Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №03 за 2009 год

Другое дело Луна , где нет атмосферы. Ее поверхность сплошь покрыта кратерами, поперечником от нескольких сантиметров до сотен километров. Подавляющее большинство из них очень древние. Более 4,5 миллиарда лет назад из пыли и каменистых обломков, вращавшихся вокруг Солнца, шло формирование планет и спутников. Частицы постепенно слипались в крупные комки, и на поверхность этих протопланет падали все новые фрагменты. Так продолжалось, пока около 4 миллиардов лет назад рой обломков не иссяк. Многочисленные лунные кратеры — это свидетельства последнего этапа, называемого «интенсивной бомбардировкой».

В лунном Море Кризисов кратеров почти нет. Выяснилось, что в древности лунные кратеры образовывались очень часто, а потом за короткое время — от 4 до 3,8 миллиарда лет назад — частота падений метеоритов снизилась в тысячу раз и с тех пор остается примерно постоянной. Фото: SPL/EAST NEWS

Космические ударники

Метеоритные, или ударно-взрывные, кратеры — это наиболее распространенные формы рельефа на многих планетах и спутниках в Солнечной системе и даже на столь малых объектах, как астероиды. На нашей планете средняя скорость при метеоритных ударах составляет около 20 км/с, а максимальная — около 70 км/с. При встрече метеорита с твердой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (так называют то место, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит.

Ударная волна создает колоссальнейшее давление — свыше 5 миллионов атмосфер. Под ее воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются и нагреваются. Частично они плавятся, а в самом центре, где температура досгигает 15 000 °C, — даже испаряются. В этот расплав попадают и твердые обломки метеорита . В результате после остывания и затвердевания на днище кратера образуется слой импактита (от английского impact — удар) — горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами — иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа (по-гречески — sideros).

Мгновенное испарение части вещества приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. Возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды — затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия — слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельченным до песчинок и пылинок.

Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А еще через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, начинает быстро затвердевать. И вот уже готов свеженький, с пылу с жару, ударный кратер.

При сильных столкновениях твердые породы ведут себя подобно жидкости. В них возникают сложные волновые гидродинамические процессы, один из характерных следов которых — центральные горки в крупных кратерах. Процесс их образования подобен появлению капли отдачи при падении в воду небольшого предмета. При сильных ударах выброшенный из кратера материал может даже улететь в космос. Именно так на Землю попали метеориты с Луны и с Марса , десятки которых обнаружены за последние годы.

Аризонский калькулятор

Размер получившегося кратера зависит от скорости и угла падения, состава ударника и мишени (каменный метеорит или железный, скальные породы на планете или рыхлые), а также от силы тяжести на поверхности небесного тела. Например, при одинаковой энергии удара на Луне образуется кратер вдвое большего диаметра, чем на Земле.

В одном из ведущих планетологических центров мира — Луннопланетной лаборатории Университета Аризоны в городе Тусон разработали специальный интерактивный калькулятор, позволяющий рассчитать последствия падения на Землю крупного метеорита или астероида ( www.lpl.arizona.edu/impacteffects ). В числе прочего этот калькулятор вычисляет размеры образующегося кратера и воздействие на наблюдателей, которые находятся на заданном расстоянии от места катастрофы. Бывает интересно с его помощью оценивать сообщаемые в новостях сведения о возможных последствиях падения того или иного объекта.

Характерно, что при малом размере метеорита аризонский калькулятор отказывается оценивать размер кратера. Небольшой космический обломок либо полностью сгорит в воздухе, либо потеряет скорость и упадет, как простой камень. В последнем случае на поверхности, конечно, появится выбоина, но она сильно отличается от ударно-взрывного кратера, который на Земле не может быть меньше нескольких сотен метров. Для других планет эта величина зависит от плотности атмосферы. Например, на Венере с ее чрезвычайно плотной газовой оболочкой диаметр минимального кратера — более километра, а на Марсе до поверхности почти без потери скорости долетают и небольшие метеориты, формирующие кратеры десятиметрового размера. На небесных телах, лишенных атмосферы, например, на Меркурии , Луне и многих других спутниках планет, кратеры порождаются метеоритами любого размера и могут быть даже сантиметровыми.

Фото: SPL/EAST NEWS

Земля — кратер Маникуаган. Легенда о пережатых артериях

Пассажиры, летящие из Европы в канадский Монреаль, могут заметить среди таежных просторов полуострова Лабрадор необычное озеро. На темном фоне хвойных лесов хорошо выделяется кольцо воды, охватывающее со всех сторон огромный, диаметром 70 километров, остров, также покрытый лесом. Эта кольцевая структура Маникуаган — один из древнейших среди известных ныне ударных кратеров, точнее, его след. Падение метеорита поперечником пять километров случилось здесь 214 миллионов лет назад. На Земле тогда заканчивался триасовый период и только-только появились динозавры. Правда, на них эта катастрофа, похоже, никак не повлияла, ведь последующие 150 миллионов лет они буквально царили на планете. Значительно позднее по кратеру «прополз» огромный ледник, который срезал верхний слой горных пород толщиной в целый километр, но центральная часть днища кратера устояла перед ледниковой эрозией, поскольку состоит из «лепешки» очень твердых горных пород, возникших при плавлении в момент удара. Так образовалось плато, окруженное долиной, по которой потекла река. В 1968 году реку Маникуаган перегородили плотиной гидроэлектростанции, и она затопила долины, огибающие плато с двух сторон. Возникло кольцевое озеро, а плато стало островом — вторым по величине в мире среди островов в озерах. Его площадь — 2040 км2 — почти на 100 км2 больше площади самого озера Маникуаган, в котором он находится. Остров Рене-Левассёр носит имя инженера, который семь лет руководил возведением плотины этой ГЭС — пятой и крупнейшей в каскаде на реке Маникуаган. Открывать ее он должен был совместно с премьер-министром канадской провинции Квебек Дэниелом Джонсоном, в прошлом тоже гидроэнергетиком. Но буквально накануне намечавшегося открытия Левассёр скоропостижно скончался от сердечного приступа в возрасте 35 лет. Несколько дней спустя та же участь постигла и прибывшего на церемонию пуска ГЭС Дэниела Джонсона, которому было 53 года. Остров назвали в память инженера, плотину — в честь премьера, а в сказаниях индейцев инну, коренных жителей лабрадорской тайги, появилась версия, что оба главных создателя плотины умерли потому, что природа пережала им кровеносные артерии в отместку за то, что они пережали ей водные артерии, построив на реке Маникуаган целый каскад ГЭС.