Peu de gens savent que la lune est recouverte de cratères. Mais tout le monde ne sait pas que la Terre est également recouverte de cratères d'impacts de météorites. Dans cet article, je parlerai des cratères de météorites en général et sur Terre - en particulier.
Sur KDPV - Phobos.
Deux hypothèses sur les cratères lunaires
En 1609, Galileo, qui venait d'inventer le télescope, le dirigea vers la lune. Les paysages de la Lune se sont révélés différents de ceux de la terre: elle était couverte de dépressions en forme de coupe de différentes tailles, entourées de chaînes de montagnes en anneau. Galileo n'a pas pu expliquer la nature de ces formations, mais leur a donné un nom, en choisissant le nom du bol à vin grec comme le sien. Depuis lors, ils nous sont connus comme des
cratères .
À la fin du XVIIIe siècle, Johann Schröter a suggéré que les cratères de la Lune sont le résultat de puissantes éruptions explosives qui s'y sont produites. Une telle éruption explosive ne conduirait pas à la formation d'une structure volcanique - un cône régulier, mais, au contraire, un entonnoir entouré d'un puits. Beaucoup de ces volcans sont connus sur Terre - ils sont appelés caldeiras et ressemblent en fait à des cratères lunaires.
Contrairement à cette hypothèse, qui a rapidement acquis un statut généralement reconnu en science, Franz von Gruytuisen en 1824 a fait une hypothèse sur l'origine de la météorite des cratères. Le point faible de cette théorie était qu'elle ne pouvait pas expliquer le fait que presque tous les cratères avaient la forme d'un cercle régulier, alors qu'avec une chute oblique, le cratère aurait dû se révéler ovale et de tels cratères ovales auraient prévalu. Pour cette raison, pendant longtemps, cette théorie n'a pas été populaire.
Ce n'est que dans la première moitié du XXe siècle, en lien avec le développement d'idées sur les phénomènes se produisant lors des impacts à grande vitesse (qui étaient extrêmement importants dans la sphère militaire), qu'il est devenu clair que ce point faible de la théorie des météorites est imaginaire. Une collision à des vitesses spatiales conduit à une explosion au cours de laquelle le météoroïde et les roches de la surface de la planète au site de l'impact s'évaporent instantanément et le système «oublie» la direction d'arrivée du météoroïde. Une expansion supplémentaire des gaz et des vapeurs et la propagation des ondes de choc se produisent dans toutes les directions de la même manière, ce qui forme un cratère rond quelle que soit la direction de la trajectoire du corps. En 1924, ce processus a d'abord été décrit qualitativement par l'astronome néo-zélandais A. Gifford, puis la théorie a été développée par le scientifique soviétique K.P. Stanyukovich, qui, au moment de la première publication en 1937, était encore étudiant.
Et les vols spatiaux interplanétaires ont touché le dernier clou dans l'hypothèse de l'origine volcanique des cratères lunaires - il s'est avéré que Mercure et les sections anciennes des surfaces des lunes de Jupiter et Saturne, et même les minuscules satellites martiens Phobos et Deimos, qui auraient été difficiles même suggèrent une activité volcanique. L'intensité et la nature de ce dernier devraient dépendre substantiellement de la structure de l'intérieur du corps cosmique, de sa masse et de sa taille, mais elles n'ont pas affecté la densité des cratères. Il s'est avéré que la raison de leur apparition n'était pas à l'intérieur, mais à l'extérieur des planètes. Et cette raison est un bombardement de météorite.
Cratères de météores sur Terre
De plus, des cratères de météorite ont été trouvés non seulement sur d'autres planètes. Des structures annulaires similaires à celles lunaires étaient également connues sur Terre, et avec le développement de la photographie aérienne puis cosmique, elles ont commencé à être découvertes par dizaines. À ce jour, ils sont connus pour plus de 160 pièces.
Ainsi, le cratère en Arizona est connu depuis longtemps. Pour la première fois, sa description géologique a été faite par A.E. Pied en 1891. Il a découvert une formation inhabituelle, qui est une dépression d'un diamètre de 1200 mètres avec des pentes très raides et escarpées, entourée d'un puits de 30 à 65 m de haut. En même temps, la profondeur du cratère est de 180 m et son fond est beaucoup plus bas que la plaine environnante. Mais la principale bizarrerie était qu'il n'y avait aucun signe d'activité volcanique dans le cratère - ni lave, ni tuf. Un calcaire, dont les couches ont été tournées et retournées dans l'ordre inverse sur le puits, et à l'intérieur du cratère sont tordus, broyés, voire écrasés en farine. Les Indiens ont appelé cet entonnoir Devil's Canyon et y ont trouvé du fer natif, qu'ils ont utilisé à leurs propres fins, ce qui a conduit à suggérer l'origine de la météorite de l'entonnoir. A.E. Foot lors de son expédition a trouvé à trois kilomètres du cratère un bloc de fer de météorite pesant 91 kg. Dans des études ultérieures, une grande quantité de météorite a été trouvée dans le cratère - de petites particules formées lors de la condensation de vapeur à de gros morceaux de fer. Les ballons d'un boulet de canon de la taille d'une coquille fortement oxydée sont caractéristiques du cratère de l'Arizona. Ils se sont formés lors de la fusion, de l'évaporation et de la condensation de la météorite au moment de l'impact. La masse totale de métal située dans le cratère, à la suite d'études géophysiques, a été estimée à des dizaines de milliers de tonnes. Il s'agit (à l'exception d'un certain nombre de fragments de météorite pratiquement inchangés) d'un métal profondément fondu qui a perdu la structure caractéristique d'origine du fer de météorite. En plus de cela, un matériau vitreux gonflé et moussant ressemblant à de la pierre ponce a été trouvé - ce verre a été formé à la suite de la fusion du sol lors de l'impact (un verre similaire a ensuite été trouvé dans des endroits d'explosions nucléaires). Les roches dans le cratère, à l'exception de celles qui sont apparues après sa formation (au fond de celui-ci dans le Pléistocène, il y avait un lac d'où il y avait une couche de sédiments, et l'âge du cratère a été déterminé à partir de ces sédiments), ont été considérablement modifiées en raison du
métamorphisme de
choc sous l'influence des ondes de choc, températures et pressions ultra élevées. Toutes ces découvertes ont sans aucun doute prouvé l'origine météoritique du cratère.
Arizona Crater n'est pas le seul et non le plus grand cratère de météorite de taille. Mais il appartient aux structures d'impact les mieux préservées de la Terre. Contrairement aux cratères de la Lune sur Terre, ils sont impitoyablement détruits par l'érosion, de sorte que de nombreux
astroblèmes anciens ne ressemblent pas à des entonnoirs avec un arbre pendant longtemps. Seule la présence de systèmes de failles caractéristiques, de roches de brèche fragmentaires caractéristiques avec des signes de fusion (jusqu'à la fusion complète et la formation ultérieure d'une roche ignée particulière -
tagamite ), des signes de métamorphisme de choc, tels que des phases à haute pression - stishovite, coésite, diamant et également des cristaux de quartz et d'autres minéraux spécifiquement déformés et fissurés. Les soi-disant cônes de fracture sont également des signes d'un événement d'impact - un système de fissures dans les roches, donnant aux fragments de roche l'apparence de cônes dirigés par l'apex vers le centre du cratère.
Parmi les autres cratères de météorites bien conservés, je mentionnerais le cratère Sobolevsky d'un diamètre de 50 m à Primorye, à proximité du cap Olympiade dans les éperons orientaux de Sikhote-Alin. Le géologue V.A.a découvert ce cratère. Yarmolyuk est en train de rechercher des fragments de la météorite Sikhote-Alin immédiatement après sa chute. Le cratère a été étudié à l'aide de l'exploration sismique et il s'est avéré qu'avec sa petite taille, sa structure est étonnamment similaire à de plus grands cratères. Le plus intéressant est que ce cratère s'est formé il y a moins de 1000 ans (probablement pas plus de 250-300 ans), et en plus des roches métamorphosées par l'onde de choc, de nombreux restes organiques y ont été trouvés - brins d'herbe, éclats de bois convertis par une impulsion à haute température et pression dans un carbone vitreux - fusen (il est intéressant de trouver un ruban de cèdre, qui s'est partiellement transformé en charbon de bois ordinaire, et son autre partie en fusen). La présence de conditions explosives dans le cratère Sobolevsky est mise en évidence par de nombreuses découvertes de verres en silicate, dont les gouttes atteignent un millimètre. De nombreuses billes de fer-nickel ont également été trouvées - les restes d'une substance météoritique se sont évaporés lors de l'impact.
Actuellement, le cratère Sobolevsky subit malheureusement une destruction progressive par les mineurs - contrairement à ces objets bien connus qui sont considérés comme des monuments naturels uniques et soigneusement protégés de la destruction - les cratères de Ries (Allemagne), Wolf Creek (Australie), l'Arizona décrit ci-dessus et bien d'autres.
Des cratères formés lors du freinage explosif de corps à grande vitesse (même de si petits comme Sobolevsky), il convient de distinguer les entonnoirs formés lors de l'incidence à basse vitesse de grandes météorites et de leurs fragments qui ont perdu la vitesse cosmique dans l'atmosphère. L'explosion, l'évaporation de la météorite et des roches cibles ne sont pas observées dans de tels cas, et ces cratères acquièrent souvent une forme ovale ou même allongée en raison d'une chute incessante. Dans ces cratères, il n'y a pratiquement aucun signe de métamorphisme d'impact - seuls des cônes de fissuration et de fracture caractéristiques sont observés, la formation de brèches et de farine de montagne allogéniques (formées par des débris éjectés de leur place par l'impact) et authigènes (restant à la place de l'impact). Ce sont ces cratères qui ont été trouvés sur le site de la chute de gros fragments de la météorite Sikhote-Alin. Leurs dimensions sont toujours petites et ne dépassent pas les premières dizaines de mètres. Malgré le fait qu'aucune explosion ne se produit lors de la formation de tels cratères, des signes microscopiques de fusion des roches cibles peuvent parfois être détectés - sous la forme de minuscules boules vitreuses de silicate, qui, en particulier, se trouvent dans les plus grands cratères du champ de cratères Sikhote-Alin.
Dans les grandes structures d'impact, dont les dimensions se mesurent en dizaines et centaines de kilomètres, les signes caractéristiques d'origine météoritique deviennent particulièrement frappants. Les roches fondues à l'impact forment des lacs de lave; après refroidissement, elles forment des corps stratiformes de
tagamite; les systèmes de failles formés à l'impact
pénètrent profondément dans la lithosphère et génèrent des processus hydrothermaux secondaires. Il existe deux différences importantes entre les structures d'impact et les structures volcaniques: le caractère de surface et les températures très élevées atteintes lors de la fusion d'impact par rapport au magma d'origine terrestre. Cela se manifeste dans la large distribution de la cristobalite, cristallisant à partir de 1700 ° C et de la tridymite avec une température de cristallisation de 1450 ° C, qui sont rares dans les roches ignées.
Les grandes structures de choc sont caractérisées par la formation d'un soulèvement central («colline centrale») en raison de la libération de contraintes résultant de la déformation par choc, et certaines structures de centaines de kilomètres sont caractérisées par une structure à plusieurs anneaux. Ces structures à anneaux multiples sont bien connues sur la Lune et leur existence a été considérée comme un argument contre l'origine des météorites des cratères - on pensait que pour cela plusieurs météorites devraient tomber, ce qui est peu probable. Cependant, un examen plus approfondi des processus de propagation des ondes de choc et des décharges de déformations qui ont suivi a montré que la formation de structures multi-annulaires était associée à ce processus. La formation de telles structures à petite échelle a été observée dans des cratères artificiels après des explosions nucléaires.
Les plus grandes structures d'impact trouvées sur Terre mesurent des centaines de kilomètres. Ainsi, le célèbre cratère Chiksulub sur la péninsule du Yucatan, formé juste à la frontière du Crétacé et du Paléogène (lorsque les dinosaures se sont éteints), a un diamètre de 180 km. Il n'y a aucun signe visuel de ce cratère au sol - il a été découvert par des anomalies géophysiques voûtées, et son origine météoritique a été prouvée par la découverte d'impactites - choc de brèches partiellement fondues (
zuvites ). Une anomalie géochimique globale, le pic d'iridium, est également associée à ce cratère. La teneur en iridium dans la couche correspondant à la frontière entre le Crétacé et le Paléogène, dans le monde est dix fois plus élevée que d'habitude, en raison de l'évaporation d'une énorme quantité de météorite, dans laquelle la teneur en iridium est beaucoup plus élevée que sa teneur dans la croûte terrestre. La chute de l'astéroïde, qui a provoqué la formation de ce cratère, a sans aucun doute eu un impact mondial sur le globe entier. Puissance d'explosion atteinte
Mt et une quantité gigantesque de poussière ont été générées dans l'atmosphère, formées lors de la condensation de l'astéroïde vaporisé et des roches cibles, qui, avec la suie des forêts qui ont été incendiées presque partout dans le monde par une onde de choc et des débris tombant de près de l'espace, ont fermé la Terre du soleil pendant plusieurs années, ce qui a probablement causé l'extinction Crétacé-Paléogène.
Contrairement au Chiksulub, le cratère Wredefort, dont le diamètre atteint 300 km, est clairement visible dans les images spatiales et est la seule structure à anneaux multiples bien préservée sur Terre. Ce qui est surprenant pour sa sécurité, c'est l'âge de ce cratère - 2 milliards d'années.
Avec une augmentation du diamètre du cratère, sa morphologie change considérablement. En plus de la formation d'une colline centrale, puis de structures à anneaux multiples, que j'ai mentionné ci-dessus, le cratère s'aplatit avec un diamètre croissant et son arbre n'est pas formé d'un monticule de débris, comme dans les petits cratères, mais de gros blocs poussés. Les cratères d'une échelle planétaire sur Terre n'ont pas pu survivre en raison de la tectonique des plaques. Néanmoins, il existe une hypothèse marginale selon laquelle l'océan Pacifique est un cratère si gigantesque (dans une version moins audacieuse - que la première croûte océanique et les plaques lithosphériques mobiles se sont formées lors de la destruction de la croûte continentale primaire par les impacts de grands planétisimaux.
Autres planètes
Comme la Terre, des cratères d'origine clairement météoritique ont également été retrouvés lors du radar de Vénus, ce qui a permis d'obtenir des cartes détaillées du relief de sa surface. En raison de l'atmosphère très dense, seuls de très grands corps sont capables de la surmonter, tout en maintenant la vitesse cosmique. Par conséquent, le diamètre minimum des cratères de Vénus n'est pas inférieur à des dizaines de kilomètres. Les cratères de Vénus, comme la Terre, sont soumis à l'érosion et aux processus tectoniques qui les détruisent, il n'y en a donc pas beaucoup.
De nombreux cratères sont également connus sur Mars. L'atmosphère de Mars n'est pratiquement pas un obstacle au bombardement spatial, à l'exception des micrométéorites. Cependant, la plupart des petits cratères de Mars sont rapidement recouverts de sable, et pour cette raison, la surface de Mars dans les images à grande échelle semble beaucoup moins cratérisée que la surface de la Lune. Néanmoins, la densité des grands cratères, non soumis à l'érosion éolienne et à l'endormissement par le sable, est sensiblement la même sur la Lune et sur Mars. Dans le même temps, comme les mers lunaires, sur Mars, des territoires presque dépourvus de cratères se détachent. Cela s'explique par le fait que leur surface est beaucoup plus jeune; elle a subi des processus dans un passé relativement récent qui ont détruit l'ancien relief, y compris ses éléments d'origine d'impact.
Ainsi, la densité des cratères est une caractéristique qui vous permet d'établir l'âge approximatif de la surface d'une planète particulière et de distinguer les sites anciens et jeunes. Ceci est clairement visible sur la Lune, où il y a des continents anciens fortement cratérisés et des mers avec une densité de cratères inférieure, dont l'âge est environ un milliard d'années plus jeune que le reste de la surface; sur Ganymède, dont les rayures de la jeune croûte sont également presque dépourvues de cratères (en comparaison avec les anciens "continents", dont la densité de cratères est similaire à celle lunaire).
Si pour les planètes avec l'atmosphère il y a une limite à la taille des cratères, alors pour les sans atmosphère il n'y a pas de telle limite. Une seule dépendance continue de la fréquence des cratères de leur taille s'étend des plus grands cratères à l'échelle planétaire aux microcratres ayant des dimensions microscopiques, ce qui indique l'unité des mécanismes de leur apparition.
Les surfaces des planètes dépourvues d'une atmosphère dense sont toujours, à un degré ou à un autre, traitées par bombardement de météorites. En l'absence d'atmosphère et de processus tectoniques et volcaniques appréciables, c'est la seule force qui change la surface. Pendant des milliards d'années de bombardements de météorites, la planète est recouverte d'une couche de
régolithe . Le régolith n'est pas seulement de la roche concassée et broyée - il est soumis à des chocs et au métamorphisme, à la fusion et à la trempe, à l'évaporation et à la condensation dans un vide profond, au fractionnement, etc., ce qui a conduit à la formation de nouveaux minéraux, y compris des minéraux totalement uniques.
Richesse du cratère
La plupart des données sur la structure géologique du cratère de météorite de l'Arizona ont été obtenues dans le contexte d'une sorte de «ruée vers l'or». Le cratère a été racheté par Daniel Barringer (Barringer), qui s'attendait à en extraire une météorite, dont la taille, selon ses idées, atteignait 120 mètres, et la masse - une douzaine et un million de tonnes de fer pur, qui n'avaient pas besoin d'être fondues à partir de minerai. C'était une richesse fabuleuse et ne pouvait que la prendre.
Mais tout s'est avéré moins rose. Au lieu d'un bloc de fer géant, une masse de petits fragments et de gouttes de métal fortement oxydé s'est avérée être dans le cratère, dont le nombre ne permettait pas de parler de toute sorte de production industrielle.
Barringer ne savait pas que lorsque l'impact s'est produit, ce n'était pas seulement la formation d'un entonnoir, mais une explosion avec une évaporation presque complète du corps cosmique tombé, et il semblait qu'il était allé plus loin, mais sa recherche était vouée à l'échec. Selon des estimations modernes, il s'est avéré que Barringer se trompait également en termes de taille de l'astéroïde de fer - sa masse était 200 fois inférieure à ce qu'il attendait.L'idée de développer des cratères de météorite afin d'en extraire le fer a donc échoué. Mais cela ne signifie pas que les structures de choc sont stériles. Des gisements minéraux s'y forment souvent - mais en règle générale, ils ne sont aucunement associés à la matière météoritique. Leur formation est associée à deux choses: la chaleur résiduelle, provoquant le développement de processus hydrothermaux, et la formation de failles et le développement de minéralisation le long de celles-ci.Ainsi, l'un des plus grands gisements de cuivre-nickel au monde est confiné aux failles annulaires de l'astroblème de Södbury au Canada. Des signes de métamorphisme de choc ont été découverts dans les roches des gisements de cuivre d'Aktogay et de Kounrad et du gisement d'or-argent d'Almaly au Kazakhstan. Une minéralisation sulfurée causée par la mobilisation de solutions hydrothermales a été notée dans le cratère Shunak voisin. Une telle minéralisation est généralement caractéristique des cratères de météorite, y compris des cratères de taille kilométrique.Dans certains cas, les structures individuelles des cratères de météorites, en raison de leur géométrie, contribuent à la formation de dépôts minéraux. Ainsi, les structures en forme de dôme des soulèvements centraux des grands astroblèmes sont souvent le réservoir de champs pétroliers (champs pétroliers de la Sierra Nevada, Red Wing, USA). Le creux du cratère de Boltysh est devenu un lieu de formation de dépôts de schistes bitumineux de sapropel.Cratères non météoritiques
Les amateurs, avides de découvertes, «découvrent» souvent de nouveaux et nouveaux cratères de météorites dans les images spatiales. Il s'agit souvent de structures déjà bien connues dont l'origine n'a rien à voir avec les processus d'impact.Le "astroblem" Conder dans le territoire de Khabarovsk est indicatif ici. Le mythe de l'origine météoritique de cette structure est très persistant - et non sans raison. Il est vraiment très similaire en apparence à un cratère de météorite - il ressemble à une chaîne de montagnes d'une forme annulaire parfaitement régulière. Cependant, la structure géologique du massif du Conder est complètement différente de la structure d'un cratère de météorite - elle est basée sur un corps en forme de stock formé de roches ignées ultrabasiques (dunites, pyroxénites), qui pénètre profondément dans la croûte terrestre. Au contraire, les structures d'origine d'impact se produisent superficiellement, disparaissant avec la profondeur.
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Le processus de transformation de la surface d'impact est un mécanisme unique qui transforme les surfaces solides de toutes les planètes qui en ont, ainsi que des satellites, des planètes mineures et des astéroïdes jusqu'à la surface des particules de poussière cosmiques. Et le météorite qui a quitté le cratère sur la Lune ou la Terre avait aussi des cratères! ... Il n'y en a pas seulement là où il n'y a pas de surface solide. Mais même là , sur Jupiter ou Saturne, lorsqu'un astéroïde ou une comète vole dans les couches denses de l'atmosphère et là , après avoir explosé, cesse d'exister, quelque chose se forme dans la couche nuageuse qui rappelle très bien tous les mêmes cratères de météorites - bien qu'ils n'existent pas depuis longtemps. Que dire alors des planètes et de leurs satellites à surface solide? L'absence de cratères dessus ne signifie généralement pas qu'ils ne se forment pas - juste l'érosion active ou la tectonique les efface de la face du corps cosmique.La formation de cratères n'est pas un simple changement de topographie de surface. Il s'agit d'un traitement physique et chimique en profondeur des matériaux de surface, dans lequel de nouveaux types de roches se forment - des impactites, de nouveaux minéraux se forment dans des conditions de températures et de pressions très élevées.