метеоритні кратери
метеоритний кратер
Певне уявлення про древніх космічних катастрофах дає обстеження найбільших метеоритних кратерів, що збереглися до наших днів.
Слідами падіння великих метеоритів на земній поверхні є незвичайні кільцеві геологічні структури, що отримали назву «астроблема» - зоряні рани. Усередині астроблем спостерігаються радіальна деформація пластів роздроблених порід, незвичайні мінерали і інші ознаки, що свідчать про потужний ударному вибуху. Зараз на Землі виявлено більше 100 таких кільцевих структур - місць падіння гіпотетичних гігантських метеоритів. Але слід зауважити, що кільцеві структури багато в чому схожі з порушеннями земної поверхні, що виникають після деяких вулканічних вивержень, - вулканічними кальдерами.
Тому питання про те, чи є дана кільцева геологічна структура результатом падіння метеорита або вулканічного виверження, в кожному окремому випадку спеціально вивчається. Походження деяких з них залишається дискусійним протягом багатьох десятків років. Причому сумнівні найбільші кільця, які утворилися десятки і сотні мільйонів років тому. Так, існує припущення, що затоку Св. Лаврентія в Канаді - частина гігантського ударного кратера діаметром близько 290 км і глибиною близько 6 км.
Метеоритні кратери поділяються на два типи.
Перший тип - ударні кратери діаметром не більше 100 м. Вони утворюються при частковому дробленні і викиданні гірських порід і виникли внаслідок падіння відносно невеликих метеоритів, які летіли зі швидкістю не більше 2,5 км / с.
Другий тип - вибухові кратери, що виникають під час вибуху метеорита в момент його зіткнення з земною поверхнею. Великий метеорит, підлітає до Землі зі швидкістю 3-20 км / с, при зіткненні з нею вибухає в результаті гальмування про гірські породи. Речовина його повністю або майже повністю випаровується при вибуху. Вибухові кратери бувають заповнені роздробленою породою, яка нерідко оплавлена. У деяких найбільш великих кратерах виявлені своєрідні породи, що отримали назву імпакітов. Вони майже повністю складаються з переплавлених порід, застиглих у вигляді скла. У невеликій кількості містяться в них і уламки нерозплавлений порід.
Гірські породи, які зазнали метеоритного вибуху, розбиваються конічними тріщинами. Вершини тріщин конусів руйнування вказують напрямок, звідки прийшла ударна хвиля. Імпакіти і конуси руйнування є доказом метеоритного походження древнього кратера.
Розповімо про деякі найбільш великих космічних катастрофах на нашій планеті.
Найбільший з достовірних метеоритних кратерів - Попигайського улоговина. Вона розташована на півночі Сибірської платформи, в басейні річки Хатанга, в долині її правої притоки річки Попігай. Розміри внутрішнього кратера складають 75 км, а діаметр зовнішнього досягає 100 км. Катастрофа сталася 30 млн. Років тому. Космічне тіло з великою швидкістю пробило товщу опадів в 1200 м і загальмувався в породах фундаменту Сибірської платформи (рис. 3). За попередніми оцінками, енергія вибуху досягала 10 23 Дж, тобто була в 1000 разів більше, ніж при найсильнішому вулканічному вибуху. Про умови, що існували в епіцентрі в момент вибуху, можна судити по тому, що в кратері знайдені виникли при катастрофі мінерали.
Мал. 3. Схема освіти Попигайського метеоритного кратера і його передбачуване будова (по В.Л. Масайтіс)
а - зіткнення метеорита з поверхнею Землі і гальмування; б - випаровування метеорита і плавлення оточуючих порід; в - розігрів газів, викид роздроблених і частково розплавлених порід; г - падіння матеріалів викиду в кратер і за його межі; д - підйом підстави кратера і видавлювання частини розплаву до поверхні. 1 - осадові породи; 2 - фундамент; 3 - Недовго; 4 - роздроблені породи в початковій стадії викиду; 5 - тріщини; 6 - розплавлені породи; 7 - Роздроблені породи, що заповнюють кратер; 8 - передбачувана межує зони тріщинуватих порід фундаменту; 9 - вичавлений до поверхні Розплав (імпакіти). (Вертикальний і горизонтальний масштаби приблизно однакові)
Другий за величиною метеоритний кратер розташований поблизу міста Горького. За допомогою геологічної зйомки і бурових робіт була виявлена Пучеж-Катунський западина діаметром близько 100 км, ймовірно викликана падінням метеорита.
Діаметр близько 50 км має Карський кратер на хребті Пай-Хой. Він заповнений утворилися під час вибуху уламками порід, частково переплавленими і застиглими у вигляді склоподібної маси.
У 1920 р відомий фінський вчений-геолог П. Ескол обстежив північну частину Ладозького озера. Він звернув увагу на незвичайну лаву біля озера Яніс'ярві, яка за складом дуже нагадувала імпакіти вибухових кратерів. Озеро Яніс'ярві, розташоване в 95 км від міста Сортавали, має розмір 14х26 км і, ймовірно, є давнім метеоритним кратером. На користь цього свідчать також два скелястих лавових острівця в центрі озера.
На Україні виявлено Болтишський кратер (діаметром близько 25 км), що виник в результаті падіння метеорита понад 100 млн. Років тому. Найдавніший метеоритний кратер (діаметр 20 км) в нашій країні знаходиться в Карелії, його вік більше 1 млрд. Років,
У Вінницькій обл. біля села Іллінці, недавно виявлений метеоритний кратер діаметром в 4 км. Він утворився близько 100 млн. Років тому. Кратери діаметром 3 5 км виявлені на схід від міста Вінниці та на південний схід від Гдов.
В районі Калуги похований вибуховий кратер з віком 250 млн. Років. Діаметр його досягає 15 км.
За кордоном добре досліджений великий метеоритний кратер Різ, всередині якого розташоване місто Дордлінген (ФРН). Кратер утворився в результаті удару і вибуху гігантського метеорита близько 15 млн. Років тому. Виникла улоговина досягає в поперечнику 20 км. Сейсморозвідувальні роботи, проведені в улоговині, показали, що під 35-метровим шаром озерних опадів прихована внутрішня підземна улоговина. Її глибина не менше 700 м, а діаметр близько 10 км. Кратер заповнений роздробленою, спеченого і частково розплавленої породою. Розпушена порода, що заповнює кратер, обумовлює деяке зниження поля сили тяжіння в порівнянні з навколишньою місцевістю. Таке зменшення відповідає дефіциту маси в кратері 30- 60 млрд. Т. Отже, в момент вибуху було викинуто до 20 км 3 породи.
У Франції метеоритний кратер Рошешуар (діаметр близько 15 км) утворився 150-170 млн. Років тому.
До «молодим» кратерів - вік до 15 млн. Років - відносяться Босумтві в Гані (Західна Африка), в якому розташоване озеро (діаметр 9,8 км, глибина 350 м), і Чабб на півострові Унгава в Канаді (діаметр 3,4 км, глибина 390 м). Метеоритний кратер Ротер Камм, виявлений в 1965 р в Південно-Західній Африці, в 95 км від гирла річки Помаранчевої, досягає 30 м. Дно кратера засипано, отже, загальна глибина його ще більше. Поперечні розміри кільцевого валу, складеного уламками гнейсів, близько 2,4 км, висота над навколишньою місцевістю 90 м. Кратер Локарєв в Індії має діаметр 1,8 км, а глибину 120 м.
В кінці минулого століття в США були розпочаті дослідження кратера діаметром 1,2 км і глибиною близько 170 м. Вал, оздоблюють кратер, підноситься на 40- 50 м (рис. 4). Це - так званий Каньйон-Дьябло в Штаті Арізона. Згідно з легендою місцевих індіанців, він утворився в місці, куди в далекому минулому з неба спустився на вогненній колісниці бог. Це наводило на думку про метеоритне походження кратера. В радіусі близько 10 км були виявлені численні, вагою близько 20 т уламки залізного метеорита, але, очевидно, вони представляють собою лише незначну частину впав гігантського метеорита. Спроби знайти всередині кратера основну масу метеорита успіхами не увінчалися; ймовірно, він утворений залізонікелевого метеоритом вагою приблизно 5 млн. т. Воронка виникла від уламка вагою 63 тис. т і діаметром 30 м; енергія, яка звільнилася при його ударі, порівнянна з енергією вибуху 3,5 млн. т тротилу.
Мал. 4. Аерофотознімок метеоритного кратера Каньйон-Дьябло (штат Арізона, США)
Група кільцевих структур метеоритного походження відома на острові Сааремаа (Езель) в Балтійському морі. Поглиблення має тут діаметр 110 м, воно обрамлено валом, утвореним з піднятих пластів доломіту заввишки 6-7 м. Ще шість округлих западин розташоване в околицях головного кратера на площі 0,25 км 2. Їх розміри: діаметр 16-20 м, глибина до 4-5 м.
Дивовижне кільце Вредефорт знайдено в Південній Африці. Воно утворено куполом гранітів діаметром близько 40 км. Купол оточений вінцем древніх осадових порід шириною близько 16 км. Можна оцінити розміри і швидкість падіння астероїда, який викликав утворення цього кільця. При швидкості 20 км / с він повинен мати діаметр 2,3 км і масу 3 × 10 10 т. Енергія його падіння приблизно в 50 разів перевершувала енергію найбільших землетрусів і відповідала вибуху бомби з зарядом 1,4 · 10 6 млн. Т.
В Австралії знаходиться одна з астроблем - Ґоссес Блафф. Вона являє собою невеликий пагорб, оточений кільцем роздрібнених порід, діаметром близько 14 км. Вік 130 млн. Років. В районі Ґоссес Блафф для дослідження будови земної кори проводилася сейсмічну розвідку і буріння свердловин, було вироблено кілька вибухів. Це дозволило встановити підземний рельєф кратера. На глибині розташована полусферическая чаша радіусом 2,3 км, оточена більш дрібної блюдцеобразной депресією радіусом близько 11 км. Знайдено конуси струсу, імпакіти; енергія ударного процесу склала 10 20 Дж.
У Південному Техасі (США), в басейні Сієрра-Мадре в гірських породах, що утворилися з давніх морських відкладень, відомий вал у вигляді кільця діаметром близько 10 км. В улоговині всередині валу шари гірських порід залягають майже горизонтально і лише в центрі їх прориває купол, складений вапняками і підноситься на 450 м. Пласти тут сильно зруйновані, а у вапняку виявлені конічні системи тріщин, викликані потужною ударною хвилею. Американський геолог А. Келлі вважає, що в даному випадку астроблема утворилася в результаті падіння комети в древній океан, який мав тут глибину 2-3 км. Ядро комети з космічною швидкістю вдарило в кору, і стався великий вибух. Ударна хвиля, пройшовши через воду, ослабла і змогла викликати катастрофічні руйнування дна лише в епіцентрі. Одночасно в океані утворився величезний водяний воронка: вибух на якусь мить розсунув товщу води. Вода захопила за собою донні опади, відклавши їх у вигляді кільцевого валу. Звільнене від гідростатичного тиску морське дно спучилася в епіцентрі і піднялося. При осіданні водяний воронки вода принесла назад взмученной матеріал, який утворив шари нових опадів, згладити рельєф підводного кратера. Через багато десятків мільйонів років кратер піднявся на поверхню, де потім зруйнувався.
В Антарктиді, на Землі Уїлкса, знайдена прихована під льодами гігантська астроблема, що має близько 240 км в діаметрі. Цікава історія відкриття цього кратера. У 1958-1960 рр. під час робіт французької та американської експедицій тут були встановлені деякі аномалії сили тяжіння. Загадка їх вирішилася при зіставленні даних обох експедицій. Район негативною аномалії сили тяжіння має форму кола діаметром 240 км, а сама аномалія дуже схожа на ті, які спостерігаються поблизу великих метеоритних кратерів. Вдалося встановити, що аномалія частково викликана існуванням западини всередині кратера, а частково - розпушення при падінні метеорита породами.
Відкриття цього кратера мало велике значення для гіпотези про утворення тектитов - загадкових за своїм походженням уламків темно-зелених скловати каменів. Одні дослідники вважають їх особливим класом метеоритів, інші - продуктом вулканічних вивержень на Місяці. Американський вчений В. Бернс вважає, що тектіти виникають з гірських порід, розплавлених при ударі великих метеоритів і з жахливою силою виплеснутих з кратера. Слабким місцем цієї гіпотези була відсутність молодих метеоритних кратерів в Австралії і Тасманії, де тектіти широко поширені Кратер, виявлений в Антарктиді, виявився якраз в центрі Австрало-тасманійських дуги, що буяє тектитами. Тим самим гіпотеза В. Бернса отримала нове підтвердження.
Ряд великих кратерів метеоритного походження знайдений останнім часом в Канаді. До них відносяться, зокрема, кратери подвійного озера Кліруотер. Обидва озера, мабуть, утворилися від ударів двох метеоритів. Діаметр Східного Кліруотер - близько 28 км, Західного - близько 32 км. Найбільшою кільцевою структурою імовірно метеоритного походження є тут кільце Манікуаган-Мушалаган, що має діаметр близько 65 км.
З падінням метеорита пов'язують найбільше родовище нікелю Садбері, розташоване в Канаді.
Рудний басейн Садбері має овальну форму розміром 60х27 км. Він розташовується на поверхні Канадського кристалічного щита, який складний гранітами і кварцитами. Будова басейну нагадує листковий пиріг: внизу залягають рудоносні породи - мікропегматіти, діорити і ін. Над ними - туф опанінг, перекритий шарами шиферних сланців і пісковиків. Нещодавно була висунута гіпотеза про те, що басейн Садбері з'явився в результаті падіння гігантського метеорита 1700 млн. Років назад (вік визначений методами абсолютної геохронології). До цієї гіпотези привели спроби розшифрувати походження туфу опанінг. За будовою він є брекчию - роздроблену і знову зцементовану породу. Уламки брекчии складаються з корінних гранітів, а також скла - розплавлених і швидко охололи, які не встигли раскрісталлізованних мінералів. За цими ознаками опанінг дуже нагадує матеріал з відомих метеоритних кратерів. Подібність це недавно було підтверджено знахідкою в Садбері кристалів кварцу, що володіють своєрідною орієнтуванням тріщин, які виникають в кварці тільки під впливом ударних хвиль, що створюють надзвичайно високий тиск, при ядерних вибухах або при падінні гігантських метеоритів. Очевидно, удар гігантського метеорита викликав активну вулканічну діяльність, в результаті піднялися глибинні розплавлені маси, що містили велику кількість металів.
Є дані про те, що в минулому в деяких випадках метеоритні дощі досягали надзвичайно високої щільності і захоплювали величезні площі. Їх випадання могло набувати характеру страшного стихійного лиха.
Так, в Північній Америці, в районі півострова Флорида, на узбережжі Атлантичного океану відбулося падіння, мабуть, одного з найбільших астероїдів. У штатах Північна і Південна Кароліна була проведена аерофотозйомка, що виявила ряд круглих і яйцеподібних воронок, що нагадують по виду кратери метеоритного походження. Великих кратерів - близько 140 тис. В тому числі близько 100 діаметром більше 1,5 км. Неможливо встановити число дрібних. Припускають, що їх понад півмільйона. Площа, що зазнала каменепад, досягала 200 тис. Км 2. Кратери розташовані дугою, в центрі якої в даний час знаходиться приморське місто Чарлстон. Велика частина уламків астероїда обрушилася в Атлантичний океан.
Загадкові тектіти - склоподібні камені космічного походження, детально вивчені радянським вченим Г.Г. Воробйовим, також випадали на величезні території у вигляді дощів великої щільності. В Європі районом поширення тектитов є Чехословаччина: на площі близько 10 тис. Км 2 було знайдено кілька десятків тисяч тектитов. Дощ, який складався з тектитов, випав тут приблизно 20 млн. Років тому і охопив територію, близьку за формою до еліпса. Правда, Г.Г. Воробйов вважає, що дощ цей був не дуже густим і відстань між окремими тектитами в деяких випадках досягала багатьох десятків метрів. Надалі в результаті діяльності поверхневих вод і тектонічних рухів відбувся перерозподіл тектитов і накопичення їх в западинах рельєфу земної поверхні.
В ряду інших великих космічних явищ совершившееся на очах людини падіння Тунгуського метеорита займає кілька особливе місце. Сума всіх даних дозволяє стверджувати, що події 1908 р викликані падінням невеличкий комети. Вона увійшла в земну атмосферу вранці, рухаючись зі сходу, тобто назустріч Землі. На висоті 5-10 км над Землею стався вибух колосальної сили, відповідний вибуху не менше 3 млн. Т тротилу, тобто в 100 разів сильніший, ніж атомний вибух в Нагасакі і Хіросімі. Згідно з розрахунками, швидкість, з якою влетіла Тунгуська комета в атмосферу Землі, була від 30 до 40 км / с. До моменту вибуху вона знизилася до 16-20 км / с, а маса вибухнув тіла склала кілька десятків тисяч тонн (решта випарувалося до вибуху). Температура на фронті головний, ударної хвилі досягала 100000 ° С, тобто в десятки разів перевищувала температуру поверхні Сонця.
Після вибуху утворилася широка зона повалених дерев, форма якої (у вигляді метелика) добре збігається з зоною руйнування від балістичної хвилі (рис. 5), розрахованої теоретично В.П. Коробейникова і ін.