Поиск и исследование линейных и кольцевых структур поверхности Земли с помощью научно-технических достижений последних лет в области соз

    Поиск и исследование линейных и кольцевых структур поверхности Земли  с помощью научно-технических достижений последних лет в области создания и развития космических средств.

    Введение

    Дистанционное зондирование прочно вошло в практику изучения Земли из космоса, данные космических съёмок активно используются не только в научных и практических целях, но и в повседневной жизни. Можно назвать более сотни потенциальных применений методов дистанционных исследований для изучения и инвентаризации природных ресурсов Земли. Особенно велико значение космической информации для изучения геологического строения Земли и поиска полезных ископаемых. Отсюда актуальность разработки методов автоматизированного выделения геоиндикационных признаков (линейных и кольцевых структур) на аэрокосмических изображениях при комплексном изучении геологических образований. Геологические и геохимические данные показывают, что ударные события играют основную роль в преобразовании поверхностного

материала таких безатмосферных тел Солнечной системы, как Луна и астероиды. Не вызывает сомнения, что в процессе образования планетных тел также происходила интенсивная ударная переработка аккретирующегося материала. В геологической истории Земли крупные ударные события могли быть причиной глобальных климатических и биотических изменений.

     Астроблемы –  звёздные раны Земли.

    Падение больших метеоритов - достаточно редкое событие, но поскольку след его остается на земной поверхности на времена геологических масштабов, то общее число обнаруженных на сегодня гравитационных кратеров составляет уже более двух сотен.

    Метеориты с большими массами тормозятся атмосферой относительно слабо и достигают  поверхности с такой скоростью, что при ударе о неё они  сильно изменяются, а на месте их падения остаётся кратер.

    Такие кратеры называют «АСТРОБЛЕМАМИ».

    Термин  «астроблема» был предназначен для  обозначения структур, возникающих  в точках соударения метеоритов с  поверхностью Земли (DIETZ 1960), и в буквальном переводе с греческого означает «звёздная рана».

    Большая часть метеоритных кратеров имеет в плане округлую форму (рис. 1), что свидетельствует о крутом (близком к вертикальному) движении ударника.

Рисунок 1 Астроблема Шунак (Казахстан, Прибалхашье) имеет диаметр 2,5 км; время ее образования около 12 млн лет. Хорошо видны цокольный кольцевой вал и уплощенное дно, покрытое глинистыми озерными осадками третичного периода.

     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 9°.

     Округлая  воронка кратера окружена валом (рис. 2), который образован задранными пластами горных пород мишени (это цокольный вал), перекрытыми выброшенными при взрыве обломками пород (которые слагают насыпной вал).

Рисунок 2 Строение метеоритных кратеров (астроблем), разрез.

    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.

    Внутри  кратера располагаются продукты взрыва (импактиты). Это обломки пород мишени, 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).

     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 как на Земле, так и на других планетах Солнечной системы. Метаморфизм развивается при соударениях космических тел друг с другом: вследствие высвобождения очень большой энергии за крайне малое время в момент удара давление достигает нескольких гигапаскалей, а температура – десятков тысяч градусов.

    Скорость  вхождения метеорита в атмосферу Земли немного превышает вторую космическую скорость 11,2 км/с, затем она снижается от торможения в атмосфере (поэтому в дальнейших оценках будем считать скорость столкновения метеорита с земной поверхностью равной 10 км/с). Энергия метеорита зависит, таким образом, в основном от его массы, которая может изменяться в очень широких пределах.

    Эта энергия тратится:

    Во-первых, на разрушение, дробление и минеральные изменения горных пород в объеме кратера и на разрушение (вплоть до испарения) самого метеорита (Е₁). Сразу нужно отметить, что при сверхзвуковом ударе размер кратера окажется значительно большим, чем размер самого метеорита, поэтому затраты энергии будут связаны с образованием кратера, а не с изменением самого метеорита;

    Во-вторых, часть начальной энергии переходит  в кинетическую энергию выбрасываемых из кратера горных пород (Е₂);

    В-третьих, есть еще расход на энергию звуковых волн, уходящих в глубь Земли и в атмосферу (Е₃);

    В-четвертых, тепловая энергия, т.е. энергия, уходящая на нагревание, а при мощных взрывах - на частичное плавление и даже испарение горных пород (Е₄). Однако учитывать её как независимое слагаемое при подсчёте баланса первичной энергии было бы неверным. Ведь вся энергия метеорита уходит, в конечном счете, именно на нагревание горных пород, пройдя перед этим через другие механические формы. Оговорка «практически» связана с изменением в результате столкновения с метеоритом скорости движения всей Земли и скорости её вращения. Они ничтожны даже при столкновении Земли с большим астероидом.

    На  нашей планете кратеров намного  меньше, чем на Луне. При дрейфе континентальных  плит поверхность Земли довольно быстро обновляется, а подвижные  атмосфера и океан размывают  очертания кратеров. Лишь с помощью  контрастных фотографий из космоса удалось обнаружить более двух сотен сильно искаженных временем кольцевых структур диаметром до сотни километров. Оказалось, например, что г. Калуга расположена в древнем кратере диаметром 15 км. Несколько менее уверенно можно утверждать космическое происхождение формации диаметром  440 км на восточном берегу Гудзонова залива (её половина видна на географической карте в очертаниях побережья).

    Наибольший  отчётливый кратер находится в Аризоне, США. Он имеет диаметр 1265 м и глубину 175 м., а образовался всего 25-30 тысяч лет назад при падении тела массой около 10 млн. тонн. Даже при образовании малых кратеров часть горной породы и самого метеорита разлетаются в виде расплавленной массы веществ. Такие застывшие в полёте каменные капли называются тектитами. О величине максимальных скоростей выброса вещества при образовании кратеров можно судить по неожиданным находкам на земле нескольких метеоритов, уверенно отождествлённым с лунными породами. Их лунное происхождение означает, что они были выброшены с Луны при образовании кратера со скоростью, большей второй космической скорости Луны 2,4 км/с, а затем, может быть, через большое время упали на Землю.

    При образовании больших кратеров тектиты  разлетаются на сотни и тысячи километров, образуя вокруг кратеров тектитные поля. Особенно чётко очерчиваются границы тектитных полей там, где осадочный слой нарастает достаточно медленно. Есть на земле тектитное поле, которое занимает весь Индийский океан! Однако следы его кратера (подводного?) пока не обнаружены. В настоящее время число достоверно установленных астроблем превысило 200 (в том числе 20 из них в России), и ежегодно выявляется 2-5 новых.

    Рисунок 3 Распределение астроблем по поверхности Земли. Видно, что наибольшее их количество выявлено в лучше изученных районах.

    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. При этом небольшие (измеряемые десятками и сотнями метров) кратеры (их около 15%) относятся к молодым образованиям с возрастом не более 1 млн. лет. Причина этого - быстрая эрозия поверхности планеты, приводящая к уничтожению мелких структур. Наоборот, крупные астроблемы диаметром в десятки и сотни километров имеют возрасты, измеряемые десятками и сотнями миллионов лет. Распределение астроблем по поверхности Земли носит случайный характер. Больше всего их в восточной части Северной Америки и Европе, то есть в геологически наиболее изученных районах земного шара. Повышение интенсивности геологических работ быстро увеличивает количество достоверно установленных астроблем.

     Сравнение поверхности Земли с космическими снимками Луны или Меркурия без труда позволяет увидеть, что на них кольцевых импактных структур гораздо больше. Считается, что причиной этого является раннее (3,8-3,9 млрд. лет назад) прекращение активного развития этих планет, отсутствие у них атмосферы и гидросферы, связанных с ними экзогенных геологических процессов, приводящих к эродированию или захоронению ударных структур. Предполагается, что Земля на заре своего существования (4,5-3,9 млрд. лет назад) была похожа на Луну или Меркурий. Поэтому изучение астроблем и сопоставление результатов этих исследований с планетологическими данными позволяют лучше понять историю нашей планеты.

Таблица 1 Возраст некоторых крупных астроблем

    Наоборот, крупные астроблемы диаметром в  десятки и сотни километров имеют  возрасты, измеряемые десятками и сотнями миллионов лет (табл. 1). Распределение астроблем по поверхности Земли носит случайный характер. Больше всего их в восточной части Северной Америки и Европе, то есть в геологически наиболее изученных районах земного шара. Повышение интенсивности геологических работ быстро увеличивает количество достоверно установленных астроблем.