Строение метеоритных кратеров
Фотографии всех планет “земной группы”, а также каменистых спутников газовых гигантов объединяет одно общее явление – поверхность густо усеянная метеоритными кратерами. На снимках Марса, Меркурия, Луны и других небесных тел они видны отчетливо, кратеры здесь — наиболее распространенная форма рельефа.
Они составляют непрерывный по размерам ряд от микроструктур до гигантских бассейнов, имеющих тысячи километров в поперечнике. На безатмосферных небесных телах (Меркурий, Луна, Фобос, Деймос и др.) метеоритные кратеры сохранились в прекрасном состоянии. В отличие от разрушенных и погребенных земных астроблем, на космических изображениях поверхности планет земной группы и их спутников отчетливо видны все детали строения метеоритных кратеров.
Кратер Коперника на Луне, хорошо виден и кольцевой вал и днище кратера и конечно характерная горка в центре
Кольцевой вал — насыпная структура, обрамляющая кратер. Как правило, вал асимметричен, так как его внутренний склон круче внешнего. Объем кольцевого вала для метеоритных (импактных) структур обычно составляет 20—40% от объема выброшенной породы.
Днище кратеров имеет различное сечение (плоскодонное, чашеобразное и т. п.); его форма и строение усложняются с увеличением поперечника — днища крупных кратеров осложнены трещинами, рытвинами, буграми, центральными горками.
Центральная горка, или центральный пик, образуется в кратерах диаметром от 5 до 50 км. Ее образование объясняется согласно законам механики упругой отдачей пород поверхности— слоистой мишени. В кратерах диаметром более 50 км образуется система центральных кольцевых поднятий.
Импактные структуры более молодого возраста имеют лучшую сохранность. Это правило может быть использовано для относительной датировки кратерированных поверхностей планет земной группы. Степень разрушения кратеров зависит от воздействия внутренних — эндогенных и поверхностных — экзогенных процессов: тектонических деформаций вулканизма, выветривания и т. п.
Однако разрушительное действие этих факторов на “безатмосферных” планетах земной группы незначительно, и кратеры выглядят достаточно «свежими». Было установлено, что скорость разрушения кратера находится в зависимости от ее диаметра: чем меньше кратер, тем быстрее он уничтожается. Быстрее всего разрушается рельеф рыхлых выбросов из кратеров.
Среди импактных кратеров перечисленных генераций на Марсе установлены ударные структуры-гиганты поперечником до 1800 км. На плоском дне этих впадин, обычно расположенном на 3—4 км ниже среднего высотного уровня планеты, видны лишь отдельные импактные кратеры небольших размеров и хорошей сохранности. Эти депрессии иногда являются вместилищем эоловых накоплений.
По периферии впадин развиты Кордильеры — кольцевые горные поднятия с расчлененным рельефом. В плане они имеют форму сегментов шириной 200—300 км. Название «Кордильеры» принято по аналогии с лунными Кордильерами, которые примыкают к круговым морям. К подобным тектоническим сооружениям можно отнести и краевые поднятия в обрамлении земного Тихого океана (кордильеры Северной и Южной Америки).
Круговые впадины и кордильеры сопровождаются радиально-концентрическими системами разломов. Впадины ограничены резкими кольцевыми уступами высотой 1—4 км, возможно, разломной природы. Местами дуговые разломы видны в пределах Кордильер. По периферии круговых впадин намечаются радиальные разломы. По аналогии с Луной эти структуры названы талассоидами.
Гигантский кратер Герцшпрунг на Луне (диаметром 570 км) – типичный талассоид. По размеру будет побольше иных лунных морей
Большое значение для установления относительного возраста различных поверхностей планет играет плотность кратерирования: чем древнее поверхность, тем большее количество соударений с метеоритными телами она должна была испытать. Таким образом, относительно древняя поверхность на фотографическом изображении той или иной планеты должна выглядеть наиболее интенсивно кратерированной. Используя это правило, на некоторых планетах земной группы удалось выделить разновозрастные структуры.
История
Даниэль М. Барринджер, горный инженер, уже в 1903 году был убежден, что кратер, которым он владел, Метеор Кратер имел космическое происхождение. Однако большинство геологов в то время предполагали, что он образовался в результате извержения вулканического пара.
Юджин Шумейкер
В 1920-х годах американцы геолог Уолтер Х. Бучер изучил ряд мест, ныне признанных в США ударными кратерами. Он пришел к выводу, что они были созданы каким-то большим взрывным событием, но полагал, что эта сила, вероятно, имела вулканическое происхождение. Однако в 1936 году геологи пересмотрели исследования Бухера и пришли к выводу, что кратеры, которые он изучал, вероятно, образовались в результате ударов.
Роща Карл Гилберт предположил в 1893 году, что кратеры Луны образовались в результате ударов крупных астероидов. Ральф Болдуин в 1949 году писал, что кратеры Луны в основном имеют ударное происхождение. Примерно в 1960 году Джин Шумейкер возродил эту идею. Согласно Дэвиду Х. Леви, Джин «видел кратеры на Луне как места логических столкновений, которые образовывались не постепенно, в эоны, а взрывоопасно, за секунды». Для получения степени доктора философии в Принстоне (1960) под руководством Гарри Хаммонда Хесса Шумейкер изучил динамику удара метеора Барринджер. Кратер. Шумейкер отметил, что Метеоритный кратер имел ту же форму и структуру, что и два взрывных кратера, созданных в результате испытаний атомной бомбы на испытательном полигоне в Неваде, в частности, Jangle U в 1951 году и Teapot Ess в 1955 году. В 1960 году Эдвард CT Чао и Шумейкер идентифицировали коэсит (форма диоксида кремния ) в Метеоритном кратере, что доказывает, что кратер образовался в результате удара, вызвавшего чрезвычайно высокие температуры и давления. После этого открытия они идентифицировали коэсит в сувите в Nördlinger Ries, что доказало его происхождение от удара.
Вооруженные знаниями о шоковых метаморфических особенностях, Карлайл С. Билс и его коллеги из астрофизической обсерватории Доминиона в Виктории, Британская Колумбия, Канада, и Вольф фон Энгельгардт из Университета Тюбингена в Германии начали методические поиски ударных кратеров. К 1970 году они предварительно идентифицировали более 50. Хотя их работа была противоречивой, американские высадки на Луну Apollo, которые происходили в то время, предоставили подтверждающие доказательства, признав скорость образования кратеров на Луна. Поскольку процессы эрозии на Луне минимальны, кратеры сохраняются. Поскольку можно было ожидать, что на Земле будет примерно такая же скорость образования кратеров, как на Луне, стало ясно, что Земля подверглась гораздо большему количеству ударов, чем можно было бы увидеть, посчитав очевидные кратеры.
Формирование и структура
Ударные кратеры образуются из-за ударных волн из-за взаимодействия летящего с большой скоростью метеорита с поверхностью небесного тела.
Учебный процесс
Процесс обучения можно разделить на 3 этапа:
- фаза контакта и сжатия
- фаза «раскопок» кратера
- фаза модификации кратера
Контакт и сжатие
Первая фаза практически мгновенна и заключается в распространении волн сквозь скалы. Из некоторых экспериментов можно было видеть, что точка удара окружена серией концентрических зон, связанных с различными давлениями, которым они подвергались.
«Раскопки» кратера
Вторая фаза, длящаяся несколько минут, характеризуется более сложным взаимодействием ударных волн с поверхностью, что вызывает симметричный поток грунта вокруг точки контакта. Это создает углубление в форме чаши, которое называется переходным кратером . Переходный кратер можно разделить на две зоны:
-
- Самая поверхностная, называемая зоной выброса , состоит из горных пород, которые были вдавлены с такой скоростью, что вызвали их выброс из кратера, где они образуют отложения, получившие название выброса .
- Вторая зона внутри переходного кратера представляет собой смещенную зону, внутри которой находятся трещиноватые породы, стремящиеся двигаться вниз и наружу более или менее когерентно.
Модификация кратера
Заключительная фаза начинается, когда переходный кратер достигает своего максимального размера. Эффект фактического удара исчез, и в игру вступают другие факторы, такие как гравитация . Эта фаза не имеет события, определяющего ее конец, фактически процессы модификации кратера продолжаются постепенно, как и все геологические процессы. Степень изменения временного кратера в результате процессов модификации зависит от размера, которого он достигает, и от горных пород, из которых он состоит.
Типы кратеров
Размер кратера зависит от массы упавшего метеорита, его скорости и материала, из которого состоит грунт. Относительно «мягкие» материалы приводят к образованию кратеров меньшего размера. Для одного и того же материала объем, извлекаемый метеоритом, пропорционален его кинетической энергии .
Можно выделить два типа ударных структур:
- простые кратеры;
- сложные кратеры.
Простые кратеры
Простые кратеры представляют собой небольшие ударные структуры, которые имеют тенденцию сохранять чашеобразную форму переходного кратера. Во время фазы модификации эти кратеры заполняются примерно наполовину за счет повторного отложения материала, выброшенного из кратера ( откат ), и обрушившихся обломков со стенок и краев .
Кратер Барринджер , штат Аризона , США , является прекрасным примером «простого» кратера. Это довольно недавний кратер, ему всего 50 000 лет, а потому до сих пор отлично сохранившийся, в этом также помогло то, что он образовался в пустынной местности. Простые кратеры на Земле обычно не превышают четырех километров.
Сложные кратеры
Сложные кратеры представляют собой гораздо более крупные структуры и характеризуются поднятием центральной зоны, достаточно плоским дном и обширным обрушением по краю. Центральное возвышение вызвано «упругим отскоком» земли в ответ на удар, и существует психический кратер. Эта структура похожа на структуры, возникающие при падении капли воды, которые можно увидеть во многих видеороликах с замедленным движением.
Кратеры: значимые события и открытия
Кратеры – это геологические образования, которые возникают в результате столкновения небесного тела с поверхностью Земли. Они могут иметь очень различные размеры – от небольших кратеров диаметром всего несколько метров до огромных вулкановых кратеров, размеры которых измеряются в сотнях и даже тысячах километров.
Кратеры представляют большую научную ценность, так как они могут содержать в себе уникальную информацию о процессах, происходящих на Земле и космосе. Изучение кратеров позволяет узнать о природе этих образований и взаимодействии небесных тел с нашей планетой.
Одним из значимых событий в изучении кратеров было открытие и изучение метеоритного кратера Барсбингера в Южной Африке. Это один из немногих известных кратеров, образованных падением метеорита. Открытие этого кратера позволило ученым получить новые данные о процессах, происходящих в момент столкновения небесного тела с земной поверхностью.
Еще одним значимым событием в истории изучения кратеров было открытие кратера Кикимора в Сибири, Россия. Этот кратер был обнаружен с помощью спутникового зондирования и считается одним из самых новых кратеров на планете – его возраст оценивается всего в несколько десятков тысяч лет. Изучение этого кратера помогло ученым лучше понять процессы формирования и эволюции кратеров на Земле.
На сегодняшний день известно о существовании множества кратеров, и каждое новое открытие становится значимым событием в науке. Изучение этих образований позволяет ученым получить новые данные о процессах формирования и развития планет, а также лучше понять механизмы взаимодействия планеты Земля с другими небесными телами.
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).
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.
Лунные кратеры
Moon, который имеет мало воды , в незначительную атмосфере и никакой формы жизни, сохраняет шрамы от всех воздействий , которые он получил , так как его тектонику замерзала. Это дает хорошее представление о количестве небесных объектов, столкнувшихся с Землей.
Конечная глубина лунного кратера — это расстояние между вершиной кратера кратера (линия гребня) и вершиной линзы брекчии, покрывающей дно кратера.
Для простого кратера:
- dжрзнак равноdтпротив+часжр-тбр{\ displaystyle d_ {fr} = d_ {tc} + h_ {fr} -t_ {br} \,}
Для сложного кратера:
- dжрзнак равно50,36⋅Dжр,3{\ displaystyle d_ {fr} = 50 {,} 36 \ cdot D_ {fr} ^ {0 {,} 3} \,}
Предупреждение ! Толщина слоя расплавленной породы не может быть выведена из предыдущей формулы для сложных кратеров.
тм{\ displaystyle t_ {m} \,}
История
Дэниел Барринджер был одним из первых, кто определил геологическую структуру как ударный кратер, но его идеи не были приняты в то время, и даже когда они были приняты, не было признано, что кратеры довольно распространены, по крайней мере, с геологической точки зрения.
В 1920-х годах американский геолог Уолтер Герман Бухер исследовал многие кратеры в США . Он пришел к выводу, что они были созданы сильным взрывом, но приписал их массивным извержениям вулканов. Но в году геологи Джон Д. Бун и Клод К. Олбриттон-младший проанализировали исследования Бухера и пришли к выводу, что кратеры, вероятно, образовались в результате ударов.
Этот вопрос оставался предметом спекуляций до 1960-х годов . В последние годы многие геологи (среди которых выделяется Джин Шумейкер ) проводили детальные исследования кратеров, находя явные доказательства того, что они образовались в результате ударов, выявляя последствия ударного метаморфоза минералов, которые однозначно связаны с местами удара.
Вооружившись описанием характеристик ударной метаморфозы, Карлайл С. Билс и ее коллеги из Обсерватории Доминиона в Канаде и Вольф фон Энгельхардт из Тюбингенского университета в Германии начали методический поиск «ударных структур». К году их удалось идентифицировать более 50.
Их работа до сих пор вызывала споры, но американские высадки на Луну , происходившие в те же годы, принесли доказательства количества ударных кратеров на Луне. Поскольку эрозионные процессы на этом почти отсутствуют, кратеры сохраняются почти бесконечно и обычно затираются другим кратером. Поскольку можно ожидать, что Земля подверглась примерно такому же количеству столкновений, как и Луна, стало ясно, что количество идентифицированных кратеров было намного меньше, чем на самом деле испытала наша планета.
Возраст известных земных кратеров колеблется от нескольких тысяч до почти двух миллиардов лет, хотя очень немногие из них старше 200 миллионов лет. Встречаются преимущественно в глубине континентов, т. е. в относительно стабильных с геологической точки зрения районах. Некоторые кратеры известны на дне океана , но поиск их затруднен, а срок их жизни короче, чем у земных из-за субдукции океанической коры вглубь Земли (см. тектоника плит ).
Текущие оценки количества кратеров на Земле предполагают, что каждый миллион лет образуется от одного до трех кратеров диаметром более 20 километров. Исходя из этого числа, должно быть множество молодых неоткрытых кратеров.
Впечатление художника от планеты, столкнувшейся с изначальной Землей. Удар настолько силен, что образовавшийся кратер без проблем достигает подстилающей мантии Земли.
Идентификация ударных кратеров
Ударная структурасложные кратерыкратер Уэллс-Крикдоломитекратер ДекораUSGSMeteor CraterКратер Шумейкера
Невзрывные вулканические кратеры обычно можно отличить от ударных кратеров по их неправильной форме и объединению вулканических потоков и других вулканических материалов. также расплавленные породы, но обычно в меньших объемах с другими характеристиками.
Отличительным признаком ударного кратера является наличие горной породы, подвергшейся ударно-метаморфическим воздействиям, таким как конусы дробления, расплавленные горные породы и деформации кристаллов. Проблема в том, что эти материалы как правило, они глубоко зарыты, по крайней мере, в простых кратерах. Однако они, как правило, обнаруживаются в приподнятом центре сложного кратера.
Удары производят отличительные ударно-метаморфические эффекты, которые позволяют четко идентифицировать места ударов. Такие ударно-метаморфические эффекты могут включать:
- слой раздробленной или «брекчированной » породы под дном кратера. Этот слой называется «линзой брекчии».
- Разрушенные конусы, которые представляют собой шевронные отпечатки в скалах. Такие конусы легче всего образуются в мелкозернистых породах.
- Типы высокотемпературных пород, включая слоистые и сварные блоки песка, сферолиты и тектиты или стеклообразные брызги расплавленной породы. Некоторые исследователи ставят под сомнение ударное происхождение тектитов; они наблюдали некоторые вулканические особенности в тектитах, которых нет в импактитах. Тектиты также более сухие (содержат меньше воды), чем типичные импактиты. Хотя расплавленные в результате удара породы напоминают вулканические породы, они включают в себя нерасплавленные фрагменты коренных пород, образуют необычно большие и непрерывные поля и имеют гораздо более смешанный химический состав, чем вулканические материалы, извергнутые изнутри Земли. Они также могут содержать относительно большое количество микроэлементов, связанных с метеоритами, таких как никель, платина, иридий и кобальт. Примечание: в научной литературе сообщается, что некоторые «ударные» особенности, такие как небольшие конусы разрушения, которые часто связаны только с ударными явлениями, также были обнаружены в земных вулканических выбросах.
- Микроскопические деформации минералов под давлением. К ним относятся структуры изломов в кристаллах кварца и полевого шпата, а также образование материалов высокого давления, таких как алмаз, полученный из графита и других углеродных соединений, или стишовит и коэсит, разновидности сотрясенный кварц.
- Погребенные кратеры, такие как кратер Декора, можно идентифицировать с помощью бурения керна, изображений удельного электрического сопротивления с воздуха и аэрогравиметрии.