Новая модель подтверждает историю Чиксулуба

Горные породы, окружающие центр самого знаменитого метеоритного кратера Земли, обладают невероятно пористой структурой. С помощью компьютерных моделей можно предсказать их микроструктуру.

Астрономы долго гадали о метеоритных ударах в форме мишени на многих планетах и спутниках Солнечной системы. В качестве подобного образца для изучения на Земле есть только один кратер, который проходит через побережье мексиканского полуострова Юкатан.

По словам Ауриол Рэй, геолога из Имперского колледжа Лондона, и его научного руководителя Гарета Коллинза, исключительная пористость породы, извлечённой в 2016 году из пикового кольца этого кратера, показывает, что при его образовании породы перемещались с больших глубин. Последние данные геологов указывают на то, что компьютерные модели, объясняющие появление пиковых колец, верны.

«Самое знаменитое пиковое кольцо находится на Луне, в кратере Шрёдингера, - говорит Рэй. - Чиксулуб – это единственный нетронутый кратер на Земле с чётким пиковым кольцом – есть ещё несколько, например, Вредефорт в Южной Африке или Садбери в Канаде, но они сильно эродированы. Чиксулуб хорошо сохранился, так как сразу после удара был заполнен осадочными породами».

Пиковые кольца важны для планетологов, так как они показывают, что когда-то занесённая горная порода снова оказалась на поверхности и стала доступна для исследований с помощью удалённого зондирования или планетоходов. Но остаётся большой вопрос: с какой глубины поднимаются геологические разрезы?

Временная трещина

Рэй разработал физическую модель 14-километрового объекта, который столкнулся с Землёй на скорости 15 км/с чуть меньше, чем 66 млн лет назад, в том месте, где сейчас находится Чиксулуб. Наиболее значительным следствием стала мировая климатическая катастрофа, которая привела к гибели динозавров. Рэй сфокусировался на воздействии удара на горные породы как раз под тем местом, где приземлился метеорит. Такие воздействия включают плавление породы под местами, близкими к центру, и её перемещение по пространству вокруг.

Согласно модели создания пиковых колец, исследуемой командой Рэя, сначала ударная волна, направленная вниз, создаёт первую впадину огромных размеров. Это называется «временная трещина», потому что такая впадина неустойчива. Крутые края скоро начинают обваливаться, в то время как под давлением больше не имеющих противовеса нижних пород дно начинает подниматься, как происходит в случае, когда камень бросают в воду.

У кратеров, возникших от метеоритов средних размеров, центральный пик сформирован из вещества, изначально находившегося на глубине нескольких километров под землёй. Однако чиксулубский метеорит был настолько велик, что центральный пик, который превышал Эверест, обрушился и расширился.

Как показывают расчёты Рэя, это образовало пиковое кольцо. Оно состоит из породы, которая изначально находилась на глубине 10 километров под землёй, затем под действием силы она продвинулась по спиралевидной линии, прошла по краям «временной трещины», после этого поднялась выше вслед за растущим пиком, и в конечном счёте сравнялась с поверхностью земли в месте удара метеорита. «Вещество оказалась зажатым между поднятым центром кратера и его опустившимися краями», - объяснил Рэй.

Вертикальные трещины

На основе компьютерной модели, предсказывающей, как порода станет вести себя под действием метеорита, многие геологи допускают, что в процессе т.н. «динамического разрушения» кратеры приобретают свою конечную форму.

В 2016 году в ходе программы International Ocean Discovery учёные протестировали свои модели на веществе из настоящего пикового кольца Чуксулуба. Результаты подтвердили модель динамического разрушения, потому что, как оказалось, пиковое кольцо состоит из необыкновенно пористого гранита, с микроскопическими порами, составляющими примерно 10% от всего объёма. Это стало ясно, когда учёные увидели образец. Такой и должна быть порода, прошедшая десятки километров под землёй под действием сил сдвига.

На встрече в Вене Рэй представил новые находки, которые показывают, что компьютерные модели действительно близки к истине. Он установил, что трещины в граните преимущественно направлены почти вертикально. Именно такое направление и предсказывает его компьютерная модель на основе траектории пути, по которой порода движется к земле, и задействованных при этом силах.

Трудности на других планетах

Если эти выводы верны, данная модель может объяснить формирование горных колец внутри больших кратеров на планетарных телах. Завершающая проверка модели, однако, нужна для того, чтобы сымитировать схожие структуры впадин на других планетарных телах, таких как Луна и Меркурий, с отличающимися коровыми структурами, ударными условиями и ускорением свободного падения. Всё это влияет на формирование структуры впадины и может быть использовано в дальнейшем исследовании и совершенствовании моделей для больших ударных кратеров.

Как только планетологи получат надёжную модель, это улучшит понимание происхождения и состояния пород при ударе, некоторые из которых могут быть взяты за образцы будущими посадочными миссиями по проникновению в глубинные слои коры и исследованию истории формирования планетарного тела.

Геолог Пим Каскес из Брюссельского свободного университета приехал в Вену, чтобы представить своё исследование других горных пород, выброшенных чиксулубским метеоритом. Он говорит, что поразился множеству градаций в исследовании Рэя: «Потрясающе видеть, что у вас есть характеристики пород кратера почти двухсот километров в диаметре, а также измерения вплоть до микрометров, дающие объяснение этим характеристикам».

Это многообещающие результаты не только для геологов, которые хотят понять природу пиковых колец кратеров, но также и для астробиологов. Из-за того, что породы пиковых колец очень пористые, они могут оказаться главными местами залежей воды из глубоких горячих слоёв. Пиковые кольца считаются очень важными в процессах гидротермальной активности внутри геологических структур метеоритов. А гидротермальные системы, в свою очередь, считаются важным условием для жизни.

Источник: eos.org