Як утворюється кратер

Розмір, радіус R кратера, що утворюється при надзвуковому зіткненні метеорита з поверхнею, можна наближено встановити з підрахунку того що витрачається енергія метеорита : E = mv ? /2 . Швидкість ( v ) входження метеорита у повітря Землі трохи перевищує другу космічної швидкості 11,2 км/с, потім він знижується від гальмування у атмосфері (у подальших оцінках вважатимемо швидкість зіткнення метеорита з земної поверхнею рівної 10 км/с). Енергія метеорита ( Є ) залежить, в такий спосіб, переважно з його маси ( m ), яка може змінюватися на вельми межах

Ця енергія витрачається , по-перше, на руйнація, роздрібнення мінеральні зміни гірських порід у обсязі кратера і разрушение(вплоть до випаровування) самого метеорита, Відразу слід зазначити, що з надзвуковому ударі розмір кратера виявиться значно більшою, ніж розмір самого метеорита, тому витрати енергії будуть пов'язані із заснуванням кратера, а чи не зі зміною самого метеорита. По-друге, частина початковій енергії перетворюється на кінетичну енергію що викидаються з кратера гірських порід. По-третє, є ще витрата на енергію звукових хвиль, які у глиб Землі та у повітря. Є, нарешті, теплова енергія, тобто. енергія, що йде на нагрівання, а при потужних вибухи- на часткове плавлення і навіть випаровування гірських порід. Проте враховувати її як незалежне складова при підрахунку балансу первинної енергії було неправдою. Адже вся (практично вся) енергія метеорита іде у кінцевому счёте саме у нагрівання гірських порід, пройшовши які були через інші механічні форми. Обмовка «практично» пов'язана зі зміною унаслідок зіткнення з метеоритом швидкість руху всієї Землі та швидкості її обертання. Вони незначні навіть за зіткненні Землі з великим астероїдом

Витрата енергії Є 1 на руйнація порід пропорційний обсягу кратера. Вважатимемо обсяг рівним приблизно R . Для чого слід його помножити, щоб отримати добру роботу руйнації? Енергія руйнації є обсяг, помножений на межа міцності гірських порід ? m , тобто Є 1 ? ? mR ? . При оцінках розмірів кратерів вважатимемо ? m рівним межі міцності осадових порід ? m =10000000 Н/м ? . Як порядку величини щільності приймемо: r =3 x 10 ? кг/см ? .

Другий можливий витрата енергії Є 2 йде на викид гірських порід з кратера. Переміщення більшу частину маси при освіті кратера відбувається з відривом порядку його радіуса R . Для такого переміщення мас на полі тяжкості початкова швидкість разлёта U 0 повинна усе своєю чергою величини бути рівної U 0 ? ? gR . Повна маса викинутих з кратера порід є mk = r R ? . Тому видатки кінетичну енергію гірських порід, чи, інакше кажучи, видатки викид, є E 2 ? m k x U ? про ? r g ( R ? ) ?

Енергетичні Витрати звукові хвилі E 3 завжди бувають малі проти E 1 і E 2. Фізична причина цього у цьому, що за будь-якого надзвуковому зіткненні спочатку виникає ударна хвиля. Що це таке? Це сильне стиснення, перепад щільності, розповсюджується в матеріалах зі швидкістю, більшої швидкості звуку і тих більшої, чим сильніший це стиснення. Саме ударна хвиля на своєму шляху виготовляє дедалі сповна: і руйнувань, і прискорення речовини. Цікаво, що навіть за похилому падінні метеорита утворюється майже симетричний кратер-все кратери одного розміру схожі між собою. Це тому, що ударна хвиля поширюється від точки удару практично однаково, незалежно з його напрями. Тільки тоді, коли основна енергія ударної хвилі виявиться витраченої, коли стиснення в хвилі стане слабким, а швидкість- рівної швидкості звуку, вона перетворюється на звичайну акустичну, звукову хвилю. Хвиля є ударної приблизно обсязі кратера, а звук втікає малим загасанням великі відстані (на планеті)

Отже, головні первинні енергетичні витрати є Є 1 і Є 2. Тепер напишемо приближённое рівняння енергетичного балансу під час падіння метеорита. Воно дозволить визначити порядок величини радіуса кратера: Є » ? mR ? + r g ( R ? ) ? .

Два доданків рівняння по-різному залежить від радіуса кратера R . Тому, за малих енергії для малих кратерів головним виявляється перший член, а великих -другий. Кратеры першого типу називають ПРОЧНОСТНЫМИ , а другого- ГРАВИТАЦИОННЫМИ. Критичним радіусом поділяючим й інші, буде R 0 = 3 x 10 ? м , а маса метеорита, утворить кратер критичного радіуса, усе своєю чергою величини є m o = 3000000 кг .

Падіння таких і великих метеоритів- досить рідкісне подія, але, оскільки слід його залишається на земної поверхні на часи геологічних масштабів, те спільне число виявлених сьогодні гравітаційних кратерів близько сотні

Тепер на, як розігріваються гірські породи при освіті кратерів. Треба пам'ятати, що це розігрів трапляється вкрай нерівномірно, і зможемо оцінити лише середнє підвищення. Уся початкова

 

енергія метеорита Є зрештою перетворюється на теплову енергію. Без обліку часткового плавлення і випаровування гірських порід, вона дорівнює Е=Ет = з r R ? D T . Тут з приблизно дорівнює 1000дж/кг/К . є характерна величина теплоёмкости гірських порід, а D T - середнє зростання температури гірських порід. Для дуже великих метеоритів середній нагрівання за обсягом кратера, як і відзначити, залежить від є і енергії метеорита. Він становить D T =3К . Оскільки пересічний розігрів так малий, то ясно, частка розплавленого і більше испаренного речовини виявиться незначною при освіті будь-яких малих кратерів

При падінні метеоритів з розмірами, великими критичного R 0, температура розігріву гірських порід зростає пропорційно радіусу кратера: D T = gR / з . Частка розплавленого матеріалу зростає зі зростанням R . Коли середній розігрів сягає характерною температури розм'якання гірських порід Т=300К , це частка стане домінуючій. Явище масового проплавления відбувається за освіті кратерів з розмірами, перевищують 30 км на земної поверхні

Відповідно, маса метеорита для освіти кратера з масовим выплавлением порід усе своєю чергою величини повинна перевищувати 30000 кг . Такі кратери- сліди рідкісних подій. Їх розмиті сліди зберігаються протягом майже всієї геологічної історії Землі, проте, попри планеті поки виявлено лише кілька кратерів з радіусом, великим 30 км

Починаючи приблизно від цього розміру, формула R ~ E ? стає незастосовною, оскільки облік теплоти плавлення робить складнішим баланс енергій метеорита. Кратеры з масовим розм'якшенням порід і зовні має інакший вигляд. Зі збільшенням розміру стає більш помітної нова особливість- застиглі концентричні хвилі. Вже в кратерів з радіусом більше однієї км є виразне підняття, а відбитки катастрофічних сутичок з радіусами великими 30 км , мають 3-4 гребеня і западини. Отчётливо видно не розмиті ерозією і приховані осадовими породами многокольцевые структури гігантських кратерів на Місяці

На планеті кратерів значно менше, ніж Місяці. При дрейфі континентальних плит поверхні Землі досить швидко оновлюється, а рухливі атмосфера і океан розмивають обриси кратерів. Лише з допомогою контрастних фотографій з космосу вдалося знайти близько ста сильно перекручених часом кільцевих структур діаметром до сотні кілометрів. Виявилося, наприклад, що р. Калуга лежить у древньому кратері діаметром 15 км . Трохи менш впевнено можна стверджувати космічне походження формації діаметром 440 км на східному березі Гудзонової затоки (її половина видно на географічній мапі в обрисах узбережжя)

Найбільший отчётливый кратер перебуває у Аризоні, США. Вона має діаметр 1265 метрів і глибину 175 м ., а утворився всього 25-30 тисяч років тому під час падіння тіла масою близько 20 млн. тонн

Навіть якби освіті малих кратерів частина гірської породи і самої метеорита розлітаються як розплавленою маси речовин. Такі застиглі раптом у польоті кам'яні краплі називаються тектитами . Про величині максимальних швидкостей викиду речовини при освіті кратерів можна судити з несподіваним знахідкам землі кількох метеоритів, впевнено отождествлённым з місячними породами. Їх місячне походження означає, що вони полетіли з Місяця при освіті кратера зі швидкістю, більшої другий космічної швидкості Місяця 2,4 км/с, та був, то, можливо, через велике час впали на Землю

При освіті великих кратерів тектиты розлітаються на сотні й тисячі кілометрів, створюючи навколо кратерів тектитные поля. Особливо чітко окреслюються кордону тектитных полів там, де осадовий шар наростає досить повільно. Приміром, від кратера Босумтви (радіус 5 км ), що утворився трохи більше мільйони років тому в Гані, березі Атлантики, простирається в океан тектитное полі формі овалу 2000 x 1000 км . Є землі тектитное полі, який посів весь Індійський океан! Проте сліди його кратера (підводного?) доки виявлено

Нині Землі відомі близько 100 структур, які з достатньої достовірністю вважати астроблемами. У найбільш повному каталозі, що включає і достовірні, і гадані метеоритні кратери відбиті дані на 230 астроблем

Ознаки ударного метаморфізму.

Не дивлячись на малу вивченість процесу ударного метаморфізму загалом, нині є твердо встановлені специфічні ознаки, що дозволяють відрізняти продукти роздрібнення і плавлення, які утворюються при зіткненні метеоритів з земної поверхнею, від гірських порід, вырывающихся за інших геологічних процесах. Саме найяскравіші їх:

освіту конусів руйнації;

диаплектовые перетворення на мінералах;

поява высокобарных фаз

Высокобарные фази.

До высокобарным фазам виявленими в астроблемах, ставляться полиморфные модифікації кремнезёма (коэсит і стишовит)

Коэсит відомий за іншими типах порід і типоморфным для метеоритних структур не є які самі, а певні парагенезисы, у яких спостерігаються. Стишовит, навпаки, в земляний корі і верхньої мантії утворюватися неспроможна й самого факту їх знахідки свідчить про ударний метаморфизм які вміщали їх порід

Коэсит і стишовит належать до моноклитной і тетрагональной сингониям і вирізняються від тригонального кварцу вищої щільністю

 

                             Кварц: щільність = 2,63-2,67 г/см ?

SiO 2                     Коэсит: щільність= 2,85- 3,0 г/см ?

                             Стишовит: щільність= 4,28- 4,35 г/см ?

 

У Республіці Карелія, у її південно-західній частині також є астроблема - озеро Янисъярви

Рубрики: Сучасна астрономія