Откуда на Земле берутся ударные кратеры? Как они образуются? Чем отличаются друг от друга? Почему важно их изучать? Какие тут есть реальные угрозы и возможности
В американской фантастической комедии «Эволюция» на Землю падает огромный метеорит, образуя кратер, на дне которого начинает развиваться инопланетная жизнь, причём с бешеной скоростью, значительно превышающей все привычные нам эволюционные темпы. Разумеется, две формы жизни вступают в противоборство, и явный перевес на стороне инопланетян.
Может ли такое случиться на самом деле? Откуда на Земле берутся ударные кратеры? Как они образуются? Чем отличаются друг от друга? Почему важно их изучать? Какие тут есть реальные угрозы и возможности для нас с вами? Об этом рассказывает Дмитрий Дмитриевич БАДЮКОВ, заведующий лабораторией метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН, кандидат геолого-минералогических наук.
– Дмитрий Дмитриевич, много ли на нашей планете ударных метеоритных кратеров?
– Сейчас насчитывается 190. Это достаточное количество, чтобы считать бомбардировку Земли крупными космическими телами важным геологическим процессом.
– Все ли нам известны?
– Конечно, нет. Ранее каждый год открывалось в среднем один-два новых кратера, сейчас этот процесс несколько затормозился. Есть и «пустые» годы, когда ничего нового не находят, а бывают годы, богатые на такого рода «урожай».
– Как происходит открытие кратера?
– Если вы находите на космо- или аэрофотоснимке кольцевое образование, то можно предположить, что оно имеет космогенное происхождение. Однако в своё время писатель и капитан дальнего плавания Андрей Некрасов вложил в уста своего героя капитана Врунгеля такую фразу: «Каждая селёдка – это рыба, но не каждая рыба – это селёдка». Так и с кратерами.
По этому поводу появляется много предположений: если мы видим круг – значит, это ударный кратер. Но это далеко не всегда так. Например, идеальная кольцевая структура в Пермской области близ посёлка Ашап – её можно посмотреть на снимках GoogleEarth. Однако полевые исследования показали, что она вряд ли является метеоритным кратером, хотя, конечно, требуется её дополнительное изучение.
С другой стороны, достаточно часто кратеры подвергаются эрозии и захоронению более молодыми осадочными породами и, следовательно, никак не проявляются в рельефе. Поэтому надёжный результат даёт лишь опознание с помощью различных геологических, геохимических и геофизических данных. В первую очередь это присутствие уникальных признаков ударного преобразования пород.
– А как кратеры образуются?
– Как известно, из-за торможения в атмосфере метеориты падают на Землю с относительно небольшой скоростью. Она составляет примерно 200 метров в секунду, это скорость летящей пули, выпущенной из охотничьего ружья. Но чем крупнее тела, тем менее эффективно они теряют скорость, и когда мы имеем дело с телами размером в сто и более метров, они практически не замедляются. Скорость их подхода к Земле – это фактически вторая космическая скорость (около 11 километров в секунду), а бывает и выше. То есть средняя скорость – порядка 18 километров в секунду, максимальная – 72.
Когда такое тело ударяется о твёрдую земную поверхность, в момент соприкосновения с планетой происходит взрыв – мощное энерговыделение, когда кинетическая энергия тела-ударника переходит в перемещение и выброс вещества земных пород, а также в тепло – нагрев этого вещества. Процесс перераспределения этой энергии достаточно сложен, но всё дело в том, что в момент соприкосновения с поверхностью Земли астероид генерирует ударную волну, давление в которой может достигать величин, превышающих давление в центре Земли. Это гигантские цифры порядка миллионов атмосфер.
Когда волна идёт по толще пород, она несколько ослабляется, но всё равно сохраняет довольно высокие параметры, которые способны производить так называемое ударное преобразование пород. Это процесс, когда породы приобретают специфические черты, характерные только для ударного метаморфизма.
– Значит, для того чтобы определить, является ли это место кратером, нужно изучать породы?
– Да. Если мы находим следы ударного метаморфизма в породах и минералах, стёкла, образованные из ударного расплава, специфические породы – так называемые импактиты, то это служит несомненными признаками ударно-взрывного происхождения данной структуры.
– Но ведь извержения вулканов тоже преобразуют породы?
– Хотя при извержении вулкана тоже могут происходить взрывы с мощным выбросом вулканических пород, давление там развивается совсем маленькое по сравнению с давлением при кратерообразующих процессах. Пользуясь комплексом признаков, таких как наличие ударного метаморфизма, присутствие ударного расплава и так далее, мы можем судить о том, имеем дело именно с ударным кратером или нет. Такой кратер должен прослеживаться в гравитационных и магнитных аномалиях, что служит дополнительным (но не основным) подтверждением его происхождения. Ударно-взрывные метеоритные кратеры – всегда бескорневые структуры.
– А что это значит?
– Если для вулкана мы всегда видим подводящие каналы, магматические очаги, которые располагаются на глубине, то ударный кратер, затухая, переходит в совершенно ненарушенные породы. Это и есть бескорневая структура – некое экзогенное образование.
– Как часто происходят образования кратеров?
– Зная приблизительную скорость кратерообразования, мы можем прикинуть, что на нашей планете в течение одного миллиона лет происходит образование кратера размеров в несколько километров. Иначе говоря, для нашей с вами истории это очень редкое событие. На памяти человечества ничего подобного, насколько мы знаем, пока не случалось.
– И, наверное, слава богу?
– Наверное. А в геологическом смысле это довольно частый процесс.
– Содержат ли эти кратеры части самих небесных тел?
– Из-за высоких температур, развивающихся при больших ударно-взрывных событиях, вещество метеорита полностью плавится и испаряется – превращается в пар. За одним редчайшим исключением мы никогда не находим присутствия вещества-ударника в крупных кратерах в его первозданном виде.
– Что это за исключение?
– Это кратер Morokweng в Африке диаметром примерно 70 километров, где вроде бы нашли вещество ударника – 25‑сантиметровый обломок в толще импактных расплавных пород. Это уникальный случай, пар или расплав ударника всегда растворяется в расплаве земных пород, а его исходное вещество отсутствует.
Но присутствие космического вещества можно опознать геохимическими методами. Например, для 22‑километрового кратера Clearwater East на Канадском щите геохимическими методами показано, что там присутствует порядка десяти процентов вещества-ударника. Вообще, надёжно присутствие космического вещества опознаётся по обогащению импактитов металлами группы платины. Также очень хорошо для этих целей работает такой тонкий метод, как рений-осмиевая систематика. Хотя, конечно, бывают кратеры, которые не содержат геохимических следов ударника, но благодаря эффектам ударного метаморфизма мы их тоже распознаём. С другой стороны, ради правды следует отметить, что обломки метеоритного вещества присутствуют в молодых небольших кратерах – Аризонском, Хенбери, Вольф-Крик и др.
– На территории нашей страны много метеоритных кратеров?
– На данный момент известно 16. Это очень мало. Их много, к примеру, в Финляндии, потому что это очень хорошо геологически изученная страна. У нас их просто плохо ищут. Думаю, резерв у нас составляет десять и более кратеров. Показательно, что в связи с развалом геологической службы за последние 30 лет не было найдено ни одного метеоритного кратера, в то время как раньше, начиная с 1970 года, находили примерно один кратер в год.
– Почему важно их находить?
– Практического значения они, на первый взгляд, не имеют. Это важно для фундаментальной науки, чтобы понять сам феномен кратерообразования. Но есть такая важная вещь, как астероидная опасность, о которой так много говорят. Существует статистика Пуассона, согласно которой, чем больше мы находим молодых кратеров возрастом не более нескольких сотен тысяч лет, тем ниже вероятность образования нового.
– Откуда прилетают тела, образующие кратеры?
– В основном они берутся из пояса астероидов. Изменение орбиты какого-нибудь астероида может привести к тому, что его орбита пересечётся с орбитой Земли с соответствующим последствием в течение времени – падением на Землю. Также возможен прилёт ядер комет. Как астероиды, так и ядра – это тела размером от десятков метров до десяти километров и больше. К примеру, знаменитый мел-палеогеновый кратер Чиксулуб в Мексике, способствовавший великому мезозойскому вымиранию биоты, был образован телом размером порядка восемьдесять километров в диаметре.
– Сейчас много разговоров о том, что со временем можно будет добывать на астероидах полезные ископаемые. С этой точки зрения кратеры не могут быть полезны?
– Нет, вряд ли, потому что содержание полезных ископаемых в импактитах низко. Тот же никель, кобальт, элементы группы платины находятся в высоких промышленных содержаниях на железных астероидах, но в импактитах они разубоживаются (теряют качества полезных ископаемых. – Ред.) земными породами, и их концентрация становится очень низкой. Единственное исключение для импактных полезных ископаемых – алмазы. Если породамишень, о которую ударился астероид, содержит какое-то углеродистое вещество, то под воздействием высоких давлений это вещество переходит в алмаз. В частности, на гигантском стокилометровом кратере Попигай на Анабарском щите даже хотели строить фабрику по добыче алмазов. Но случилась перестройка, и проект не состоялся.
А вообще сейчас гораздо выгоднее получать алмазы искусственным путём. Китайцы даже продают небольшие цеха для производства алмазов. Это гораздо проще и дешевле, чем добывать в тех же кратерах. Также возможно использование импактитов для строительных нужд.
– Каким образом?
– Например, церковь в городе Нордлингер, расположенном на борту 25‑километрового кратера Рис (Германия), построена, насколько мне известно, из зювитов – импактных брекчий (горная порода, сложенная из угловатых обломков. – Ред.), а пол холла отеля Кивитиппу (переводится как «падающий камень»), находящегося на берегу озера Лаппаярви (Финляндия), вымощен плитами расплавных импактитов (тагамитов), добытых в одноимённом кратере. Также можно использовать в дорожном строительстве кратерные дроблёные породы.
– Вам самому доводилось открывать метеоритные кратеры?
– Нет, к сожалению. Тут нужен доступ к свежей геологической информации. В своё время был такой замечательный исследователь кратеров Владимир Людвигович Мосайкис из Всероссийского научно-исследовательского геологического института, куда приходили все отчёты от геологической службы Советского Союза. В первом приближении он и его сотрудники искали проявления вулканизма на платформенных областях. Если было описано, что там есть вулканические породы, они сразу ехали туда и смотрели. Так ими был открыт Попигайский кратер, кратер Янисъярви, множество кратеров по данным бурения на Русской платформе, когда там описывались брекчии или расплавные породы. Это импактиты, когда всё перемешано и состоит из обломков породы или расплава с обломками. Если на какой-то площади наблюдаются эти брекчии, то это даёт возможность предположить наличие метеоритного кратера.
– Не могу не спросить про знаменитое Тунгусское событие, которое до сих пор будоражит умы исследователей. Почему там нет кратера?
– Я считаю, что загадки Тунгусского события уже не существует, хотя некоторые проблемы остались. Про Тунгуску мы знаем, что там в торфах, в так называемом катастрофном слое 1908 года, присутствует в очень незначительных количествах следовая примесь космического вещества. Это было вещество, по всей видимости, близкое к обыкновенному хондритовому веществу – комета или каменный метеорит. Что это было, точно мы не знаем. Но в Институте динамики геосфер РАН разработали модель вхождения в атмосферу тела размером в несколько десятков метров на очень высоких скоростях, достигающих 40–50 километров в секунду. Дальше происходит вот что: тело благодаря своим небольшим размерам полностью сгорает в атмосфере. Это то же самое, что и кратерообразование, только оно происходит, когда тело стукается о плотные слои атмосферы, тропосферу. Там оно полностью испаряется, и, как при ядерном взрыве, вся эта горячая субстанция поднимается вверх и разносится ветром. В этом случае на месте мало что остаётся – всё уносится вверх.
– Вам эта модель кажется убедительной?
– Да, вполне. Она хорошо объясняет, почему на достаточно ограниченном пространстве мы видим только слабые следы привноса космического вещества и не видим никаких кратеров – только лесоповал и следы пожара, которые хорошо объясняются мощным энерговыделением.
– Вы много лет изучаете метеоритные кратеры. Было ли что-то, Вас удивившее?
– Это та область, которая удивляет постоянно. Не так давно мы выезжали на Карлинский кратер в Татарстане. Он образован в осадочных породах. Там уникальные импактиты, образованные по карбонатным породам. Ничего подобного больше нигде нет. Или кратер Жаманшин в Актюбинской области, который называют «космическим местом» из-за невероятных, фантастических пейзажей… И везде импактиты отличаются друг от друга. Двух одинаковых кратеров нет. Например, импактиты Карского кратера на побережье Карского моря, хотя кратер там довольно большой, 60 километров, отличаются от импактитов кратера Попигай. Импактиты Жаманшина, так называемые жаманшиниты, – это замечательные ударные стёкла. Там можно найти стеклянные бомбы с корочкой растрескивания, которые демонстрируют, как они летели, как падали и застывали. Когда вы там находитесь, представляете себе ту энергию, которая там бушевала. Это ведь очень быстрый процесс, который длится всего несколько минут – и всё заканчивается.
– Эти места каким-то образом охраняют?
– «Наши» кратеры никто особо не охраняет. Было предложение организовать национальный парк или что-то в этом роде в Попигайском кратере. С другой стороны, кратер Жаманшин в Казахстане не то чтобы строго охраняется – он, если можно так выразиться, окультурен благодаря работе директоров Актюбинского планетария и Иргизского краеведческого музея. Существует подъездная дорога, поставлены указатели, туристы могут приехать, посмотреть, поснимать.
– Это хорошо или плохо?
– Я считаю, что в некоторых отношениях это плохо. Жаманшинский кратер в своё время изобиловал так называемыми тектитоподобными тельцами – иргизитами, капельками стеклянного расплава с большим содержанием вещества-ударника космического тела. Вот ты идёшь – а они там в россыпях. В 80‑е годы набрать пробный мешочек такого вещества не составляло труда. Но потом они были просто-напросто обобраны – они растаскивались и продавались. Мы были там прошлой осенью, и сколько я ни бродил, ничего практически не нашёл.
– А алмазы Вы находили?
– Нет, не случалось. Но не надо думать, что это типа кимберлитовых алмазов – речь идёт о крошечных, миллиметровых алмазиках, которые невооружённым глазом зачастую и не разглядишь. Чтобы их найти, надо растолочь породу и растворить её в щелочах или кислотах. Найти алмаз в породе просто так невозможно, хотя они присутствуют на Карском кратере, на кратере Янисъярви и некоторых других. Их ценность в первую очередь в том, что с их помощью можно подтвердить импактное происхождение кратера.
– Наверняка некоторые кратеры со временем заполняются водой, превращаются в озёра. Такие кратеры тоже находят?
– Конечно, к таким кратерам как раз относится, например, Янисъярви. Он целиком заполнен водой, лишь острова сложены импактитами, а по берегам их выходы очень редки. Или кратер Эльгыгытгын на Чукотке. В Европе даже существует клуб любителей купаться в метеоритных озёрах.
– Это что-то особенное, экзотическое?
– Нет, это скорее нечто шутливое. Многие молодые кратеры заполняются водой. Но с течением геологического времени из-за эрозии, когда сносятся верхние породы, может накопиться следом большая толща осадочных пород. Это так называемые захороненные метеоритные кратеры. Они опознаются по бурению. На Русской платформе почти все кратеры являются захороненными и опознаны, когда ещё в советские времена в тех краях бурились картировочные скважины. Бурилось тогда очень много: если ты не израсходовал деньги на бурение в этом году, то в следующем их тебе срежут. Именно благодаря этому были обнаружены многие метеоритные кратеры.
– Существует распространённая точка зрения, что жизнь на Землю была занесена из космоса с помощью комет, метеоритов и астероидов. В продолжение этой точки зрения есть версия, что эта жизнь сохранилась в метеоритных озёрах и сейчас продолжает там развиваться. Что Вы думаете по этому поводу?
– Мы никогда не можем со стопроцентной уверенностью утверждать, что этого не может быть. Однако можем так думать с большой долей вероятности: из-за высоких температур, которые там развиваются, не то что органическая жизнь там не может сохраниться – там разрушаются все минералы, из которых сложено вещество астероида.
Все первичные структуры исчезают. Однако всегда есть вероятность, что если тело обладает неправильной формой, то какая-то его часть может пережить подобное катастрофическое событие. Вероятность есть – но как часто она реализуется и реализуется ли, мы не знаем. Но такие численные расчёты при соударении ударника с Землёй были сделаны. Оказывалось, что какие-то части астероида при определённых условиях не испытывали плавления. Поэтому – кто знает? Хотя лично я отношусь к этому скептически. Если хотя бы однажды побывал в кратере, то понимаешь, что выжить там в момент падения невозможно.
– Будем надеяться, что в такой момент мы никогда туда не попадём.
– Будем надеяться! Ну а если говорить о том, что представляют собой кратеры сейчас, то никаких фантастических сюжетов там придумывать не надо – они сами по себе совершенно удивительны. Не только своей особенной, ни с чем не сравнимой красотой – это оазисы, природные заповедники. Не знаю, с чем это связано, – вероятно, с раздробленностью пород, их проницаемостью и большей доступностью питательных веществ – тут я не специалист.
К примеру, если взять Попигайский кратер и посмотреть на его снимок из космоса, то видно, что это зелёное пятно. Сам кратер зарос лиственницей. Это лесотундра – тогда как рядом с кратером простирается голая тундра. Или Жаманшин – его окружает степь, близкая к полупустыне. Но кратер заполнен всякими растениями, даже встречаются маленькие деревца. Кроме как в этом кратере, в округе их нигде больше нет. По сравнению с тем, что снаружи, там царит настоящее буйство природы, особый микроклимат.
– А животные?
– Не занимался изучением этого вопроса. Но вот на Жаманшине, например, было много барсуков – а вне кратера их нет. Во всяком случае, мы их не видели. Почему? Непонятно.
– А какие-то необычные ощущения, как в Зоне у Стругацких, возникают?
– Нет, никакой мистики – просто невероятно интересно. А это, скажу я вам, покруче, чем фантастика.
Беседовала Наталия ЛЕСКОВА
Источник: «НиР» № 9, 2023