Основы геологии

Основы геологии

Введение

Импактные геологические процессы обусловлены столкновениями нашей планеты с метеоритами, небольшими астероидами и кометами. Зачастую трудно однозначно установить тип небесного пришельца. Поэтому условно их все относят к метеоритам, которые играют главную роль в бомбардировке Земли и других планет Солнечной системы. На протяжении всей истории человечества людей интересовали падающие с неба камни. Когда-то они считались вестниками богов и хранились в храмах как святыни. Уже в 77 году н. э. знаменитый римский естествоиспытатель Плиний Старший писал в своей 37-томной "Естественной истории" "... но, что камни часто на землю падают, в этом никто сомневаться не будет ". Однако за историческое время наблюдались падения на Землю лишь сравнительно небольших обломков космических тел до первых метров поперечником и весом до 1,0-1,5 т. При этом образовывались небольшие (диаметром в первые десятки метров) воронки и лунки, как, например, при выпадении Сихотэ-Алиньского железного дождя 12 февраля 1947 года в Приморье. Более крупные воронки (размером в сотни метров) очень долго изучали геологи, прежде чем становилось ясно, что и они также представляют собой результат столкновения с поверхностью нашей планеты космических тел. Так, кратеры Каали на острове Сааремаа в Эстонии интриговали исследователей с 1827 до 1927 года (100 лет!), пока, наконец, эстонский геолог И.А. Рейнвальд не доказал их метеоритную природу. И лишь в 40-50-х годах нашего века, когда геологи начали широко применять аэрофотосъемку, выяснилось, что на поверхности земного шара имеется много округлых геологических структур необычного строения. Комплексное их изучение показало - это следы ударов космических тел. В 1960 году американский геолог Р.Дитц предложил называть их астроблемами, что в переводе с греческого означает "звездная рана". Точность и образность этого термина обеспечили ему мгновенное и повсеместное признание. В 1998 году число достоверно установленных астроблем превысило 200 (в том числе 20 из них в России), и ежегодно выявляется 2-5 новых. Размеры метеоритных кратеров различны - от 10-30 м до 340 км. Так же сильно колеблется и время их образования - от 2,5 млрд лет назад до наших дней. При этом небольшие (измеряемые десятками и сотнями метров) кратеры (их около 15%) относятся к молодым образованиям с возрастом не более 1 млн лет. Причина этого - быстрая эрозия поверхности планеты, приводящая к уничтожению мелких структур. Наоборот, крупные астроблемы диаметром в десятки и сотни километров имеют возрасты, измеряемые десятками и сотнями миллионов лет. Распределение астроблем по поверхности Земли носит случайный характер. Больше всего их в восточной части Северной Америки и Европе, то есть в геологически наиболее изученных районах земного шара. Повышение интенсивности геологических работ быстро увеличивает количество достоверно установленных астроблем. Сравнение поверхности Земли с космическими снимками Луны или Меркурия без труда позволяет увидеть, что на них кольцевых импактных структур гораздо больше. Считается, что причиной этого является раннее (3,8-3,9 млрд лет назад) прекращение активного развития этих планет, отсутствие у них атмосферы и гидросферы, связанных с ними экзогенных геологических процессов, приводящих к эродированию или захоронению ударных структур. Предполагается, что Земля на заре своего существования (4,5-3,9 млрд лет назад) была похожа на Луну или Меркурий.

Поэтому изучение астроблем и сопоставление результатов этих исследований с планетологическими данными позволяют лучше понять историю нашей планеты.

Глава.1. Астроблемы

1.1 Метеоритная бомбардировка планет

На снимках Марса, Меркурия, Луны и других небесных тел отчетливо видны многочисленные кольцевые образования - кратеры различных диаметров.В настоящее время большинство исследователей связывают эти структуры с метеоритной бомбардировкой. И действительно, чем, кроме метеоритной бомбардировки, можно объяснить происхождение кратеров - астроблем на спутниках Марса Фобосе и Деймосе. Ведь это - угловатые глыбы размером в первые десятки километров, для которых нельзя допустить процессов вулканизма.

Для Луны, Меркурия и Марса метеоритная бомбардировка очевидна. Кратеры - наиболее распространенная форма рельефа. Они составляют непрерывный по размерам ряд от микроструктур до гигантских бассейнов, имеющих тысячи километров в поперечнике. На безатмосферных небесных телах (Меркурий, Луна, Фобос, Деймос и др.) метеоритные кратеры сохранились в прекрасном состоянии. В отличие от разрушенных и погребенных земных астроблем, на космических изображениях поверхности планет земной группы и их спутников отчетливо видны все детали строения метеоритных кратеров.

Кольцевой вал - насыпная структура, обрамляющая кратер. Как правило, вал асимметричен, так как его внутренний склон круче внешнего. Объем кольцевого вала для метеоритных (импактных) структур обычно составляет 20-40% от объема выброшенной породы.

Днище кратеров имеет различное сечение (плоскодонное, чашеобразное и т. п.); его форма и строение усложняются с увеличением поперечника - днища крупных кратеров осложнены трещинами, рытвинами, буграми, центральными горками. Центральная горка, или центральный пик, образуется в кратерах диаметром от 5 до 50 км. Ее образование объясняется согласно законам механики упругой отдачей пород поверхности - слоистой мишени. В кратерах диаметром более 50 км образуется система центральных кольцевых поднятий.

Импактные структуры более молодого возраста имеют лучшую сохранность. Это правило может быть использовано для относительной датировки кратерированных поверхностей планет земной группы. Степень разрушения кратеров зависит от воздействия внутренних - эндогенных и поверхностных - экзогенных процессов: тектонических деформаций вулканизма, выветривания и т. п. Однако разрушительное действие этих факторов на планетах земной группы незначительно, и кратеры выглядят достаточно "свежими". Было установлено, что скорость разрушения структуры находится в зависимости от ее диаметра: чем меньше структура, тем быстрее она уничтожается. Быстрее всего разрушается рельеф рыхлых выбросов из кратеров.

Изучение снимков поверхности Марса позволило по степени сохранности кратеров выделить и описать четыре их возрастных генерации, названные по наименованиям характерных кратеров - королёвская, ломоносовская, кеплеровская и ньютоновская (рис 1.1). К королёвской генерации отнесены наиболее свежие молодые кратеры хорошей сохранности диаметром преимущественно меньше 30 км. Они имеют резко выраженные валы, относительно гладкие склоны, отчетливые выбросы. Ломоносовская генерация объединяет кратеры размером от 30 до 100 км, подвергшиеся некоторым вторичным изменениям. Валы кратеров достаточно хорошо выражены, но уже сглажены, часто состоят из отдельных фрагментов. Склоны разрушены гравитационными и эоловыми процессами. Выбросы видны достаточно хорошо. К кеплеровской генерации относятся кратеры размером от 100 до 200 км, в значительной степени разрушенные. Их валы представлены отдельными фрагментами, часто образующими не кольцевую, а близкую по форме структуру. Дно кратеров под воздействием эндогенных и экзогенных процессов выровнено. Редко видны останцы центральных горок. Выбросы обычно не сохраняются. К ньютоновской генерации относят почти целиком разрушенные структуры диаметром часто свыше 200 км.

Среди импактных кратеров перечисленных генераций на Марсе установлены ударные структуры-гиганты поперечником до 1800 км. На плоском дне этих впадин, обычно расположенном на 3-4 км ниже среднего высотного уровня планеты, видны лишь отдельные импактные кратеры небольших размеров и хорошей сохранности. Эти депрессии иногда являются вместилищем эоловых накоплений.

Рис 1.1 Метеоритные кратеры Марса различных возрастных генераций. а - королёвской (новейшей), б - ломоносовской (новой), в - кеплеровской (древней), г - ньютоновской (древнейшей)

Обращает на себя внимание определенная закономерность в их расположении на поверхности Марса. Две северные структуры Исида и Хрис находятся примерно на одной широте на границе "океан"-"континент". Два южных талассоида Аргир и Эллада располагаются также на одной широте, но в пределах континентальной части планеты, причем Хрис и Аргир вытянуты по одному меридиану, Эллада и Исида соответственно - по другому, более восточному. В целом же эти структуры расположены по углам огромного прямоугольника. Научного объяснения этот факт пока еще не получил.

Как же возникли талассоиды на Марсе? Вопрос этот очень сложен. С одной стороны, они напоминают гигантские кратеры, для которых можно допускать образование при взрыве метеоритов астероидных размеров - так называемых планетезималей. При этом остаточные массы этих тел, скрытые под базальтовым выполнением и песчаными наносами впадин, явились источниками значительных положительных аномалий силы тяжести - "масконами".

В связи с импактной гипотезой интересно отметить оригинальное предположение американского ученого Г. Максуини. По его мнению, несколько необычных по составу метеоритов, в том числе два недавно найденных в Антарктиде, попали на Землю с Марса. Вероятно, что в Марс врезался и взорвался такой огромный метеорит, куски породы которого в результате мощнейшего взрыва были выброшены за пределы планеты и достигли поверхности Земли. Не являются ли эти "посланцы" с Марса свидетелями образования талассоидов на этой планете?

По другой гипотезе талассоиды - продукт глубинных тектонических преобразований.

На Луне выделяются три возрастных группы импактных структур.

Коперниковская (самая молодая) группа объединяет кратеры с четко выраженными валами высокой степени сохранности, с крутыми внешними и внутренними склонами.

К птоломеевской группе относятся кратеры с валами, достаточно высоко поднимающимися над днищем. Часто валы имеют сложное строение благодаря развитию многочисленных мелких более молодых кратеров. Наряду с плоскими днищами имеются днища сложного строения с отдельными центральными пиками и центральными хребтами.

Структуры доптоломеевской (древней) группы характеризуются сильно разрушенными валами, часто лишь слабо возвышающимися над поверхностью материковых областей. Иногда такие валы только намечены концентрическими грядами и отдельными пологими холмами. В других случаях они расчленены системами гребней, образующими ряд субпараллельных линий. У наиболее крупных древних кратеров имеются обширные плоские днища, частично осложненные более молодыми кратерами.

Большое значение для установления относительного возраста различных поверхностей планет играет плотность кратерирования: чем древнее поверхность, тем большее количество соударений с метеоритными телами она должна была испытать. Таким образом, относительно древняя поверхность на фотографическом изображении той или иной планеты должна выглядеть наиболее интенсивно кратерированной. Используя это правило, на некоторых планетах земной группы удалось выделить разновозрастные структуры.

Луна является хорошо изученным к настоящему времени небесным телом. Отсутствие явных признаков эндогенной и экзогенной активности на ней обусловили хорошую сохранность импактных структур, неравномерное распределение которых показало, что предела насыщения импактные кратеры достигают в древних материковых областях. В молодых морских депрессиях кратерирование минимально. Оценки абсолютного возраста образцов лунных пород показали, что на ее поверхности наряду с молодыми кратерами существуют ударные структуры, возраст которых является весьма внушительным и равен 4,4-3,8 млрд. лет.

На Марсе в основу определения относительного возраста тектонических процессов положены результаты анализа плотности распределения импактных кратеров, их морфологические особенности, сохранность и размеры, а также геологические соотношения различных поверхностей. Используя этот принцип, авторам настоящей работы удалось выделить на этой планете несколько типов поверхностей с четкими границами, в пределах которых кратеры распространены равномерно, и их количество на единицу площади остается постоянным. По аналогии с Луной Марс также на ранних этапах своего развития подвергался интенсивной метеоритной бомбардировке, которая 3,0-3,5 млрд. лет назад сократилась примерно до современного уровня.

Небезынтересно знать, как велись расчеты плотности кратерирования. Под плотностью кратерирования понималось либо количество кратеров определенных диаметров на единицу площади, либо отношение суммарной площади кратеров больше определенного диаметра к площади рассматриваемой поверхности. Наиболее подходящими для подсчета оказались кратеры диаметром от 4 до 10 км на площади 10 млн. км², так как количество их достаточно для статистической обработки, а скорость разрушения не так велика, как у более мелких структур.

Получив значения плотности кратерирования различных поверхностей Луны и других планет, в частности Марса, и значения абсолютного возраста пород Луны, можно, используя сравнительно-планетологический метод, установить абсолютный возраст поверхности Марса.

Метеоритная бомбардировка играет существенную роль на ранних стадиях развития планет. Метеоритные кратеры имеют важное значение для датировки различных структурных поверхностей. Метеоритная бомбардировка является процессом, общим для формирования рельефа поверхности и структуры коры планет земной группы, в том числе и Земли.

Космические снимки Земли показали, что и на нашей планете имеется большое количество кольцевых структур. При их исследовании была установлена одна интересная особенностью, чем древнее изучаемый комплекс пород, тем большее количество кольцевых структур на нем дешифрируется. Многие из них были обнаружены в фундаменте под чехлом рыхлых пород. Особенно много кольцевых структур выявлено на древних платформах - наиболее стабильных областях литосферы. Диаметр этих структур разнообразен и варьирует в широких пределах от сотен метров до десятков и сотен километров. Окончательно вопрос о происхождении многих кольцевых структур на Земле пока еще не решен. Несомненно, что эти структуры имеют различное происхождение. Однако часть их представляет собой разрушенные древние метеоритные кратеры, аналогичные тем, которые повсеместно покрывают поверхности других планетных тел.

Многие исследователи считают, что метеоритная бомбардировка Земли являлась главнейшим процессом на догеологической стадии ее развития. К сожалению, следы этой ранней метеоритной бомбардировки Земли оказались стертыми последующими процессами ее геологического развития - тектоническими движениями, магматизмом и метаморфизмом. Благодаря этому, и в особенности благодаря разрушительному воздействию атмосферы и гидросферы в настоящее время следы метеоритной бомбардировки Земли реконструируются с большим трудом.

Советские геологи и геофизики В. В. Федынский, В. Л. Масайтис, М. В. Селивановская, Б. С. Зейлик, А. И. Дабижа, В. И. Фельдман, А. А. Вальтер и многие другие подробно изучили структуры, образованные на поверхности Земли в результате метеоритной бомбардировки. Эти структуры получили название импактных космогенных, или метеоритных.

Таблица 1.1 Возраст некоторых крупных астроблем.

Различают два типа метеоритных кратеров: ударные - диаметром менее 100 м и взрывные - диаметром более 100 м. Первые являются результатом падения небольшого метеорита; вторые возникают при взрыве после некоторого заглубления метеорита в породы мишени.

Рис 1.2 Схематическая карта астроблем Земли

В настоящее время на Земле установлено около 100 ударных структур, или астроблем, названных так в 1960 г. американским геологом Р. Дитцем. Астроблема в переводе с греческого означает "звездная рана". Распределение астроблем на поверхности Земли неравномерно: в Европе их насчитывается 30, в Северной Америке - 26, Южной Америке - 2, Австралии - 9, Африке - 18, Азии - 14. (рис 1.2). Изученные астроблемы морфологически очень похожи на кратеры Луны, Марса, Меркурия. Они имеют округлую в плане форму, диаметр до 100 км и выявляются по характерному насыпному валу, выступающему в виде возвышенности вокруг воронки, по наличию центрального поднятия - центральной горки, по отчетливому радиально-кольцевому расположению трещин, по присутствию раздробленных пород, следов сотрясений и другим признакам. Однако самым надежным критерием их выделения является обнаружение остатков метеоритного вещества и специфических изменений в породах, происшедших в результате воздействия взрывной волны и высокой температуры при взрыве. Было рассчитано, что при столкновении с горными породами метеоритов, движущихся со скоростью более 3-4 км/с, начальное давление должно равняться 10⁹ Па при температуре 10000° С. Рассчитанное теоретическое время воздействия ударной волны на породу - миллионные доли секунды. За эти мгновения давление резко возрастает. При образовании кратера диаметром 50 км почти мгновенно выделяется энергия, равная 10²² Дж. Естественно, что такая энергия не может оставить без последствий породы мишени. При давлениях от 4*10⁹ до 5*10¹⁰ Па в минералах и породах происходят пластические деформации и твердофазовые переходы, а при нагрузках свыше 5*10¹⁰ Па - плавление и частичное испарение вещества. Все эти термодинамические изменения приводят к серьезным перестройкам горных пород в районе удара.

Как же обнаружить астроблему на поверхности Земли? Ведь в настоящее время эта древняя отрицательная структура разрушена, эродирована и скрыта. В вопросе обнаружения астроблем существенную роль должны сыграть космические снимки, на которых выявлены многочисленные кольцевые образования. Так, например, Б. С. Зейликом по результатам дешифрирования космических снимков и анализу геофизических полей в Казахстане описаны следующие гигантские астроблемы - гиаблемы, требующие дальнейшего изучения: Ишимская (Тенизская) диаметром около 700 км, Прибалхашско-Илийская поперечником также около 700 км, Токрауская - 250 км, Каибско-Чуйская, Джезказганская и др.

О том, как трудно распознать на поверхности Земли ударный кратер, наглядно свидетельствует история изучения Попигайской структуры, расположенной на севере Среднесибирского плоскогорья в басейне р. Попигай - правого притока р. Хатанги. Эта астроблема, диаметр которой достигает 100 км, имеет округлую форму с абсолютными отметками днища 20-80 м и бортами, возвышающимися над днищем на 200 м.

Попигайская структура, открытая геологами в 1946 г., в разное время рассматривалась как грабен, как эрозионная впадина, как вулканический кратер и т. п. Лишь в 1970 г. в результате тщательного анализа полевых исследований и всех имеющихся материалов В. Л. Масайтису и его коллегам удалось обосновать ее метеоритное происхождение. Было доказано, что Попигайская котловина - один из крупнейших на Земле метеоритных кратеров. Северо-восточная и восточная части днища кратера представляют собой сильно заболоченную равнину, а остальная часть днища приподнята и характеризуется расчлененным рельефом. В приподнятых частях днища развиты плоские возвышенности и полукольцевые гряды высотой свыше 250 м. Вдоль западного и северного бортов котловины в 50 км от ее центра выделяются прерывистые цепи возвышенностей, ориентированных параллельно бортам кратера. Структура четко фиксируется в гравитационном и магнитном полях и на космических снимках. В. Л. Масайтис выделяет в Попигайском кратере внутреннюю воронку диаметром около 75 км, заложенную в породах кристаллического фундамента, и внешнюю - диаметром 100 км, расположенную в породах осадочного чехла. Структура обрамлена центробежными разрывами. Породы, изученные в пределах структуры, претерпели глубокие изменения за счет проявления ударного метаморфизма. Они интенсивно раздроблены и переплавлены.

Рис 1.3 Метеоритный кратер Эльгыгытгын. Фото Л. Б. Грановского. Вид с юго-востока

В. Л. Масайтис, исходя из геологической модели кратера, подсчитал примерный объем его расплавленного материала, равный примерно 1750 км³. По данным радиологических измерений, попигайское событие произошло 38,9 млн. лет тому назад.

В центральной части Украинского кристаллического массива, в районе с. Зеленый Гай Криворожской области, была выявлена и намечена к дальнейшему изучению Зеленогайская астроблема, которая относится к разряду достоверных космогенных структур. Эта структура, по данным В. П. Брянского, А. А. Вальтера и Л. М. Фроловой, представляет собой воронку диаметром около 1,5 км глубиной до 0,2 км. В породах воронки выявлены следы ударного метаморфизма. Были обнаружены обломки пузырчатых стекол плавления, установлены конусы разрушения пород и другие признаки.

Рассмотрим еще один ударный кратер Эльгыгытгын, расположенный на Чукотке. В рельефе кратер выражен озером диаметром 15 км и глубиной до 170 м. Озерная впадина имеет округлую форму, обрамлена валом, возвышающимся над уровнем воды на 200-400 м. Кратеру соответствуют отрицательные магнитная и гравитационная аномалии. Породы вала несут явные признаки ударного метаморфизма: содержат оплавленные стекла и высокобарические минералы (коэсит). Датировка калий-аргоновым методом определяет возраст кратера Эльгыгытгын в 3,5 млн. лет. Достоверно установленные талласоиды на Земле неизвестны. Однако некоторые геологи относят к образованиям подобного рода Венгерскую впадину, район Мексиканского залива, Прикаспийскую впадину, район Зондских и Марианских островов и другие регионы, требующие дополнительного изучения. К структурам, также требующим дополнительного изучения, относится Центральнокольский кратер размером 250X150 км, открытый И. А. Нечаевой. Космические снимки Земли свидетельствуют о том, что на поверхности нашей планеты кольцевые структуры представлены в изобилии. Не вызывает сомнения, что часть кольцевых образований имеет импактное происхождение и является продуктом метеоритной бомбардировки. Задача геологов заключается в дальнейшем детальном их изучении и выявлении закономерностей распределения полезных ископаемых, связанных с ударным метаморфизмом. Во всяком случае, так называемые зювиты - породы импактного происхождения из кратера Рис в ФРГ - явились прекрасным строительным материалом. Некоторые исследователи считают также, что крупное месторождение меди и никеля Седбери в Канаде приурочено к древней астроблеме. Это заключение не бесспорно, но необходимо учитывать возможность проникновения по ослабленной зоне коры под крупной астроблемой магматических расплавов и рудоносных растворов.

1.2 Строение астроблем, основные типы импактитов

Особенности геологического строения астроблем зависят от многих причин, среди которых главными являются две энергия соударения и угол встречи ударника с мишенью. Энергия соударения определяет общие размеры метеоритного кратера и сложность его внутреннего строения. От угла встречи зависит форма астроблемы в плане.

Рис. 1.1 Астроблема Швайнг (Южная Африка) имеет диаметр 1.2 км.; время ее образования 220 000 лет. Хорошо видны цокольный кольцевой вал высотой 60 м. и уплощенное дно, покрытое глинистыми соленосными отложениями четвертичного периода

Большая часть метеоритных кратеров имеет в плане округлую форму (рис 2.1), что свидетельствует о крутом (близком к вертикальному) движении ударника. Пологое падение приводит к появлению кратера, вытянутого по направлению падения ударника. При этом, чем меньше угол встречи при соударении, тем сильнее вытянут кратер. Рекордсменом в этом смысле являются кратеры Рио-Кварто в Аргентине, образовавшиеся примерно 10 000 лет назад. Самый крупный из них имеет длину 4,5 км и ширину 1,1 км при глубине всего 7-8 м. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что в этом случае угол встречи был менее 9 гр.

Рис 1.2 Строение метеоритных кратеров (астроблем), разрез : а - общая схема 1-4 импактиты [1- аллогенные брекчии закратерных выбросов ;2 - те же породы внутри астроблемы; 3 - аутигенные брекчии; 4 - расплавные импактиты (тагамиты, стекла, шлаки) ]; 5 - разрывные нарушения; 6 - породы мишени ;б - Беенчиме - Салаатинская астроблема (Россия, Саха - Якутия; диаметр 8,0 км; время образования более 300 млн лет назад) - простой чашеобразный метеоритный кратер: 1- осадочные породы чела Сибирской платформы; 2 - метаморфические породы фундаменты Сибирской платформы; 3 - аллогенные брекчии;4 - аутигенные брекчии, переходящие в подкратерную зону трещиноватости; в - Карлинская астрблема (Россия, Поволжье; диаметр 12,0 км; время образования около 10 млн лет назад) - метеоритный кратер с центральным поднятием: 1- плиоценовые глины (заполняющий комплекс); 2 - породы осадочного чехла Русской платформы (цокольный комплекс);3 - аллогенные брекчии; 4 - аутигенные брекчии, переходящие в подкратерную зону трещиноватости ; г - Попигайская астроблема (Россия, Саха - Якутия;диаметр около 100 км, время образования 35,7 млн лет назад) - сложный метеоритный кратер с центральным и кольцевым поднятием: 1 - породы чехла Сибирской платформы; 2 - породы кристаллического фундамента Сибирской платформы; 3 - зювиты;4 - тагамиты;5 - аллогенные брекчии;6 - аутигенные брекчии, переходящие в подкратерную зону трещиноватости; 7 - разрывные нарушения;

Внутри кратера располагаются продукты взрыва (импактиты). Это обломки пород мишени, стекла, пемзы и другие производные импактного расплава, смесь дробленого и расплавного материала. А сверху обычно все перекрывают осадочные породы (отложения озера, заполнившего кратер после взрыва).

Импактиты (от англ. impakt - удар) или, как их еще называют, породы ударного метаморфизма выделяются как самостоятельный тип горных пород наравне с осадочными, магматическими и метаморфическими. Это признание необычных условий их формирования. Дробление, плавление и испарение пород земной коры под действием ударной волны охватывают разные объемы материала в зависимости от состава и свойств пород мишени, особенностей их залегания, степени обводненности и других причин. При образовании астроблемы диаметром 10 км в граните отношение дробленого, расплавленного и испаренного вещества соответствует примерно 100/10 /1. Если учесть возможность (и неизбежность) перемешивания этого материала, то станет понятным чрезвычайное разнообразие состава и облика пород ударного метаморфизма.

По международной классификации импактитов (1994 год) они делятся на три группы (по составу, строению и степени ударного метаморфизма)

) импактированные породы - горные породы мишени, слабо преобразованные ударной волной и сохранившие благодаря этому свои характерные признаки;

) расплавные породы - продукты застывания импактного расплава;

) импактные брекчии - обломочные породы, сформированные без участия импактного расплава или с очень небольшим его количеством.

При застывании импактного расплава могут образовываться массивные породы, полностью сложенные стеклом, - импактные расплавные стекла. Они внешне похожи на вулканические стекла, но имеют специфические отличия от них, выявляющиеся при использовании современных лабораторных методов исследования (инфракрасной спектрометрии, ядерного и электронного парамагнитного резонанса и др.). Нередко можно встретить пористые разности стекол - импактные пемзы и шлаки. Неполнокристаллические расплавные импактиты, содержащие кроме стекла также выросшие из расплава кристаллы, - тагамиты макроскопически похожи на излившиеся (эффузивные) вулканические породы и обычно содержат большую или меньшую примесь обломков импактированных пород мишени. Главная же масса дробленых пород, в разной степени преобразованных ударной волной, слагает импактные брекчии, которые очень разнообразны по размерам обломков - от тысячных долей миллиметра до сотен метров. Часть брекчий содержит импактное стекло (от 10 до 100%), такие брекчии называются зювитами и внешне напоминают вулканические туфы. Расплавные импактиты слагают пластообразные тела, а также жилы и дайки, которые секут все виды импактитов, включая нередко и трещиноватые породы мишени, образующие цоколь астроблемы. Брекчии этого цоколя называются аутигенными (неперемещенными) брекчиями в отличие от брекчий насыпного вала, закратерных выбросов и брекчий, залегающих в кратере вместе с расплавными импактитами. Это аллогенные (перемещенные) брекчии. Специфическими образованиями, связанными с импактными событиями, являются тектиты и так называемые катастрофные слои. Тектиты - это мелкие (размерами от первых миллиметров до нескольких сантиметров) стекла, застывшие из брызг импактного расплава, выброшенных в атмосферу на начальной стадии формирования астроблемы (в первые микросекунды) со скоростью, измеряемой многими километрами в секунду, и улетевшие от материнского кратера иногда на сотни или даже тысячи километров. Поверхность этих застекловавшихся капель имеет характерный аэродинамический узор, свидетельствующий о движении с очень высокими скоростями в горячепластичном состоянии через газовую среду. Под катастрофными слоями понимают горизонты осадочных пород, как правило глин, с примесью продуктов ударного метаморфизма - мельчайшими обломками диаплектовых и высокобарических минералов, микросферами импактного стекла (размерами максимум в десятки микрон), очень редко мелкими обломочками метеоритов. Кроме того, для этих слоев характерны повышенные (иногда на порядок и больше) содержания Ir, Ni, Co, Os, изотопные аномалии He, Os, S, C, что указывает на примесь рассеянного метеоритного вещества. Все это говорит о том, что катастрофные слои являются отложениями выбросов в атмосферу тончайшего обломочного материала и пара, возникающих при образовании астроблем. Мощность таких слоев невелика (редко больше 1-2 см) и соответствует расчетному количеству сверхтонких (пылевых) выбросов для кратера диаметром более 100-150 км. при условии, что этот материал более или менее равномерно распределится по поверхности Земли. Характерным примером такого образования является обнаруженный во многих десятках мест на всех континентах слой на границе мелового и палеогенового периодов (около 65 млн лет назад), это так называемая эпоха гибели динозавров. С мел-палеогеновой границей совпадает (по времени) образование четырех крупных кратеров Чиксулуб в Мексике (диаметром 180 км), Кара в России (120 км), Болтышка на Украине (30 км), Мэнсон в США (35 км). Кроме того, этой границе соответствует возраст и нескольких астроблем небольшого размера. Два последних типа импактных образований (тектиты и катастрофные слои) являются ярким свидетельством того, что импактное событие не ограничено возникновением метеоритного кратера, но его воздействие на нашу планету гораздо шире и серьезнее.

1.3 Ударный метаморфизм

Форма и размеры астроблем, характер преобразования в них пород земной коры являются результатом ударного метаморфизма - процесса своеобразного, совершенно не похожего на другие геологические процессы, происходящие на Земле (и на других планетах Солнечной системы). Метаморфизм развивается при соударениях космических тел друг с другом. При этом в момент удара давление на горные породы достигает нескольких гигапаскалей, а температура измеряется десятками тысяч градусов. Такие параметры являются следствием реализации при ударе очень высоких энергий за крайне малое время. Энергия соударения космического тела с поверхностью планеты зависит от его массы и скорости. Скорость сближения двух тел (для Земли и астероида) лежит в пределах от 11,2 до 72,8 км /сек. Минимальная величина определяется второй космической скоростью, а максимальная - векторной суммой второй космической скорости, скорости вращения Земли вокруг Солнца и скорости метеорного тела вдали от Земли. Мощная и плотная атмосфера тормозит космическое тело тем сильнее, чем больше его диаметр, так как оно перемещает впереди себя газ, сжимая его и постепенно затормаживаясь. Если уплотненная масса газа (М) достаточно велика (при М газа > 10М метеорита скорость движения падает на 90% и более), то скорость соударения приближается к нулю. В Намибии (Южная Африка) на поверхности земли лежит железный метеорит Хоба, вес которого около 60 т. Ни кратера, ни даже лунки при его падении не образовалось - метеорит приземлился как бы на воздушной подушке, скорость соударения была практически нулевой. При скоростях соударения до 3-5 км /сек. образуются ударные кратеры (лунки, воронки, по размеру соответствующие метеориту-ударнику). Породы мишени дробятся и выбрасываются из воронки, распределяясь равномерно вокруг нее при вертикальном падении или вперед по направлению падения при ударе под углом. При больших скоростях соударения происходит взрыв. Причинами взрыва являются резкое торможение космического тела при столкновении и переход кинетической энергии движущегося тела частично в механическую, частично в тепловую. Суммарная энергия, реализуемая в процессе соударения, может превышать 10^19-10^23 Дж.. Если сравнить эту величину с энергией катастрофических вулканических извержений (1,44 x 10^20 Дж при извержении вулкана Тамбора в 1815 году или 1,81 x 10^19 Дж для вулкана Кракатау в 1883 году), то она примерно того же порядка. Однако результаты вулканического взрыва и импактного события совершенно несопоставимы. Это связано с тем, что в вулканическом процессе энергия расходуется не одномоментно, а в серии следующих друг за другом пароксизмов на протяжении 1х10^3 - 1х10^5 сек. В импактном процессе реализация кинетической энергии космического тела занимает промежуток времени от нескольких миллиардных долей секунды до первых секунд (тем дольше, чем больше суммарная энергия). Такая высокая плотность энергии определяет колоссальные градиенты параметров (давления и температуры) и как следствие - очень большие скорости протекания механических и тепловых процессов. Например, скорость механического деформирования пород в эндогенных геологических процессах составляет 1х10^-13 - 1х10^-16 м./сек., а при импактных соударениях 1х10^3 - 1х10^4 м./сек, то есть на 17-20 порядков больше. Резкое торможение космического тела при столкновении его с поверхностью планеты приводит к возникновению ударной волны сжатия, которая движется от точки столкновения вперед (в породах мишени - земной коры) и назад (в веществе ударника - космического тела). Сила сжатия при этом может составлять 100-300 ГПа, а время достижения максимальной величины сжатия измеряется первыми миллиардными долями секунды (n " 10- 9 с). Сжатие естественно вызывает нагрев вещества до нескольких десятков тысяч градусов за столь же краткие промежутки времени. Чем больше общая энергия соударения, тем дольше вещество останется в сжатом состоянии (от нескольких наносекунд до первых секунд).

Рис 1.1 Изменение ударного давления (Р) и температуры (Т) во время импактного события

Ударное сжатие сменяется разрежением (разгрузкой), которое сопровождается механическим преобразованием породы, ее дроблением и адиабатическим охлаждением вещества. Эти процессы, как видно на рис. 1, происходят медленнее, чем рост давления и температуры. И самое главное, если давление в горных породах при разгрузке возвращается к исходному, то температура нет. Это связано с тем, что нагрев вещества при сжатии требует много больше энергии, чем сжатие (до 70% и более от общего ее энергии), а температура падает медленнее, чем давление. Поэтому послеударная температура вещества в точке удара оказывается очень высокой, достигая 10 000-15 000 гр.С. Ударная волна от точки соударения движется во все стороны, и в первые моменты ее фронт имеет сферическую форму. Однако очень быстро эта форма искажается из-за неоднородности свойств пород мишени, а амплитуда ударной волны падает на краю кратера до 0,001 ГПа и менее. Механическое и тепловое воздействие на породы мишени также быстро падает. Поэтому в образующемся метеоритном кратере в центре (у точки удара) возникает зона испарения вещества (где породы нагреваются до многих тысяч градусов), затем располагается зона плавления вещества (при нагреве 1500 гр.С и выше) и, наконец, зона дробления пород (в которой нагрев не превышает десятков - первых сотен градусов). Продукты дробления, плавления и испарения горных пород мишени (и, конечно, ударника) вовлекаются ударной волной в центробежное движение - вверх, в атмосферу планеты и в стороны, за пределы кратера. Расширение пара опережает движение расплава и твердых обломков и благодаря очень высокой скорости создает эффект взрыва. Следовательно, импактный процесс, начинаясь как удар, заканчивается как взрыв. Описанная последовательность элементарных процессов характерна для любой точки в кратере, но в целом все эти процессы идут одновременно по всему кратеру - сразу, мгновенно (в человеческом масштабе времени) благодаря очень высокой скорости движения ударной волны, измеряемой километрами в секунду, от точки удара. После затухания ударной волны формирование астроблемы продолжается: падают выброшенные в атмосферу обломки, оседают борта воронки, деформируется ее дно, перемешиваются в движении обломки и расплав, кристаллизуется расплав, остывают породы кратера - импактиты. Это стадия переработки (модификации) метеоритного кратера. Она происходит уже намного медленнее. Если образование воронки занимает секунды (в самых крупных кратерах - десятки секунд), то стадия модификации - это уже геологический процесс (по скорости протекания) и он растягивается на тысячи, десятки тысяч, сотни тысяч и миллионы лет.

Глава 2. Метеоритные кратеры на территории России

2.1 Метеоритные кратеры Сибири и Дальнего востока России

На территории современной России за весь фанерозой (за последние 570 млн. лет) могло образоваться около100 - 200 кратеров диаметром более 10 км. В настоящее время открыто 15 достоверных крупных метеоритных кратеров (рис 2.1) и, хотя наша страна имеет достаточно активную геологическую историю, в результате которой было уничтожено большинство взрывных метеоритных кратеров, можно ожидать, что большое число структур еще ждет своего обнаружения.

Таблица 2.1 Список достоверных и предполагаемых взрывных метеоритных кратеров, расположенных на территории России.

(Рис 2.1). Распределение метеоритных кратеров (красные точки) на территории России. Размеры точек не соответствуют масштабу карты, но примерно пропорциональны размерам кратеров. Плотность размещения кратеров, в общем, отражает стабильность участков земной коры и степень их геологической изученности. Названия предполагаемых метеоритных кратеров помечены синим цветом.

В ряду этих структур особняком стоит гигантский Попигайский кратер (рис. 2.2) с его уникальными обнажениями импактитов. Попигайский кратер выражен в рельефе как округлая депрессия размерами 60 - 75 км с глубиной днища 200 и более метров относительно внешнего борта кратера. Эта котловина покрыта низкорослым лиственничным лесом, тогда как прилегающие окрестности безлесны. Протекающие через котловину реки характеризуются дугообразно-концентрической и радиальной ориентировками долин, наследующими основные черты строения кратера. На космических снимках структура видна как округлое образование сердцевидной формы размером около 60 км, в западной части которой прослеживаются концентрические дуговидные детали, связанные с выходом тагамитов и пород ложа кратера.

(Рис.2.3). Схематическая геологическая карта района Карлинского кратера. 1 - плиоценовые внутрикратерные глины, 2 - аллогенная брекчия, 3-4 - отторженцы карбонатных (3) и терригенных пород верхней перми в аллогенной брекчии, 5 - нижнемеловые глины, 6 - юрские терригенные породы, 7 - пермские терригенно-карбонатные отложения, 8 - среднекаменноугольные брекчированные известняки

Рагозинский кратер диаметром 9 км находится на восточном склоне Среднего Урала. В рельефе структура маркируется кольцевым возвышением высотой до 40 м над днищем, которое соответствует валу кратера. В северной части кратера вал пересекается долиной реки Рагозинка. На изображениях, полученных спутником Landsat 7, при известной доли воображения можно увидеть округлую структуру, диаметром около 10 км, маркирующуюся в южной и юго-восточной части лиловатыми цветами, а в юго-западном секторе - долиной ручья. Центр этой структуры несколько смещен на юго-юго-запад относительно точки, соответствующей координатам центра кратера по литературным данным.

Кратерная воронка выработана в тектонически сильно деформированных породах среднего палеозоя и представленных терригенно-карбонатной толщей ордовика и нижнего девона мощностью 250 -300 м, среднедевонской - нижнекаменноугольной терригенно-вулканической толщей мощностью 800-1050 м, нижнекаменноугольной толщей терригенно-углистых и карбонатных пород мощностью 1400 -2000 м и среднекаменноугольной толщей терригенных пород мощностью 400-500 м. Породы прорваны интрузиями основных и ультраосновных пород. Пенеплезированная поверхность этого комплекса перекрыта меловыми и палеогеновыми 100 -200 метровыми отложениями терригенно-карбонатных осадков. Завершает разрез мишени эоценовые опоки, песчаники и глины.

По геофизическим данным истинное ложе кратера располагается на глубине 550 - 600 м и, очевидно, заполнена аллогенной брекчией. Кратерная депрессия окружена кольцом брекчированных палеозойских пород, перекрытых местами выбросами аллогенной брекчии. Закратерные выбросы аллогенной брекчии встречены в северном и северо-восточном секторах. Естественные выходы импактитов наблюдались на валу кратера и на севере и северо-востоке вблизи кратерного вала. В аллогенной брекчии присутствуют обломки с конусами сотрясения и ударно-метаморфизованный кварц с планарными деформационными структурами.

Не менее примечательной является и Карская структура, расположенная в тундре между Пай-Хоем и побережьем Байдарацкой губы Карского моря и разделенная пополам долиной реки Кары в ее нижнем течении. Морфологически структура выражена как 60-ти километровая депрессия с холмистым рельефом и покрытая тундрой с болотами, озерами и реками. Усредненный радиальный альтиметрический профиль, проведенный из центра структуры, показывает присутствие окаймляющего депрессию 120-ти километрового кольца, возвышенного над днищем на 100 - 150 м и имеющего террасовидный профиль. Русла крупных рек в общем направлены на северо-восток. Южная часть Карской депрессии граничит с Пай-Хоем. Возраст образования Карской структуры, определенный различными методами абсолютной датировки, находится в интервале 75 - 65 млн. лет, что позволяет предположить наряду с кратером Чиксулуб о его связи с Великим мезозойским вымиранием.

(Рис.2.4). Изображение Карской метеоритной структуры синтезированное из сюжетов, полученных спутником Landsat 7, полосы 3, 2, 1. Желтая окружность изображает диаметр кратера в предположении о его 120-ти километровом размере, синяя и зеленая окружности соответствуют диаметрам 60-ти и 22-ти километровых кратеров. Кратерная воронка на снимке выражена неотчетливо, хотя по границам впадины прослеживается окаймление, выраженное теплыми фототонами.

Карская структура расположена в регионе, обладающем двучленным геологическим строением. Нижний структурный комплекс сложен верхнепротерозойскими породами, обнажающимися в ядре Пай-Хойского антиклинория и вскрытых скважинами в центральном поднятии на глубине 500 м. В составе комплекса преобладают слюдисто-глинистые, кремнистый и актинолитовые сланцы и филлиты с прослоями метаморфизованных риолитов и их туфов. Верхний палеозойский структурный комплекс состоит из двух структурных ярусов - нижний, представленный отложениями от ордовика до карбона, мощностью около 3,5 км и верхний, мощностью более 2 км и состоящий из пермских терригенных осадочных пород. Ордовикские глинисто-кремнистые, слюдисто-кремнистые, известково-глинистые сланцы и различные известняки с глинистой и кремнистой компонентой, прорванные диабазовыми дайками, выходят на поверхность в осевой части Пай-Хойского антиклинория и в центральном поднятии структуры. Нерасчлененные силурийские и нижнедевонские известковые и терригенные сланцы с прослоями известняков имеют мощность 370 м. Средний и верхний девон сложен кварцевыми и известковыми песчаниками, сланцами, яшмоидами и известняками мощностью 700 - 900 м. Каменноугольные отложения представлены различными сланцами и известняками суммарной мощностью 760 м. Эти осадочные породы нижнего структурного яруса слагают северный борт Пай-Хойского антиклинория, образуя полосу северо-западного простирания, в которую заходит юго-западная часть Карской депрессии примерно на 20 км. Большая северо-восточная часть депрессии расположена в поле развития пермских осадочных пород, несогласно перекрывающих нижнепалеозойские породы и состоящие из темноцветных песчаников, алевролитов и аргиллитов с прослоями известняков и сланцев. Более молодые меловые осадки (песчаники, глины, известняки, угли, опоки и сидериты) не сохранились и найдены лишь в виде включений и глыб в импактитах. Палеозойские породы смяты в складки, причем нижний ярус испытал более сильное складкообразование и прорван позднедевонскими диабазовыми дайками. Депрессия перекрыта плиоцен-четвертичными рыхлыми осадками мощностью от 10 до 150 м, поэтому выходы импактитов в основном встречаются в долинах рек.

(Рис. 2.5). Схематическая геологическая карта Карской структуры и ее геологический разрез, соответствующий линии на рисунке. 1 - осадочные породы силура и ордовика; 2 - сланцы, известняки и песчаники девона; 3 - каменноугольные глинистые и кремнистые сланцы; 4 - песчаники, аргиллиты и алевролиты нижней перми; 5 - дайки и пластовые тела диабазов и габбро-диабазов палеозоя; 6 - силурийские породы центрального поднятия (аутигенная брекчия); 7 - глыбовые, мега- и клиппеновые брекчии; 8 - глыбовые зювиты; 9 - лапиллиево-агломератовые зювиты; 10 - псаммито-алевритовая брекчия; 11 - разрывные нарушения: а)неустановленной природы, б)надвиги и сбросы; 12(только для разреза) - а) протерозойские сланцы, б) осадочные породы палеозоя. По [Масайтис и др., 1980] с дополнениями.

Истинное ложе Карской депрессии имеет хорошо выраженное центральное поднятие диаметром более 10 км. Судя по геофизическим данным, породы поднятия испытали воздымание амплитудой около 1,8 км. Горка окружена кольцевым желобом, глубина которого в юго-западной части составляет около 550 м, а в северо-восточной - около 2-х км, так что воронка обладает билатеральной (зеркальной) симметрией относительно оси северо-северо-восточного простирания. Внутренние склоны желоба крутые (20 - 40^о), тогда как внешние более пологие (5 - 20^о). Очевидно, отсутствие кольцевой симметрии кратерной воронки связано с региональным поднятием Пай-Хоя в кайнозое, особенно в плиоцене, и соответственно с преимущественным подъемом и денудацией юго-западной части кратера по сравнению с северо-восточной. Аутигенная бречия обнажается на краях депрессии и в ее центральной части, где она образует округлый выход диаметром около 10 км (рис. 2.6). Здесь породы ордовика сильно перемяты, раздроблены и содержат конуса сотрясения; фиксируемые ударные нагрузки составляют около 15 ГПа. На краях депрессии аутигенная брекчия имеет мощность около 50 - 100 м и меньше и состоит из раздробленных пород, изредка с конусами сотрясения, а также горной муки, иногда со следами обжига. Аллогенная брекчия и зювиты (рис. 2.6) разделяются на два комплекса - придонный и заполняющий. Придонный комплекс сложен клиппеновой (размер блоков до 150 - 200 м) и мегабрекчией, в общем, вверху замещающимися глыбовой брекчией и грубообломочными зювитами. Мощность горизонта - 0,7 км. Эта толща достаточно резко переходит в заполняющие воронку зювиты с меньшим размером фрагментов - 1-10 см, перекрытых псаммито-алевритовыми брекчиями и зювитами. Общая мощность этого заполняющего комплекса - 0,8 - 1,2 км. В состав фрагментов пород мишени в зювитах входят палеозойские породы, а на севере структуры редко меловые, пород верхнепротерозойского фундамента не найдены. Наблюдается тенденция к унаследованию состава обломков в зювитах от состава мишени - зювиты в том участке Карской депрессии, где она налегает на бывшее поле распространения пород нижнего палеозойского осадочного яруса, обогащены фрагментами силурийских, девонских и каменноугольных пород, тогда как в зювитах центральной и северной части Кары преобладают обломки перми, на самом севере зювиты содержат почти исключительно фрагменты пермских пород согласно преполагаемому распространению пород мишени. Импактные стекла в зювитах по химическому составу делятся в общем на две группы - преобладающая группа образовалась по пермским породам и более малочисленная - по нижнепалеозойским. В нижней части толщи зювитов присутствуют маломощные (10-20 м) пластовые, линзовидные и неправильные тела тагамитов, переполненные обломками и имеющие порой нечеткие контакты с высокотемпературными зювитами. Выходы зювитов и аллогенной брекчии наблюдаются также на побережье Карского моря, где они слагают полосу шириной 2 - 4 км и в нижнем течении р.Сядма-яха, на расстоянии примерно 55 км к северо-востоку от центра кратера, где имеется выход зювитов видимой мощностью 2 м, подстилающихся аллогенной брекчией.. Самые верхние зювиты обогащены Ir, содержание которого может доходить до 0,5 нг/г. Характерной особенностью импактной толщи Кары является присутствие в ней вертикальных и субвертикальных кластических даек, рассекающих зювиты и брекчии. Мощность даек составляет не более 10 метров, в основном первые метры, они заполнены песчано-глинистым материалом с обломками осадочных пород и редкими включениями импактных стекол. В импактитах Карского кратера присутствуют прекрасно выраженные конуса сотрясения, а река Кара, входя в котловину Карского кратера, прорезает зювитовую толщу (рис.2.6), образуя замечательные обнажения зювитов высотой несколько десятков метров.

(Рис.2.6). Обнажение импактитов (зювитов и брекчий) в правом борту р. Кара, Ямало-Ненецкий национальный округ, Карская структура.

Возраст образования Карской структуры, определенный различными методами абсолютной датировки, находится в интервале 75 - 65 млн. лет, что позволяет предположить наряду с кратером Чиксулуб о его связи с Великим мезозойским вымиранием. В импактитах Карской структуры присутствуют алмазы.

Имеется две точки зрения на размер этой структуры. Согласно первой, она состоит из двух кратеров - Карского диаметром 60 км и 25-ти километрового Усть-Карского, частично покрытой морем. Зювиты и брекчии, выходящие на побережье Карского моря, относятся к юго-западному борту Усть-Карского кратера. Однако имеется ряд фактов, которые позволяют предположить, что Карский кратер имел диаметр 110 - 120 километров, а Усть-Карского кратера не существует. В основном к ним относятся присутствие зювитов и брекчий на р. Сядьмя-Яха и отсутствие аномальных гравитационных и магнитных полей в районе Усть-Карского кратера, что необычно, поскольку даже гораздо меньшие кратеры хорошо выражены в геофизических полях. Предполагается, что после образования кратера произошел его размыв (эрозия), в результате чего сохранилась лишь центральная 60-ти километровая котловина, а выходы импактитов на берегу, приписываемые Усть-Карскому кратеру, являются пережившими размыв остатками импактной толщи, некогда заполнявшей весь кратер. Зювиты и аутигенная брекчия, выходящие на расстоянии 55 км от центра кратера в долине р. Сядьма-Яха, также являются остатками кратера.

Карские импактиты также содержат алмазы, которые, однако, не столь хороши как попигайские.

Пучеж-Катункский кратер диаметром 80 километров и возрастом 167 млн. лет располагается примерно в 80 км севернее г. Нижний Новгород и в рельефе никак не выражается. На мозаике космических снимков района прослеживается округлая структура диаметром 140 км, центрированная соответственно геометрическому центру кратера. Эта структура проявляется в результате дугообразной формы верхних течений рек Лух на западе и Керженец и его правого притока на востоке.

(Рис. 2.7). Мозаичное изображение в искусственных цветах Пучеж-Катункской метеоритной структуры, синтезированное из снимков, полученных спутником Landsat 7, полосы 5, 4, 1.

Кратер выработан в двуслойной мишени, состоящей из архейских и нижнепротерозойских амфиболитов, гнейсов и кристаллических сланцев, перекрытых осадочными породами общей мощностью 2 км. Разрез осадков в мишени кратера снизу вверх представлен вендскими глинами, алевритами и песчаниками (900 метров), средне- и верхнедевонскими известняками, мергелями и песчаниками (800 м), каменноугольными карбонатными породами, углистыми глинами и алевролитами (400 м), пермскими доломитами, гипсами, ангидритами с прослоями каменной соли, известняков, алевритов, глин и мергелей (100-250 м) и нижнетриасовой пестроцветной толщей (песчано-глинистые породы с прослоями мергелей и конгломератов, 60-120 м).

Рельеф ложа кратера характеризуется центральным поднятием кристаллических пород фундамента диаметром 8-10 км с амплитудой поднятия 1,6 - 1,9 км (т.н. Воротиловский выступ). Поднятие фундамента имеет куполообразную форму с впадиной в центре глубиной около 500 м. Центральное поднятие окружено кольцевым желобом глубиной 1,5 - 1,7 км и диаметром 40 км. С внешней стороны к желобу примыкает кольцевая зона террас шириной 20 км и наклоном плоскостей соскальзывания в сторону центра кратера. (рис. 2.8). Зона террас рассечена рассечена неглубокими радиальными трогами и покрыта аллогенной брекчией, состоящей из блоков и фрагментов главным образом пермских и триасовых разнообразных песчаников и глин с примесью каменноугольных карбонатных пород.

(Рис. 2.8). Геологический разрез северо-западного сектора Пучеж-Катункского кратера. Условные обозначения: 1 - внутрикратерные озерные среднеюрские глины (заполняющий комплекс), 2 - зювиты и полимиктовая аллогенная брекчия, 3 - аллогенная брекчия по осадочным породам мишени, (4…9 - породы мишени), 4 - нижний триас, 5 - пермь, 6 - карбон, 7 - девон, 8 - венд, 9 - архейские кристаллические породы, 10 - разрывные нарушения. Треугольником показано положение сверхглубокой скважины. (по V.L.Masaitis, M&PS, 34, 691,1999)

По данным бурения аллогенная брекчия, заполняющая кратерную воронку, имеет мощность 700 - 800 м и состоит из в основном вендских, девонских, каменноугольных и пермских осадочных пород. В пределах кольцевого желоба аллогенная брекчия переходит в полимиктовую брекчию мощностью 150 м, местами перекрытую зювитами мощностью около 100 м. Вблизи центрального поднятия встречены небольшие тела тагамитов мощностью не более 100 м. Данные по сверхглубокой скважине, пробуренной до глубины 5374 м показали, что в районе Воротиловского выступа брекчированные кристаллические породы фундамента (аутигенная брекчия) перекрыты сверху полимиктовой аллогенной брекчией, зювитами и постимпактными среднеюрскими осадками внутрикратерного озера. Аутигенная брекчия центрального поднятия состоит из катаклазированных амфиболитов и гранито-гнейсов, которые были ударно-метаморфизованы при давлениях 45 ГПа на верху центрального поднятия и 15-20 ГПа на глубине 5 км. В центральном поднятии встречены маломощные тела импактного расплава. Предполагается, что породы аутигенной брекчии центрального поднятия, встреченные на глубине 600 м первоначально залегали на глубине 5 км, а разбуренные в дне скважины (~5 км) - на глубине 11 км. Аутигенные и аллогенные брекчии, зювиты и тагамиты испытали постимпактные гидротермальные преобразования в температурном интервале 400^о - 70^о С.

Споропыльцевой анализ показал внедрение байосской споропыльцы в аутигенную и аллогенную брекчию, а также ее присутствие в базальном горизонте озерных отложения, представленных перемытыми импактными породами. Кратер захоронен под толщей юрских, меловых и кайнозойских глин, песков и т.д, общая мощность которых может достигать 300 - 400 м. Естественные выходы брекчии наблюдаются только в берегах Волги на западе структуры.

Каменский и сателлитный Гусевский кратеры размерами соответственно 25 и 3 км, расположены на Донецком кряже в бассейне р. Северский Донец, в 10 - 15 км к востоку и северо-востоку от г. Каменск-Шахтинский Ростовской области. В рельефе они не проявляются, равно как и на космоснимках очевидно, что они возникли одновременно в результате падения главного астероида и его меньшего спутника. Ar-Ar датировки импактного стекла дали возраст структуры 49 млн. лет, хотя ранее на основе стратиграфических данных предполагалось, что кратеры образованы рядом с рубежом мезозоя и кайнозоя, что соответствует событию мезозойского вымирания. Кратеры погребены под отложениями глубокинской свиты и четвертичными осадками.

Кратер образован в толще перемятых средно- верхнекаменноугольных известняков, песчаников и сланцев с прослоями угля мощностиью 3 - 4 км и карбонатно-терригенных и терригенных породах нижней перми мощностью 600 м, несогласно перекрытой терригенными карбонатно-терригенными породами нижнего триаса (150 м) и верхнего мела (300 м).

Каменский кратер является комплексным, ложе кратера расположено в породах карбона и имеет центральное поднятие диаметром 5 - 7 км и высоту около 350 - 400 м. Стратиграфический взброс пород нем может достигать 2 - 4 км. Центральное поднятие окружено кольцевым желобом глубиной 700 - 800 м.

Аутигенная брекчия, слагающая ложе кратера, постепенно переходит в аллогенную полимиктовую брекчию, состоящую из обломков пород мишени, цементированных тем же самым мелко раздробленным материалом с включениями импактного стекла. Мощность аллогенной брекчии составляет 700 м в пределах кольцевого желоба и 100 - 200 м над центральным поднятием. В брекчии присутствуют линзы зювитоподобных пород, богатые разложенным импактным стеклом.

Гусевский кратер является простым, ложе представлено округлой воронкой размером 4,5 х 2,5 км и глубиной около 600 м. Воронка выработана в каменноугольных породах и заполнена аллогенной брекчией с максимальной мощностью в центре около 360 м. Естественных выходов импактитов (аллогенных брекчий) мало, они присутствуют в долинах рек Северский Донец и его притоках, а также в оврагах и балках западнее и северо-западнее п. Гусев (рис.2.9).

(Рис. 2.9). Выходы в стенке оврага северо-западнее п. Гусев импактной брекчии, богатой разложенным импактным стеклом (зювитоподобная брекчия).

Примечательной особенностью структуры является присутствие в разрезах этого района т.н. глубокинской свиты, распространенной на площади размером 40х60 км и покрывающей кратеры и прилегающие к ним области. Покров глубокинской свиты имеет бабочкообразную форму с направлением оси билатеральной симметрии с юга на север. Мощность свиты над Каменским и Гусевским кратерами достигает 200 - 300 м, выклиниваясь к краям поля ее распространения. Породы свиты представлены мергелями и песчанистыми мергелями, вмещающими обломки пород мишени кратеров, часто с конусами сотрясения. Предполагается, что Каменское событие произошло в мелководном морском бассейне, а глубокинская свита образовалась в результате перемыва аллогенной брекчии, скорее всего сразу же после образования кратеров.

Импактиты Мишиногорского кратера, расположенные к востоку от Чудского озера в Псковской области, принадлежат небольшому кратеру диаметром в несколько километров. В рельефе Мишина гора выражена как вытянутая в субмеридиональном направлении пологая возвышенность с относительной высотой 20 - 25м и размерами 8 х 4 км.

Мишень кратера двуслойная - архейские гнейсы и граниты перекрыты 500-метровой толщей осадочных пород, состоящей изверхнепротерозойских песчаников и алевролитов (90 м), кембрийсктх глин и песчаников (100 м), ордовикских песчаников, доломитов и известняков (150 м) и девонских мергелей, доломитов, песчаников и глин (около 200 м). Простая воронка, диаметром 2,5 км заполнена аллогенной брекчией. По данным бурения, проведенного в центре кратера, аутигенная брекчия, слагающая ложе кратера, встречена на глубине 800 м. На ней залегает полимиктовая аллогенная брекчия мощностью около 600 м, в состав обломков которой входят как породы архейского кристаллического фундамента, так и осадки. Верхняя часть импактной толщи (200 м) сложена брекчией, в составе которой преобладают осадочные породы. В аллогенной брекчии присутствуют редкие включения разложенного или раскристаллизованного импактного стекла, диаплектовое стекло по кварцу и олигоклазу, в некоторых зернах кварца наблюдаются планарные деформационные структуры. В обломках брекчии нередки конуса сотрясения. Кратерная воронка окружена 4 - 5-ти километровой полосой осадочных пород, несущих следы интенсивных деформаций и дислокаций. Полоса характеризуется блочным строением, блоки смещены, а углы падения слоев в них меняются от субгоризонтальных до субвертикальных. Мощность перекрывающих импактиты флювиогляциальных отложений составляет от 1-3 м до 20 м. Большая толщина импактитов и глубина экскавации выделяет эту структуру среди остальных небольших кратеров, гораздо более мелких. Предполагается, что структура размыта, а ее первоначальный диаметр мог быть больше нынешнего.

Существует ряд и других кольцевых структур, для которых предполагается космическое происхождение. Среди них можно упомянуть весьма древнюю структуру Суавъярви (рис. 28) диаметром около 16 км, расположенную к югу от озера Сегозеро (Карелия), Гагаринскую кольцевую структуру, находящуюся в 20 км от г. Гагарин Смоленской обл. и оз. Смердячее в Шатурском районе Mocковской области. Однако в настоящее время для уверенного обоснования их ударно-взрывного происхождения требуется проведение дополнительных геологических работ, в первую очередь мелкого бурения.

В заключение нужно сказать и несколько слов о научном и практическом значении метеоритных кратеров. Открытие факта астероидной бомбардировки Земли изменило уже устоявшуюся систему взглядов на взаимодействие Земли с окружающим пространством и показало, что история нашей планеты весьма прямо связана помимо Солнца с другими объектами Солнечной системы. Показано, что падение крупного астероида может изменить и линию эволюции жизни, как это случилось на рубеже мезозоя и кайнозоя, когда в результате падения одного или нескольких гигантских тел произошло массовое вымирание, коренным образом изменившее видовой состав биоты. Ударное кратерообразование - причина обмена вещества между планетами. В результате ударно-взрывного события обломки пород выбрасываются из кратеров с высокими скоростями и покидают материнскую планету. Действительно, сравнительно недавно в метеоритных коллекциях было опознано вещество с Луны и Марса, выбитое с поверхности этих тел ударами крупных метеороидов. Практическое значение меторитных кратеров, с точки зрения автора, не так уж и велико, и, конечно, уступает значению интрузивных пород с богатыми рудами, нефтяным залежам, алмазоносным трубкам взрыва и т.д. Однако годовой продукт от эксплуатации метеоритных кратеров оценивается в 5 млрд $. Основная продукция - строительный материал, железо-никель-медно-цинковые, железные и урановые руды. Метеоритные кратеры подчас являются хранилищами высококачественной воды. Также они используются как объекты туризма, лучшими примерами чего являются Аризонский кратер в США и кратер Рис в Германии.

Заключение

метеоритный импактит метаморфизм кратер

Я познакомился с "падающими звёздами", с их развитием, свойствами и природой. После формирования больших планет и их спутников оставшиеся маленькими тела стали выпадать на их поверхность, образуя гигантские ударные кратеры, тем самым формируя рельеф поверхности этих тел.

И астероиды, и кометы способны дробиться на части и распадаться. Продуктами дробления астероидов являются метеориты. Продуктами распада комет являются метеорные потоки, состоящие из очень мелких частиц - от граммов до ничтожных долей миллиграмма. Под действие возмущением от больших планет метеорные потоки постепенно разрастаются, давая начало обширному комплексу спорадических метеоров. Изучение малых тел Солнечной системы имеет большое научное значение. Неоценимо значение метеоритов как образчиков космического вещества. Их исследование является предметом таких наук, как космическая минералогия, космохимия, космохронология. Изучая метеориты, можно воссоздать их историю, реконструировать родительские тела, из которых они образовались. Вероятно, недалеко то время, когда астрономы научатся определять химический состав метеоритов, влетающих в земную атмосферу. Изучение метеоритов даже очень малой массы, влетающих в атмосферу Земли, представляют собой самостоятельную научную проблему. Исследуя большие массивы орбит метеоритных тел, мы лучше представляем себе их место в Солнечной системе, генетическую связь с кометами и астероидами.

Исследования ударных кратеров на поверхности спутников имеет большое и разнообразное значение для науки. Прежде всего, как уже понятно из приведённых выше примеров, распространение ударных кратеров на поверхности планет и их относительно количество дают в руки исследователей как бы летопись эволюции поверхностного слоя планеты и её рельефа. Чем больше ударных кратеров на данном участке поверхности, тем в среднем этот участок древнее. На Марсе в одном месте обнаружен сброс, вдоль которого произошёл сдвиг одного из ударных кратеров, - это тоже рассказ об произошедшем там тектоническом явлении.

Далее, ударные кратеры рассказывают нам о процессе своего собственного формирования. Учёным ещё предстоит ответить на вопрос о том, почему у одних кратеров образуется центральная горка, а у других нет. В каких случаях образовываются системы светлых лучей? Есть и другие нерешенные вопросы.

Наконец, ударные кратеры рассказывают о самом комплексе метеорного вещества и его "родителях" - астероидах и кометах. Мы ещё не научились отличать кратеры, образовавшиеся от ударов астероидов от тех, что были поражены ударами кометных ядер. Если мы сможем это сделать, мы получим богатые возможности изучать оба комплекса малых тел Солнечной системы в отдельности.

Изучение метеорных явлений пригодилось при планировании полётов к Венере, обладающей очень плотной атмосферой. Оно пригодится в будущем, если понадобится вводить космический аппарат в атмосферы Юпитера и Сатурна. Ещё как следует не изучены такие явления, как болиды. Вообще мы ещё плохо разбираемся в электродинамике метеорного следа.

Редкие случаи встречи Земли с ядрами комет могут иметь глобальные последствия для Земной биосферы. Поэтому нужно изучать все проявления этих встреч, происходивших в далёком прошлом или не очень давно. Прекрасным примером такого комплексного подхода является цикл исследований Тунгусской катастрофы, сложную историю, которую я попыталась изложить.

Мы живём в трудный период развития человечества, когда над нашей цивилизацией нависла угроз полного истребления в ходе ядерной войны. Наш долг - преградить путь тем силам, которые пытаются её развязать. Пусть единственными мощными взрывами на Земле и в её будущей истории будут взрывы от ударов метеоритов или ядер комет.

Все они похожи на пули из далёкого космоса. Они падали в прошлом. Они будут падать в будущем и тогда произойдёт катастрофа, превосходящая все природные катаклизмы.

Для многих астрономов наша Солнечная система была гармоничным ансамблем планет, вращающихся вокруг Солнца. Они почти не обращали внимания на сотни тысяч астероидов, железных и каменных осколков, оставшихся после формирования крупных камней. Большинство из них странствуют между Марсом и Юпитером, в так называемом поле астероидов. Но если астероид сойдёт со своего обычного курса, попав на орбиту, которая пересекается с орбитой Земли, он станет опасным субъектом.

Существует множество космических тел, которые регулярно пересекают орбиту Земли, но столкнувшись с Землёй оставят кратер величиной с австралийский материк. Сейчас найдено много комет и метеоритов и внесены коррективы в карту звёздного неба. Теперь уже никогда наш Солнечная система не будет казаться стабильной и предсказуемой. Гармоничный ансамбль планет обернулся пугающей какофонией. Было доказано, что Земля вращается вокруг Солнца, окружённая астероидами и роями комет и метеоритов. Они будут падать на неё и в будущем, как они падали и в прошлом. Эти тела пересекают орбиту Земли.

В 80-х годах появились новые свидетельства о возможном столкновении несущего ужасную угрозу жизни на Земле. Глубоко в водах мексиканского острова Юкотан был обнаружен кратер шириной в 3,5 км, образовавшийся взрывом в 100 млн мегатонн. Это произошло 150 млн лет назад, когда 2/3 живых особей, включая динозавров, исчезли с лица Земли. 22 марта 1989. астероид на 6 часов разминулся с Землёй, но замечено это было гораздо позже. Другие астероиды пролетали ещё ближе. Один из них врезался бы в Землю, если бы появился на её орбите на 4 часа раньше. Сегодня существует риск столкновения с астероидами, кометами и метеоритами. Мы подвергаемся опасности, от которой нам нужно защищаться. Если мы не научимся защищаться, то вполне возможно, что в конце концов астероиды нас уничтожат. Если это случилось с динозаврами, это может случиться и с нами.

Столь важной опасностью столкновения с кометой или астероидом делает то, что в отличие от других катаклизмов в результате этого погибнут миллионы человек, может исчезнуть вся наша цивилизация. У нас может случиться сколько угодно бурь, землетрясений или извержений вулканов. Они могут нанести колоссальный ущерб локально, но они не подвергнуть опасности всю планету, как это делают астероиды.

Если в ближайшем будущем будет обнаружено, что к земле приближается астероид, комета или метеорит, в дело может вступить самая мощная комета дальнего радиуса действия "Российская энергия", увенчанная точной американской боеголовкой. Ракета взорвётся над поверхностью небесного тела, отклонив его от земной орбиты. Но прежде чем запустить ракету, нужно знать, куда целиться. Пока замечена лишь малая часть астероидов, комет и метеоритов, орбиты которых пересекаются с орбитой Земли. Быть может окажется, что человечество допустило величайшую промашку в своей истории.

Учёные говорят с уверенностью, что 10% замеченных космических тел не представляют никакой опасности. А как же 90% остальных? Мы все в целом осознаём природу риска, но мы ещё не сделали ничего конкретно, чтобы защитить себя или даже взглянуть, летит ли что-нибудь в нашу сторону.

К поискам присоединились новые телескопы. Большая наука начала охотиться за космическими телами. Мы все ждём звёздного посланца. Вопрос лишь в том, когда это случится.

Список литературы

1.       Дунаев В.А. Общая геология: учебник для вузов/ В.А. Дунаев - Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. - 150с

2.       Л. Недра Геология астроблем, 1980. 231 с.

3.       Фельдман В. И. Петрология импактитов. М. Изд-во МГУ, 1990. 299 с.

4.       Мелош Г. Образование ударных кратеров Геологический процесс. М. Мир, 1994. 336 с.

5.       В. И. Фельдман Астроблемы - звёздные раны земли [Электронный ресурс] Режим доступа : <http://www.meteorite.narod.ru/proba/stati/stati65.htm>