| ||||
Ударные кратеры в Солнечной системе:
|
Ударный кратер представляет собой примерно круглую впадину на поверхности планета, луна или другое твердое тело в Солнечной системе или где-либо еще, образованные в результате сверхскоростной удара меньшее тело. В отличие от вулканических кратеров, которые возникают в результате взрыва или внутреннего обрушения, ударные кратеры обычно имеют приподнятые края и днище, которые ниже по высоте, чем окружающая местность. Ударные кратеры варьируются от небольших простых углублений в форме чаши до больших сложных многокольцевых ударных бассейнов. Метеоритный кратер - хорошо известный пример небольшого ударного кратера на Земле.
Ударные кратеры - доминирующие географические особенности на многих твердых объектах Солнечной системы, включая Луну, Меркурий, Каллисто, Ганимед и большинство малых лун и астероидов. На других планетах и лунах, где наблюдаются более активные поверхностные геологические процессы, таких как Земля, Венера, Марс, Европа, Io и Титан, видимые ударные кратеры встречаются реже, потому что они со временем размываются, погребаются или трансформируются тектоникой. Там, где такие процессы разрушили большую часть первоначальной топографии кратера, чаще используются термины ударная структура или астроблема. В ранней литературе, до того, как значимость ударных кратеров получила широкое признание, термины криптовзрыв или криптовулканическая структура часто использовались для описания того, что сейчас признано связанными с ударами объектами на Земле.
Записи кратеров на очень старых поверхностях, таких как Меркурий, Луна и южные высокогорья Марса, фиксируют период интенсивной ранней бомбардировки внутренней части Солнечной системы около 3,9 миллиарда лет назад. Скорость образования кратеров на Земле с тех пор была значительно ниже, но, тем не менее, заметна; Земля испытывает от одного до трех ударов, достаточно сильных, чтобы образовался кратер диаметром 20 километров (12 миль) в среднем примерно раз в миллион лет. Это указывает на то, что на планете должно быть гораздо больше относительно молодых кратеров, чем было обнаружено до сих пор. Скорость образования кратеров во внутренней части Солнечной системы колеблется в результате столкновений в поясе астероидов, которые создают семейство фрагментов, которые часто каскадом отправляются внутрь Солнечной системы. Считается, что группа астероидов Баптистина, образовавшаяся в результате столкновения 80 миллионов лет назад, вызвала резкий скачок частоты столкновений. Обратите внимание, что скорость образования кратеров во внешней Солнечной системе может отличаться от скорости внутренней Солнечной системы.
Хотя активные поверхностные процессы Земли быстро разрушают рекорд столкновения, около 190 земных ударных кратеров имеют были идентифицированы. Они имеют диаметр от нескольких десятков метров до примерно 300 км (190 миль), а их возраст варьируется от недавнего времени (например, кратеры Сихотэ-Алинь в России, создание которых было засвидетельствовано в 1947 году) до более чем двух миллиардов лет, хотя большинству из них менее 500 миллионов лет, потому что геологические процессы имеют тенденцию стирать более старые кратеры. Они также выборочно обнаруживаются в стабильных внутренних регионах континентов. Было обнаружено несколько подводных кратеров из-за сложности изучения морского дна, быстрой скорости изменения дна океана и погружения океанического дна в недра Земли в результате процессов тектоники плит..
Ударные кратеры не следует путать с формами рельефа, которые могут выглядеть как, включая кальдеры, воронки, ледниковые цирки, кольцевые дайки, соляные купола и другие.
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.
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.
Образование кратера при ударе включает столкновения с высокой скоростью между твердыми объектами, обычно намного превышающую скорость звука в этих объектах. Такие сверхскоростные удары вызывают физические эффекты, такие как плавление и испарение, которые не происходят в знакомых дозвуковых столкновениях. На Земле, игнорируя замедляющие эффекты путешествия через атмосферу, самая низкая скорость столкновения с объектом из космоса равна гравитационной космической скорости около 11 км / с. Самые быстрые столкновения происходят со скоростью около 72 км / с в «худшем случае», когда объект на ретроградной почти параболической орбите ударяется о Землю. медианная скорость столкновения с Землей составляет около 20 км / с.
Однако замедляющие эффекты путешествия через атмосферу быстро замедляют любой потенциальный ударник, особенно в самых нижних 12 километрах, где 90% земной массы лжи. Метеориты весом до 7000 кг теряют всю свою космическую скорость из-за сопротивления атмосферы на определенной высоте (точка замедления) и снова начинают ускоряться под действием силы тяжести Земли, пока тело не достигнет своей конечной скорости от 0,09 до 0,16 км / с. Чем больше метеороид (то есть астероиды и кометы), тем большую первоначальную космическую скорость он сохраняет. В то время как объект весом 9000 кг поддерживает около 6% своей первоначальной скорости, объект весом 900000 кг уже сохраняет около 70%. Чрезвычайно большие тела (около 100 000 тонн) вообще не замедляются атмосферой и ударяются со своей начальной космической скоростью, если не происходит предварительного разрушения.
Удары на таких высоких скоростях вызывают ударные волны в твердых материалах, и ударник, и материал, подвергшийся удару, быстро сжимаются до высокой плотности. После начального сжатия, чрезмерно сжатая область с высокой плотностью быстро сбрасывает давление, сильно взрываясь, чтобы запустить последовательность событий, которые создают ударный кратер. Следовательно, образование кратера при ударе более похоже на образование кратеров взрывчатых веществ, чем при механическом смещении. Действительно, плотность энергии некоторых материалов, участвующих в образовании ударных кратеров, во много раз выше, чем у взрывчатых веществ. Поскольку кратеры возникают в результате взрывов, они почти всегда имеют круглую форму - только очень малоугловые удары вызывают образование кратеров значительной формы.
Это описывает удары по твердым поверхностям. Удары по пористым поверхностям, таким как Hyperion, могут вызвать внутреннее сжатие без выброса, пробивая отверстие в поверхности без заполнения ближайших кратеров. Этим можно объяснить «губчатый» вид этой луны.
Концептуально удобно разделить процесс удара на три отдельных этапа: (1) первоначальный контакт и сжатие, (2) раскопки, (3) модификация и коллапс. На практике эти три процесса частично совпадают: например, в одних регионах раскопки кратера продолжаются, а в других уже происходят модификации и обрушение.
В отсутствие атмосферы процесс удара начинается, когда ударник впервые касается поверхности цели. Этот контакт ускоряет цель и замедляет ударник. Поскольку ударный элемент движется очень быстро, задняя часть объекта перемещается на значительное расстояние в течение короткого, но конечного времени, необходимого для того, чтобы замедление распространялось через ударный элемент. В результате ударный элемент сжимается, его плотность увеличивается, а давление внутри него резко возрастает. Пиковое давление при сильных ударах превышает 1 T Pa, чтобы достичь значений, обычно обнаруживаемых глубоко в недрах планет или создаваемых искусственно при ядерных взрывах.
С физической точки зрения ударная волна исходит из точки контакта. Когда эта ударная волна расширяется, она замедляет и сжимает ударник, а также ускоряет и сжимает цель. Уровни напряжений внутри ударной волны намного превышают прочность твердых материалов; следовательно, ударник и цель вблизи места удара необратимо повреждаются. Многие кристаллические минералы могут быть преобразованы в фазы с более высокой плотностью ударными волнами; например, обычный минеральный кварц может быть преобразован в формы коэсита и стишовита с более высоким давлением. По мере прохождения ударной волны внутри ударной волны и цели происходят многие другие изменения, связанные с ударной нагрузкой, и некоторые из этих изменений можно использовать в качестве диагностических инструментов для определения того, возникли ли определенные геологические особенности в результате образования кратеров.
Как ударная волна затухает, ударная зона распадается в сторону более обычных давлений и плотностей. Повреждение, вызванное ударной волной, повышает температуру материала. При всех ударах, кроме самых малых, этого повышения температуры достаточно, чтобы расплавить ударник, а при более сильных ударах - испарить большую часть и расплавить большие объемы мишени. Помимо нагрева, цель вблизи удара ускоряется ударной волной, и она продолжает удаляться от удара позади затухающей ударной волны.
Контакт, сжатие, декомпрессия, и прохождение ударной волны происходит за несколько десятых секунды при сильном ударе. Последующая выемка кратера происходит медленнее, и на этом этапе поток материала в основном дозвуковой. Во время раскопок кратер растет по мере того, как ускоренный целевой материал удаляется от точки удара. Движение цели сначала идет вниз и наружу, но затем оно становится наружу и вверх. Сначала поток образует примерно полусферическую полость, которая продолжает расти, в конечном итоге образуя кратер параболоид (чашеобразный), в котором центр был сдвинут вниз, значительный объем материала был выброшен, а топографически приподнята кромка кратера. Когда эта полость достигает своего максимального размера, она называется переходной полостью.
Глубина переходной полости обычно составляет от четверти до трети ее диаметра.. Выбросы, выброшенные из кратера, не включают материал, извлеченный на полную глубину переходной полости; обычно глубина максимальной выемки составляет лишь около трети общей глубины. В результате около одной трети объема переходной кратера формируется за счет выброса материала, а оставшиеся две трети формируются за счет смещения материала вниз, наружу и вверх, образуя приподнятый край. При ударах в высокопористые материалы значительный объем кратера также может образовываться за счет постоянного уплотнения порового пространства . Такие кратеры уплотнения могут быть важны на многих астероидах, кометах и малых лунах.
При сильных ударах, а также при перемещении и выбросе материала с образованием кратера значительные объемы материала мишени могут расплавиться и испариться вместе с исходным ударником. Часть этой ударной расплавленной породы может быть выброшена, но большая ее часть остается в переходной кратере, первоначально образуя слой ударного расплава, покрывающий внутреннюю часть переходной полости. Напротив, горячий плотный испаренный материал быстро расширяется из растущей полости, неся при этом некоторое количество твердого и расплавленного материала. По мере того как это облако горячего пара расширяется, оно поднимается и охлаждается, как архетипическое грибовидное облако, образовавшееся в результате крупных ядерных взрывов. При сильных ударах расширяющееся облако пара может во много раз превышать высоту атмосферы, эффективно расширяясь в свободное пространство.
Большая часть материала, выброшенного из кратера, откладывается в пределах нескольких радиусов кратера, но небольшая его часть может перемещаться на большие расстояния с высокой скоростью, а при больших ударах она может превышать космическую скорость и покидать полностью повлияла на планету или луну. Большая часть самого быстрого материала выбрасывается близко к центру удара, а самый медленный материал выбрасывается близко к ободу с низкими скоростями, образуя перевернутый когерентный клапан выброса сразу за пределы обода. Когда выброс выходит из растущего кратера, он образует расширяющуюся завесу в форме перевернутого конуса. Считается, что траектория отдельных частиц внутри завесы в значительной степени является баллистической.
Небольшие объемы нерасплавленного и относительно неповрежденного материала могут быть расколоты при очень высоких относительных скоростях от поверхности мишени и от задней части ударного элемента. Отслаивание представляет собой потенциальный механизм, посредством которого материал может быть выброшен в межпланетное пространство в значительной степени неповрежденным, и при этом небольшие объемы ударного элемента могут быть сохранены неповрежденными даже при сильных ударах. Небольшие объемы высокоскоростного материала также могут быть образованы на ранних этапах удара струей. Это происходит, когда две поверхности сходятся быстро и наклонно под небольшим углом, и высокотемпературный сильно сотрясенный материал выталкивается из зоны схождения со скоростями, которые могут быть в несколько раз больше, чем скорость удара.
В большинстве случаев переходная полость нестабильна и разрушается под действием силы тяжести. В небольших кратерах диаметром менее 4 км на Земле наблюдается ограниченное обрушение края кратера в сочетании с обломками, скользящими по стенкам кратера, и дренаж расплавов от удара в более глубокую полость. Образовавшаяся структура называется простым кратером, и она остается чашеобразной и внешне похожа на переходный кратер. В простых кратерах исходная полость выемки перекрыта линзой обрушения брекчии, выбросами и расплавленной породой, а часть дна центрального кратера иногда может быть плоской.
Выше определенного порогового размера, который зависит от силы тяжести планеты, коллапс и модификация переходной полости намного более обширны, и результирующая структура называется сложный кратер. Обрушение переходной полости происходит под действием силы тяжести и включает как подъем центральной области, так и обрушение обода внутрь. Центральное поднятие не является результатом упругого отскока, который представляет собой процесс, в котором материал с упругой силой пытается вернуться к своей исходной геометрии; скорее, обрушение - это процесс, в котором материал с небольшой прочностью или без нее пытается вернуться в состояние гравитационного равновесия.
Сложные кратеры имеют приподнятые центры и обычно имеют широкое плоское дно кратеров и террасированные стены. При самых больших размерах может появиться одно или несколько внешних или внутренних колец, и структура может быть названа ударным бассейном, а не ударным кратером. Морфология сложных кратеров на каменистых планетах, кажется, следует регулярной последовательности с увеличением размера: небольшие сложные кратеры с центральным топографическим пиком называются кратерами с центральным пиком пиком, например Tycho ; кратеры среднего размера, в которых центральный пик заменен кольцом пиков, называются кратерами пикового кольца, например Schrödinger ; а самые большие кратеры содержат несколько концентрических топографических колец и называются бассейнами с несколькими кольцами, например Orientale. На ледяных (в отличие от скалистых) телах появляются другие морфологические формы, которые могут иметь центральные ямы, а не центральные вершины, а при самых больших размерах могут содержать много концентрических колец. Валгалла на Каллисто - пример этого типа.
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:
На Земле ударные кратеры привели к появлению полезных ископаемых. Некоторые из руд, образовавшихся в результате воздействия, связанного с землей, включают руды железа, урана, золота, меди и никель. По оценкам, только для Северной Америки стоимость материалов, добытых из ударных конструкций, составляет пять миллиардов долларов в год. Конечная полезность ударных кратеров зависит от нескольких факторов, особенно от природы материалов, которые подверглись удару, и времени воздействия на материалы. В некоторых случаях отложения уже были на месте, и удар вынес их на поверхность. Это так называемые «прогенетические экономические отложения». Другие были созданы во время фактического удара. Огромная энергия вызвала таяние. Полезные минералы, образующиеся в результате этой энергии, классифицируются как «сингенетические отложения». Третий тип, называемый «эпигенетические отложения», возникает в результате образования бассейна в результате удара. Многие минералы, от которых зависит наша современная жизнь, связаны с ударами в прошлом. Купол Вредефорд в центре бассейна Витватерсранд является крупнейшим золотым прииском в мире, на которое приходилось около 40% всего золота, когда-либо добытого в ударных сооружениях (хотя золото получено не из болида). Астероид, упавший в этот регион, имел ширину 9,7 км (6 миль). Бассейн Садбери образовался в результате удара телом диаметром более 9,7 км (6 миль). Этот бассейн известен своими месторождениями никеля, меди и элементов платиновой группы. Удар был вовлечен в создание структуры Carswell в Саскачеване, Канада; он содержит залежи урана. Углеводороды обычны вокруг ударных конструкций. Пятьдесят процентов ударных структур в Северной Америке в углеводородсодержащих осадочных бассейнах содержат месторождения нефти / газа.
Из-за множества миссий по изучению Марса с 1960-х годов имеется хорошее покрытие его поверхности, которая содержит большое количество кратеров. Многие из кратеров на Марсе отличаются от кратеров на Луне и других спутниках, поскольку Марс содержит лед под землей, особенно в высоких широтах. Некоторые из типов кратеров, которые имеют особую форму из-за удара о богатую льдом почву: кратеры на пьедестале, кратеры на валу, расширенные кратеры и Кратеры ЛАРЛЕ.
На Земле распознавание ударных кратеров является разделом геологии, и имеет отношение к планетарной геологии в изучении других миров. Из многих предложенных кратеров подтверждены относительно немногие. Следующие двадцать статей представляют собой примеры подтвержденных и хорошо задокументированных мест падения.
См. База данных о земных ударах, веб-сайт, посвященный 190 (по состоянию на июль 201 9) научно подтвержденные ударные кратеры на Земле.
На Луне еще примерно двенадцать кратеров / бассейнов размером более 300 км, пять на Меркурии и четыре на Марсе. Большие бассейны, некоторые из которых безымянны, но в большинстве своем меньше 300 км, также можно найти на спутниках Сатурна Диону, Рею и Япет.
![]() | На Викискладе есть медиафайлы в Ударные кратеры. |