1.2.3 Стадії формування метеоритного кратеру

Утворення метеоритних кратерів - процес миттєвий і на відміну від тривалих геологічних процесів, його легко змоделювати. Під час падіння метеорита від миттєвого випаровування його і порід відбувається вибух. Експериментальні вибухи найбільш точно імітують цей процес. Такі експериментальні вибухи проводили в лабораторіях США та інших країн. Це дало можливість прослідкувати всі стадії процесу.

Слід сказати, що ударна хвиля під час вибухів великих енергій відрізняється від сейсмічних і звукових хвиль. Перш за все вона не періодична, а являє собою поодинокий імпульс тиску. Швидкість її завжди більша швидкості звуку в породах і залежить від її тиску. Ударна хвиля крім того нна противагу іншим, переміщує за собою середовище, в якому вона рухається. На межі ударної хвилі стрибкоподібно змінюються параметри стану і руху порід.

Під час падіннян на Землю метеорит проникає в грунт, миттєво гальмується і розігрівається до високих температур, при яких він сам і породи навколо нього розплавлюються і випаровуються. Відбувається вибух. Від точки вибуху метеорита поширюється ударна хвиля, яка має кулястий фронт. На поверхні, де шар грунту порівняно невеликий, породи спочатку розпушуються, потім зявляються яскраві язики плазми. Потім покрівля цього міхура розкривається на всі сторони, і тонкі її краї падають на землю в перевернутому положенні (рис. 1.4). це перевернута синкліналь на валу - одна з діагностичних структурних ознак експериментальних і метеоритних кратерів.

В нижній на півсфері ударна хвиля утворює округлу порожнину - первинний кратер, біля стінок якого гірські породи ущільнюються і частково розплавляються. Далі хвиля іде через породи, стискуючи їх. Слідом за хвилею стиснення тиск падає до нормального. Це називається хвилею розрядження. В однорідних породах ударна хвиля поширюється до тих пір, поки її тиск не досягне межі пружності порід або сейсмічного відбиття. В цей момент хвиля відбивається. Фронт відбитої хвилі, яка поширюється вгору, буде захоплювати за собою породи (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Стадії утворення вибухового кратера ( за [2]):

а-в - І стадія - ударне стиснення, розтікання метеорита і ґрунту;

г - ІІ стадія - екскавація і викид ґрунту відбитою хвилею;

д - ІІІ стадія - деформація або заповнення (1 - лійка; 2 - справжнє дно; 3 - видиме дно; 4 - вал брекчії, 5 - лежача синкліналь цокольного валу)

Коли фронт досягне дна первинної порожнини, хвиля припідніме породи дна в центрі кратера. В мяких осадових породах в центрі кратера утвориться купол, а потім центральний блок підніметься по кільцевій тріщині. Така структура центрального підняття встановлена в кратері Штейнхейм (ФРН). Ця відбита хвиля викидає з кратера вгору хмару уламків, в результаті розширюється первинна порожнина. Коли породи впадуть назад, покриють дно кратера і оточуючу поверхню, кратер отримує кінцевий вигляд і називається видимим кратером. Заглиблення під брекчією називається справжнім кратером.

Дж ОКіф і Д.Аренс (за [1]) пропонують таку послідовність процесу утворення вибухового кратера:

1) заглиблення в земні породи і гальмування метеорита;

2) вибух і ріст первинної порожнини;

3) стадія екскавації - викид із кратера роздрібнених і розплавлених порід хвилею відбивання;

4) стадія деформації - руйнування стінок і вирівнювання кратера під час пружного розрівнювання земної кори в його центрі (релаксація).

Перші три етапи відбуваються за долі секунди або за секунди, а тривалість четвертого етапу у великих структурах дуже велика ( десятки і сотні мільйонів років).

Основи математичної теорії кратероутворення заклали К.П.Станюкович і В.В.Фединський (за [1]). Вони довели залежність діаметра кратера від енергії метеорита. При масі m і швидкості метеорита х енергія Е = m х2/2, R=E1/3. крім енергії , діаметр (2R) кратера залежить і від інших причин. За даними Б.А.Іванова (за [1]), при утворенні малих кратерів головну роль відіграє щільність порід. Він називає їх кратерами щільності. Для більших структур, починаючи з кілометрових, великого значення набуває сила гравітації. Математично це виражається так ( при R в см, Е - в Дж): для кратерів щільності Е=R3, тобто R=Е1/3, а для гравітаційних Е=gR4. відповідно, в перших енергія, яка йде на кратероутворення, зростає пропорційно R3,а в гравітаційних пропорційно R4. тип процесу утворення кратера залежить і від грунту. В сипучих грунтах кратери, починаючи від кількох сантиметрів утворюються уже за гравітаційним типом. В суглинках режим щільності змінюється гравітаційним при D 60м, в скелистих породах - приблизно з D100м.

Інші вчені, зокрема Масайтіс (за [1]), виділяють три фази утворення кратера (рис. 1.6):

Рис. 1.6. Схема кратероутворення (за [1])

Фази: 1 - стиснення, 2 - екскавації, 3 - ранньої модифікації і заповнення