Астроблемы-звездные раны Земли

1

Цель работы:

Исследовать:

закономерности строения взрывных метеоритных кратеров

процесс образования импактных структур, метеоритных алмазов

геологический интерес.

Как повлияли импактные события на историю Земли

1. Исторический обзор

Одним из первых учёных, связавших кратер с падением метеорита, был Дэниел Бэрринджер (1860—1929). Он изучал ударный кратер в Аризоне, ныне носящий его имя. Однако в то время эти идеи не получили широкого признания (как и тот факт, что Земля подвергается регулярной метеоритной бомбардировке).

В 1920-е годы американский геолог Уолтер Бачер, исследовавший ряд кратеров на территории США высказал мысль, что они вызваны некими взрывными событиями в рамках его теории «пульсации Земли».

В 1936 геологи Джон Бун и Клод Албриттон продолжили исследования Бачера и пришли к выводу, что кратеры имеют импактную природу.

Теория ударного происхождения кратеров оставалась не более чем гипотезой вплоть до 1960-х. К этому времени ряд учёных (в первую очередь Юджин Шумейкер) провели детальные исследования, полностью подтвердившие импактную теорию. В частности, были обнаружены следы веществ, называемых импактитами (например, Shocked quartz), которые могли образоваться только в специфических условиях импакта.

После этого исследователи стали целенаправленно искать импактиты, чтобы идентифицировать древние ударные кратеры. К 1970-м было найдено около 50 импактных структур. На территории России первой найденной астроблемой стал 80 километрового диаметра Пучеж-Катунский кратер, локализованный в 1965 году в 80 км севернее Нижнего Новгорода.

По оценкам, 1-3 раза в миллион лет на Землю падает метеорит, порождающий кратер шириной не менее 20 км. Это говорит о том, что обнаружено меньше кратеров (в том числе «молодых»), чем их должно быть.

Рис. 1. Размещение астроблем на поверхности Земли. Видно, что наибольшее их количество выявлено в лучше изученных районах.

Список наиболее известных земных кратеров:

Кратер Суавъярви (Россия)

Кратер Бэрринджера (Аризонский) (США)

Попигай (Россия)

Кратеры Аркену (Ливия)

Chesapeake Bay impact crater (ВостокСША)

КратерЧикшулуб (Мексика)

Haughton impact crater (Канада)

Lonar crater (Индия)

Mahuika crater (НоваяЗеландия)

Маникуаганское водохранилище (Канада)

Manson crater (США)

Mistastin crater (Канада)

Nördlinger Ries (Германия)

Panther Mountain New York, (США)

Rochechouart crater (Франция)

Sudbury Basin (Канада)

Silverpit crater (Великобритания, в Северном море)

Rio Cuarto craters (Аргентина)

The Siljan Ring (Швеция)

Vredefort crater (Vredefort, ЮАР)

Weaubleau-Osceola impact structure (ЦентрСША)

Кратер Каали (Эстония)

Болтышский кратер (Украина) (5)

Крупные современные метеориты на территории России:

1) Тунгусский феномен (на данный момент неясно именно метеоритное происхождение тунгусского феномена). Упал 30 июня 1908 года в бассейне реки Подкаменная Тунгуска в Сибири. Общая энергия оценивается в 15-40 мегатонн тротилового эквивалента.

2) Царёвский метеорит (метеоритный дождь). Упал 6 декабря 1922 г. вблизи села Царев Волгоградской области. Это каменный метеорит. Общая масса собранных осколков 1,6 тонны на площади около 15 кв. км. Вес самого большого упавшего фрагмента составил 284 кг.

3) Сихотэ-Алинский метеорит (общая масса осколков 30 тонн, энергия оценивается в 20 килотонн). Это был железный метеорит. Упал в Уссурийской тайге 12 февраля 1947 г. (8)

4) Витимский болид. Упал в районе посёлков Мама и Витимский Мамско-Чуйского района Иркутской области в ночь с 24 на 25 сентября 2002 года. Событие имело большой общественный резонанс, хотя общая энергия взрыва метеорита, по-видимому, сравнительно невелика (200 тонн тротилового эквивалента, при начальной энергии 2,3 килотонны), максимальная начальная масса (до сгорания в атмосфере) 160 тонн, а конечная масса осколков порядка нескольких сотен килограмм.

2. Объекты изучения, цели и задачи исследований

Метеоритные кратеры, или астроблемы (от греческого astron — звезда и blema — рана), — немногочисленные, известные наперечет формы рельефа, имеющие непосредственно космическое происхождение. Это не только формы рельефа, это еще и геологические структуры, то есть, говоря языком геоморфологов, морфоструктуры.

Метеоритный кратер — это округлое углубление на земной поверхности, возникшее в результате удара метеорита или (значительно реже, конечно) астероида; говорят иногда и о кометах, но поскольку до сих пор никто путем не знает, что такое ядро кометы, последний вариант отбросим. Вокруг кратера — кольцевая зона деформированных пород и выбросов, получившихся при ударе. (6)

Основными предметами исследования астроблем являются определенные характеристики:

Состав (подробнее рассм. в разделе 3.3)

Структура (морфоструктура)

Свойства

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 (подробнее рассм. в разделе 3.3)

Форма (подробнее рассм. в разделе 3.2)

Изменение ударного давления и температуры во время импактного события (подробнее рассм. на рис.3 в разделе 3.1)

Моей целью исследования в такой научной области как астроблемы было образование импактных структур, метеоритных алмазов и геологический интерес.

3. Современные знания в данной области

3.1 Метеоритная бомбардировка

Метеоритная бомбардировка должна была сопровождаться и массовым магнетизмом. С одной стороны, это было продукты плавления возникавшие в результате падения метеоритов, т.к. около трети энергии удара уходит на плавление вещества коры и мантии. С другой- из-за повышенной трещиноватости коры и происходило заполнение впадин продуктами так называемого инициированного вулканизма. Кроме того, происходило перераспределение, перемешивание вещества коры и мантии появление своеобразных смешанных пород типа лунного реголита.

Существенное влияние могли оказать метеоритные бомбардировки и на развитие жизни на Земле. Ученые считают, что первая экологическая катастрофа произошла на заре зарождения прокариотной биосферы, когда в результате интенсивной метеоритной бомбардировки исчезла первичная водородная атмосфера Земли. Более сотни видов динозавров – крупнейших животных на Земли, господствовавших безраздельно около 150 млн. лет назад, - исчезли с лица планеты 65 млн. лет назад, на рубеже мелового и палеогенового периодов. Для объяснения гибели динозавров привлекали различные теории: дарвинскую теорию внутривидовой борьбы за существование, интенсивную вулканическую деятельность, выпадение кислых дождей, изменение наклона земной оси. Достаточно широкое признание получила и астероидная теория, изложенная лауреатом Нобелевской премии Луисом Анвересом.

3.2 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 ГПа, а температура измеряется десятками тысяч градусов. Такие параметры являются следствием реализации при ударе очень высоких энергий за крайне малое время.

Таблица 1. Возраст некоторых крупных астроблем.

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*с-1. 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. импактный астропроблемы алмаз метеорит

Рис. 2.Кратер Тихо на Луне (фото НАСА)

Рис .3. Кратер Гершель диаметром 130 км на Мимасе

При скоростях соударения до 3-5 км*с-1 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 1019-1023 Дж. Если сравнить эту величину с энергией катастрофических вулканических извержений (1,44*1020 Дж при извержении вулкана Тамбора в 1815 году или 1,81*1019 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 103-105 с. 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 10-16-10-13 с-1, а при импактных соударениях 103-104 с-1, 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 (во вмещающих породах земной коры) и назад (в веществе 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.4. Изменение ударного давления (P) и температуры (T) 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. 4, 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 темпе-ратура вещества в точке удара оказывается очень высокой, достигая 10 000-15 000ºС.

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 вмещающих пород, а амплитуда ударной волны падает на краю кратера до 0,001 ГПа и менее. Механическое и тепловое воздействие на вмещающие породы 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 1500ºС и выше) и, наконец, зона дробления пород ( в которой нагрев не превышает десятков - первых сотен градусов). Продукты дробления, плавления и испарения горных вмещающих пород (и, конечно, космического тела- 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.

3.4 Импактные события в истории Земли.

Сравнение поверхности Земли с поверхностью других планет и астероидов Солнечной системы легко обнаруживает, что на нашей планете выявлено очень мало метеоритных кратеров. Расчеты профессора В.Л. Масайтиса и М.С. Мащака показывают, что на территории России и сопредельных стран должно было бы находиться 1280 астроблем более 1 км диаметром, не стертых эрозией и обнажающихся на поверхности.

Между тем их изучение очень актуально как с научной так и с чисто практической стороны. Катастрофические импактные события в истории Земли не раз совпадали с моментами резких изменений хода эндо- и экзогенных геологических процессов, “перестройками” в ее растительном и животном мире. Несмотря на обилие гипотез, причинно – следственная связь космогенных и эндогенных процессов остается недоказанной и неясной. Малое количество выявленных астроблем и особенно точных данных о времени их образования не позволяет всерьез обсуждать проблему периодичности импактных событий.

В то же время не вызывают сомнений факты возникновения в связи с этими событиями месторождений полезных ископаемых Ni,Cu,PbbZn,Hg, алмазов, колчедана и т. д. Помимо прямых генетических связей различных руд с импактными событиями следует помнить и том , что астроблемы являются структурами, в которых после их возникновения формируются месторождения горючих сланцев, угля, цеолитов, гипса и ангидрида, они служат также ловушками для нефти и газа. Эти и другие полезные ископаемые успешно добываются из астроблем США, Канада, Швеции, Китая

3.5 Геологическое строение импактных кратеров

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

Рис. 5. 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. 5), 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 9º. (10)

Рис.5. Строение метеоритных кратеров, разрез:

а) Общая схема:

1-4-импактиты (1-аллогенные брекчии закратерных выбросов; 2- те же породы внутри астроблем; 3- аутигенные брекчии; 4- расплавленные импактиты (тагамиты, стекла, шлаки)); 5- разрывные нарушения; 6- вмещающие породы.

б) Беенчиме - Салаатинская астроблема (Россия, Саха-Якутия; диаметр 8,00 км; время образования более 3000 млн. лет назад)- простой чашеобразный метеоритный кратер:

1- осадочные породы чехла Сибирской платформы; 2- метаморфические породы фундамента Сибирской платформы; 3- аллогенные брекчии; 4- аутигенные брекчии, переходящие в подкратерную зону трещиноватости.

в) Карлинская астроблема (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- аллогеновые брекчии; 4- аутигенные брекчии, переходящие в кратерную зону трещиноватости.

г) Попигайская астроблема (Россия, Саха- Якутия; диаметр около 100 км; время образования 3,57+-0,2 млн. лет назад) – сложный метеоритный кратер с центральным и кольцевым поднятиями:

1- породы чехла Сибирской платформы; 2- породы кристаллического фундамента Сибирской платформы; 3- эювиты; 4-тагамиты; 5- аллогенные брекчии; 6-аутигенные брекчии, переходящие в подкратерную зону трещиноватости; 7- разрывные нарушения.

Округлая воронка кратера окружена валом (рис. 5), который образован задранными пластами горных пород мишени (это цокольный вал), перекрытыми выброшенными при взрыве обломками пород (которые слагают насыпной вал). Часть обломков переносится взрывной волной еще дальше и дает шлейф закратерных выбросов, который постепенно (по мере удаления от центра кратера) становится все тоньше.

Небольшие (диаметром до 3-4 км, изредка больше) астроблемы имеют простую чашеобразную форму. Глубина у них обычно составляет около 1/3 диаметра, а отношение глубины воронки к диаметру - примерно 0,30-0,33 . Это отношение является одним из признаков, позволяющих отличать импактные кратеры от вулканических (у которых оно обычно не менее 0,42) . При больших диаметрах воронки в центре кратера возникает центральное поднятие (центральная горка), которое образуется благодаря упругой отдаче пород мишени в области максимального их сжатия (под точкой удара). При диаметрах воронки более 14-15 км появляются кольцевые поднятия. Иногда в кратере наблюдаются и центральное, и кольцевое поднятия одновременно. Отношение глубины к диаметру с увеличением поперечника быстро падает до 0,05-0,02, и полость астроблемы становится уплощенной. Под кратером располагается зона трещиноватости, которая постепенно затухает с глубиной.

Внутри кратера располагаются продукты взрыва (импактиты). Это обломки вмещающих пород, 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). (9)

3.6 Импактиты - горные породы астроблем

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 вмещающих пород, 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):

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

2) расплавные породы - продукты застывания импактного расплава;

3) 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 вмещающих пород. 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.

3.7 Особенности импактного преобразования пород и минералов

Ударный метаморфизм горных пород и минералов является специфическим процессом, резко отличающимся от любых других изучаемых геологией. Причина этого кроется в особенностях этого явления очень высоких плотностях энергии и как следствие - огромной скорости механических и тепловых изменений вещества. Эти изменения в минералах объединяются термином " диаплектовые преобразования ", который произведен немецким петрологом В. фон Энгельхардтом и его коллегами от греческих слов dia (диа) - пере и plektoz (плектос) - витый, крученый. По мере увеличения ударной нагрузки в минералах можно наблюдать следующие, наиболее часто встречающиеся диаплектовые преобразования: трещины и ударно-термическое разложение. (1,2)

Трещины возникают при разгрузке минерала (после прохождения ударной волны) и характеризуются закономерной ориентировкой и высокой частотой (последнее отличает их от трещин спайности). Ориентированные трещины появляются даже в минералах, не обладающих спайностью (например, в гранатах). Планарные элементы в отличие от трещин являются закрытыми структурами, формирующимися при скольжении блоков кристаллической решетки минерала друг относительно друга в условиях ударного сжатия. При этом в одном зерне кварца, например, может наблюдаться 3-5 и более разноориентированных систем планарных элементов одновременно. Изотропизация является оптическим проявлением аморфизации вещества. Это результат сверхтонкого дробления кристалла ударной волной ( до микроблоков менее 10 нм. в поперечнике), благодаря чему вещество превращается в диаплектовое стекло. Диаплектовые стекла характерны для минералов с высокой пространственной однородностью кристаллической решетки кварца, полевых шпатов, кордиерита. Минералы же с неоднородной решеткой (слоистые, ленточные и т. п.) испытывают ударно-термическое разложение и замещаются высокотемпературными полиминеральными агрегатами. Например, по роговой обманке возникает смесь микронных зерен высококальциевого плагиоклаза, пироксена (одного или двух) и магнетита, по гранату - смесь полевого шпата (санидина), высокоглиноземистого пироксена (гиперстена) и герцинита (Fe2 +Al2O4) и т. д.

Особенности диаплектовых изменений позволяют определять ударную нагрузку и послеударную температуру, испытанные минералом при импактном событии. Сейчас для этого имеются три экспериментально обоснованных геобарометра кварцевый, двуполевошпатовый и клинопироксеновый. Диаплектовые преобразования охватывают интервал ударных давлений 10-60 ГПа для кварца и полевых шпатов и до 70-80 ГПа для таких минералов, как оливины и пироксены. При более высоких нагрузках начинается плавление вещества.

Для некоторых минералов в импактитах выявлены высокобарические полиморфные модификации. Например, кварц (ρ=2,62) при ударных нагрузках 12-15 ГПа переходит в коэсит и стишовит (ρ= 4,6), т.е. другая модификация; оливин при Руд > 30 ГПа - в оливин со структурой шпинели (рингвудит); клинопироксен при тех же условиях - в пироксен со структурой граната (меджорит); графит в интервале 35-50 ГПа - в алмаз (кубический C) и лонсдейлит (гексагональный C) и т. д.

4.Астроблема Янисъярви

Довольно часто на небе появляются космические пришельцы. Их размеры исчисляются от нескольких сотен метров до тысячи километров. Это астероиды и кометы. О составе можно судить по составу метеоритов, выпадающих на поверхность Земли.

В зависимости от состава, все известные метеориты подразделяются на три основных класса:

. каменные

. железо-каменные

. железные

Чаще всего выпадают каменные метеориты, среди которых резко преобладают хондриты, составляющие в общем 85% известных метеоритов. Железные метеориты выпадают значительно реже, но в виде значительно крупных обломков, по массе превышая все другие известные типы метеоритов. Каменные метеориты выпадают иногда в виде “ каменного дождя”, который образуется при дроблении более крупной первоначальной массы при полете через атмосферу в связи с резким и сильным нагревом.

В метеоритах, в настоящие время, установлено присутствие 140 минералов , большинство которых сходны с минералами земной коры.

Метеориты с большими массами тормозятся атмосферой относительно слабо и достигают поверхности с такой скоростью, что при ударе о нее они сильно изменяются, а на месте их падения остается кратер.

Такие кратеры называют “ АСТРОБЛЕМАМИ”.

4.1 Географическое Положение Озера Янисъярви

Озеро Большое Янисъярви расположено в юго-западной части Карелии. Относится к бассейну Ладожского озера

Признаки, Указывающие на Взрывное Происхождение

Озера .Янисъярви

Несомненно, самый первый признак-это обнаружение в северо-западной, западной и северной частях озера простирания радиальной и концентрической систем трещиноватости в кольцевой зоне. И эти системы трещиноватости направлены вглубь озера.

Второй признак-это наличие высокобарных минералов в астроблеме. Это минералы коэсит и стишовит. Это минералы образуются при очень больших температурах и давлениях.

Коэсит образуется при температуре 870 градусов С и при давлениях около 22000 атм.

Стишовит образуется при температуре 1200-1400 градусов С и при давлениях в 160000 атм. !!! А такие температуры и такое давление могли образоваться и при ударе инопланетного тела о поверхность Земли.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Актуальность этой проблемы велика и имеет практические значение не только для изучения, но и применения в практических расчетах предстоящих катастроф и выводов об и последствиях.

Не трудно представить, какие разрушения произойдут, если с Землёй столкнется астероид, например, с Цереру (d=1050km)

Ударная волна обогнет Землю несколько раз, уничтожив почти все живое.

Если такой астероид как Церера упадет в океан, например, в Тихий, то что произойдет? В этом случае его кинетическая энергия E будут затрачена главным образом на нагрев и испарение воды и на подъем ее в атмосферу-тоже на расстояние

А иные последствия? Падение в океан крупного астероида поднимет разрушительную волну страшнее цунами, которая обогнет земной шар несколько раз, сметая все на своем пути, а облако пара порядка 10 млрд Килотонн, выпадет ливнями, масштаб которых не поддается воображению.

А если астероид упадет на материк, то в атмосферу поднимется слой пыли, который не пропустит солнечный свет. Произойдет эффект так называемой ядерной зимы.

Вероятность такого катастрафического события чрезвычайно мала.

Более того, траектории крупных астероидов опасно пересекающих земную орбиту, хорошо известны, и вычисляются для более мелких тел задолго до их появления.

Сегодня редкость падение даже среднего по массе метеорита.

Но человечество не должно забывать катастрофы прошлого.

ПРЕДУПРЕЖДЕН-ЗНАЧИТ ВООРУЖЕН

5. Современные методы и средства исследований

Наиболее известные методы исследования астроблем:

Физический (по минералам и условиям их образования):

Инфракрасная спектрометрия

Ядерный и электронный парамагнитный резонанс У старых астроблем видимая структура кратера (горка и вал) зачастую разрушена эрозией и погребена под наносным материалом, однако по изменениям свойств подстилающих и перенесённых горных пород такие структуры достаточно чётко определяются сейсмическими и магнитными методами.

Рентгеноструктурный (по плотности и структуре: коэсит и алмаз)

Химический (состав и его изменение)

Стратиграфический (по новым породам)

Структурный

Изотопный (подробнее описан в разд. 3.5)

Механика

6. Связи с другими научными дисциплинами

Минералогия (новые минералы, которых нет в земной коре)

Химия

Астрономия (астрономические данные, можем прогнозировать )

Геология (состав и строение метеорита могут дать представление о внутреннем строении Земли)

География

Математика и естественнонаучное образование (расчеты траекторий, так же по скорости метеорита (V) можно рассчитать силу удара(F))

Ррис. 6. Астроблема около оз. Байкала

.

Список использованной литературы

1) Ударные кратеры на Луне и планетах. М. Наука, 1983 . 200 с.

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

3) Вдовыкин Г.П. Алмазы в каменных метеоритах, уреилитах и их происхождение. М.: Бюллетень МОИП, отд. геол. . 1991.. Т. 66, вып. 2. . С. 87.93

4) Сообщение Козлова Е.К. (РФЯЦ. ВНИИТФ, г. Снежинск) в письме к Г.П. Вдовыкину от 26.02.98

5)http://ru.wikipedia.org/wiki/Ударный_кратер

6)http://geo.1september.ru/articlef.php?ID=200104202

7) Вишневский С.А. и др. Импактные алмазы. Новосибирск, 1997

8) Сихотэ-Алиньский железный метеоритный дождь. М. Наука, 1959 . Т . 1 . 304 с.; 1963. Т. 2 . 372 с.

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

10) Геология астроблем. Л. Недра, 1980 . 231 с.

Размещено на Allbest.ru