Звездные раны

Дмитрий Мамонтов, Тим Скоренко
«Популярная механика» №5, 2013

Земля постоянно подвергается «космическому обстрелу» крупными и мелкими космическими снарядами. Относительно мелкие космические тела (размером в десятки метров), как правило, полностью сгорают в атмосфере и выпадают на Землю в виде пыли.

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 («звездная рана», от греч. αστρον — «звезда» и βλημα — «рана»).

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).

Самый обжитый: кратер Рис (Германия)
d = 24 км, возраст 14,5 млн лет. Нердлингенским Рисом называют регион в Западной Баварии, образованный падением метеорита более 14 млн лет назад. Удивительно, но кратер отлично сохранился и наблюдается из космоса — при этом хорошо видно, что чуть в стороне от его центра в ударном углублении стоит... город. Это Нердлинген, исторический городок, окруженный крепостной стеной в форме идеальной окружности, что как раз связано с формой ударного кратера. Кстати, по «обжитости» с ним может поспорить Калуга, также расположенная в ударном кратере, образованном 380 млн лет назад. © Infoterra GmbH с сайта www.dlr.de

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.

Популярная геохимия

Как отличить ударный кратер от других особенностей рельефа? «Самый главный признак метеоритного происхождения — это то, что кратер наложен на геологический рельеф случайным образом, — объясняет «ПМ» заведующий лабораторией метеоритики Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН Михаил Назаров. — Вулканическому происхождению кратера должны соответствовать определенные геологические структуры, а если их нет, а кратер имеется — это уже серьезный повод рассмотреть вариант ударного происхождения».

Самый древний: кратер Суавъярви (Россия)
d = 16 км, возраст 2,4 млрд лет. Древнейший в мире кратер Суавъярви находится в Карелии, неподалеку от Медвежьегорска. Диаметр кратера — 16 км, но обнаружить его даже на спутниковых картах крайне трудно из-за геологических деформаций. Шутка ли — метеорит, создавший Суавъярви, обрушился на Землю 2,4 млрд лет тому назад! Впрочем, некоторые не согласны с версией о Суавъярви. Существует мнение, что найденные там импактные породы образовались в результате череды мелких столкновений значительно позже. Фото Diomedia

Еще одним подтверждением метеоритного происхождения может быть наличие в кратере собственно фрагментов метеорита (ударника). Этот признак работает для небольших кратеров (диаметром сотни метров — километры), образованных при ударах железоникелевых метеоритов (небольшие каменные метеориты обычно рассыпаются при прохождении атмосферы).

Ударники, образующие крупные (десятки километров и более) кратеры, как правило, полностью испаряются при ударе, так что найти их фрагменты проблематично. Но следы тем не менее остаются: скажем, химический анализ может обнаружить в породах на дне кратера повышенное содержание металлов платиновой группы. Сами породы тоже изменяются под действием высоких температур и прохождения ударной волны взрыва: минералы плавятся, вступают в химические реакции, перестраивают кристаллическую решетку — в общем, происходит явление, которое называется ударным метаморфизмом.

Самый красивый: кратер Каали (Эстония)
d = 110 м, возраст 4000 лет. Одним из самых привлекательных для туристов и романтических кратеров считается эстонский Каали на острове Сааремаа. Как и большинство ударных кратеров средних и малых размеров, Каали представляет собой озеро, а благодаря относительной молодости (всего 4000 лет) оно сохранило идеально правильную округлую форму. Озеро окружено 16-метровым, опять же правильной формы, земляным валом, неподалеку расположено несколько кратеров поменьше, «выбитых» сателлитными осколками. Фото с сайта ru.wikipedia.org

Наличие образующихся в результате горных пород — импактитов — также служит свидетельством ударного происхождения кратера. Типичные импактиты — это диаплектовые стекла, образующиеся при высоких давлениях из кварца и полевого шпата. Бывает и экзотика — например, в Попигайском кратере не так давно обнаружили алмазы, которые образовались из содержащегося в породах графита при высоком давлении, созданном ударной волной.

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.

Самый наглядный: кратер Бэрринджера (США)
d = 1,2 км, возраст 50 000 лет Кратер Бэрринджера неподалеку от города Уинслоу (Аризона) — видимо, самый эффектный кратер, поскольку он образовался в пустынной местности и практически не был искажен рельефом, растительностью, водой, геологическими процессами. Диаметр кратера невелик (1,2 км), да и само образование относительно молодое, всего 50 тысяч лет — поэтому сохранность его великолепна. Кратер назван в честь Дэниела Бэрринджера, геолога, который в 1906 году впервые высказал мысль о том, что это именно ударный кратер, и последующие 27 лет своей жизни занимался бурением и поисками самого метеорита. Фото с сайта en.wikipedia.org

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.

Схема кратера

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-километровой 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.

Самый большой: кратер Вредефорт (ЮАР)
d = 300 км, возраст примерно 2 млрд 23 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. Вредефорт возник в результате столкновения Земли с метеоритом диаметром примерно 10 км, а произошло это примерно 2 млрд 23 млн лет (±4 млн) назад — то есть это второй по возрасту известный кратер. Интересно, что на звание «самого большого» претендует целый ряд неподтвержденных «конкурентов». Среди них кратер Земли Уилкса — 500-километровое геологическое образование в Антарктиде, а также 600-километровая Шива у побережья Индии. © NASA

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».