На поверхности нашей планеты нередко встречаются кольцевые образования. Изучены, досконально исследованы пока еще лишь немногие из них — в основном самые крупные.
Некоторые ученые считают возможным предположить, что кратерообразные структуры и на Луне, и на Марсе, и на Земле имеют сходное происхождение. Окончательный ответ на этот вопрос сыграл бы немалую роль в познании развития не только планет земной группы, но и всей Солнечной системы.
24 декабря 1965 года, в 16 часов 15 минут по гринвичскому времени, примерно в 200 километрах от английского городка Барвелл был замечен круглый огненный шар, по яркости сравнимый с Луной. Этот шар двигался по небу на северо-восток под углом 20 градусов к горизонту. Полет его сопровождался грохотом, гулом и ударами, вызванными баллистической ударной волной. Потом светящееся тело буквально на глазах жителей города распалось на множество осколков. Некоторые куски подняли еще теплыми.
Британский музей объявил денежную премию за каждую унцию метеоритного вещества. Началась энергичная охота за осколками. Через несколько месяцев были собраны сотни кусков метеоритного вещества общим весом 46,7 килограмма. Лабораторные исследования показали, что это осколки каменного метеорита, распространенного типа — хондрита.
Падение таких крупных тел — довольно редкое явление. Мелкие метеориты, которые регистрируются лишь инструментальными методами, беспрерывно впиваются в земную атмосферу и сгорают в ее верхних слоях. В ясные, безлунные ночи на небе бывают видны следы сгорания (падающие звезды). Падения тел массой в сотни и тысячи тонн, к счастью для нас, происходят очень и очень редко. Но происходят: Тунгусская катастрофа в начале нашего века, огромный железный метеорит, упавший в 1947 году в западных отрогах Сихотэ-Алинского хребта, и другие. Сихотэ-Алинский метеорит развалился в воздухе. Среди кратеров, образовавшихся от падения его осколков, есть такой, что имеет в поперечнике 29 метров.
В начале 1968 года в некоторых иностранных газетах стали появляться сообщения о том, что малая планета Икар, диаметром примерно 1,5 километра, приближается к Земле, движется почти перпендикулярно к земной орбите со скоростью 43 километра в секунду. Что будет, если она врежется в нашу планету?
Последствия такого события были бы ужасны. Высказывалось мнение, что Тунгусская катастрофа была вызвана падением космического тела массой около миллиона тонн. Вес астероида, имеющего полтора километра в диаметре, конечно, значительно больше — около 4,5 миллиарда тонн.
В наши дни ученые довольно четко представляют себе механизм и последствия столкновения межпланетного странника с твердой поверхностью планеты.
Колоссальная кинетическая энергия, которой обладает космическое тело до столкновения, не может исчезнуть бесследно. Происходит грандиозный взрыв. При этом выделяется столько тепла, что и сам метеорит и значительная часть горных пород, в которые он вторгся, испаряются. Образуется блюдцеобразная воронка — метеоритный кратер.
Его размеры можно рассчитать по формулам, основанным на законе подобия, выведенном из наблюдения больших взрывов на Земле. Объем воронки пропорционален энергии взрыва. Применяя эти формулы, высчитали, что если бы астероид Икар действительно врезался в Землю, на теле нашей планеты образовалась бы рана диаметром примерно в 100 километров, а вокруг все на сотни и тысячи километров превратилось бы в пустыню.
К счастью, как и предсказывали астрономы, 14 июня 1968 года астероид разминулся с Землей, он прошел на расстоянии всего 7 миллионов километров от нее.
За долгую историю существования Земли (более 4,5 миллиарда лет) подобные столкновения случались не раз.
При современной плотности межпланетного вещества столкновения нашей планеты с крупными астероидами случаются необычайно редко и значительного влияния на геологическую жизнь Земли не оказывают. И все же интерес геологов к следам, которые метеориты оставили на теле Земли, возрастает год от года. Возможно, это связано с тем, что появились новые гипотезы происхождения Земли, из которых следует, что на ранних этапах геологического развития нашей планеты (4,5—3,5 миллиарда лет назад) поток метеоритных тел на Землю (и среди них крупных астероидов) был на несколько порядков выше, чем сейчас. Если это так, на Земле должно сохраниться много различных по величине метеоритных кратеров. Только большинство из них сильно изменено эрозией, перекрыто осадками, искорежено складчатостью.
В разных местах земного шара действительно найдены метеоритные кратеры размером от нескольких метров до десятков километров в поперечнике. Некоторые округлые в плане структуры очень похожи на метеоритные кратеры, но их происхождение еще не установлено. Речь идет о таких гигантах, как цепь островов Настапока в Гудзоновом заливе (диаметр 440 километров), Земля Уилкса в Антарктиде (диаметр 240 километров), Бушвельдская структура в южной Африке (диаметр 180 километров), структура Маникуаган в Канаде, структура Садбери в Канаде, кольцо Вредефорт в Африке, и многих других. В пользу гипотезы о космическом происхождении такого типа образований указывают геофизические данные, а также некоторые структурные, текстурные и микроскопические особенности слагающих их пород.
Однако относить структуры такого типа в разряд метеоритных кратеров пока преждевременно, потому что есть и другие данные, говорящие о возможности возникновения подобных структур за счет различных вулкано-тектонических процессов. Отличить метеоритные кратеры разной степени сохранности от различных округлых в плане вулкано-тектонических форм очень трудно. А вопрос этот, несомненно, важен. Ведь если окажется, что на поверхности Земли много старых метеоритных кратеров, придется существенно пересмотреть геологические и тектонические карты. Если мы с достоверностью убедимся в том, что на Земле есть кратеры с поперечниками в сотни и тысячи километров, придется пересматривать некоторые вопросы глобальной тектоники. Потому что удар о поверхность планеты крупного космического тела должен в данном районе на довольно длительное время создать особый тектонический режим.
Американский астроном Л. Б. Ронк рассчитал, что если с какого-то участка Земли удалить столб пород высотой 25 километров, уменьшится давление на глубинные породы и начнется плавление твердого вещества. Метеоритный кратер диаметром больше 500 километров должен иметь глубину около 25 километров. Удары менее крупных метеоритов сразу не вызовут вулканизм. Однако глубинные разломы, которые образуются под днищем кратера, в будущем могут стать очагом вулканической активности.
Всем знакомы фотографии поверхностей Марса, Луны. Они усеяны кратерообразны-ми формами разного размера. Крупнейшие из них — круговые моря на Луне — достигают в поперечнике 1,5 тысячи километров. Что это: вулкано-тектонические структуры или метеоритные кратеры? Большинство ученых склоняется ко второй точке зрения.
В крупных метеоритных кратерах, образование которых связано с огромным давлением, с большим выделением тепла, встречаются определенные типы полезных ископаемых. Например, в Попигайском кратере в Сибири (диаметром 100 километров) в обломках различных пород (в аллогенной брекчии) обнаружены зерна алмазов, которые здесь образовались из графита гнейсов под действием огромных ударных давлений. Каковы же признаки метеоритного кратера? За последнее время были тщательно измерены, исследованы, изучены почти все известные метеоритные кратеры. Чтобы выяснить их геологическое строение, через малые кратеры (десятки метров в поперечнике) копали траншеи до коренных пород, в больших кратерах бурили скважины, копали шахты, просвечивали сейсмическими волнами и т. д. Горные породы, в которых образован кратер, тщательно изучали — искали изменения, вызванные ударной волной.
|
|
|
|
|
|
Недавно образованный метеоритный кратер имеет форму воронки с плоским дном. Ее глубина в несколько раз меньше диаметра. Воронка окаймлена валом, дно ее расположено ниже окружающей поверхности. Идеальный профиль метеоритного кратера выглядит так, как на рисунке вверху.
С увеличением размера кратера эти пропорции меняются, кратер мелеет.
Теперь о глубинном строении метеоритного кратера.
Геологическое строение крупных кратеров (астроблем) обычно бывает осложнено тектоническими и вулканическими процессами. Это связано с ударом космического тела, образовавшего кратер.
Метеорит врезается в твердую поверхность планеты и «взрывается». Мощные ударные волны разрывают и раздвигают горные породы, выбрасывают их наружу. Образуется круглая впадина, окруженная валом сдвинутых и вздыбленных коренных пород.
Большая часть выброшенного вещества рассеивается по окрестностям, но какая-то часть обломков падает обратно в кратер и частично заполняет его. Этот насыпной материал — обломки коренных пород с рассеянными в них кусочками метеорита — называют аллогенной брекчией.
Фрагменты, составляющие аллогенную брекчию, испытали сильное воздействие ударной волны, или, как говорят специалисты, претерпели ударный метаморфизм. От этого в них произошли различные изменения.
Обломки пород пронизаны трещинами, идущими в разных направлениях. Иногда трещины забиты более мелкими частицами той же самой или других пород. В некоторых случаях трещины имеют определенную ориентировку, сходятся на конус. Это так называемые конусы разрушения или сотрясения. Породы внутри конуса разрушения, по-видимому, раскалывались почти мгновенно.
Невооруженным глазом можно заметить и следы плавления фрагментов аллогенной брекчии. Иногда эти куски напоминают вулканические бомбы, шлаки.
Под микроскопом последствия ударного метаморфизма заметны еще лучше.
Физические методы показывают, что в породах под действием ударной волны происходят изменения пористости, проницаемости, плотности, прочности, скорости прохождения звука.
Так, например, почти все минералы превращаются в более плотные модификации. Однако через какое-то время после того, когда давление снято, они возвращаются в свое исходное состояние. Есть, правда, и исключения: при некоторых условиях сохраняются плотные модификации кварца (это минералы коэсит и стиповерит) и графита (это алмаз).
Ниже аллогенной брекчии располагается аутигенная брекчия. Она лежит под дном кратера и имеет форму огромной двояковыпуклой линзы. Понятно, что в породах, расположенных ближе к точке удара, ударный метаморфизм проявляется в наибольшей степени. В крупных кратерах горные породы превращаются в лавоподобные образования, которые называют импактитами.
В зоне аутигепной брекчии возникает большое количество конусов разрушения, ориентированных, как правило, вершинами на точку удара.
Ниже аутигенной брекчии идет зона повышенной трещиноватости, которая постепенно сливается с ненарушенными породами.
Итак, казалось бы, у метеоритного кратера достаточно характерных черт, чтобы его можно было легко отличить от любых вулкано-тектонических форм. И действительно, недавно образованный метеоритный кратер опознать легко. Но подавляющее большинство кратеров, которые мы находим на Земле, образовались миллионы лет назад. Они сильно изменены вторичными процессами. И поэтому их трудно отличить от блюдцеобразных карстовых воронок, округлых в плане эрозионных синеклиз, лополитов, интрузий центрального типа, кальдер, вулкано-тектонических депрессий и прочих структур, которые образуются на Земле без всякой «помощи» из космоса.
Занимаясь в течение ряда лет изучением метеоритных кратеров, автор убедился, что самые надежные признаки, по которым можно с полной достоверностью судить о происхождении кратера,— это данные о его геологическом строении. Однако собрать такие данные необычайно трудно.
Нужны кропотливые, трудоемкие, дорогостоящие работы: крупномасштабная геологическая съемка с привлечением данных разведочной геофизики или буровые работы с отбором керна.
А как изучить, исследовать великое множество малых кратеров? Здесь на помощь геологам приходит народное ополчение науки — любители географии и геологии, туристы.
При Московском отделении Всесоюзного астрономо-геодезического общества (МО ВАГО) создана группа таких энтузиастов. Вооруженные соответствующей методикой, они при сравнительно небольшой затрате материальных средств оказывают ученым огромную помощь. Такие отряды могут быть организованы всюду.
На территории СССР много небольших круглых озер, заболоченных впадин, сухих воронок... Несомненно, что большинство из этих образований — не метеоритные кратеры. Это могут быть карстовые и термокарстовые воронки, эрозионные впадины, маары, бомбовые воронки, остатки искусственных сооружений и т. п. Если небольшой метеоритный кратер сохранил кратерообразную форму, значит, он образовался сравнительно недавно, не более одной-двух тысяч лет назад. У местного населения могли сохраниться мифы и легенды, связанные с его космическим происхождением. Очень важно установить, есть ли в данном месте другие объекты такого же типа. Если в районе много круглых озер, искать среди них метеоритный кратер не стоит.
Начинать работу следует с поисков метеоритного вещества в кратере и его окрестностях. Большинство известных метеоритных кратеров образовано железными метеоритами. Поэтому целесообразно применять магнитометры (для поисков основной массы железного метеорита), миноискатели (для поисков отдельных осколков) с и магниты (для поисков метеоритных шариков, стружек и пыли). В небольшом, хорошо сохранившемся кратере, образованном ударом железного метеорита, метеоритное вещество должно сохраниться почти наверняка. Но если даже метеоритное вещество не найдено, работы прекращать не следует. Ведь не исключена возможность, что кратер образовался при ударе каменного метеорита.
Следующий этап — изучение геологического строения кратера. Необходимо построить топографичеcкий план кратера и отмечать на нем все увиденное. Тщательно осмотреть кратер снаружи и внутри. Обратить внимание на обломки пород, валяющиеся в кратере или за его пределами, и особенно на образования, напоминающие конусы разрушения (фото на стр. 133). Данные осмотра записать в полевой дневник, нанести на топографический план. Может быть, на дне или в бортах кратера имеются какие-нибудь ямки или где-то сквозь обломки просвечивают коренные породы — это тоже надо отметить.
После этого можно приступать к земляным работам. Труд этот необычайно тяжел, поэтому надо тщательно продумать, где копать.
Если кратер образован в плотных осадочных породах, например, в песчаниках, аргиллитах, доломитах, то копать лучше всего радиальную траншею через внутренний склон кратера и его вал. Особое внимание при этом обратить на то, как залегают пласты этих пород. Если выявится, что они задраны так, как изображено на рисунке, то метеоритное происхождение данной структуры наиболее вероятно. Однако окончательно решить этот вопрос можно, лишь сопоставив всю сумму накопленных фактов, с учетом геологии района.
Дать заранее рекомендации на все случаи, конечно, невозможно. По всем вопросам, связанным с изучением метеоритных кратеров, геологи-любители могут обращаться в Геологический институт АН СССР, Комитет по метеоритам АН СССР и в МО ВАГО.
ЛИТЕРАТУРА
Сборник «Метеоритика». Труды Института геологии АН ЭССР, № 11, 1963.
Сборник «Взрывные кратеры на Земле и планетах». Изд-во «Мир». М., 1968,
Зоткин И. «Лунные кратеры на Земле». Журнал «Природа» № 9, 1969