Как образуется кратер - Астероиды и метеориты, их воздействие на рельеф Земли
Размер, радиус R кратера, который образуется при сверхзвуковом столкновении метеорита с поверхностью, можно приближенно установить из подсчета того, на что расходуется энергия метеорита : E = mv І /2 . Скорость ( v ) вхождения метеорита в атмосферу Земли немного превышает вторую космическую скорость 11,2 км/с, затем она снижается от торможения в атмосфере (поэтому в дальнейших оценках будем считать скорость столкновения метеорита с земной поверхностью равной 10 км/с). Энергия метеорита (Е) зависит, таким образом, в основном от его массы (m), которая может изменяться в очень широких пределах
Эта энергия тратится, во-первых, на разрушение, дробление и минеральные изменения горных пород в объеме кратера и на разрушение(вплоть до испарения) самого метеорита, Сразу нужно отметить, что при сверхзвуковом ударе размер кратера окажется значительно большим, чем размер самого метеорита, поэтому затраты энергии будут связаны с образованием кратера, а не с изменением самого метеорита. Во-вторых, часть начальной энергии переходит в кинетическую энергию выбрасываемых из кратера горных пород. В-третьих, есть еще расход на энергию звуковых волн, уходящих в глубь Земли и в атмосферу. Есть, наконец, тепловая энергия, т. е. энергия, уходящая на нагревание, а при мощных взрывах - на частичное плавление и даже испарение горных пород. Однако учитывать ее как независимое слагаемое при подсчете баланса первичной энергии было бы неверным. Ведь вся (практически вся) энергия метеорита уходит в конечном счете именно на нагревание горных пород, пройдя перед этим через другие механические формы. Оговорка "практически" связана с изменением в результате столкновения с метеоритом скорости движения всей Земли и скорости ее вращения. Они ничтожны даже при столкновении Земли с большим астероидом
Расход энергии Е 1 на разрушение пород пропорционален объему кратера. Будем считать объем равным примерно R. На что следует его умножить, чтобы получить работу разрушения? Энергия разрушения есть объем, умноженный на предел прочности горных пород у m, то есть
Е 1 ? у mR і.
При оценках размеров кратеров будем считать у m равным пределу прочности осадочных пород у m =10000000 Н/м І. В качестве порядка величины плотности примем:
R =3 x 10 і кг/см і.
Второй возможный расход энергии Е 2 идет на выброс горных пород из кратера. Перемещение большей части массы при образовании кратера происходит на расстоянии порядка его радиуса R. Для такого перемещения масс в поле тяжести начальная скорость разлета U 0 должна по порядку величины быть равной U 0 ? v gR. Полная масса выброшенных из кратера пород есть mk = r R і. Поэтому затраты на кинетическую энергию горных пород, или, другими словами, затраты на выброс, есть
E 2 ? m k x U І о ? r g ( R І ) І
Энергетические расходы на звуковые волны E 3 всегда бывают малы по сравнению с E 1 и E 2. Физическая причина этого состоит в том, что при любом сверхзвуковом столкновении сначала возникает ударная волна. Что это такое? Это сильное сжатие, перепад плотности, распространяющееся в материалах со скоростью, большей скорости звука и тем большей, чем сильнее это сжатие. Именно ударная волна на своем пути производит все описанные явления: и разрушения, и ускорение вещества. Интересно, что даже при наклонном падении метеорита образуется почти симметричный кратер-все кратеры одного размера схожи между собой. Это происходит потому, что ударная волна распространяется от точки удара практически одинаково, независимо от его направления. Только тогда, когда основная энергия ударной волны окажется израсходованной, когда сжатие в волне станет слабым, а скорость - равной скорости звука, она переходит в обычную акустическую, звуковую волну. Волна является ударной примерно в объеме кратера, а звук убегает с малым затуханием на большие расстояния (по всей планете)
Итак, главные первичные энергетические затраты есть Е 1 и Е 2. Теперь напишем приближенное уравнение энергетического баланса при падении метеорита. Оно позволит определить порядок величины радиуса кратера:
Е " у mR і + r g ( R І ) І.
Два слагаемых уравнения по-разному зависят от радиуса кратера R. Поэтому при малых энергиях для малых кратеров главным оказывается первый член, а для больших - второй. Кратеры первого типа называют ПРОЧНОСТНЫМИ, а второго - ГРАВИТАЦИОННЫМИ. Критическим радиусом разделяющим те и другие, будет R 0 = 3 x 10 І м, а масса метеорита, образующего кратер критического радиуса, по порядку величины есть m o = 3000000 кг.
Падение таких и больших метеоритов - достаточно редкое событие, но поскольку след его остается на земной поверхности на времена геологических масштабов, то общее число обнаруженных на сегодня гравитационных кратеров около ста
Теперь рассмотрим, как разогреваются горные породы при образовании кратеров. Надо иметь в виду, что этот разогрев происходит крайне неравномерно, и мы сможем оценить лишь среднее повышение температуры. Вся начальная энергия метеорита Е в конечном счете переходит в тепловую энергию. Без учета частичного плавления и испарения горных пород, она равна
Е=Ет = с r R і D T
Здесь с приблизительно равно 1000дж/кг/К. есть характерная величина теплоемкости горных пород, а D T - среднее возрастание температуры горных пород. Для не слишком больших метеоритов средний нагрев по объему кратера, как можно отметить, не зависит от массы и энергии метеорита. Он равен всего
D T =3К
Поскольку средний разогрев так мал, то ясно, что доля расплавленного и тем более испаренного вещества окажется ничтожной при образовании любых малых кратеров
При падении метеоритов с размерами, большими критического R 0, температура разогрева горных пород растет пропорционально радиусу кратера:
D T = gR / c.
Доля расплавленного материала растет с ростом R. Когда средний разогрев достигает характерной температуры размягчения горных пород Т=300К, это доля станет подавляющей. Явление массового проплавления происходит при образовании кратеров с размерами, превышающими 30 км на земной поверхности
Соответственно, масса метеорита для образования кратера с массовым выплавлением пород по порядку величины должна превышать 30000 кг. Такие кратеры - следы редчайших событий. Их размытые следы сохраняются в течение почти всей геологической истории Земли, однако на всей планете пока обнаружено только несколько кратеров с радиусом, большим 30 км
Начиная примерно с этого размера, формула R ~ E ј становится неприменимой, поскольку учет теплоты плавления делает более сложным баланс энергий метеорита. Кратеры с массовым размягчением пород и внешне выглядит иначе. С ростом размера становится все более заметной новая особенность - застывшие концентрические волны. Уже у кратеров с радиусом более 1 км есть отчетливое поднятие, а отпечатки катастрофических столкновений с радиусами большими 30 км, имеют 3-4 гребня и впадины. Отчетливо видны не размытые эрозией и не скрытые осадочными породами многокольцевые структуры гигантских кратеров на Луне
На нашей планете кратеров намного меньше, чем на Луне. При дрейфе континентальных плит поверхность Земли довольно быстро обновляется, а подвижные атмосфера и океан размывают очертания кратеров. Лишь с помощью контрастных фотографий из космоса удалось обнаружить около сотни сильно искаженных временем кольцевых структур диаметром до сотни километров. Оказалось, например, что г. Калуга расположена в древнем кратере диаметром 15 км. Несколько менее уверенно можно утверждать космическое происхождение формации диаметром 440 км на восточном берегу Гудзонова залива (ее половина видна на географической карте в очертаниях побережья)
Наибольший отчетливый кратер находится в Аризоне, США. Он имеет диаметр 1265 м и глубину 175 м., а образовался всего 25-30 тысяч лет назад при падении тела массой около 10 млн. тонн
Даже при образовании малых кратеров часть горной породы и самого метеорита разлетаются в виде расплавленной массы веществ. Такие застывшие в полете каменные капли называются Тектитами . О величине максимальных скоростей выброса вещества при образовании кратеров можно судить по неожиданным находкам на земле нескольких метеоритов, уверенно отождествленным с лунными породами. Их лунное происхождение означает, что они были выброшены с Луны при образовании кратера со скоростью, большей второй космической скорости Луны 2,4 км/с, а затем, может быть, через большое время упали на Землю
При образовании больших кратеров тектиты разлетаются на сотни и тысячи километров, образуя вокруг кратеров тектитные поля. Особенно четко очерчиваются границы тектитных полей там, где осадочный слой нарастает достаточно медленно. Так, например, от кратера Босумтви (радиус 5 км ), образовавшегося чуть более миллиона лет назад в Гане, на берегу Атлантики, простирается в океан тектитное поле в форме овала 2000 х 1000 км. Есть на земле тектитное поле, которое занимает весь Индийский океан! Однако следы его кратера (подводного?) пока не обнаружены
В настоящее время на Земле известно около 100 структур, которые можно с достаточной достоверностью считать астроблемами. В наиболее полном каталоге, включающем и достоверные, и предполагаемые метеоритные кратеры отражены данные на 230 астроблем
Признаки ударного метаморфизма.
Не смотря на малую изученность процесса ударного метаморфизма в целом, в настоящее время имеются твердо установленные специфические признаки, которые позволяют отличать продукты дробления и плавления, образующиеся при соударении метеоритов с земной поверхностью, от горных пород, вырывающихся при иных геологических процессах. Наиболее яркие из них:
Образование конусов разрушения;
Диаплектовые преобразования в минералах;
Появление высокобарных фаз
Высокобарные фазы.
К высокобарным фазам выявленным в астроблемах, относятся полиморфные модификации кремнезема (коэсит и стишовит)
Коэсит известен и в других типах пород и типоморфным для метеоритных структур являются не они сами, а определенные парагенезисы, в которых они наблюдаются. Стишовит, напротив, в земляной коре и верхней мантии образовываться не может и сам факт их находки указывает на ударный метаморфизм вмещающих их пород
Коэсит и стишовит принадлежат к моноклитной и тетрагональной сингониям и отличаются от тригонального кварца более высокой плотностью
Кварц: плотность = 2,63-2,67 г/см і
SiO 2 Коэсит: плотность= 2,85- 3,0 г/см і
Стишовит: плотность= 4,28- 4,35 г/см і
В Республике Карелия, в ее юго-западной части тоже есть астроблема - озеро Янисъярви
Похожие статьи
-
Как образуется кратер - Астероиды и метеориты и их влияние на поверхность Земли
Размер, радиус R Кратера, который образуется при сверхзвуковом столкновении метеорита с поверхностью, можно приближенно установить из подсчета того, на...
-
Астероиды и метеориты - Астероиды и метеориты
Довольно часто на небе появляются космические пришельцы. Их размеры исчисляются от нескольких сотен метров до тысячи километров. Это астероиды и кометы....
-
При геохимической характеристики импактитов Янисъярви приходится учитывать: Сложный характер мишени Очень древний возраст структуры Поскольку на площади...
-
Довольно часто на небе появляются космические пришельцы. Их размеры исчисляются от нескольких сотен метров до тысячи километров. Это астероиды и кометы...
-
Признаки ударного метаморфизма - Астероиды и метеориты и их влияние на поверхность Земли
Не смотря на малую изученность процесса ударного метаморфизма в целом, в настоящее время имеются твердо установленные специфические признаки, которые...
-
Это как правило, большие каменные глыбы, которые приходят из пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Иногда их орбиты изменяются...
-
Несомненно, самый первый признак - это обнаруженные в северо-западной, западной и северной частях озера простирания радиальной и концентрической систем...
-
Географическое положение озера Янисъярви - Астероиды и метеориты и их влияние на поверхность Земли
Озеро Большое Янисъярви расположено в юго-западной части Карелии. Географические координаты центра озера -61 ° 59 ' с. ш., 30 ° 57 ' в. д. Относится к...
-
Уже со времен Галилея началось составление карты Луны. Первые подробные карты лунной поверхности составил выдающийся польский астроном Я. Гевелий...
-
Тунгусское космическое тело - Математическое моделирование движения метеоритов в атмосфере
30 июня 1908 г. произошло столкновение с атмосферой Земли космического тела, нижняя часть траектории которого проходила над Вост. Сибирью. Траектория...
-
Рельеф Марса, Геологические особенности, Кратеры - Анализ особенностей планеты Марс
Геологические особенности Марс необычен тем, что имеет сильную асимметрию относительно экватора, который делит Марс на два полушария, резко отличающиеся...
-
Астероиды вблизи Земли - Малые тела. Астероиды
Почти 3/4 века не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на...
-
Метеориты - Астероиды, метеориты, кометы, мелкие осколки
В околоземном космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в...
-
Астероиды - Астероиды, метеориты, кометы, мелкие осколки
Эти космические тела отличаются от планет прежде всего своими размерами. Так, самая большая из маленьких планет Церера имеет в поперечнике 995 км;...
-
Метеориты - Метеориты. Кометы. Астероиды
Как часто, глядя на бескрайнее ночное небо, мы почти подсознательно стараемся найти хоть одну - самую маленькую - падающую звездочку, в надежде, что...
-
Опасность метеоритов и астероидов - Метеориты и астероиды
Вспомним про существование таких тяжелых газовых гигантов, как Юпитер и Сатурн. Именно они сыграли роль "защитников" Земли от внешней угрозы - опасных...
-
Условия залегания импактитов Импактиты обнажаются на мысу Леппяниеми (западная часть озера) и слагают три острова, расположенные в центральной части...
-
Форма и размеры Земли, Внешние и внутренние оболочки Земли - Земля - планета Солнечной системы
Исследования формы Земли при помощи современных методов позволили уточнить форму и размеры Земли, которые были вычислены геодезистом А. А. Изотовым в...
-
Тунгусское космическое тело - Метеоритное вещество и метеориты
30 июня 1908 г. произошло столкновение с атмосферой Земли космического тела, нижняя часть траектории которого проходила над Вост. Сибирью. Траектория...
-
Движение твердого метеороида в атмосфере - Метеоритное вещество и метеориты
Как уже говорилось выше, всю область полета метеороида можно разбить на две зоны. Первая зона будет соответствовать большим числам Кнудсена KN 0.1 ,а...
-
А Луна от нас удаляется! - Исследование явления удаления Луны от Земли
Мы знаем строение солнечной системы, где в центре находится наше светило Солнце - источник энергии и жизни на Земле. Солнце огромное, по массе примерно...
-
Рельеф лунной поверхности, Движение луны - Луна как спутник Земли
Граница дня и ночи на Луне называется терминатором, в это время лучше всего изучать рельеф Луны, потому что все неровности отбрасывают тень и их легко...
-
Признаки ударного метаморфизма - Астероиды и метеориты
Не смотря на малую изученность процесса ударного метаморфизма в целом, в настоящее время имеются твердо установленные специфические признаки, которые...
-
Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений
В процессе развития активной области иногда возникают ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Эта...
-
Метеориты, Самые первые упоминания - Метеориты и астероиды
Самые первые упоминания О падении метеоритов на планету было давно известно нашим предкам. Об этих событиях писали древнегреческие философы Анаксагор и...
-
Метеориты - Малые тела Солнечной системы
В околоземном космическом пространстве движутся самые различные метеороиды (космические осколки больших астероидов и комет). Их скорости лежат в...
-
Астероиды - Малые тела Солнечной системы
Эти космические тела отличаются от планет, прежде всего своими размерами. Так, самая большая из маленьких планет Церера имеет в поперечнике 995 км;...
-
Метеориты - вестники космоса - Строение Солнечной системы
Метеориты - каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Падение метеоритов на Землю сопровождается звуковым, световым и...
-
Рельеф поверхности Меркурия - Меркурий - это царство пустынь
С пролетной траектории космического аппарата "Маинер-10" в 1974 г. было сфотографировано свыше 40% поверхности Меркурия с разрешением от 4 мм до 100 м,...
-
Приведем наглядный пример с автомобилем, который то увеличивает, то уменьшает скорость. Это позволяет нам провести некоторую аналогию с изменением...
-
В чем смысл открытого физического феномена? - Как движение Земли влияет на погоду, приливы и отливы
Представьте себе два груза из стали в форме шара, больший шар имеет массу 2 кг., а меньший шар имеет массу 1 кг. Если поднять шар 1, который имеет массу...
-
Влияние ракет на озоновый слой - Влияние пусков ракет космического назначения на экологию Земли
Озон разрушается под воздействием водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания ракетных топлив, и вследствие других процессов, происходящих под...
-
Итак, чем же грозит космос? В числе природных катастроф особое место принадлежит космогенным катастрофам, учитывая их крупные масштабы и возможность...
-
Сущность метеоритов и комет - Чрезвычайные ситуации космического характера
Метеорит -- твердое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли. Большинство найденных метеоритов имеют вес от нескольких граммов до...
-
Введение, Происхождение луны - Луна как спутник Земли
Луна является попутчицей Земли в космическом пространстве. Это единственный естественный спутник и ближайшее к нам небесное тело. Среднее расстояние до...
-
Столкновение земли с кометой - Кометы, вероятность и возможные последствия столкновения их с Землей
Столкновения Земли с кометой -- вот чего стали бояться люди, перестав видеть в кометах предвестниц войн. Этой проблемой активно занимаются многие ученые....
-
Когда был замечен первый метеорит (астероид)?, Первый астероид - Церера - Метеориты и астероиды
Первый астероид - Церера 1) Первый: Церера - был открыт в самом начале ХIХ века. Вслед за ним обнаружилось еще несколько подобных небольших небесных тел,...
-
Астероиды - Метеориты. Кометы. Астероиды
Астероид -- небольшое планетоподобное тело Солнечной системы, движущееся по орбите вокруг Солнца. Астероиды, известные также как малые планеты...
-
Астероиды вблизи Земли - Исследование астероидов
Почти 3/4 века люди не подозревали, что не все астероиды движутся между орбитами Марса и Юпитера. Но вот ранним утром 14 июня 1873 г. Джеймс Уотсон на...
-
Мелкие осколки - Астероиды, метеориты, кометы, мелкие осколки
Околосолнечное пространство заполнено мелкими частицами, источниками которых служат разрушающиеся ядра комет и столкновения тел, в основном, в поясе...
Как образуется кратер - Астероиды и метеориты, их воздействие на рельеф Земли