Метеоритные кратеры на Земле и в космосе

Некоторое представление о древних космических катастрофах дает обследование наиболее крупных метеоритных кратеров, сохранившихся до наших дней.

Следами падения крупных метеоритов на земной поверхности являются необычные кольцевые геологические структуры, получившие название «астроблемы» — звездные раны. Внутри астроблем наблюдаются радиальная деформация пластов раздробленных пород, необычные минералы и другие признаки, свидетельствующие о мощном ударном взрыве. Сейчас на Земле обнаружено более 100 таких кольцевых структур — мест падения гипотетических гигантских метеоритов. Но следует заметить, что кольцевые структуры во многом сходны с нарушениями земной поверхности, возникающими после некоторых вулканических извержений,— вулканическими кальдерами.

Поэтому вопрос о том, является ли данная кольцевая геологическая структура результатом падения метеорита или вулканического извержения, в каждом отдельном случае специально изучается. Происхождение некоторых из них остается дискуссионным на протяжении многих десятков лет. Причем сомнительны наиболее крупные кольца, которые образовались десятки и сотни миллионов лет назад. Так, существует предположение, что залив Св. Лаврентия в Канаде — часть гигантского ударного кратера диаметром около 290 км и глубиной порядка 6 км.

Метеоритные кратеры подразделяются на два типа.

Первый тип — ударные кратеры диаметром не более 100 м. Они образуются при частичном дроблении и выбрасывании горных пород и возникли вследствие падения относительно небольших метеоритов, летевших со скоростью не более 2,5 км/с.

Второй тип — взрывные кратеры, возникающие при взрыве метеорита в момент его соударения с земной поверхностью. Крупный метеорит, подлетающий к Земле со скоростью 3—20 км/с, при столкновении с ней взрывается в результате торможения о горные породы. Вещество его полностью или почти полностью испаряется при взрыве. Взрывные кратеры бывают заполнены раздробленной породой, которая нередко оплавлена. В некоторых наиболее крупных кратерах обнаружены своеобразные породы, получившие название импакитов. Они почти целиком состоят из переплавленных пород, застывших в виде стекла. В небольшом количестве содержатся в них и обломки нерасплавленных пород.

Горные породы, подвергшиеся метеоритному взрыву, разбиваются коническими трещинами. Вершины трещин конусов разрушения указывают направление, откуда пришла ударная волна. Импакиты и конусы разрушения являются доказательством метеоритного происхождения древнего кратера.

Расскажем о некоторых наиболее крупных космических катастрофах на нашей планете.

Самый крупный из достоверных метеоритных кратеров — Попигайская котловина. Она расположена на севере Сибирской платформы, в бассейне реки Хатанги, в долине ее правого притока реки Попигай. Размеры внутреннего кратера составляют 75 км, а диаметр внешнего достигает 100 км. Катастрофа произошла 30 млн. лет назад. Космическое тело с большой скоростью пробило толщу осадков в 1200 м и затормозилось в породах фундамента Сибирской платформы (рис. 3). По предварительным оценкам, энергия взрыва достигала 1023 Дж, т.е. была в 1000 раз больше, чем при самом сильном вулканическом взрыве. Об условиях, существовавших в эпицентре в момент взрыва, можно судить по тому, что в кратере найдены возникшие при катастрофе минералы.

Такие минералы удалось получить искусственным путем при ударных давлениях в 1 млн. бар и температуре около 1000° С. Выброшенные во время взрыва крупные глыбы кристаллических пород фундамента платформы разлетелись на расстояние до 40 км от края кратера. Космический взрыв вызвал расплавление горных пород, в результате чего образовалась лава с высоким содержанием кремнезема (65%), резко отличная по составу от глубинных базальтовых излияний Сибирской платформы.

Второй по величине метеоритный кратер расположен вблизи города Горького. С помощью геологической съемки и буровых работ была обнаружена Пучеж-Катунская впадина диаметром около 100 км, вероятно вызванная падением метеорита.

Диаметр около 50 км имеет Карский кратер на хребте Пай-Хой. Он заполнен образовавшимися при взрыве обломками пород, частично переплавленными и застывшими в виде стекловидной массы.

В 1920 г. известный финский ученый-геолог П. Эскола обследовал северную часть Ладожского озера. Он обратил внимание на необычную лаву около озера Янисъярви, которая по составу очень напоминала импакиты взрывных кратеров. Озеро Янисъярви, расположенное в 95 км от города Сортавалы, имеет размер 14х26 км и, вероятно, является древним метеоритным кратером. В пользу этого свидетельствуют также два скалистых лавовых островка в центре озера.

На Украине обнаружен Болтышский кратер (диаметром около 25 км), возникший в результате падения метеорита более 100 млн. лет назад. Самый древний метеоритный кратер (диаметр 20 км) в нашей стране находится в Карелии, его возраст более 1 млрд. лет,

В Винницкой обл., около села Ильинцы, недавно обнаружен метеоритный кратер диаметром в 4 км. Он образовался около 100 млн. лет назад. Кратеры диаметром 3— 5 км обнаружены к востоку от города Винницы и к юго-востоку от Гдова.

В районе Калуги погребен взрывной кратер с возрастом 250 млн. лет. Поперечник его достигает 15 км.

За рубежом хорошо исследован крупный метеоритный кратер Риз, внутри которого расположен город Дордлинген (ФРГ). Кратер образовался в результате удара и взрыва гигантского метеорита около 15 млн. лет назад. Возникшая котловина достигает в поперечнике 20 км. Сейсморазведочные работы, проведенные в котловине, показали, что под 35-метровым слоем озерных осадков скрыта внутренняя подземная котловина. Ее глубина не менее 700 м, а поперечник около 10 км. Кратер заполнен раздробленной, спекшейся и частично расплавленной породой. Разрыхленная порода, заполняющая кратер, обусловливает некоторое понижение поля силы тяжести по сравнению с окружающей местностью. Такое уменьшение соответствует дефициту массы в кратере 30— 60 млрд. т. Следовательно, в момент взрыва было выброшено до 20 км3
породы.

Во Франции метеоритный кратер Рошешуар (диаметр около 15 км) образовался 150—170 млн. лет назад.

К «молодым» кратерам — возраст до 15 млн. лет — относятся Босумтви в Гане (Западная Африка), в котором расположено озеро (диаметр 9,8 км, глубина 350 м), и Чабб на полуострове Унгава в Канаде (диаметр 3,4 км, глубина 390 м). Метеоритный кратер Ротер Камм, обнаруженный в 1965 г. в Юго-Западной Африке, в 95 км от устья реки Оранжевой, достигает 30 м. Дно кратера засыпано, следовательно, общая глубина его еще больше. Поперечные размеры кольцевого вала, сложенного обломками гнейсов, около 2,4 км, высота над окружающей местностью 90 м. Кратер Локар в Индии имеет поперечник 1,8 км, а глубину 120 м.

В конце прошлого столетия в США были начаты исследования кратера диаметром 1,2 км и глубиной около 170 м. Вал, окаймляющий кратер, возвышается на 40— 50 м (рис. 4). Это — так называемый Каньон-Дьябло в Штате Аризона. Согласно легенде местных индейцев, он образовался в месте, куда в далеком прошлом с неба спустился на огненной колеснице бог. Это наталкивало на мысль о метеоритном происхождении кратера. В радиусе около 10 км были обнаружены многочисленные, весом около 20 т обломки железного метеорита, но, очевидно, они представляют собой лишь ничтожную часть упавшего гигантского метеорита. Попытки найти внутри кратера основную массу метеорита успехами не увенчались; вероятно, он образован железоникелевым метеоритом весом примерно 5 млн. т. Воронка возникла от обломка весом 63 тыс. т и диаметром 30 м; энергия, освободившаяся при его ударе, сопоставима с энергией взрыва 3,5 млн. т тротила.

Группа кольцевых структур метеоритного происхождения известна на острове Сааремаа (Эзель) в Балтийском море. Углубление имеет здесь диаметр 110 м, оно обрамлено валом, образованным из приподнятых пластов доломита высотой 6—7 м. Еще шесть округлых впадин расположено в окрестностях главного кратера на площади 0,25 км2. Их размеры: диаметр 16—20 м, глубина до 4—5 м.

Удивительное кольцо Вредефорт найдено в Южной Африке. Оно образовано куполом гранитов диаметром около 40 км. Купол окружен венцом древних осадочных пород шириной около 16 км. Можно оценить размеры и скорость падения астероида, вызвавшего образование этого кольца. При скорости 20 км/с он должен иметь диаметр 2,3 км и массу 3·1010 т. Энергия его падения примерно в 50 раз превосходила энергию крупнейших землетрясений и соответствовала взрыву бомбы с зарядом 1,4·106 млн. т.

В Австралии находится одна из астроблем — Госсес Блафф. Она представляет собой небольшой холм, окруженный кольцом раздробленных пород, диаметром около 14 км. Возраст 130 млн. лет. В районе Госсес Блафф для исследования строения земной коры проводилась сейсмическая разведка и бурение скважин, было произведено несколько взрывов. Это позволило установить подземный рельеф кратера. На глубине расположена полусферическая чаша радиусом 2,3 км, окруженная более мелкой блюдцеобразной депрессией радиусом около 11 км. Найдены конусы сотрясения, импакиты; энергия ударного процесса составила 1020 Дж.

В Южном Техасе (США), в бассейне Сиерра-Мадре в горных породах, образовавшихся из древних морских отложений, известен вал в виде кольца диаметром около 10 км. В котловине внутри вала слои горных пород залегают почти горизонтально и лишь в центре их прорывает купол, сложенный известняками и возвышающийся на 450 м. Пласты здесь сильно разрушены, а в известняке обнаружены конические системы трещин, вызванные мощной ударной волной. Американский геолог А. Келли считает, что в данном случае астроблема образовалась в результате падения кометы в древний океан, имевший здесь глубину 2—3 км. Ядро кометы с космической скоростью ударило в кору, и произошел гигантский взрыв. Ударная волна, пройдя через воду, ослабла и смогла вызвать катастрофические разрушения дна лишь в эпицентре. Одновременно в океане образовалась огромная водяная воронка: взрыв на какое-то мгновение раздвинул толщу воды. Вода увлекла за собой донные осадки, отложив их в виде кольцевого вала. Освобожденное от гидростатического давления морское дно вспучилось в эпицентре и поднялось. При оседании водяной воронки вода принесла назад взмученный материал, который образовал слои новых осадков, сгладившие рельеф подводного кратера. Через много десятков миллионов лет кратер поднялся на поверхность, где затем разрушился.

В Антарктиде, на Земле Уилкса, найдена скрытая подо льдами гигантская астроблема, имеющая около 240 км в диаметре. Интересна история открытия этого кратера. В 1958—1960 гг. во время работ французской и американской экспедиций здесь были установлены некоторые аномалии силы тяжести. Загадка их разрешилась при сопоставлении данных обеих экспедиций. Район отрицательной аномалии силы тяжести имеет форму круга диаметром 240 км, а сама аномалия очень похожа на те, которые наблюдаются вблизи больших метеоритных кратеров. Удалось установить, что аномалия частично вызвана существованием впадины внутри кратера, а частично — разрыхленными при падении метеорита породами.

Открытие этого кратера имело большое значение для гипотезы об образовании тектитов — загадочных по своему происхождению обломков темно-зеленых стекловатых камней. Одни исследователи считают их особым классом метеоритов, другие — продуктом вулканических извержений на Луне. Американский ученый В. Бернс полагает, что тектиты возникают из горных пород, расплавленных при ударе крупных метеоритов и с чудовищной силой выплеснутых из кратера. Слабым местом этой гипотезы было отсутствие молодых метеоритных кратеров в Австралии и Тасмании, где тектиты широко распространены Кратер, обнаруженный в Антарктиде, оказался как раз в центре Австрало-Тасманийской дуги, изобилующей тектитами. Тем самым гипотеза В. Бернса получила новое подтверждение.

Ряд крупных кратеров метеоритного происхождения найден в последнее время в Канаде. К ним относятся, в частности, кратеры двойного озера Клируотер. Оба озера, по-видимому, образовались от ударов двух метеоритов. Диаметр Восточного Клируотера — около 28 км, Западного — около 32 км. Самой крупной кольцевой структурой предположительно метеоритного происхождения является здесь кольцо Маникуаган-Мушалаган, имеющее диаметр около 65 км.

С падением метеорита связывают крупнейшее месторождение никеля Садбери, расположенное в Канаде.

Рудный бассейн Садбери имеет овальную форму размером 60х27 км. Он располагается на поверхности Канадского кристаллического щита, который сложен гранитами и кварцитами. Строение бассейна напоминает слоеный пирог: внизу залегают рудоносные породы — микропегматиты, диориты и др., над ними — туф опанинг, перекрытый слоями шиферных сланцев и песчаников. Недавно была выдвинута гипотеза о том, что бассейн Садбери появился в результате падения гигантского метеорита 1700 млн. лет назад (возраст определен методами абсолютной геохронологии). К этой гипотезе привели попытки расшифровать происхождение туфа опанинг. По строению он представляет собой брекчию — раздробленную и вновь сцементированную породу. Обломки брекчии состоят из коренных гранитов, а также стекла — расплавленных и быстро остывших, не успевших раскристаллизоваться минералов. По этим признакам опанинг очень напоминает материал из известных метеоритных кратеров. Сходство это недавно было подтверждено находкой в Садбери кристаллов кварца, обладающих своеобразной ориентировкой трещин, которые возникают в кварце только под воздействием ударных волн, создающих чрезвычайно высокие давления, при ядерных взрывах или при падении гигантских метеоритов. Очевидно, удар гигантского метеорита вызвал активную вулканическую деятельность, в результате поднялись глубинные расплавленные массы, содержавшие большое количество металлов.

Имеются данные о том, что в прошлом в некоторых случаях метеоритные дожди достигали чрезвычайно высокой плотности и захватывали огромные площади. Их выпадение могло приобретать характер страшного стихийного бедствия.

Так, в Северной Америке, в районе полуострова Флорида, на побережье Атлантического океана произошло падение, по-видимому, одного из наиболее крупных астероидов. В штатах Северная и Южная Каролина была проведена аэрофотосъемка, обнаружившая ряд круглых и яйцеобразных воронок, напоминающих по виду кратеры метеоритного происхождения. Крупных кратеров — около 140 тыс., в том числе около 100 диаметром более 1,5 км. Невозможно установить число мелких. Предполагают, что их более полумиллиона. Площадь, подвергшаяся камнепаду, достигала 200 тыс. км2. Кратеры расположены дугой, в центре которой в настоящее время находится приморский город Чарлстон. Большая часть обломков астероида обрушилась в Атлантический океан.

По мнению Милтона и Шривера, эти кратеры образовались в результате падения метеоритов, скорее всего кометного происхождения, врезавшихся в Землю под небольшим углом к горизонту, в юго-восточном направлении. Некоторые из метеоритов были двойные (тандем-метеориты), а их падение имело взрывной характер Согласно другим предположениям, от перегрева взорвался в атмосфере крупный астероид (диаметр около 10 км масса — 1000—2000 млрд. т). Его осколки разбросаны в радиусе более 1000 км.

Загадочные тектиты — стекловидные камни космического происхождения, детально изученные советским ученым Г.Г. Воробьевым, также выпадали на огромные территории в виде дождей большой плотности. В Европе районом распространения тектитов является Чехословакия: на площади около 10 тыс. км2 было найдено несколько десятков тысяч тектитов. Дождь, состоявший из тектитов, выпал здесь примерно 20 млн. лет назад и охватил территорию, близкую по форме к эллипсу. Правда, Г.Г. Воробьев считает, что дождь этот был не очень густым и расстояние между отдельными тектитами в некоторых случаях достигало многих десятков метров. В дальнейшем в результате деятельности поверхностных вод и тектонических движений произошло перераспределение тектитов и накопление их во впадинах рельефа земной поверхности.

В ряду других крупных космических явлений совершившееся на глазах человека падение Тунгусского метеорита занимает несколько особое место. Сумма всех данных позволяет утверждать, что события 1908 г. вызваны падением небольшой кометы. Она вошла в земную атмосферу утром, двигаясь с востока, т.е. навстречу Земле. На высоте 5—10 км над Землей произошел взрыв колоссальной силы, соответствующий взрыву не менее 3 млн. т тротила, т.е. в 100 раз более сильный, чем атомный взрыв в Нагасаки и Хиросиме. Согласно расчетам, скорость, с которой влетела Тунгусская комета в атмосферу Земли, была от 30 до 40 км/с. К моменту взрыва она снизилась до 16—20 км/с, а масса взорвавшегося тела составила несколько десятков тысяч тонн (остальное испарилось до взрыва). Температура на фронте головной, ударной волны достигала 100000° С, т.е. в десятки раз превышала температуру поверхности Солнца.

После взрыва образовалась широкая зона поваленных деревьев, форма которой (в виде бабочки) хорошо совпадает с зоной разрушения от баллистической волны (рис. 5), рассчитанной теоретически В.П. Коробейниковым и др.

Горелый лес и слабые ожоги, полученные немногими очевидцами, находившимися на расстоянии сотен километров от эпицентра, дают некоторое представление о термическом эффекте взрыва.

На месте катастрофы найдены лишь многочисленные мельчайшие шарики размером в десятки микрон. Они представляют собой застывшие капельки расплавленного металла или силиката, входивших в состав твердых включений в ядре кометы. Никаких следов повышенной радиоактивности в районе падения метеорита не обнаружено. Спустя несколько дней после катастрофы наблюдалось необычное свечение неба, распространившееся полосой от места падения метеорита до Британских островов. Это было вызвано попаданием в слои атмосферы веществ хвоста кометы. Резкое снижение прозрачности атмосферы, зарегистрированное двумя неделями позже, вероятнее всего, объясняется пылью, выброшенной в верхние слои атмосферы после взрыва.

По своим масштабам тунгусская катастрофа стоит в одном ряду с такими крупнейшими, известными или предполагаемыми, катастрофами, как взрыв и проседание кальдеры вулкана Кракатау, извержение Санторина, связываемое с гибелью Атлантиды, или с такими землетрясениями, как Чилийское или Гоби-Алтайское. Площадь вывороченного леса составляла 20 тыс. км2
(это более чем в 20 раз больше площади Москвы, ограниченней автомобильной дорогой). К счастью, взрыв произошел в совершенно безлюдной местности. Однако если бы эта небольшая комета взорвалась над густонаселенным районом, то размеры катастрофы и число жертв трудно вообразить.