Вопрос №15. Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Падение метеоритов и глобальные вымирания.

Количество и размеры метеоритных частиц, выпадающих на Землю. Общий поток внеземного вещества, поступающего на Землю, оценивается в диапазоне от 100 до 1000 тонн в сутки. Даже если принять максимальную из этих оценок (1000 тонн в сутки), то и в этом случае за один миллиард лет на поверхности Земли накапливается слой мощностью лишь около двадцати сантиметров. Поток падающего на нашу планету внеземного вещества, по-видимому, убывает с течением геологического времени, но в любом случае практически на всём протяжении геологической истории (кроме самых ранних этапов) он был ничтожен и фактически никак не сказывался на геологических процессах, идущих на нашей планете.

Размеры падающих на Землю тел, в принципе, могут любыми – от астероидов, размер которых измеряется километрами, до мельчайших пылинок. Метеорные тела вторгаются в земную атмосферу со скоростями, превышающими вторую космическую скорость (11,2 км/с). Они испытывают очень сильное торможение и соответствующий разогрев при прохождении через атмосферу, и большинство из них полностью «сгорают», не долетев до земной поверхности. Впрочем, образующиеся при этом мельчайшие переплавленные частички потом всё равно оседают на земную поверхность. По самым оптимистическим оценкам до земной поверхности долетает в виде метеоритов лишь около одного процента от того вещества, которое в настоящее время падает на нашу планету из космоса.

Долетит метеорит до земной поверхности или нет, зависит, прежде всего, от его первоначальной массы и от скорости, с которой он вошёл в земную атмосферу, а также от его состава и механической прочности (железные метеориты более прочные, чем каменные). Считается, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже самые медленные метеориты, масса которых при входе в земную атмосферу составляла не более 30 кг. Считается также, что в земной атмосфере полностью «сгорают» даже многотонные метеориты, скорость которых при входе в земную атмосферу превосходила 22 км/с.

Метеоритные кратеры на Земле и других планетах. Очень крупные тела, масса которых измеряется многими тысячами тонн и более, достигают земной поверхности, даже если их скорость была значительно выше 22 км/с. При этом, столкновение с земной поверхностью происходит с высокой скоростью, измеряемой многими км/с. В результате удара происходит сильный взрыв и образуется ударный кратер. Размеры кратеров зависят от скорости и массы падающего тела, точнее, от его кинетической энергии в момент удара.

В настоящее время на Земле обнаружено около 180 ударных кратеров, из них 19 – на территории Российской Федерации. Самый большой кратер в нашей стране – кратер Попигай диаметром около 100 км находится на границе Красноярского края и Якутии. Самый близкий к Санкт-Петербургу – кратер Янисъярви диаметром около 14 км находится в Северном Приладожье (Карелия).

Кратеры на Земле в геологическом смысле недолговечны, так как они уничтожаются различными геологическими процессами. Они могут быть полностью стёрты в результате эрозии, перекрыты более поздними осадочными породами, или разрушены в ходе горообразования. Так как Земля очень активна в геологическом отношении, то кратеров на ней мало.

Большинство других тел Солнечной системы, имеющих твёрдую поверхность, напротив, испещрены кратерами (Луна, Марс, Меркурий, многие спутники планет-гигантов). Интенсивная бомбардировка поверхности этих тел произошла на самой раннем этапе истории Солнечной системы. Если же поверхность какого-либо космического тела в дальнейшем была полностью или частично «обновлена», то кратеров на таких поверхностях немного. В качестве примеров можно привести залитые базальтами лунные «моря», заливавшиеся водными потоками крупные площади на Ганимеде (спутник Юпитера). Мало кратеров на Венере, их практически нет на Ио и Европе (спутники Юпитера), что свидетельствует о продолжающихся на поверхности этих тел активных процессах.

Падение метеоритов и глобальные вымирания. Глобальные катастрофы, вызванные ударами комет или астероидов, неоднократно происходили в геологическом прошлом. Одна из самых крупных катастроф произошла 65 миллионов лет назад (на границе мела и палеогена), в результате которой мгновенно исчезли многие группы животных, в том числе и динозавры. Причиной массовой гибели животных стал не сам взрыв, а его экологические последствия. Считается, что в результате взрыва в атмосферу было выброшено огромное количество пыли, которая оседала в течение многих месяцев или даже нескольких лет. Атмосфера на какое-то время стала менее прозрачной для солнечных лучей, что привело к короткому, но очень резкому похолоданию и массовой гибели растений, а значит и животных вследствие нарушения всех пищевых цепочек.

Одним из доказательств того, что первопричиной массового вымирания животных 65 миллионов лет назад был именно удар астероида, является наличие так называемой иридиевой аномалии. В осадочных породах на границе мела и палеогена по всему земному шару обнаруживаются резко повышенные концентрации иридия – химического элемента, малораспространённого в земной коре, но в значительных количествах отмечающегося в метеоритах. В начале 90-х годов XX века был найдены следы кратера, который, как считается, образовался в результате этого удара. Это кратер Чиксулуб в Мексике. Его возраст – 65 миллионов лет, а диаметр – около 170 километров. Он расположен на полуострове Юкатан, причем большая часть окружности этого кратера находится не на суше, а на мелководье Мексиканского залива. Астероид, вызвавший образование этого кратера должен был иметь в поперечнике около десяти километров.

Тема «НОВЫЕ ДАННЫЕ КОСМИЧЕСКИХ МИССИЙ ПОСЛЕДНИХ ДЕСЯТИЛЕТИЙ.»

Вопрос №16 Новые данные о строении Вселенной. Новые данные о Марсе – происхождение марсианских ландшафтов, вода на Марсе. Новые данные о других планетах Солнечной системы и их спутниках. Новые данные о кометах и метеоритах и метеоритная опасность.

Тема «ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ»

Вопрос №17. Мощность, состав и реологические свойства внутренних оболочек Земли.

В вертикальном разрезе мантию иногда подразделяют на верхнюю мантию (от границы с корой до 400 км), где плотность пород растет плавно; переходную зону (400-1000 км), где происходят небольшие скачки плотности, связанные с фазовыми превращениями минералов; и нижнюю мантию (1000-2900 км), где плотность снова растет плавно.

Вопрос №18. Основные границы внутренних оболочек и способы их изучения (P и S волны и их характеристики).

Наиболее важными для изучения внутреннего строения Земли являются так называемые P-волны (продольные) и S-волны (поперечные).

В случае продольных P-волн частицы среды колеблются вдоль направления движения волны. При этом создаются участки сжатия и растяжения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения. Продольные P-волны распространяются и в твердой, и в жидкой, и в газообразной средах, и являются, по существу, обычными звуковыми волнами.

Продольные P-волны являются самыми быстрыми из всех сейсмических волн – им нужно лишь двадцать минут, чтобы пересечь весь земной шар по диаметру.

В случае поперечных S-волн частицы породы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению движения волны. Поперечные S-волны распространяться лишь в твердых телах. Вытекающая из рисунка аналогия поперечных S-волн с морскими чисто внешняя - в жидкой (и в газообразной) среде поперечные S-волны не распространяются. Еще в начале XX века было установлено, что поперечные S-волны не проходят через центральную область нашей планеты - ее ядро, что свидетельствовало о его жидком (расплавленном) состоянии. Поперечные S-волны примерно в 1,7 раза медленнее, чем продольные P-волны.

Кропотливый математический анализ хода сейсмических волн, возникающих при сильных землетрясениях и зарегистрированных сейсмостанциями, расположенными по всему миру, позволил определить, какую скорость имеют сейсмические волны на разных глубинах внутри тела Земли. Был построен так называемый «скоростной разрез Земли», т.е. график зависимости скорости сейсмических волн от глубины (слева).

Наиболее резкие изменения скорости сейсмических волн фиксируются на границе коры и мантии (граница Мохоровичича – в среднем около 40 км под континентами) и на границе мантии и ядра (поверхность Гуттенберга – 2900 км).

Помимо этого, на скоростном разрезе выделяется еще несколько сейсмических границ. Наиболее важной из них является граница, разделяющая ядро на внешнее и внутреннее (на глубине 5100 км). Несколько слабых скачков скорости сейсмических волн фиксируются в мантии на глубинах от 400 до 1000 км – они обусловлены скачкообразными превращениями некоторых минералов в более плотные модификации.

Между сейсмическими границами скорость волн возрастает с глубиной плавно, что связано с постепенным ростом плотности среды под действием возрастающего с глубиной давления. Очень важной особенностью скоростного разреза, проявленной в верхней мантии, является так называемая «зона низких скоростей», наличие которой объясняют тем, что породы в этой зоне частично расплавлены.