «Вокруг света»
  • Юрковец В. П. Ладожская астроблема // Вестник Российской академии ДНК-генеалогии. (ISSN 1942-7484). Raleigh, N.C., Lulu. 2011. Т.4. № 10. С. 1997-2018. Т.4 № 12. С. 2263-2281.
  • Юрковец В. П. Ладожская импактно-вулканическая структура

Ссылки[править | править исходный текст]