Астроблеми

В. Г. Кручиненко

доктор фізико-математичних наук, професор

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Вивчення вибухових кратерів на найдавніших ділянках поверхні Місяця та планет Сонячної системи свідчить про те, що впродовж останніх 3.0—3.5 млрд років кратероутворення на планетах залишається приблизно сталим і обумовлене воно зіткненнями з астероїдами, кометами та їхніми фрагментами. Наймолодші вибухові кратери, а також метеорити, які випадають на Землю, значною мірою пов’язані з астероїдами груп Аполлона, Амура, Атона (так звані ААА-астероїди), які періодично наближаються до орбіти Землі.

На поверхні нашої планети зараз відомо біля 200 «викопних» вибухових кратерів — давніх еродованих геологічних структур, які виникли від ударів космічних тіл у різні історичні епохи. За оцінками, це число приблизно на два порядки менше від загальної кількості великих вибухових кратерів, які утворилися на Землі за останні 2 млрд років. Такі структури назвали астроблемами (від грецьких слів αστρου — зоря і βλημα — рана), що українською означає «зоряні рани» (англ. Star Wounds). Їхній вік — десятки та сотні мільйонів років. На сьогодні вони змінили не лише свій зовнішній вигляд (під дією вітрової та водяної ерозії), але й свої координати (внаслідок тектонічних процесів, руху материків). Виявляють та ототожнюють астроблеми за знімками з космосу та методами геологічних досліджень. Довгий час такі викопні кратери залишалися нерозпізнаними, оскільки не існувало необхідних критеріїв для визначення їхнього ендогенного (чи екзогенного) походження. І лише після того, як Роберт Дітц [Dietz R. S. // J. Geol.—1959.— 67.—Р. 497.] виявив у цих структурах так звані конуси руйнування, вони одержали назву астроблем. Конуси руйнування — це борознисті утворення, які мають форму кульового сектора та зорієнтовані переважно вверх, що вказує на деформуючу силу, направлену зверху і, як правило, такої потужності, яку не могли мати тектонічні або вулканічні сили. І все ж довгий час більшість геологів вважали, що давні кратери на поверхні нашої планети мають ендогенне походження. Злам у розумінні походження кратерів відбувся, мабуть, лише після того, як були опубліковані незаперечні аргументи на користь вибухового метаморфізму мінералів (у тому числі псевдоморфне заміщення графіту алмазом) 100-кілометрової Попігайської структури на півночі Західного Сибіру [Масайтис В. Л., Михайлов М. В., Селивановский Т. В. Попигайский метеоритный кратер. — М.: Наука, 1975.—124 с.]. Протягом останніх десятиліть представники різних геологічних дисциплін інтенсивно вивчають наслідки зіткнень Землі з космічними тілами, які відбувалися десятки і сотні мільйонів років тому.

Відомі у цьому напрямку і набутки вчених України, які з 70-років XX ст. розпочали вивчати викопні метеоритні кратери та особливості складу і походження імпактитів — гірських порід, які утворюються при вибухових зіткненнях космічних тіл з поверхнею Землі.

Ще на початку XIX ст. французький натураліст Жорж Кюв’є при дослідженні земних шарів на околицях Парижа виявив, що в кожному шарі є черепашки та інші залишки організмів, яких немає в інших шарах. Учений зробив висновок, що у кожний геологічний період існувала своя, відмінна від інших фауна і флора. Така дискретність може бути обумовлена надзвичайними обставинами — катастрофами, які здатні викликати за короткий час великі руйнування та знищення фауни і флори. Для пояснення таких катастроф висловлювалися різні гіпотези (у тому числі спалахи близьких наднових зір — американський палеонтолог Д. Е. Рассел), але зараз віддають перевагу гіпотезі про падіння на Землю астероїдів і комет. В останні роки все більше підтверджень знаходить точка зору, що раптова загибель гігантських динозаврів та ящерів, зникнення майже 70 % біологічних видів пов’язані зі зіткненням Землі і астероїда приблизно 65 млн років тому.

Наприкінці 70-років був виявлений тонкий глиняний шар на рубежі крейдяного та третинного періодів (так звана К/Т межа), збагачений речовиною позаземного походження — металічним іридієм. У гірських породах земної кори іридій є надзвичайно рідкісним — більша його частина міститься в ядрі у вигляді сплаву з залізом, тимчасом як у цьому шарі концентрація іридію була у 10—100 разів вищою за нормальний рівень. У той же час його досить багато в метеоритах, які є фрагментами астероїдів. Це дало підстави Л. та В. Альварезам з колегами [AlvarezL. W. et al. Extraterrestrial Cause for the Cretaceous — Tertiary Extinction // Science.—1980.—208.—Р. 1095—1108] висунути гіпотезу, згідно з якою аномальна концентрація іридію та загибель біоти на межі мезозойської та кайнозойської геологічних ер мають одну і ту ж причину — падіння на Землю великого астероїда (його ймовірний діаметр 5—10 км). При падінні такого тіла має утворитися кратер діаметром 150—200 км. Зазначимо, що схожий кратер (діаметр 180—300 км, вік 65 млн років) знайдений на південь від півострова Юкатан, майже наполовину похований під водами Мексиканської затоки. Його називають кратер Чихсулуб (Chicxulub Crater). З невідомої на сьогодні причини цей період в історії Землі (63—66 млн років тому) відзначається підвищеним рівнем космічного кратероутворення. До цього ж періоду віднесено також астроблеми: Кам’янська (Ростовська обл.) — діаметр 20 км; Усть-Карська та Карська (обидві — європейський Схід Росії), діаметром відповідно 50 і 80 км; Менсон (США) — діаметр 40 км; Бовтиська (Україна) — діаметр 31 км.

Розміри астроблем різні: від сотень метрів до десятків кілометрів. Дві найстаріші і найбільші астроблеми: кратер Садбері (Sudbury) — діаметр біля 200 км, вік приблизно 1.8 млрд років (Канада, провінція Онтаріо); кратер Вредефорт (Vredefort Ring) — діаметр біля 200 км, вік приблизно 2 млрд років (Південна Америка).

У залежності від швидкості зіткнення космічного тіла з поверхнею планети можуть утворюватися ударні або вибухові кратери. При цьому виникає ударна хвиля, короткочасне збурення, яке переміщується у вигляді стрибка тиску від локального джерела — місця виділення енергії. Ударна (вибухова) хвиля може бути надзвуковою і мати швидкість 5—40 км/с — це залежатиме від швидкості виділення енергії та властивостей середовища. Якщо тиск менший від деякої величини, яка називається динамічною межею пружності, збурення викличе лише пружне стиснення, яке рухатиметься у середовищі зі звуковою швидкістю. Для гірських порід ця межа становить 15—90 кбар, що відповідає швидкостям зіткнень приблизно 0.7—1.6 км/с. При тискові 200—500 кбар (швидкості зіткнення 2.5—4.0 км/с) кристалічні речовини починають переходити у склоподібний стан. Унаслідок адіабатичного стиснення плавлення безводних силікатів розпочинається при тисках 600—1000 кбар (швидкості зіткнення 4.2—5.4 км/с). При таких тисках температура збільшується настільки, що більшість речовин буде вже випаровуватись. Останній висновок випливає також з енергетичного співвідношення: якщо питому енергію випаровування, яка для більшості речовин становить 107 Дж/кг, прирівняти до питомої кінетичної енергії космічного тіла, то отримуємо для швидкості зіткнення величину 4.5 км/с. Це і є приблизно та межа швидкості зіткнення тіл, яка розділяє ударні та вибухові метеоритні кратери.

Сприятливим для збереження вибухових кратерів виявився Український кристалічний щит, який простягнувся з північного заходу на південний схід майже на 1000 км вздовж правого берега Дніпра, доходячи аж до Приазов’я, і має максимальну ширину 250 км. Завдяки своїй стабільності в геологічному відношенні протягом тривалого часу (приблизно 1.5 млрд років) він має, можливо, найбільшу щільність астроблем (3.5·10^-5 на 1 кв. км) [А. А. Вальтер, В. П. Брянский, Е. Е. Лазаренко. Сравнительная планетология. — М.: Наука, 1984.—С. 89—96]. На сьогодні на його поверхневому шарі відомо сім таких вибухових утворень.

Зеленогайське (Кіровоградська обл., Знаменський р-н, поблизу села Зелений Гай): подвійний кратер, діаметри 0.8 і 0.7 км, глибина 250 і 170 м відповідно; вік не менш 60 млн років, геологічний вік, можливо, палеоцен.
Бовтиське (на межі Кіровоградської та Черкаської областей, с. Бовтишка): діаметр 31 км — по гребеню «корінного валу», глибина 1.0—1.2 км; вік близький до К./Т межі — 65±1.2 млн років.
Ротмистрівське (Черкаська обл., Смілянський р-н): діаметр 2.2 км, глибина 300 м; вік 130±10 млн років.
Білилівське, колишнє «Західне» (Житомирська обл., поблизу села Білилівка): первинний кратер — 5.5 км; вік 165±6 млн років.
Оболонське (Полтавська обл., Семенівський р-н): східний схил Українського кристалічного щита, лівий берег Дніпра, межиріччя Сула—Хорол, діаметр загальний — 20 км, у кристалічних породах — 12; мезозойська ера, юрський період, епоха Dogger, геологічний вік Байос, 169±7 млн років.
Тернівське (Кіровоградська обл., поблизу села Веселі Терни): найбільш денудоване (оголене) внаслідок руйнування гірських порід водою, вітром, льодовиками тощо, тому сучасний діаметр — 8 км, первинний — 15; ізотопний вік 280±10 млн років.
Іллінецьке (Вінницька обл., Іллінецький р-н, 35 км на південний схід від Вінниці): найдавніше, сучасний діаметр — 3.2 км, первинний — 6.5, глибина кратера приблизно 700 м; вік 370—430 млн років, пізній силур, можливо, силур/девон. За оцінкою автора, Іллінецький кратер міг бути утворений кам’яним астероїдом масою 35—100 млн тонн, діаметром 280—400 м, у залежності від зенітного кута падіння тіла 0—45° і відповідно швидкості падіння 28—13 км/с. За даними фахівців з тектоніки плит, 400 млн років тому Український кристалічний щит знаходився в екваторіальній області [Новая глобальная тектоника (тектоника плит). Сб. ст.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1974.—471 с.]. Тому місце падіння Іллінецького космічного тіла перебувало тоді на платформі, яка містилася біля екватора приблизно на тій же довготі, що й зараз.

Уперше на існування Іллінецького кратера як структури вулканічного походження вказав у 1851 році проф. Київського університету К. М. Феофілактов (ректор університету у 1880—1881 рр.). І тільки в 1973 р. на підставі вивчення різних ознак ударного метаморфізму іллінецьких «ортофірів» і «туфів» українськими геологами А. А. Вальтером і В. А. Рябенком Іллінецька геологічна структура була діагностована як давній викопний метеоритний кратер [Геол. журнал.—1973.—33, № 6.—С. 139—141]. Незалежно від них за ознаками ударного метаморфізму гірських порід такого ж висновку дійшов їхній колега з Ленінграда В. Л. Масайтис [Геологические последствия падений кратерообразующих метеоритов. — Л.: Недра, 1973. —17 с.]. В імпактитах Іллінецького кратера виявлено підвищений вміст кобальту та нікелю у співвідношеннях, які є характерними для порід, «забруднених» метеоритною речовиною, що дало підставу остаточно та однозначно ідентифікувати цю геологічну структуру як типову астроблему. Там же в 1975 р. було відкрито так звані імпактні алмази, які утворилися на основі графіту вихідних порід мішені, — це другий випадок (після Попігайської астроблеми) відкриття алмазів у корінних породах. Пізніше було встановлено незначне збагачення ударних розплавів порід Іллінецького кратера іридієм.

Автор щиро вдячний відомому вченому, докторові геолого-мінералогічних наук А. А. Вальтеру, одному з піонерів астроблемних досліджень в Україні, за нові дані щодо будови та часу утворення астроблем України.

Джерело: Астрономічний календар 2002, с. 207—210.