ЛАБОРАТОРІЯ МЕТЕОРИТИКИ ГЕОХІ РАН
При виході ударної хвилі на вільну поверхню стиснута речовина розширюється та скидає тиск. Це розвантаження поширюється на стислу речовину, у результаті утворюється так звана хвиля розвантаження. Розвантажена речовина розтікається назовні та в сторони від контактної області із залишковою швидкістю порядку перших десятків метрів за секунду. Саме цей перебіг є причиною утворення кратерної воронки. З появою зони течії настає друга стадія кратероутворення - стадія екскавації, під час якої утворюється кратерна порожнина. Ця стадія характеризується формуванням перехідної кратерної порожнини шляхом перебігу матеріалу мішені та викидом частини речовини мішені назовні за кратерну порожнину. Стадія екскавації перекривається в часі з першою стадією контакту і триває протягом десятків секунд або перших хвилин. Воронка, що утворюється, спочатку має напівсферичну форму, що трансформується в міру розвитку поля течії в параболічну (рис. 2, в, г)
Геологічна будова та породи метеоритних кратерів
Рельєф справжнього ложа кратера для невеликих структур – менше 3 – 5 км – має просту увігнуту форму, близьку до параболічної, відношення глибини вирви до діаметра кратера становить близько 0,10 – 0,12. У нееродованих кратерах вирву облямовує вал, що складається з покинутих вгору порід фундаменту і насипного матеріалу викидів з кратера. Вирва заповнена імпактними брекчіями, у якій у вигляді лінз може зустрічатися імпактний розплав. Брекчії у вигляді плям на незбурених породах можуть розташовуватися і поза кратером на видаленні порядку 2-х радіусів, очевидно являючи собою залишки колись практично суцільного покриву викидів. У зв'язку з пухкістю, брекчії легко еродуються та виносяться з кратера. Оскільки кратер урельєфі виражений як неглибока улоговина, він легко заповнюється озерними чи еоловими отложениями.У кратерів діаметром понад 3-5 км рельєф дна ускладнений центральним чи кільцевим підняттям (рис.5). Діаметр центрального підняття становить близько 0,2 діаметра кратера, а підйом порід щодо їх початкової глибини становить 2 –3 км, так що центральне підняття є ніби здуттям порід фундаменту. Кільцеве підняття зустрічається найчастіше у найбільших кратерів – діаметром понад 80 – 100 км. Усередині кільцевого підняття розташована депресія або слабо виражене центральне підняття. Внутрішня зона складних кратерів оточена зоною терас, що утворилися в результаті сповзання блоків порід зовнішньої частини перехідної лійки. Існує тенденція зменшення відносної глибини кратера зі зростанням його діаметра – тобто. що більше діаметр кратера, тим менше його відносна глибина – так щодо добре збереженого Попигайского кратера діаметром 100 км сумарна потужність брекчий, зювітів і тагамітів вбирається у 2 км, тобто. відношення глибина кратера - діаметр кратера становить близько 0,02 -0,03, що в 5 разів менше цього ж відношення для простих кратерів. На Місяці спостерігаються гігантські багатокільцеві басейни, проте не виявлені на Землі, де найбільший кратер не перевищує діаметр 200-250 км (структура Вредефорт в Африці). Метеоритні кратери Землі прийнято називати також астроблемами – зоряними шрамами.
Відповідно до сучасної класифікації, породи, що утворилися внаслідок ударно-вибухової події, пропонується називати імпактитами, тобто. Імпактити - породи, що містять ті чи інші ознаки дії ударної хвилі. В.Л. Масайтисом [Масайтіс та ін, 1998] імпактитами пропонується називати породи, що містять більше 10%импактного скла, тобто. скла, що утворилося в результаті ударно-ініційованого плавлення - плавлення внаслідок високих залишкових температур після розвантаження ударного тиску. D. Stoeffler та ін. (http://www.bgs.ac.uk/scmr/docs/paper_12/scmr_paper_12_1.pdf) запропонували виділяти серед імпактитів (1) ударно-метаморфізовані (шоковані) породи, (2) імпактні розплави ( багаті, бідні та не містять уламків) та (3) брекчії (катакластичні або мономіктні, літоїдні без частинок розплаву та зювіти, що містять розплав). З іншого боку серед імпактитів представляється зручним виділяти аутигенні та алогенні брекчії, зювіти та тагаміти або імпактні розплави (рис.5).
Аутигенна брекчія складається з слабо- або непереміщених блоків подрібнених порід основи кратерної лійки і характеризується збереженням тих чи інших первісних структурних особливостей комплексу порід – наприклад, порядку чергування різних літологій порід у мішені. Аутігенні брекчія складає ложе кратера. Алогенні брекчії складені матеріалом, що зазнало значного переміщення та перемішування. Їх можна підрозділяти за складом уламків, їх розмірності та цементу на моно- і поліміктові а також на великоуламкові (мега- і кліппенові) брекчії з розмірами уламків, що досягають перші сотні метрів і до 1 – 1,5 км, грубобломочні (глибові, щебеневі та дерев'яні) брекчії та коптокластити (псаміто-алевритові брекчії). Часто цементом мега-і грубоуламкових брекчів служать псамміто-алевритові брекчії. У алогенних брекчіях часом присутнє і імпактне скло, що утворилося в результаті ударно-ініційованого плавлення порід. Зміст цього скла, згідно з номенклатурними вимогами, не повинен перевищувати 15 %. У загальному випадку, алогенні брекчії підстилають більшевисокотемпературні зювіти та тагаміти, можуть перешаровуватись з ними, утворюючи лінзи та не витримані по простяганню прошарки та перекривати їх, утворюючи покрив. Зювіти є також брекчіями, але з кількістю імпактного скла, що перевищує 15%. Це імпактне скло може бути як у матриці в тонкорозпиленому вигляді, і у вигляді окремих тіл і уламків. Зювіти також підрозділяються за розмірністю, складом та агрегатним станом уламків і цементуючого матеріалу на різні типи. Виходячи з кількісних співвідношень уламків порід (літокластів), мінералів (кристало-або гранокластів) та стекол (вітрокластів) виділяються вітро-гранокластичні, грано-вітро-класичні, літо-вітрокластичні, вітрокластичні тощо. типи зювітів. У зювітах також можуть бути бомби і тіла імпактного скла, що несуть сліди аеродинамічної обробки. Уламки порід і мінералів у зювітах часто несуть добре видимі під мікроскопом сліди ударного метаморфізму - деформаційні мікроструктури (мозаїцизм, смуги зминання та ковзання, механічні двійники), системи планарних елементів, зниження показників заломлення, діаплектове скло (аморфну фазу, що розвивається по міну видимих ознак плавлення), включення високобарних мінералів, термічне розкладання та плавлення. Тагаміти (або імпактні розплави) утворюють власні геологічні тіла в товщі імпактитів та є розплавними породами, що містять уламки порід та мінералів або без них. Зазвичай матриця тагамітів розкристалізована тією чи іншою мірою. Ступінь розкристалізації змінюється від повної (відсутність гартованого скла) до недосконалої (присутність мікролітів). Алогенні брекчії та зювіти швидше за все утворюються в результаті течії матеріалу, що складає стінки перехідної порожнини настадії екскавації Ця течія, що залишається після проходження хвилі розвантаження, направлена в сторони та вгору від дна перехідної порожнини. Очевидно, що подальше обвалення стінок перехідної порожнини після зупинки її зростання також грає свою роль у перемішуванні матеріалу і формуванні товщі переміщених імпактних порід. Брекчії та зювіти можуть впроваджуватись у тріщини ложа кратера, утворюючи дайки. Речовина, розташована ближче до поверхні мішені, викидається з кратера, утворюючи покрив, що складається з алогенної брекчії і, можливо, зювітів. Імпактний розплав, що утворюється в результаті ударного нагріву, може диспергуватися, так і зберігатися у вигляді когерентної маси на стадіях екскавації та модифікації. У першому випадку його фрагменти входять до складу брекчій та зювітів, у другому - розплав утворює власні геологічні тіла, які на стадії модифікації можуть впроваджуватись у товщу зювітів та брекчів, а також утворювати дайки в аутигенній брекчії ложа кратера. Слід зазначити, що у кратерах, вироблених у мішенях, що складаються переважно з осадових порід, тагамітові тіла або відсутні, або мають незначне поширення. Характерним різновидом кратерних порід є псевдотахіліти – переплавлені скловаті або розкристалізовані породи, що утворюють жили в аутигенній брекчії. Потужність жил становить сантиметри, десятки сантиметрів, трохи більше перших метрів. Передбачається, що вони утворилися в результаті фрикційного плавлення по межах блоків порід мішені, що прослизають відносно один одного.
Число метеоритних кратерів на Землі та швидкість кратероутворення
Після остаточного формування кратера настає його земне життя, яке триває вже мільйони років. Вона полягає в основному у знищенні кратерного валу татовщі імпактитів, що заповнюють кратер, головним чином в результаті їх розмиву поверхневими або морськими водами та/або захороненням кратера під новоутвореними опадами, якщо він утворився на морському мілководді або поринув під воду в результаті наступу моря на сушу - його трансгресії. Оскільки лик Землі вкрай мінливий на протязі геологічного часу, а процеси переробки її верхніх оболонок дуже інтенсивні порівняно з іншими твердими планетними тілами Сонячної системи, то природно, що до нашого часу дожила лише частина метеоритних кратерів, утворених на протязі геологічної історії Землі, а ті, що вижили. – модифіковані, іноді дуже сильно внаслідок ерозії, поховання та інших геологічних процесів. Тому не дивно, що хоч і існував такий чудовий приклад, як Аризонський метеоритний кратер діаметром 1,2 км, походження якого як результат падіння гігантського метеорита було припущено в 1906 році, метеоритне бомбардування Землі як геологічний процес почало серйозно розглядатися лише з 60-х років століття завдяки роботам канадських та американських геологів, зокрема Р. Дітца, Р. Грива, Є. Шумейкера та ін. В.Л. Масайтіса. Основна маса відкриттів імпактних кратерів на території СРСР (25 штук) припала на 70-ті – 80-ті роки минулого століття. Щорічно у всьому світі відкривається 1 –3 нових метеоритних кратерів, а загальна кількість встановлених структур досягає 160. За зразковими підрахунками резерв ще не відкритих структур досягає 300. З цього погляду сумним, але цілком закономірним фактом є те, що в Україніостанніх 15 років не знайдено жодного нового метеоритного кратера, тоді як у сусідній Фінляндії за той же час виявлено 6 нових кратерів.
Взагалі велика кратероутворююча подія є не таким вже й аномальним та рідкісним явищем у геологічному житті Землі. Знаючи кількість кратерів на якійсь ділянці земної кори (наприклад, на Північно-Американському щиті), стабільному протягом будь-якого часу - тобто. у якому відбувалося інтенсивної ерозії, горобразования чи інших процесів, які ведуть зникнення кратерів, можна вважати швидкість кратерообразования, тобто. скільки кратерів, розміром більше цього, утворюється на одиниці площі за одиницю часу. Такі підрахунки були зроблені для ряду добре вивчених щитів і платформ і виявилося, що освіта кратера – це рідкісна подія лише в мірках існування цивілізації, а для геологічного часу, що вимірюється мільйонами років, освіта кратера – рядове явище. Так, у середньому, астероїди діаметром більше кілометра, здатні створити кратери діаметром більше 15 кілометрів, падають на Землю приблизно 4 рази за 1 мільйон років – досить часте подія за такий короткий час для земної геологічної історії. Лише падіння гігантських астероїдів, здатні сформувати кратери діаметром 200 – 300 кілометрів, є дійсно рідкісними подіями. Так, за останні 570 мільйонів років (тобто за фанерозою) могло статися лише близько 4 таких подій. При цьому ми знаємо, що один кратер діаметром 180 км вже утворився - це кратер Чиксулуб у Мексиці, що збігається за часом своєї освіти з Великим мезозойським вимиранням, що стерть з Землі понад 45 сімейств морських тварин, а на суші - знаменитих динозаврів. Математична ймовірність другої такої чи більшої події буде тим не меншблизько 85%. Тому цілком можливо, що інші масові вимирання якимось чином пов'язані з космічними катастрофами. З іншого боку, ймовірність гігантської події (наприклад, утворення 1000 кілометрового ударного басейну) за останні 570 млн. років є малою (менше 10%), і тому гіпотези про метеоритне походження гігантських земних кільцевих та інших структур (наприклад, Чорного або Охотського моря) не мають під собою ніякої твердої основи. Однак зовсім інша картина могла спостерігатися на ранній Землі за інтенсивнішого метеоритного бомбардування, яке в цей період на Місяці утворило гігантські ударні морські басейни.
Метеорні кратери на території України
На території сучасної України за всею фанерозою (за останні 570 млн. років) могло утворитися близько 100 - 200 кратерів діаметром понад 10 км. В даний час відкрито 15 достовірних великих метеоритних кратерів (рис. 6) і, хоча наша країна має досить активну геологічну історію, в результаті якої було знищено більшість вибухових метеоритних кратерів, можна очікувати, що велика кількість структур ще чекає на своє виявлення.
Список достовірних та передбачуваних вибухових метеоритних кратерів, розташованих на території України.