Космос. Все о звёздах, планетах, космических странниках - Абрамова Оксана Викторовна

Удар космического «странника» сначала принимает на себя воздушная оболочка Земли. Сила торможения в атмосфере будет тем больше, чем больше размер «космического пришельца». Ведь от этого зависят объём и площадь воздушной подушки, которую создаёт перед собой вторгшееся тело. Если масса уплотняющейся воздушной подушки окажется в 10 раз больше массы метеорита, его скорость может быть погашена больше чем на 90%. В некоторых случаях скорость приземления бывает так мала, что даже многотонный «пришелец» не выроет воронки. Характерный тому пример — самый большой из исследованных учёными железный метеорит Гоба массой около 60 т. Этот железный метеорит, скорей всего, вошёл в атмосферу и продолжал двигаться к земной поверхности под очень малым углом, поэтому в процессе постепенного торможения не только погасил почти всю скорость, но сохранил свою форму. Учёные полагают, что каменный метеорит подобной массы мог бы раздробиться в воздухе.

При большей скорости падения метеориты образуют либо ударные, либо взрывные кратеры. Ударные кратеры, размер которых зависит от величины метеорита, появляются при скоростях падения до 4 км/с. При этом участок земной поверхности обычно деформируется, породы дробятся и вылетают из образующегося кратера. При ударе со скоростью 5 км/с и более (высокоскоростной удар) происходит взрыв, величина энергии которого зависит от массы и скорости «ударника» (так специалисты называют врезавшееся тело).

Именно они определили зависимость диаметра кратера от энергии метеорита. При массе т, скорости метеорита v энергия Е = mv2/2, диаметр кратера D пропорционален Е1/3. Таким образом, о величине освобождающейся при этом энергии можно судить по размерам обнаруживаемых астроблем. Их истинные размеры удаётся выяснить далеко не сразу.

Например, кольцевая структура Вредфорт находится на юго-востоке Африки приблизительно в 100 км от Иоганнесбурга, в центральной части золотоносного бассейна Витватерсранда. Ярко выраженное в рельефе ядро структуры имеет примерно 40 км в диаметре. Оно сложено древними кристаллическими породами. Плоское ядро окружает приподнятое над ним кольцо более молодых осадочных отложений и застывших лав. Оказалось, что эти молодые геологические слои скрывают значительную часть древнего кратера. Диаметр покровного кольца около 80 км. Дальнейшее изучение изменений в структуре пород под действием взрыва позволило установить первоначальный диаметр кратера. Он достигал 300 км и сейчас полностью охватывает весь золотоносный бассейн Витватерсранда. Специалисты считают, что сохранение крупнейших в мире золотых месторождений бассейна

Витватерсранда объясняется наличием этого обширного кратера. В частности, древняя структура Вредфорт затруднила вымывание драгоценного металла водными потоками. Астроблема начала свою историю приблизительно 2 млрд. лет назад. Это самая древняя и наиболее изученная ударная структура на Земле.

Сравним высвобождаемую при импактном событии энергию с энергией других грозных явлений природы.

Наша планета получает от Солнца ежегодно колоссальное количество энергии — 5,2∙1024 Дж.

Суммарная годовая энергия землетрясений в 500 000 раз меньше — 1,0∙1019 Дж.

При извержении в 1883 г. вулкана Кракатау в считанные минуты освободилась энергия 1,81∙1019 Дж, а вулкана Тамбора в 181 5 г. — 1,44∙1020 Дж.

При импактных событиях — образовании метеоритного кратера — земная кора может получить гораздо больше энергии:

для кратера 10 км — 1021 Дж.

для кратера 50 км — 1023 Дж.

для кратера 70 км — 1025 Дж.

То есть при образовании не самого большого ударно-взрывного кратера диаметром 70 км выделяется разрушительная энергия, в 10 000 раз большая, чем при самом катастрофичном в истории вулканическом извержении.

Как видим, по энергетике импактные явления вне конкуренции. Причём при импактном событии выделение энергии происходит за считанные секунды или даже за их малые доли, а вулканическое извержение может продолжаться от нескольких минут до многих часов, поэтому и результаты этих грозных явлений природы несравнимы.

Как протекает импактное событие?

Если в момент контакта скорость «ударника» более 5 км/с, он потеряет её, зарывшись в грунт, и большая часть кинетической энергии мгновенно превратится в тепловую и механическую. При скорости более 1 5 км/с в пар превратится не только вещество «ударника», но и окружающие его земные породы. Невероятная скорость этих превращений порождает энергию высочайшей плотности, которая обеспечивает столь же быстрое возрастание температуры и давления. Это в свою очередь дает импульс необычайно скоростного течения тепловых и механических процессов. Достаточно сказать, что скорость механического деформирования горных пород под действием взрыва астероида в миллиарды миллиардов раз (1018!) больше, чем во время землетрясений.

В момент удара и торможения сначала возникает ударная волна сжатия в земных породах и в веществе «ударника». За миллиардные доли секунды сила сжатия достигает поистине фантастических величин — сотен гигапаскалей. Это приводит к мгновенному разогреву контактирующего вещества до десятков тысяч градусов. Максимум через несколько секунд после удара и сжатия наступает разрежение.

Происходящее образно описывает Л.П. Хрянина: «От точки взрыва распространяется ударная волна, имеющая шаровидный фронт. Наверху породы сначала вспучиваются, потом появляются яркие языки плазмы. Затем кровля этого «пузыря» раскрывается во все стороны подобно распускающемуся цветку, и тонкие края её падают на землю в перевёрнутом положении. Эта перевёрнутая складка на валу — один из признаков метеоритных кратеров.

Взрыв выбрасывает вверх массу обломков, которые в дальнейшем обрушатся как на дно образовавшегося кратера, так и за его пределы».

Такая последовательность событий связана с тем, что в самом центре, где развивается многотысячная температура, происходит мгновенное испарение вещества и разлёт образующихся газов — т.е. взрыв. Несколько дальше от центра возникает зона плавления вещества земных пород и «ударника» с температурой более 1500 °С, вне её образуется зона механического воздействия — дробления, метаморфизма горных пород. И все это взрывной волной разбрасывается вокруг со скоростью несколько километров в секунду. Раскалённый огненный шар расширяется до тех пор, пока давление внутри него не сравняется с давлением окружающего воздуха. Из-за высокой температуры шар устремляется вверх. При этом он начнёт «выворачиваться наизнанку» и превратится в грибообразное облако, как при ядерном взрыве. При соответствующем размере и скорости «ударника» облако пара вместе с подхваченными им кусками пород и взвесью достигнет стратосферы, где и рассеется. В процессе взрыва могут образоваться и разнестись на огромные расстояния застывшие после расплава стекловидные камешки и шарики — тектиты и микротектиты.

После скоротечного образования кратера формирование астроблемы не заканчивается. Идет кристаллизация расплавленных пород, обрушение краёв кратера, под действием водных потоков и ветра происходит деформация поверхности, перемешивание образовавшихся пород — импактитов. В некоторых случаях импактное событие может спровоцировать землетрясение, подъём и вторжение (интрузию) магмы в образовавшиеся при взрыве трещины в подстилающих породах, вулканические извержения. Но все эти процессы уже длятся многие тысячи и миллионы лет.