Метеоритные кратеры и воронки. Метеоритные кратеры Как определяют происхождение метеоритных кратеров

Некоторое представление о древних космических катастрофах дает обследование наиболее крупных метеоритных кратеров, сохранившихся до наших дней.

Следами падения крупных метеоритов на земной поверхности являются необычные кольцевые геологические структуры, получившие название «астроблемы» - звездные раны. Внутри астроблем наблюдаются радиальная деформация пластов раздробленных пород, необычные минералы и другие признаки, свидетельствующие о мощном ударном взрыве. Сейчас на Земле обнаружено более 100 таких кольцевых структур - мест падения гипотетических гигантских метеоритов. Но следует заметить, что кольцевые структуры во многом сходны с нарушениями земной поверхности, возникающими после некоторых вулканических извержений,- вулканическими кальдерами.

Поэтому вопрос о том, является ли данная кольцевая геологическая структура результатом падения метеорита или вулканического извержения, в каждом отдельном случае специально изучается. Происхождение некоторых из них остается дискуссионным на протяжении многих десятков лет. Причем сомнительны наиболее крупные кольца, которые образовались десятки и сотни миллионов лет назад. Так, существует предположение, что залив Св. Лаврентия в Канаде - часть гигантского ударного кратера диаметром около 290 км и глубиной порядка 6 км.

Метеоритные кратеры подразделяются на два типа.

Первый тип - ударные кратеры диаметром не более 100 м. Они образуются при частичном дроблении и выбрасывании горных пород и возникли вследствие падения относительно небольших метеоритов, летевших со скоростью не более 2,5 км/с.

Второй тип - взрывные кратеры, возникающие при взрыве метеорита в момент его соударения с земной поверхностью. Крупный метеорит , подлетающий к Земле со скоростью 3-20 км/с, при столкновении с ней взрывается в результате торможения о горные породы. Вещество его полностью или почти полностью испаряется при взрыве. Взрывные кратеры бывают заполнены раздробленной породой, которая нередко оплавлена. В некоторых наиболее крупных кратерах обнаружены своеобразные породы, получившие название импакитов. Они почти целиком состоят из переплавленных пород, застывших в виде стекла. В небольшом количестве содержатся в них и обломки нерасплавленных пород.

Горные породы, подвергшиеся метеоритному взрыву, разбиваются коническими трещинами. Вершины трещин конусов разрушения указывают направление, откуда пришла ударная волна. Импакиты и конусы разрушения являются доказательством метеоритного происхождения древнего кратера.

Расскажем о некоторых наиболее крупных космических катастрофах на нашей планете.

Самый крупный из достоверных метеоритных кратеров - Попигайская котловина. Она расположена на севере Сибирской платформы, в бассейне реки Хатанги, в долине ее правого притока реки Попигай. Размеры внутреннего кратера составляют 75 км, а диаметр внешнего достигает 100 км. Катастрофа произошла 30 млн. лет назад. Космическое тело с большой скоростью пробило толщу осадков в 1200 м и затормозилось в породах фундамента Сибирской платформы (рис. 3). По предварительным оценкам, энергия взрыва достигала 1023 Дж, т.е. была в 1000 раз больше, чем при самом сильном вулканическом взрыве. Об условиях, существовавших в эпицентре в момент взрыва, можно судить по тому, что в кратере найдены возникшие при катастрофе минералы.

Такие минералы удалось получить искусственным путем при ударных давлениях в 1 млн. бар и температуре около 1000° С. Выброшенные во время взрыва крупные глыбы кристаллических пород фундамента платформы разлетелись на расстояние до 40 км от края кратера. Космический взрыв вызвал расплавление горных пород, в результате чего образовалась лава с высоким содержанием кремнезема (65%), резко отличная по составу от глубинных базальтовых излияний Сибирской платформы.

Второй по величине метеоритный кратер расположен вблизи города Горького. С помощью геологической съемки и буровых работ была обнаружена Пучеж-Катунская впадина диаметром около 100 км, вероятно вызванная падением метеорита.

Диаметр около 50 км имеет Карский кратер на хребте Пай-Хой. Он заполнен образовавшимися при взрыве обломками пород, частично переплавленными и застывшими в виде стекловидной массы.

В 1920 г. известный финский ученый-геолог П. Эскола обследовал северную часть Ладожского озера. Он обратил внимание на необычную лаву около озера Янисъярви, которая по составу очень напоминала импакиты взрывных кратеров. Озеро Янисъярви, расположенное в 95 км от города Сортавалы, имеет размер 14х26 км и, вероятно, является древним метеоритным кратером. В пользу этого свидетельствуют также два скалистых лавовых островка в центре озера.

На Украине обнаружен Болтышский кратер (диаметром около 25 км), возникший в результате падения метеорита более 100 млн. лет назад. Самый древний метеоритный кратер (диаметр 20 км) в нашей стране находится в Карелии, его возраст более 1 млрд. лет,

В Винницкой обл., около села Ильинцы, недавно обнаружен метеоритный кратер диаметром в 4 км. Он образовался около 100 млн. лет назад. Кратеры диаметром 3- 5 км обнаружены к востоку от города Винницы и к юго-востоку от Гдова.

В районе Калуги погребен взрывной кратер с возрастом 250 млн. лет. Поперечник его достигает 15 км.

За рубежом хорошо исследован крупный метеоритный кратер Риз, внутри которого расположен город Дордлинген (ФРГ). Кратер образовался в результате удара и взрыва гигантского метеорита около 15 млн. лет назад. Возникшая котловина достигает в поперечнике 20 км. Сейсморазведочные работы, проведенные в котловине, показали, что под 35-метровым слоем озерных осадков скрыта внутренняя подземная котловина. Ее глубина не менее 700 м, а поперечник около 10 км. Кратер заполнен раздробленной, спекшейся и частично расплавленной породой. Разрыхленная порода, заполняющая кратер, обусловливает некоторое понижение поля силы тяжести по сравнению с окружающей местностью. Такое уменьшение соответствует дефициту массы в кратере 30- 60 млрд. т. Следовательно, в момент взрыва было выброшено до 20 км3
породы.

Во Франции метеоритный кратер Рошешуар (диаметр около 15 км) образовался 150-170 млн. лет назад.

К «молодым» кратерам - возраст до 15 млн. лет - относятся Босумтви в Гане (Западная Африка), в котором расположено озеро (диаметр 9,8 км, глубина 350 м), и Чабб на полуострове Унгава в Канаде (диаметр 3,4 км, глубина 390 м). Метеоритный кратер Ротер Камм, обнаруженный в 1965 г. в Юго-Западной Африке, в 95 км от устья реки Оранжевой, достигает 30 м. Дно кратера засыпано, следовательно, общая глубина его еще больше. Поперечные размеры кольцевого вала, сложенного обломками гнейсов, около 2,4 км, высота над окружающей местностью 90 м. Кратер Локар в Индии имеет поперечник 1,8 км, а глубину 120 м.

В конце прошлого столетия в США были начаты исследования кратера диаметром 1,2 км и глубиной около 170 м. Вал, окаймляющий кратер, возвышается на 40- 50 м (рис. 4). Это - так называемый Каньон-Дьябло в Штате Аризона. Согласно легенде местных индейцев, он образовался в месте, куда в далеком прошлом с неба спустился на огненной колеснице бог. Это наталкивало на мысль о метеоритном происхождении кратера. В радиусе около 10 км были обнаружены многочисленные, весом около 20 т обломки железного метеорита, но, очевидно, они представляют собой лишь ничтожную часть упавшего гигантского метеорита. Попытки найти внутри кратера основную массу метеорита успехами не увенчались; вероятно, он образован железоникелевым метеоритом весом примерно 5 млн. т. Воронка возникла от обломка весом 63 тыс. т и диаметром 30 м; энергия, освободившаяся при его ударе, сопоставима с энергией взрыва 3,5 млн. т тротила.

Группа кольцевых структур метеоритного происхождения известна на острове Сааремаа (Эзель) в Балтийском море. Углубление имеет здесь диаметр 110 м, оно обрамлено валом, образованным из приподнятых пластов доломита высотой 6-7 м. Еще шесть округлых впадин расположено в окрестностях главного кратера на площади 0,25 км2. Их размеры: диаметр 16-20 м, глубина до 4-5 м.

Удивительное кольцо Вредефорт найдено в Южной Африке. Оно образовано куполом гранитов диаметром около 40 км. Купол окружен венцом древних осадочных пород шириной около 16 км. Можно оценить размеры и скорость падения астероида, вызвавшего образование этого кольца. При скорости 20 км/с он должен иметь диаметр 2,3 км и массу 3·1010 т. Энергия его падения примерно в 50 раз превосходила энергию крупнейших землетрясений и соответствовала взрыву бомбы с зарядом 1,4·106 млн. т.

В Австралии находится одна из астроблем - Госсес Блафф. Она представляет собой небольшой холм, окруженный кольцом раздробленных пород, диаметром около 14 км. Возраст 130 млн. лет. В районе Госсес Блафф для исследования строения земной коры проводилась сейсмическая разведка и бурение скважин, было произведено несколько взрывов. Это позволило установить подземный рельеф кратера. На глубине расположена полусферическая чаша радиусом 2,3 км, окруженная более мелкой блюдцеобразной депрессией радиусом около 11 км. Найдены конусы сотрясения, импакиты; энергия ударного процесса составила 1020 Дж.

В Южном Техасе (США), в бассейне Сиерра-Мадре в горных породах, образовавшихся из древних морских отложений, известен вал в виде кольца диаметром около 10 км. В котловине внутри вала слои горных пород залегают почти горизонтально и лишь в центре их прорывает купол, сложенный известняками и возвышающийся на 450 м. Пласты здесь сильно разрушены, а в известняке обнаружены конические системы трещин, вызванные мощной ударной волной. Американский геолог А. Келли считает, что в данном случае астроблема образовалась в результате падения кометы в древний океан, имевший здесь глубину 2-3 км. Ядро кометы с космической скоростью ударило в кору, и произошел гигантский взрыв. Ударная волна, пройдя через воду, ослабла и смогла вызвать катастрофические разрушения дна лишь в эпицентре. Одновременно в океане образовалась огромная водяная воронка: взрыв на какое-то мгновение раздвинул толщу воды. Вода увлекла за собой донные осадки, отложив их в виде кольцевого вала. Освобожденное от гидростатического давления морское дно вспучилось в эпицентре и поднялось. При оседании водяной воронки вода принесла назад взмученный материал, который образовал слои новых осадков, сгладившие рельеф подводного кратера. Через много десятков миллионов лет кратер поднялся на поверхность, где затем разрушился.

В Антарктиде, на Земле Уилкса, найдена скрытая подо льдами гигантская астроблема, имеющая около 240 км в диаметре. Интересна история открытия этого кратера. В 1958-1960 гг. во время работ французской и американской экспедиций здесь были установлены некоторые аномалии силы тяжести. Загадка их разрешилась при сопоставлении данных обеих экспедиций. Район отрицательной аномалии силы тяжести имеет форму круга диаметром 240 км, а сама аномалия очень похожа на те, которые наблюдаются вблизи больших метеоритных кратеров. Удалось установить, что аномалия частично вызвана существованием впадины внутри кратера, а частично - разрыхленными при падении метеорита породами.

Открытие этого кратера имело большое значение для гипотезы об образовании тектитов - загадочных по своему происхождению обломков темно-зеленых стекловатых камней. Одни исследователи считают их особым классом метеоритов, другие - продуктом вулканических извержений на Луне. Американский ученый В. Бернс полагает, что тектиты возникают из горных пород, расплавленных при ударе крупных метеоритов и с чудовищной силой выплеснутых из кратера. Слабым местом этой гипотезы было отсутствие молодых метеоритных кратеров в Австралии и Тасмании, где тектиты широко распространены Кратер, обнаруженный в Антарктиде, оказался как раз в центре Австрало-Тасманийской дуги, изобилующей тектитами. Тем самым гипотеза В. Бернса получила новое подтверждение.

Ряд крупных кратеров метеоритного происхождения найден в последнее время в Канаде. К ним относятся, в частности, кратеры двойного озера Клируотер. Оба озера, по-видимому, образовались от ударов двух метеоритов. Диаметр Восточного Клируотера - около 28 км, Западного - около 32 км. Самой крупной кольцевой структурой предположительно метеоритного происхождения является здесь кольцо Маникуаган-Мушалаган, имеющее диаметр около 65 км.

С падением метеорита связывают крупнейшее месторождение никеля Садбери, расположенное в Канаде.

Рудный бассейн Садбери имеет овальную форму размером 60х27 км. Он располагается на поверхности Канадского кристаллического щита, который сложен гранитами и кварцитами. Строение бассейна напоминает слоеный пирог: внизу залегают рудоносные породы - микропегматиты, диориты и др., над ними - туф опанинг, перекрытый слоями шиферных сланцев и песчаников. Недавно была выдвинута гипотеза о том, что бассейн Садбери появился в результате падения гигантского метеорита 1700 млн. лет назад (возраст определен методами абсолютной геохронологии). К этой гипотезе привели попытки расшифровать происхождение туфа опанинг. По строению он представляет собой брекчию - раздробленную и вновь сцементированную породу. Обломки брекчии состоят из коренных гранитов, а также стекла - расплавленных и быстро остывших, не успевших раскристаллизоваться минералов. По этим признакам опанинг очень напоминает материал из известных метеоритных кратеров. Сходство это недавно было подтверждено находкой в Садбери кристаллов кварца, обладающих своеобразной ориентировкой трещин, которые возникают в кварце только под воздействием ударных волн, создающих чрезвычайно высокие давления, при ядерных взрывах или при падении гигантских метеоритов. Очевидно, удар гигантского метеорита вызвал активную вулканическую деятельность, в результате поднялись глубинные расплавленные массы, содержавшие большое количество металлов.

Имеются данные о том, что в прошлом в некоторых случаях метеоритные дожди достигали чрезвычайно высокой плотности и захватывали огромные площади. Их выпадение могло приобретать характер страшного стихийного бедствия.

Так, в Северной Америке, в районе полуострова Флорида, на побережье Атлантического океана произошло падение, по-видимому, одного из наиболее крупных астероидов. В штатах Северная и Южная Каролина была проведена аэрофотосъемка, обнаружившая ряд круглых и яйцеобразных воронок, напоминающих по виду кратеры метеоритного происхождения. Крупных кратеров - около 140 тыс., в том числе около 100 диаметром более 1,5 км. Невозможно установить число мелких. Предполагают, что их более полумиллиона. Площадь, подвергшаяся камнепаду, достигала 200 тыс. км2. Кратеры расположены дугой, в центре которой в настоящее время находится приморский город Чарлстон. Большая часть обломков астероида обрушилась в Атлантический океан.

По мнению Милтона и Шривера, эти кратеры образовались в результате падения метеоритов, скорее всего кометного происхождения, врезавшихся в Землю под небольшим углом к горизонту, в юго-восточном направлении. Некоторые из метеоритов были двойные (тандем-метеориты), а их падение имело взрывной характер Согласно другим предположениям, от перегрева взорвался в атмосфере крупный астероид (диаметр около 10 км масса - 1000-2000 млрд. т). Его осколки разбросаны в радиусе более 1000 км.

Загадочные тектиты - стекловидные камни космического происхождения, детально изученные советским ученым Г.Г. Воробьевым, также выпадали на огромные территории в виде дождей большой плотности. В Европе районом распространения тектитов является Чехословакия: на площади около 10 тыс. км2 было найдено несколько десятков тысяч тектитов. Дождь, состоявший из тектитов, выпал здесь примерно 20 млн. лет назад и охватил территорию, близкую по форме к эллипсу. Правда, Г.Г. Воробьев считает, что дождь этот был не очень густым и расстояние между отдельными тектитами в некоторых случаях достигало многих десятков метров. В дальнейшем в результате деятельности поверхностных вод и тектонических движений произошло перераспределение тектитов и накопление их во впадинах рельефа земной поверхности.

В ряду других крупных космических явлений совершившееся на глазах человека падение Тунгусского метеорита занимает несколько особое место. Сумма всех данных позволяет утверждать, что события 1908 г. вызваны падением небольшой кометы. Она вошла в земную атмосферу утром, двигаясь с востока, т.е. навстречу Земле. На высоте 5-10 км над Землей произошел взрыв колоссальной силы, соответствующий взрыву не менее 3 млн. т тротила, т.е. в 100 раз более сильный, чем атомный взрыв в Нагасаки и Хиросиме. Согласно расчетам, скорость, с которой влетела Тунгусская комета в атмосферу Земли, была от 30 до 40 км/с. К моменту взрыва она снизилась до 16-20 км/с, а масса взорвавшегося тела составила несколько десятков тысяч тонн (остальное испарилось до взрыва). Температура на фронте головной, ударной волны достигала 100000° С, т.е. в десятки раз превышала температуру поверхности Солнца.

После взрыва образовалась широкая зона поваленных деревьев, форма которой (в виде бабочки) хорошо совпадает с зоной разрушения от баллистической волны (рис. 5), рассчитанной теоретически В.П. Коробейниковым и др.

Горелый лес и слабые ожоги, полученные немногими очевидцами, находившимися на расстоянии сотен километров от эпицентра, дают некоторое представление о термическом эффекте взрыва.

На месте катастрофы найдены лишь многочисленные мельчайшие шарики размером в десятки микрон. Они представляют собой застывшие капельки расплавленного металла или силиката, входивших в состав твердых включений в ядре кометы. Никаких следов повышенной радиоактивности в районе падения метеорита не обнаружено. Спустя несколько дней после катастрофы наблюдалось необычное свечение неба, распространившееся полосой от места падения метеорита до Британских островов. Это было вызвано попаданием в слои атмосферы веществ хвоста кометы. Резкое снижение прозрачности атмосферы, зарегистрированное двумя неделями позже, вероятнее всего, объясняется пылью, выброшенной в верхние слои атмосферы после взрыва.

По своим масштабам тунгусская катастрофа стоит в одном ряду с такими крупнейшими, известными или предполагаемыми, катастрофами, как взрыв и проседание кальдеры вулкана Кракатау, извержение Санторина, связываемое с гибелью Атлантиды, или с такими землетрясениями, как Чилийское или Гоби-Алтайское. Площадь вывороченного леса составляла 20 тыс. км2
(это более чем в 20 раз больше площади Москвы, ограниченней автомобильной дорогой). К счастью, взрыв произошел в совершенно безлюдной местности. Однако если бы эта небольшая комета взорвалась над густонаселенным районом, то размеры катастрофы и число жертв трудно вообразить.

В 50-х годах прошлого столетия внимание некоторых геологов привлекли структуры, возникшие при ударах метеоритов – метеоритные кратеры . В окрестностях явно выраженного в рельефе кратера Аризона был обнаружен коэсит (разновидность кварца, образовавшаяся при высоком давлении) и накоплена информации об образовании трещин и метаморфических явлениях в породах, которые, как считалось, могли образоваться только при метеоритных ударах. После этого, не только явно выраженные в рельефе метеоритные кратеры, но и структуры, которые считались возникшими при метеоритных ударах в древние времена, стали обнаруживаться одна за другой. Р.Диц (Dietz, 1960) назвал такие древние шрамы от ударов метеоритов «астроблемами » (astroblemes) – звёздными ранами (от греческих слов, обозначающих «звезда» и «рана»). И в настоящее время принято называть астроблемами такие структурные формы, которые утратили морфологические признаки кратеров

Распространение современных или ископаемых импактных кратеров, установленных на Земле, очень неравномерно. Это обусловлено тем, что сохранность кратеров в значительной степени зависит от интенсивности последующих движений земной коры. В молодых метеоритных кратерах, которые до сих пор хорошо выражены в рельефе, сохранилось намного больше доказательств их импактного происхождения, чем в древних.

В настоящее время метеоритные кратеры и астроблемы известны на всех континентах. Всего их насчитывается более 150 (по данным на 1990 год). Более 40 структур расположены на территории Канады и около 20 – на территории бывшего СССР. Размеры метеоритных кратеров варьируют от 15 м до 100 км и более. Известно около 20 крупных структур с диаметром более 20 км (из них 7 находится на территории бывшего СССР, в том числе самые большие из известных – Лабынкарский, Пучеж-Катунский и Попигайский (рис. 7.3) кратеры, с поперечниками от 60 до 70 км).

Возраст метеоритных кратеров от позднего протерозоя до кайнозоя. Например, Аризонский кратер (рис. 7.4) образовался в плиоцене около 9 млн. лет назад, Янисъварская астроблема имеет возраст около 700 млн. лет, а астроблема Садбери (?) в Канаде – около 1700 млн. лет. (В лунных метеоритных кратерах есть признаки излияний лавы и Р.Диц попытался доказать, что, так называемый, «лополит Садбери» в Канаде является древним импактным кратером, а слагающие его интрузивные породы, по сути, есть продукты постимпактного магматизма и вулканизма, спровоцированного падением огромного метеорита.)

Не менее загадочна и другая кольцевая структура – Фредефортский купол в Южной Африке с возрастом пород около 3.54 млрд. лет.

Структура и состав пород метеоритных кратеров и астроблем

Обычно метеоритные кратеры образуют округлую структуру, окружённую приподнятым валом, а иногда и внешней опрокинутой от центра «синклиналью». Кратеры заполнены ударной брекчией, лежащей на расколотых и трещиноватых породах. В середине кратеров часто присутствует центральное поднятие, сложенное хаотической брекчией, состоящей из вынесенных наверх пород дна кратера. Из-за позднейших разрушений, оползней и эрозии некоторые элементы строения кратеров могут быть слабо выражены либо вообще отсутствовать.

При ударе метеорита о Землю в месте удара (в метеоритном кратере) возникают огромные давления (до 100 МПа) и температуры (до 2000°), которые могут приводить к образованию:

● горных пород особого сложения (автохтонной и аллохтонной брекчий, импактитов) и структур.

● высокобарических фаз кремнезёма (коэсита, стишовита), высокобарических минералов группы пироксена (жадеита) и группы шпинели (рингвудита), лешательерита (кварцевое стекло), мескелинита (переплавленный в стекло битовнит), алмаза и др. минералов;

Кроме того, в породах, слагающих метеоритный кратер, присутствует вновь образованное стекло, железо-никелевые и железные шарики, а также могут быть повышенные содержания платины, никеля, иридия и др. элементов.

Автохтонная (аутигенная) брекчия – импактная брекчия, расположенная в раздробленном, но не выброшенном основании кратера. Характеризуется развитием интенсивной трещиноватости и другими проявлениями ударного воздействия, редко обнажена и почти всегда перекрыта плащом других образований ударного происхождения.

Аллохтонная (аллогенная) брекчия состоит из упавших назад в кратер обломков, образующих различного рода нагромождения из осколков и глыб, сцементированных рыхлым обломочным материалом, к которому примешивается различное количество стекла. Она распространена очень широко по всей территории кратеров и нередко за их пределами. Мощность аллохтонной брекчии может составлять 100 м и более.

Импактиты представляют собой ударные брекчии, одним из основных компонентов которых являются стекло или продукты его изменения, образующиеся при расплавлении претерпевших удар пород, и цементирующее обломки. Различают две основные разновидности импактитов:зювиты (стекловато-обломочные) итагамиты (массивные).

Зювиты представляют собой туфообразную массу «спекшихся» обломков стекла и пород либо рыхлый песок. Они находятся в аллохтонной брекчии, вместе с другими породами выполняют внутренние части воронок кратеров и в виде отдельных языков распространяются за их пределы.

Тагамиты представлены однообразными пятнистыми породами с пористой, иногда пемзовидной текстурой, состоящими из обломков темно-серого или цветного стекла, которое имеет афанитовое строение и насыщено обломками пород и минералов. Тагамиты расположены внутри воронок, нередко образуя скальные обнажения со столбчатой отдельностью. Они слагают неправильные пластообразные и рукавообразные тела, залегающие на поверхности автохтонной брекчии в основании кратеров или над аллохтонной брекчией и зювитами, а также дайки, жерловины в автохтонной брекчии и псевдопокровы.

В метеоритных кратерах встречаются также специфические образования, получившие название конусов разрушения . Они представляют собой обломки или блоки горных пород с бороздчатой поверхностью в виде острых конусов, ориентированных вверх, размером от 1 см до 10 м. Кроме того, под воздействием ударной волны возникают изменения в минералах пород: понижаются показатели преломления и двупреломления, возникает ударное двойникование и ударный кливаж.

Признаки импактных структур

Для идентификации метеоритного кратера необходимо выявить следующие ключевые признаки.

1. Кольцевая структура на поверхности (однако, последующие движения земной коры могли привести к деформации этих структур).

2. В центре кратера куполовидная структура и брекчиевидные отложения.

3. Структура, в которой окружающие кратер пласты опрокинуты.

4. Брекчирование в окружающих породах.

5. Присутствие метеоритного материала (обломков метеорита, муассанита, железо-никелевых и железных шариков, повышенные содержания платины, никеля, иридия и др. элементов). Если только кратер древнего происхождения, метеоритный материал может быть не обнаружен .

6. Изменения в породах, связанные с шок-метаморфизмом, т.е. развитие конусов обрушения, присутствие минералов высокой плотности, развитие планарных структур в минералах, витрификация стекла. Эти признаки могут исчезнуть в результате последующего метаморфизма.

7. Аномалии геофизических свойств в пределах изучаемой территории: силы тяжести, магнитных свойств, скорости сейсмических волн и др.

Первый и второй признаки выявляются при дешифрировании аэрофотоснимков и космоснимков, анализа топокарт и форм рельефа, седьмой – при анализе геофизических карт. Эти три признака выявляются на подготовительном этапе, а все остальные – при проведении полевых работ на выявленных структурах.

Наиболее надёжными признаками являются четвёртый, пятый и шестой. На основании надёжности доступных данных по М.Денс (Dence M.R.) импактные кратеры необходимо подразделять на три категории:

1) точно установленные импактные кратеры, в которых был обнаружен метеоритный материал;

2) вероятные импактные кратеры, в которых можно наблюдать структуры, возникшие при шок-метаморфизме;

3) предполагаемые импактные кратеры, выделяемые по кольцевой форме структуры и т.д.

По данным на 1990 год было выявлено 63 структуры первой группы, 42 – второй, 39 – третьей.

Крупные тела, размером более 100 м, легко пронзают атмосферу и достигают поверхности нашей планеты. При скорости в несколько десятков километров в секунду энергия, выделяющаяся при столкновении, значительно превосходит энергию взрыва равного по массе заряда тротила и сравнима скорее с ядерными боеприпасами. При таких столкновениях (ученые называют их импактными событиями) образуется ударный кратер, или астроблема.

Боевые шрамы

В настоящее время на Земле найдено более полутора сотен крупных астроблем. Однако практически до середины XX века столь очевидная причина появления кратеров, как удары метеоритов, считалась весьма сомнительной гипотезой. Сознательно искать крупные кратеры метеоритного происхождения стали начиная с 1970-х годов, их продолжают находить и сейчас — один-три ежегодно. Более того, такие кратеры образуются и в наше время, хотя вероятность их появления зависит от размера (обратно пропорциональна квадрату диаметра кратера). Астероиды диаметром около километра, образующие при ударе 15-километровые кратеры, падают довольно часто (по геологическим меркам) — примерно раз в четверть миллиона лет. А вот действительно серьезные импактные события, способные образовать кратер диаметром 200−300 км, происходят гораздо реже — примерно раз в 150 млн лет.

Самый большой — кратер Вредефорт (ЮАР). d = 300 км, возраст — 2023 ± 4 млн лет. Крупнейший в мире ударный кратер Вредефорт расположен в ЮАР, в 120 км от Йоханнесбурга. Его диаметр достигает 300 км, и потому наблюдать кратер можно только на спутниковых снимках (в отличие от небольших кратеров, которые можно «охватить» взглядом). Вредефорт возник в результате столкновения Земли с метеоритом диаметром примерно 10 километров, а произошло это 2023 ± 4 млн лет назад — таким образом, это второй по возрасту известный кратер. Интересно, что на звание «самого большого» претендует целый ряд неподтверждённых «конкурентов». В частности, это кратер Земли Уилкса — 500-километровое геологическое образование в Антарктиде, а также 600-км кратер Шива у побережья Индии. В последние годы учёные склоняются к тому, что это ударные кратеры, хотя прямых доказательств (например, геологических) нет. Ещё один «претендент» — это Мексиканский залив. Существует спекулятивная версия, что это гигантский кратер диаметром 2500 км.

Ландшафтный дизайн

При столкновении крупного метеорита с Землей в окружающих место взрыва породах неизбежно остаются следы ударных нагрузок — конусы сотрясения, следы плавления, трещины. Взрыв обычно образует брекчии (осколки породы) — аутигенные (просто раздробленные) или аллогенные (раздробленные, перемещенные и перемешанные), — которые тоже служат одним из признаков импактного происхождения. Правда, признаком не слишком точным, поскольку брекчии могут иметь различное происхождение. Скажем, брекчии Карской структуры долгое время считали отложениями ледников, хотя потом от этой идеи пришлось отказаться — для ледниковых они имели слишком острые углы.

Еще одним внешним признаком метеоритного кратера являются выдавленные взрывом пласты подстилающих пород (цокольный вал) или выброшенные раздробленные породы (насыпной вал). Причем в последнем случае порядок залегания пород не соответствует «натуральному». При падении крупных метеоритов в центре кратера за счет гидродинамических процессов образуется горка или даже кольцевое поднятие — примерно так же, как на воде, если кто-то бросит туда камень.

Пески времени

Далеко не все метеоритные кратеры находятся на поверхности Земли. Эрозия делает свое разрушительное дело, и кратеры заносит песком и почвой. «Иногда их находят в процессе бурения, как это произошло с захороненным Калужским кратером — 15-км структурой возрастом примерно 380 млн лет, — говорит Михаил Назаров.- А иногда даже из их отсутствия можно сделать интересные выводы. Если с поверхностью ничего не происходит, то число импактных структур там должно примерно соответствовать оценкам средней плотности кратеров. А если мы видим отклонения от среднего значения, это свидетельствует, что местность подвергалась каким-либо геологическим процессам. Причем это верно не только для Земли, но и для других тел Солнечной системы. Например, лунные моря несут на себе значительно меньше следов кратеров, чем остальные области Луны. Это может свидетельствовать об омоложении поверхности — скажем, с помощью вулканизма».

ПРОИСХОЖДЕНИЕ КРАТЕРОВ НА ПЛАНЕТАХ И СПУТНИКАХ

Поверхность небесных тел далека от идеальной, почти на каждом из них имеются многочисленные и разнообразные «отметины» - свидетели бурной истории. Какое они имеют происхождение: внутреннее или внешнее?
Скажем, почти все черты рельефа земной поверхности, такие как горы, долины, хребты, вулканы, имеют внутреннее происхождение. Внешний вид нашей планеты постепенно и постоянно изменяется, потому что Земля внутренне активна. Иное дело Луна. В настоящее время она практически не показывает признаков геологической активности, и её облик почти не менялся в течение сотен миллионов лет. Тем не менее, лунная поверхность тоже испещрена многочисленными отметинами.

Если небесное тело геологически активно, то оно может иметь самые разные формы рельефа. А если нет?

Возьмём большой идеально ровный шар и поместим его в открытый космос. Что произойдёт с ним через много миллионов лет? Во-первых, он потемнеет от космических лучей, солнечного излучения и солнечного ветра. Во-вторых, на нём появится множество ударных кратеров от столкновений с метеорными телами. Вот и всё.
Проще говоря, отметины, имеющие внутреннее происхождение, могут быть самые разные. А внешнее происхождение могут иметь только ударные кратеры. И наоборот, если какая-то черта рельефа не похожа на ударный кратер, то она имеет внутреннее происхождение и свидетельствует об активности небесного тела в прошлом, а, возможно, и в настоящем. А если данная черта рельефа является ударным кратером, то она имеет внешнее происхождение и никак не связана с внутренней активностью.

Правда, здесь есть проблема. Не всякий кратер ударный. Некоторые имеют внутреннее происхождение. Поэтому основной вопрос, на который мы постараемся ответить такой:
Какое происхождение имеют кратеры на небесных телах: ударное или внутреннее?

НАМ ПОВЕЗЛО С ЛУНОЙ?

Глядя на лунную поверхность, и держа в уме метеоритную хронологию, можно сделать вывод, что нам сильно повезло. Во-первых, на Луне есть участки, которые сформировались очень давно, более 4 миллиардов лет назад. Они сильно кратированы, так как застали мощную метеоритную бомбардировку. Во-вторых, на Луне есть практически гладкие моря, которые сформировались только спустя миллиард лет.
Если бы вся лунная поверхность сформировалась быстро, то она вся была бы сильно кратирована. И наоборот, если бы она формировалась на миллиард лет дольше, то вся была бы гладкая, как лунные моря.

Нам повезло, что Луна формировалась достаточно долго, чтобы застать окончание активной метеоритной бомбардировки. И повезло также, что на ней есть места, сформировавшиеся очень рано. То есть, геологическая история лунной активности такова, что позволяет составить достаточно полное представление об интенсивности метеоритных потоков в истории Солнечной системы.
Но всё не так просто.

Возьмём, к примеру, Меркурий. Это небольшая планета в 4 раза тяжелее Луны. Казалось, можно было бы ожидать, что он должен иметь более длительную геологическую историю и, следовательно, должен быть кратирован примерно как лунные моря или слабее. Но это не так. Вся поверхность Меркурия кратирована очень сильно (см. фото). Почему?

Другой пример - Марс. Это немаленькая планета, на которой есть атмосфера, а в недавнем прошлом был мощнейший вулканизм. Казалось бы, геологическая история Марса должна сильно отличаться от лунной. Однако на Марсе мы также наблюдаем два вида поверхностей (см. фото): сильно кратированная и почти лишённая кратеров. Почему?

МИРАНДА ПРОТИВ МЕТЕОРИТНОЙ ХРОНОЛОГИИ

А вот совсем крошечный спутник Урана - Миранда (см. фото). Её радиус всего 200 км. Такое маленькое тело должно было остыть почти сразу же после своего образования. Следовательно, вся её поверхность должна быть усеяна многочисленными кратерами. Действительно, на Миранде есть сильно кратированные районы, но также имеются и относительно чистые места. Как подобное возможно?

Вот что написано об этом спутнике в сборнике "Система Сатурна": поверхность Миранды представляет собой довольно странную смесь самых разных поверхностей многих тел Солнечной системы. Приблизительно половина видимой поверхности <...> древняя, сильно кратированная территория. Три области более молодой территории, имеющие в плане формы от прямоугольника до овоида, завершают остальной пейзаж. <...> Сложные системы параллельных и пересекающихся крутых сбросов покрывают эти молодые территории <...> При высоком разрешении обнаруживаются образования, которые выглядят, как потоки. Один из потоков, по-видимому, исходит от вулканического конуса.

Во-первых, уже странно, что на таком же маленьком теле была значительная геологическая активность. Во-вторых, эта активность должна была продолжаться очень долго, чтобы метеоритный поток в Солнечной системе успел ослабеть. Но даже такое невероятное предположение не поможет избавиться от противоречий. Потому что на таком маленьком теле не могут существовать одновременно и молодая, и старая поверхность.
Если бы какая-то часть Миранды остыла, то и остальная её часть должна была бы остыть за несколько десятков миллионов лет. То есть, либо вся поверхность Миранды старая, либо вся она молодая. А по степени кратирования эти поверхности различаются очень сильно.

Само существование двух столь разно кратированных поверхностей на одном маленьком теле подрывает концепцию единой метеоритной хронологии в Солнечной системе.

МЕТЕОРИТНАЯ ХРОНОЛОГИЯ

Если мы встанем на точку зрения современной космогонии и примем аккреционную гипотезу, то будем вынуждены рассуждать примерно так. После того как небесное тело образуется в результате аккреции из газа и пыли, оно постепенно остывает и его внутренняя активность стремится к нулю.
Исключение составляют только очень крупные небесные тела размером с Землю или хотя бы с Марс. В них запасы внутреннего, в том числе и радиогенного тепла, позволяют планете сохранять геологическую активность на протяжении нескольких миллиардов лет. Что же касается таких не слишком больших тел, как Луна, то их внутренняя активность должна прекратиться через миллиард лет.
С этой точки зрения, очевидно, что почти все кратеры на спутниках и астероидах должны быть ударными и иметь внешнее происхождение.

Давайте будем придерживаться этой точки зрения и попробуем понять историю, например, Луны.
На нашем естественном спутнике имеются как сильно кратированные участки, так и относительно гладкие поверхности.
Посмотрите сами на фотографию "Море Кризисов". Поверхность моря почти вся гладкая, а окружающие участки сильно кратированы.
Почему метеориты интенсивно падали вокруг моря и совсем не попадали в само море?
Логично объяснить это так. До формирования моря, поток метеоритов был достаточно интенсивный, а когда море сформировалось, этот поток иссяк.

Исследуя ударные кратеры на поверхности Луны, мы сможем выяснить, как метеоритный поток менялся с течением времени. И наоборот, зная, как метеоритный поток изменялся во времени, мы сможем оценить возраст лунной поверхности, посчитав количество крупных и мелких кратеров на ней.
До начала космической эры астрономы могли определить только относительный возраст лунной поверхности. Скажем, море Кризисов моложе, чем окружающий пейзаж, так как на нём меньше ударных кратеров. А на вопрос «насколько моложе?» ответить было трудно. Но после того как из 9 различных лунных мест были доставлены на Землю образцы грунта (американские корабли «Аполлон - 11, 12, 14, 15, 16, 17» и советские автоматические станции «Луна - 16, 20, 24»), стало возможным определить и абсолютный возраст этих мест. Соответственно, появилась возможность достаточно точно оценить возраст и остальных районов Луны, сравнивая плотности ударных кратеров.
Более того, предполагая, что метеоритный поток падал более-менее равномерно на все тела Солнечной системы, появилась возможность определить абсолютные возрасты различных участков Марса, Меркурия, Венеры, а также спутников планет и даже астероидов.
Всё это, конечно, замечательно, но есть одно «но».

А что если вся эта метеоритная хронология ошибочна?

ОТКУДА ПРИЛЕТАЮТ МЕТЕОРИТЫ?

Откуда прилетают метеориты, которые оставляют ударные кратеры на небесных телах, например, на Луне? Они могут падать на Луну, двигаясь либо по гелиоцентрическим орбитам, либо геоцентрическим. Последнее в настоящее время невозможно - у Земли сейчас только один естественный спутник. Но, кто знает, может, они были раньше.
Если рассматривать систему Земля-Луна, то трудно дать однозначный ответ на вопрос: откуда прилетали метеориты? Для надёжного ответанужна система спутников, которая обладает следующими качествами:

1. Центральная планета очень массивная
2. Имеется много спутников, находящихся как на близких, так и на удалённых орбитах.
3. Спутники повёрнуты к планете одной стороной
4. Поверхность спутников сильно кратирована

Если метеориты, падающие на спутники, двигались по гелиоцентрическим орбитам, то, попав в сильное поле тяготения планеты, они разгонятся до больших скоростей. Поэтому можно ожидать, что внутренние спутники будут кратированы гораздо сильнее внешних. И сами кратеры на них должны быть заметно крупнее. Кроме того, ведущие стороны спутников должны быть кратированы значительно сильнее ведомых. Особенно этот эффект должен быть выражен у внутренних спутников, орбитальная скорость которых может превышать 10 км/сек.

В Солнечной системе у трёх планет есть полноценные системы спутников - у Юпитера, Сатурна, Урана. Но из четырёх главных (галилеевых) спутников Юпитера два ближайших к нему практически не кратированы. Поэтому система Юпитера не лучший вариант для определения источника метеоритов, производящих ударные кратеры. Совсем другое дело - Сатурн. Все крупные спутники этой планеты, как внешние, так и внутренние (за исключением Титана) сильно кратированы. Поэтому сразу же после пролёта космических аппаратов «Вояджер - 1, 2» вблизи Сатурна, учёные стали исследовать ударные кратеры на его спутниках. Вот выводы:

На фотографиях представлены фрагменты текста, взятого из книги «Система Сатурна», Москва: Мир, 1990 год.

Из этого текста видно, что ряд планетологов, понимая, что внутренние спутники должны быть кратированы значительно сильнее внешних, пытались обнаружить этот эффект. В частности, по оценкам, «Мимас» - самый внутренний (из регулярных) спутников Сатурна должен быть кратирован в 20 раз сильнее самого внешнего спутника - Япета. Но НИЧЕГО подобного не наблюдается.

Таким образом, анализ распределения ударных кратеров на спутниках Сатурна позволяет сделать следующий вывод. Никакого систематического увеличения плотности ударных кратеров на внутренних спутниках Сатурна (по сравнению с внешними) не наблюдается. И это означает, что, по крайне мере, основная часть ударных кратеров вызвана телами, которые вращались не на гелиоцентрических орбитах, а на орбитах вокруг Сатурна. Отсутствие зависимости плотности ударных кратеров от долготы спутников, в том числе, и у самых внутренних, также подтверждает этот вывод.
Этот очень важный вывод, который непосредственно следует из наблюдений, к сожалению, остался незамеченным среди космогонистов. Что, впрочем, неудивительно, так как он плохо вписывается в аккреционную теорию.

НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ

Итак, тела, оставившие ударные кратеры на спутниках Сатурна, в основном, прилетели не с гелиоцентрических, а с сатурноцентрических орбит. Как же они на них оказались?
Согласно аккреционной теории, такие тела были захвачены растущим Сатурном с гелиоцентрических орбит. Но в таком случае эти тела должны были оставлять более крупные кратеры на внутренних спутниках, что не соответствует действительности. В результате мы приходим к выводу, что тела, движущиеся по сатурноцентрическим орбитам, не были захвачены извне, а родились здесь же в системе Сатурна.
Этот вывод выглядит, мягко говоря, странным в рамках аккреционной теории. Но в рамках новой теории он чуть ли не очевиден.
Действительно, согласно взрывной теории (или гипотезы, называйте, как хотите), все небесные тела - это вулканические выбросы ещё более крупных небесных тел. С этой точки зрения, очевидно, что все ударные кратеры на небесных телах, были оставлены объектами, которые сами были выброшены с небесных тел. И основной вопрос здесь - где находились тела, которые бомбардировали данный объект? Теперь благодаря исследованиям спутников Сатурна, мы знаем, что эти тела находились где-то рядом. И у нас есть три варианта ответа на вопрос.

1. Спутники Сатурна кратировал Сатурн.
2. Спутники Сатурна кратировали друг друга.
3. Каждый спутник сам себя кратировал.

Если бы Сатурн кратировал свои спутники, то внутренние спутники были бы кратированы сильнее внешних. Но это не так. Если бы спутники кратировали друг друга, то кто тогда кратировал Луну или Марс? Поэтому, если мы не будем придумывать для каждой планеты свой сценарий кратирования, то должны сделать такой вывод: каждое небесное тело само кратирует свою поверхность.
В рамках аккреационной гипотезы такой вывод выглядит неправдоподобным, а в рамках взрывной - он вполне естественный.
Действительно, каждое небесное тело наиболее активно в момент своего рождения - сразу же после отделения от родительского тела. При этом оно может выбрасывать в окружающее пространство различные тела в результате вулканических процессов. Часть этих тел улетает в открытый космос, часть остаётся поблизости, образуя систему спутников, а часть падает обратно. Именно эта последняя часть и создаёт ударные кратеры.
Итак, с новой точки зрения ударные кратеры (в основном) имеют внутреннее, а не внешнее происхождение. Из жерла вулкана вылетает огромная масса со скоростью несколько меньшей второй космической. И, падая обратно на родительское тело, создаёт ударный кратер на его поверхности. Возможно, что какая-то часть ударных кратеров имеет действительно внешнее происхождение. Но эта часть незначительная.

Посмотрим, какие выводы следуют из этого заключения. И затем сравним их с тем, что наблюдается в Солнечной системе.

ГЛОБАЛЬНАЯ АСИММЕТРИЯ МАРСА

Интересной особенностью Марса является так называемая глобальная дихотомия (асимметрия). Его поверхность состоит из двух примерно равных по размеру, но очень разных по своим свойствам частей (см. фото 1 и 2).
Одна часть поверхности - она находится в основном в Северном полушарии - это низменность, вторая - возвышенность. На Земле высота гор и глубина впадин отсчитывается от уровня моря. На Марсе в качестве нулевого уровня принята поверхность, соответствующая атмосферному давлению 6,1 миллибар (тройная точка воды).
Так вот, вследствие глобальной асимметрии Марса его Южный полярный радиус больше северного на 6,3 км. Центр масс сдвинут относительно геометрического центра на 2,99 км. А вся поверхность имеет бимодальное распределение по высоте, имея два наиболее распространённых уровня: +1,5 км и - 4 км.

Почему Марс так асимметричен? Если он образован согласно аккреционной теории, то должен находиться в состоянии, близком к равновесному. Какая сила вывела его из равновесия?
Можно посмотреть на проблему с другой стороны. Любая замкнутая система стремится к равновесию. Марс не исключение. Если сейчас он далёк от состояния равновесия, то, следовательно, в прошлом, в момент своего образования, он был ещё дальше от равновесного состояния. Значит, он образовался не в результате аккреции.

В рамках взрывной гипотезы глобальная асимметрия планет и их спутников - обычное дело. Даже если родительское тело обладало идеальной симметрией, и сверхплотное дозвёздное вещество находилось строго в его центре, то после распада тела на почти равные или, наоборот, слишком неравные части, эта симметрия должна нарушиться. Так как в дочерних телах сверхплотное вещество уже не будет расположено строго по центру.
В дальнейшем дочернее тело может постепенно достигнуть состояния симметрии (равновесия). Однако если его размеры не слишком велики, и значительная часть вещества успеет затвердеть достаточно рано, то дочернее тело, возможно, так и не достигнет равномерного состояния. Именно это мы и наблюдаем на примере Марса.
Судя по современному состоянию Марса, можно сделать вывод, что в момент его образования сверхплотное вещество находилось не в центре планеты, а было смещено в южном направлении. Именно поэтому почти все вулканы расположены в южном полушарии либо вблизи экватора.
Несмотря на то, что южное полушарие примерно на 6 км выше северного, на этом высокогорье вырос дополнительный «нарост» Тарсис (см. фото 3).
Тарсис - это огромный балдж размером 5 тысяч км, который возвышается на 10 км. На нём находятся несколько крупнейших вулканов Марса, размеры которых достигают 500 км, а высоты составляют около 20 км над нулевым уровнем. При этом средний уровень северного полушария ниже нулевого на 4 км. Объяснить происхождение такого гигантского асимметричного «выроста», как Тарсис очень трудно в рамках аккреционной теории.

КТО КРАТИРОВАЛ МАРС?

Итак, поверхность Марса состоит из двух кардинально разных, примерно равных по размеру частей. Одна часть поверхности значительно выше другой (разница 5,5 км) и на ней расположены почти все вулканы (средние и крупные - все). То есть, на ней находятся свидетельства её бурной активности в прошлом. И это не удивительно, надо полагать, именно вследствие своей активности она и поднялась так высоко. И наиболее высоко на Марсе поднялся регион Тарсис, где расположены самые мощные вулканы. А крупнейший вулкан Олимп является и самым высоким: 21 км от нулевого уровня.

А теперь простой вопрос. Какая территория Марса должна быть кратирована сильнее: возвышенности, где, в основном, расположены все вулканы, в том числе, и достаточно молодые, или низменности, где почти не заметны признаки геологической активности?

Действительно, вопрос простой. Геологически более активные возвышенности должны быть кратированы намного слабее, чем НЕ активные низменности. Да, должны, но это не так. Возвышенности Марса кратированы гораздо сильнее. Почему? Этого НИКТО не знает. К этой странной особенности уже привыкли. А вот что писали о ней раньше.

На фото страница из журнала «Успехи физических наук» за 1971 год, апрель. Статья Р. Лейтона «Поверхность Марса».

Итак, менее активные и, следовательно, более древние низменности Марса кратированы во много раз слабее, чем возвышенные районы. Сейчас в этом может убедиться каждый, посмотрев фото марсианской поверхности (см. фото 2) Подобная ситуация наблюдается и на Луне, где слабее всего кратированы моря.
Лунная поверхность была изучена первой. Для интерпретации её истории использовали концепцию единой метеоритной бомбардировки (хронологии): по Солнечной системе летает множество астероидов, которые периодически сталкиваются с планетами и их спутниками. Независимо от того, верна или нет эта концепция, её, очевидно, можно было подогнать для описания истории поверхности такого тела, как Луна. Просто, предположив, что более кратированные районы являются более древними. А затем рассчитать, как менялся метеоритный поток за последние 4 млрд. лет.

Однако Марс и Миранда уже не вписываются в эту концепцию. Если бы поверхности всех этих трёх тел изучались одновременно, думаю, у концепции метеоритной хронологии было бы мало сторонников. Но Луна была изучена намного раньше остальных тел Солнечной системы. Концепция аккреции к тому времени уже стала догмой в планетологии. Поэтому и концепция метеоритной хронологии стала догмой.
После того как были изучены Марс и спутники планет гигантов, сомнения в истинности концепции метеоритной хронологии должны были появиться. Но они не появились. Почему?

Во-первых, потому что концепция метеоритной хронологии уже стала научной догмой. А истинность научной догмы не обсуждается.
Во-вторых, появились более серьёзные вопросы. Например, в случае Марса - происхождение его глобальной асимметрии выглядит куда более серьёзной проблемой, чем разная степень кратирования низменных и возвышенных районов. Основная загадка Миранды - как на таком маленьком теле могла появиться мощная внутренняя активность. Что касается спутников Марса, то здесь очень много трудных вопросов, и кратирование отходит на второй план.

КТО КРАТИРОВАЛ МЕЛКИЕ ТЕЛА?

Даже если читатель согласится с тем, что большие тела сами себя кратируют, приняв это в качестве рабочей гипотезы, то всё равно, у него возникнут сомнения по поводу малых тел. Ведь, очевидно, что небольшие астероиды не могли кратировать себя сами. Вторая космическая скорость на этих телах составляет несколько метров в секунду. Поэтому всё, что будет выброшено из недр астероидов в окружающее пространство, вряд ли упадёт обратно. Остаётся единственный выход: ударные кратеры на астероидах и других малых телах имеют внешнее происхождение.

Но мы не будем торопиться делать этот вывод, а вспомним, как образуется ударный кратер, который представляет собой воронку, окружённую кольцевым валом. Иногда в нём имеется центральная горка. В самых общих чертах этот процесс выглядит так.
Астероид, двигаясь со скоростью в десятки километров в секунду, врезается в планету. При таких огромных скоростях любое тело ведёт себя, как жидкость, потому что кинетическая энергия его молекул намного превосходит химическую энергию связи. В результате вещество астероида проникает на значительную глубину, а затем останавливается. При этом кинетическая энергия переходит в тепловую. Десятки километров в секунду соответствуют температуре в сотни тысяч градусов. Поэтому вещество астроида и значительная часть окружающего вещества планеты превращается в пар. Происходит мощный взрыв. В результате образуется воронка. А часть вещества, выброшенного из неё и упавшего обратно, образует кольцевой вал, а иногда и центральную горку.
Если эти современные представления о происхождении ударного кратера верны, то кольцевой вал может образовываться только на планетах и крупных спутниках, обладающих значительной гравитацией.
На небесных телах размером менее 100 км вследствие малой силы тяжести выброшенное вещество просто рассеется в окружающем пространстве. Поэтому на таких объектах должны образовываться только воронки без кольцевых валов, возвышающихся над окружающей поверхностью. Посмотрим, так ли это.
Одним из первых, кто обратил внимание на то, что это не так, были Х. Альвен (Нобелевский лауреат) и Г. Арреннус. Вот что они написали в книге «Эволюция Солнечной системы» (с. 299) под фотографией Фобоса:
«Ударные кратеры на спутнике Марса Фобосе. У кратеров, освещённых соответствующим образом, видны валы, значительно выступающие над окружающей поверхностью. Поскольку вещество, выбрасываемое со скоростями более нескольких метров в секунду, будет покидать спутник, конусы кратеров не могут образовываться выпадениями выброшенного при ударе вещества, как в случае Земли, Марса и Луны».

Как же они образуются? Проанализировав распределение кратеров на Марсе, Луне, а также на спутниках Сатурна и Урана, мы пришли к выводу, что даже ударные кратеры на небесных телах имеют, в основном, не внешние, а внутреннее происхождение. Проще говоря, каждое небесное тело самостоятельно формирует облик своей поверхности.
С другой стороны, ударные кратеры на слишком малых телах не могут иметь внутреннее происхождение. Просто потому, что вулканический выброс на таком теле не упадёт обратно, а улетит в открытый космос.
Если все эти наши предположения верны, то остаётся только один выход.

НЕ УДАРНОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ КРАТЕРОВ

Проанализировав распределение кратеров на спутниках Сатурна (и Урана), можно прийти к такому выводу. Метеориты, вызвавшие образование этих кратеров, не могли находиться на гелиоцентрических орбитах. Если бы они прилетали с гелиоцентрических орбит, то внутренние спутники были бы кратированы значительно сильнее внешних. Кроме того, ведущие полушария внутренних спутников были бы кратированы существенно больше ведомых. Однако ничего подобного не наблюдается.
В результате мы сделали достаточно необычное предположение: каждое небесное тело само кратирует собственную поверхность. А уже исходя из этого, мы сделали вывод, что так называемые ударные кратеры на небольших спутниках малых телах Солнечной системы не могут быть ударными. То есть, их называют ударными по ошибке. В действительности же это результат внутренней активности.
С новой точки зрения любое небесное тело образуется в результате вулканической (понимаемом в широком смысле слова) активности на более крупном небесном теле. То есть, каждое небесное тело было когда-то выброшено из горячих недр более крупного объекта. Поэтому любое тело в момент своего рождения горячее и обладает некоторой внутренней активностью. Именно вследствие этой внутренней активности на поверхности тела и образуются различные кратеры и другие детали рельефа. В самых общих чертах процесс образования кратеров на больших космических телах выглядит так.

Когда только что образовавшееся тело покидает своё родительское тело, давление в его недрах резко падает. Поэтому находящееся там расплавленное вещество (магма) расширяется и поднимается к поверхности.
Так как вблизи поверхности давление ещё меньше, вещество расширяется ещё сильнее и ещё быстрее движется вверх. Когда магма подходит достаточно близко к поверхности (которая уже частично затвердела из-за быстрого остывания в открытом космосе), она деформирует её.
Затем магма прорывает поверхность, и через этот разрыв расплавленное вещество и сжатые газообразные соединения с силой выбрасываются в открытый космос.
В результате этого процесса оставшаяся часть магмы быстро охлаждается, её объём уменьшается, а поверхность небесного тела проседает в зоне выброса.
Этот тип кратера качественно отличается от ударного тем, что он заметно приподнят над окружающей поверхностью. А небольшой ударный кратер представляет собой простую воронку, верхний край которой совпадает с окружающей поверхностью.
Метеорит, падая на поверхность, может сделать в ней воронку, но он не способен её «приподнять».
Если объём извержённой магмы был достаточно большой по сравнению с размером небесного тела, то возможно глобальное проседание значительной части поверхности. В этом случае из-за уменьшения площади поверхности на ней могут образоваться складки или борозды, тянущиеся от кратера на значительные расстояния. Видимо, именно таким образом и образовался крупнейший кратер «Стикни» на спутнике Марса - Фобосе. На фотографии хорошо видны борозды, тянущиеся от кратерного вала на многие километры. В рамках ударной гипотезы образование этих борозд непонятно.
Аналогичным образом образовался каньон Итака на спутнике Сатурна Тефии. Он простирается в длину на 2000 километров (3/4 окружности Тефии); его глубина колеблется от 3 до 5 километров, а ширина достигает 100 километров. Край местами приподнят на высоту до 0,5 км. Внутри каньона много длинных параллельных впадин и хребтов.
Подобное происхождение, возможно, имеет и каньон "Долины Маринер" на Марсе (см. фото).

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».

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).

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 :

Chesapeake Bay impact crater (Восток США)
Haughton impact crater (Канада)
Lonar crater (Индия)
Mahuika crater (Новая Зеландия)
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)

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.

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.

Примечания

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)
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)

Луна
Физические особенности	Внутренняя структура Гравитация Топография Магнитное поле Атмосфера
Орбита	Орбита Фазы Новолуние Полнолуние Солнечное затмение Лунное затмение Прилив
Лунная поверхность	Селенография Видимая сторона Обратная сторона Моря Ударный кратер