5.5.1. Характерные признаки космогенных структур
Выделяются четыре группы признаков космогенных структур: морфоструктурные, минералого-петрографические, геофизические и геохимические.
К морфоструктурной группе признаков относятся кольцевая или овальная кратерная форма, наличие кольцевого вала, центрального поднятия или "центральной горки" в кратерах диаметром более 3 км, отчетливое радиально-кольцевое расположение разрывных нарушений.
Группа минералого-петрографических признаков предполагает наличие в ударно-метаморфических кратерах высокобарических модификаций и шоковых (планарных) структур минералов, импактитов, раздробленных и брекчированных пород.
К высокобарическим минералам относятся полиморфные модификации SiO2 - коэсит и стишовит, мелкие кристаллы алмаза, морфологически отличающиеся от алмазов кимберлитов, и наиболее высокобарическая модификация углерода - лонсдейлит. Они возникают при сверхвысоких давлениях, не характерных для земной коры.
В породообразующих и акцессорных минералах мишени, таких как кварц, полевые шпаты, циркон и др., образуются пленарные структуры, или деформационные ламелли, - тонкие трещины шириной в несколько микрон, расположенные обычно параллельно определенным кристаллографическим элементам зерен минералов. Минералы с планарными структурами называют шоковыми, например шоковый кварц.
При падении космического тела за сверхмалое время (менее 0,1 с) выделяется огромное количество энергии, расходующейся на сжатие и дробление, плавление и испарение пород в точке соприкосновения с поверхностью (мишенью). В результате воздействия ударной волны в мишени образуются породы, носящие общее название импактитов, а возникающие при этом структуры часто называют импактными.
Импактиты представлены стеклами плавления, часто с обломками различных пород и минералов мишени. Они подразделяются на туфоподобные - зювиты и массивные лавоподобные - тагамиты.
Среди брекчированных пород выделяются:
1) аутогенная брекчия - интенсивно трещиноватые и часто передробленные до состояния муки породы мишени, сохраняющие место первоначального залегания;
2) аллогенная брекчия, состоящая из крупных перемещенных обломков различных пород.
Геофизическими признаками космогенных структур являются кольцевые аномалии физических полей, в основном гравитационных и магнитных. Центрам кратеров обычно соответствуют отрицательные или пониженные магнитные поля, гравитационные минимумы, осложненные иногда локальными максимумами (если есть центральная горка).
Геохимические особенности определяются обогащенностью пород тяжелыми металлами (Pt, Os, Ir, Co, Ni, Cr), характерными для хондритов, а также изотопно-геохимическими аномалиями углерода и кислорода.
Примерный сценарий образования космогенных структур показан на рис. 5.10 [17].
Приближаясь к поверхности планеты, космическое тело соударяется с ней. От точки удара распространяется ударная волна, приводящая вещество мишени в движение. Начинает расти полость будущего кратера (рис. 5.10, а). Частично за счет выброса, а частично за счет преобразования и выдавливания разрушающихся пород полость достигает максимальной глубины. Образуется временный кратер (рис 5.10, б).
При малом размере космического тела кратер может оказаться устойчивым (рис. 5.10, в).
Рис. 5.10. Примерный сценарий образования метеоритных кратеров:
1 - горная порода; 2 - горная порода, сжатая ударной волной; 3 - горная порода, выброшенная в результате удара: 4 - раздробленная горная порода в смеси с ударным расплавом; 5 - направление перемещения материала (пояснения см. в тексте)
В другом случае разрушенный материал оползает с бортов временного кратера и им заполняется его дно. Формируется "истинный кратер" (рис. 5.10, г).
В ударном событии большого масштаба неясные пока процессы потери устойчивости приводят к быстрому воздыманию днища кратера, обрушению и опусканию его периферийных частей. При этом образуется "центральная горка" (рис. 5.10, д), а кольцевое углубление заполняется смесью обломков и импактного расплава (рис. 5.10, е).
Одним из наиболее полно изученных объектов является Аризонский метеоритный кратер. Эта структура относится к самым молодым природным высокоскоростным ударным кратерам [23].
Кратер расположен в Северной Аризоне, примерно в 35 км западнее города Уинслоу. Аризонский метеоритный кратер достигает глубины 180 м, в его диаметр составляет приблизительно 1220 м. Он образовался в пологозалегающих пермских и триасовых породах южной части плато Колорадо, причем деформации, обусловленные ударным процессом, вполне очевидны и легко выявляются при картировании. Однако даже в отношении этого кратера долгое время велись дискуссии о его происхождении.
На дне кратера и в пределах кратерного вала было пробурено большое число буровых скважин, пройдено несколько шахт в тщетных попытках обнаружить крупное метеоритное тело, сложенное никелистым железом.
Аризонский кратер не имеет абсолютно круглой формы, в плане он скорее напоминает квадрат. Исследователи объясняют такие контуры существованием двух крупных систем сбросов и трещин в подстилающих породах. Вокруг кратера расположен заметный вал, возвышающийся над окружающей равниной на 30-60 м, хорошо сохранились остатки обширного покрова выбросов. Некоторые выбросы до сих пор еще можно закартировать вдали от кратерного вала, на расстоянии, равном диаметру кратера.
Выбросы содержат много мелких обломков метеоритного тела, однако железо, как правило, полностью окислено. Также в выбросах встречаются многочисленные обломки расплавленных и частично расплавленных пород, обломки со следами скалывания и с корочками стекла. Значительная масса метеоритного железа обнаруживается вокруг возвышенности, в центре которой находится обширная впадина. В Аризонском кратере Чжао с сотрудниками (1960) впервые обнаружил природные выделения коэсита и стишовита.
Возраст Аризонского метеоритного кратера точно не установлен, но, очевидно, он относится к молодым образованиям. Дно кратера частично выполнено четвертичными и современными отложениями, а плейстоценовый делювий закрывает самую нижнюю часть его стенок.
У местных индейцев существуют предания о возникновении кратера, однако похоже, что они ведут свое происхождение не от очевидцев. Возраст кратера по оценкам варьирует в диапазоне 20 000-40 000 лет.
Большую дискуссию вызвал вопрос о направлении траектории падения метеорита. Споры главным образом касались симметрии кратера, распределения выбросов и обломков железа. Однако, имеющиеся факты не дают однозначного ответа. Оценки массы ударяющегося тела, состоящего из никелистого железа, варьируют в пределах от 30 тыс. до более чем 200 тыс. т.
На территории Канады в свое время было обнаружено много крупных кольцевых структур, которые исследователи рассматривали как ударные структуры и эродированные кратеры (см. табл. 5.5 и рис. 5.11).
Исследование кольцевых структур проводилось в соответствии с программой геофизической разведки, картирования, бурения.
Таблица 5.5