Метеоритные кратеры

Кратер Тихо на Луне (фото НАСА)

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

Ударный кратер на поверхности Земли называют также астроблемой (от др.-греч. αστρον — звезда и греч. βλημα — рана, то есть «звёздная рана»). Термин «астроблема» введён в 1960 Дицем.

Само событие (удар метеорита) иногда называют импактом или импактным событием.

На Земле обнаружено около 150 крупных астроблем.

История вопроса

Одним из первых учёных, связавших кратер с падением метеорита, был Дэниел Бэрринджер (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 регулярной 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 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, Shocked quartz), которые могли образоваться только в специфических условиях импакта.

После этого исследователи стали целенаправлено искать импактиты, чтобы идентифицировать древние ударные кратеры. К 1970-м было найдено около 50 импактных структур. На территории России первой найденной астроблемой стал 80 километрового диаметра Пучеж-Катунский кратер, 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 регулярной метеоритной бомбардировке.

Файл:Astrobleme.Morphology.1.jpg

Рис. 1. Строение астроблемы.

Геологическое строение

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 10 000 лет: самый крупный кратер поля имеет длину 4,5 км и ширину 1,1 км при глубине 7-8 м.

Рис. 2. Астроблема Мьолнир (Норвегия, диаметр 40 км), сейсмические данные

При направлении столкновения, близком к вертикальному возникают округлые кратеры, морфология которых зависит от их диаметра (см. Рис. 1). Небольшие кратеры (диаметром 3-4 км имеют простую чашеобразную форму, их воронка окружена валом, образованным задранными пластами подстилающих пород (Рис.1, 6) (цокольный вал), перекрытый выброшенными из кратера обломками (насыпной вал, аллогенная брекчия (Рис.1: 1)). Под дном кратера залегают аутигенные брекчии (Рис.1: 3)- породы, раздробленные и частично метаморфизированные (Рис.1: 4) при столкновении, под брекчией расположены трещиноватые горные породы (Рис. 1: 5,6). 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 ~0.4.

Рис. 3. Астроблема Ялали (Австралия, диаметр 12 км), данные магнитной съемки

При больших диаметрах возникает центральная горка над точкой удара (в месте максимального сжатия пород), при ещё больших 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 50-100м).

Кратер Гершель диаметром 130 км на Мимасе

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 (Рис. 3) методами.

Ударный метаморфизм и импактиты

Относительно крупные метеориты врезаются в поверхность Земли со скоростью не менее 11,6 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.

Столкновение небесного тела с поверхностью земли приводит к взрывному росту температуры и давления в окрестностях соударения, при этом в момент удара давление на горные породы достигает гигапаскалей, а температура — десятков тысяч градусов. Происходит образование плазмы, которая резко расширяется (взрывается). При крупных импактах сила взрыва столь велика, что часть вещества может улететь в космическое пространство.

Пиковые значения давлений и температур при столкновении зависят от энерговыделения при столкновении, то есть скорости небесного тела при столкновении, 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 ~ 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

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]:

• Кратер Суавъярви (Россия)
• Кратер Бэрринджера (Аризонский) (США)
• Попигай (Россия)
• Кратеры Аркену (Ливия)
• Chesapeake Bay impact crater (Восток США)
• Кратер Чиксулуб (Мексика)
• Haughton impact crater (Канада)
• Lonar crater (Индия)
• Mahuika crater (Новая Зеландия)
• Маникуаганское водохранилище (Канада)
• Manson crater (США)
• Mistastin crater (Канада)
• Nördlinger Ries (Германия)
• Panther Mountain New York, (США)
• Rochechouart crater (Франция)
• Sudbury Basin (Канада)
• Silverpit crater (Великобритания, в Северном море)
• Rio Cuarto craters (Аргентина)
• The Siljan Ring (Швеция)
• Vredefort crater (Vredefort, ЮАР)
• Weaubleau-Osceola impact structure (Центр США)
• Кратер Каали (Эстония)
• Болтышский кратер (Украина)

Эрозия кратеров

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

Кольцевая структура Вальхалла на Каллисто

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 переформировывания 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

• Аризонский кратер
• Метеориты

Примечания

1. ↑ http://omzg.sscc.ru/impact/a150.html
2. ↑ См. также [http://omzg.sscc.ru/impact/ Полный каталог «Импактные структуры Земли.»]

Литература

• В. И. Фельдман. Астроблемы — звёздные раны Земли, Соросовский образовательный журнал, № 9, 1999
• Кольцевые структуры лика планеты. — М.: Знание, К 62 1989. — 48 с — (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Науки о Земле»; № 5)

Ссылки

• Classification and nomenclature of impactites. International Union of Geological Sciences (IUGS), Subcommission of the Systematics of Metamorphic Rocks (SCMR), Study group K (Chairman: D. Stцffler)
• Earth Impact Datadase
• Detailed aeromagnetic survey over the Yallalie astrobleme, Western Australia by Phil Hawke & M. C. Dentith, Centre for Global Metallogeny, The Univercity of Western Australia

  Земные кратеры Google Maps  KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)