Об астроблемах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Описаны механизм формирования, геология и петрология импактных (ударных) структур - астроблем. Рассмотрена классификация весьма необычных горных пород - импактитов. Обсуждены особенности их минералогии и геохимии. Изучен процесс образования импактных алмазов.

The mechanism, geology and petrology of impact structures (astroblemes) are given and described. The classification of very unusual rocks - impactites - is considered. Some peculiarities of mineralogy and geochemistry of impactites are discussed. The process of the origin of impact diamonds is studied.

Содержание

Аннотация

1. Исторический обзор

2. Объекты изучения, цели и задачи исследований в выбранном разделе геологии

3. Современные знания в данной области

3.1 Ударный метаморфизм

3.2 Геологическое строение импактных кратеров

3.3 Импактиты - горные породы астроблем

3.4 Особенности импактного преобразования пород и минералов

3.5 Специфические черты геохимии импактитов

3.6 Импактные алмазы и условия их образования

4. Современные методы и средства исследований

5. Связи с другими научными дисциплинами

6. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН и лекционные курсы на ГГФ НГУ по данной теме

Заключение

Словарь основных терминов

Список использованной литературы

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 (Восток США)

Кратер Чикшулуб (Мексика)

Haughton impact crater (Канада)

Lonar crater (Индия)

Mahuika crater (Новая Зеландия)

Маникуаганское водохранилище (Канада)

Manson crater (США)

Mistastin crater (Канада)

Nцrdlinger 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 (Центр США)

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 в выбранном разделе геологии

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 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 000єС.

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 1500єС 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.

3.2 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 9є. (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)

3.3 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.

3.4 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 (с=2,62) при ударных нагрузках 12-15 ГПа переходит в коэсит и стишовит (с= 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.

3.5 Специфические черты геохимии импактитов

Химический состав импактитов определяется составом вмещающих пород и поэтому колеблется в широких пределах. Например, содержание SiO2 может быть любым - от почти нулевого (при образовании астроблемы в известняках) до близкого к 100% (если мишень сложена кварцитами или кварцевыми песками). Сильно меняются от кратера к кратеру количества и других компонентов. В составе расплавных импактитов отражаются еще два важных процесса селективное испарение некоторых элементов (прежде всего щелочей и железа), т.к. они летучие, и примесь метеоритного вещества. (2)

Метеоритный материал присутствует в астроблемах в трех формах в виде обломков метеорита, в мелких (n10-n100 мкм) фрагментах переплавленного метеоритного вещества и в форме геохимического рассеяния его в импактном расплаве. Первый случай не вызывает сомнений в космогенной природе структуры. Однако обломки метеоритов сохраняются лишь в небольших (обычно менее 1 км) кратерах и за очень редкими исключениями принадлежат железным метеоритам, так как каменные метеориты легче, чем железные, плавятся и затем либо испаряются, либо растворяются в импактном расплаве. Поэтому их вещество обнаруживается обычно во второй или (чаще) третьей форме.

Следствием переработки метеорита-ударника (астероида, кометы) в ходе ударного события является заметное повышение в импактном расплаве содержаний химических элементов, которых много в космических телах, но мало в земной коре. Количество Ni, Cr, Co, Ir, Os (и друг.) увеличивается в расплавных импактитах в 2-10 раз по сравнению с вмещающими породами (но при этом распределяются они в расплавных импактитах неравномерно). Помимо увеличения содержаний элементов-индикаторов важную информацию о космогенной природе астроблем несут изотопные характеристики некоторых элементов. Так, отношение 3He / 4He в породах земной коры составляет n " 10- 8, в глубинных (мантийных) породах n " 10- 5, в расплавных импактных стеклах Логойской (Белоруссия) и Пучеж-Катункской (Россия) астроблем n " 10- 8, что однозначно указывает на отсутствие связи импактных событий с эндогенными процессами. Отношение 187Os / 186Os в породах земной коры близко к 10, в метеоритах и мантийных образованиях Земли оно около 1, в импактитах астроблемы Садбери

( Канада) 4,6-7,8, что указывает на высокую долю материала в расплаве (до 100% для некоторых типов импактитов). Не менее информативными являются данные по изотопии других элементов или их пар (C, Cu, Ni, Sm-Nd, Re-Os и др.).

3.6 Импактные алмазы и условия их образования

Алмазы присутствуют в трех группах метеоритов: в уреилитах, в двух железных метеоритах, в хондритах (в особенности в углистых хондритах) и различаются морфологически. В уреилитах - это алмазографитовые сростки, с микронными микрокристаллами алмазов (с примесью гексагонального алмаза, карбина, железо-никель-хромовой фазы), в железных метеоритах микрокристаллы алмазов более крупные, в хондритах - это коллоидные алмазы при содержании до 0,000005%.(3)

Х. Найниджер (1956 г.), М. Липшуц и Э. Андерс (1961 г.) пришли к заключению, что метеоритные алмазы образовались при сверхскоростных ударах, при столкновении железного метеорита с Землей, а в уреилитах при столкновениях астероидов. Ударноволновой процесс синтеза алмазов показан экспериментально: алмазы при взрыве синтезировали в 1961 году в США. В том же 1961 году по инициативе Е.И. Забабахина в РФЯЦ. ВНИИТФ К.В. Волковым, В.В. Даниленко, В.И. Елиным в отделе К.К. Крупникова впервые в СССР были синтезированы алмазы в ударноволновых экспериментах лабораторного масштаба. В 1973 году при взрывных экспериментах с сохранением вещества Г.П. Вдовыкин и другие синтезировал алмаз из метеоритных форм углерода.(4)

Исследования метеоритных алмазов, проводимые Г.П. Вдовыкиным с 1962 года, показали, что метеоритные алмазы являются ключевыми объектами при интерпретации импактных (ударноволновых) космических событий. Метеоритные алмазы дали надежное обоснование при интерпретации импактной перекристаллизации силикатных минералов в метеоритах, импактной природы Попигайской астроблемы, стимулировали находки древних ударновзрывных метеоритных кратеров Украины, импактной природы алмазов в этих астроблемах. (7)

4. 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

5. 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))

6. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля Новосибирского центра СО РАН и лекционные курсы на ГГФ НГУ по данной теме

В лекционном курсе на ГГФ астроблемы досконально не изучаются, в первом семестре были даны только определения. В.С. Шацкий, декан ГГФ, выращивает кристаллы алмазов при таких же условиях, как при образованиях импактных кратеров, т.е. высокие температура и давление. К сожалению, в Институте Геологии не занимаются астроблемами. Более глубокие исследования проводятся в МГУ. Метеоритные кратеры вызвали наибольший интерес у таких ученых, как Вишневский С.А., Фельдман В. И. и Вдовыкин Г.П.

Заключение

Рис. 6. Астроблема около оз. Байкала

Словарь основных терминов

Аллогенные брекчии (перемещенные) -- брекчии, залегающие в кратере вместе с расплавными импактитами.

Астроблемы (от греч. astron -- звезда и blema -- рана), -- немногочисленные, известные наперечет формы рельефа, имеющие непосредственно космическое происхождение.

Аутигенные брекчии (неперемещенные) -- трещиноватые вмещающие породы, образующие цоколь астроблемы.

Аморфизация вещества --

Болиды -- небесные тела ярче 4-й звёздной величины, и у которых различимы угловые размеры.

Вмещающие породы -- горные породы, окружающие упавший метеорит.

Геобарометр -- прибор для измерения давления на глубине.

Диаплектовые преобразования (от греч. dia- пере и plektoz - витый, крученый) -- трещины, ударно-термическое разложение.

Диаплектовое стекло --

Импактиты (от англ . impakt - удар) -- породы ударного метаморфизма

Метеорит -- твёрдое тело космического происхождения, упавшее на поверхность Земли.

Морфоструктура (от греч. morphe -- форма и лат. structura -- строение) -- подразделения рельефа земной поверхности, в формировании которых при длительном взаимодействии эндогенных и экзогенных сил ведущая роль принадлежит эндогенным процессам.

Тагамиты -- кристаллы, выросшие из расплава, макроскопически похожие на излившиеся (эффузивные) вулканические породы и обычно содержащие большую или меньшую примесь обломков импактированных вмещающих пород.

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.

Тротиловый эквивалент -- мера энерговыделения высокоэнергетических событий, выраженная в количестве тринитротолуола (ТНТ), выделяющем при взрыве равное количество энергии.

Уреилит -- грубозернистый каменный метеорит из НовоУрен (район Пенжинской губы), состоящий из оливина и авгита, заключенных в никелистом железе (содер. алмаз).

Хондриты -- подавляющее большинство каменных метеоритов, они содержат хондры -- сферические или эллиптические образования преимущественно силикатного состава.

Эювиты -- брекчии, содержащие импактное стекло (от 10 до 100%), внешне похожие на вулканические туфы.

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