Un crater de impact este o depresiune mai mult sau mai puțin circulară rezultată din coliziunea unui obiect pe un alt suficient de mare încât să nu fie complet distrus de impact. Când depresia este mult mai mică decât este largă, vorbim despre un bazin de impact .
Expresia este folosită în special în astronomie pentru a desemna depresiunea rezultată dintr-un impact cosmic , adică din coliziunea obiectelor cerești (un asteroid sau o cometă ) care lovesc Pământul , Luna sau orice alt corp. Solid care se mișcă în spațiu și suficient de mare încât puterea impactului să nu o distrugă.
Mai precis, se numesc astrobleme structurile de impact terestru care au devenit mai mult sau mai puțin ușor de identificat datorită activității diferiților agenți de eroziune. Craterul este doar unul dintre elementele de bază ale astroblemului.
Cele cratere lunare au fost interpretări diferite de-a lungul secolelor: recif de corali , inele de gheață în conformitate cu doctrina gheții veșnice a Hanns Hörbiger , cicloane , găuri săpate de selenit de Johannes Kepler , vulcanismul conform Astronomia populare de François Arago sau Camille Flammarion .
În 1645, Langrenus a publicat o hartă care detaliază topografia lunară . El a fost primul care a introdus o nomenclatură pentru denumirea punctelor de pe Lună ( mări ) și cratere, care a dat acestor elemente topografice numele unor oameni celebri, în acest caz cărturari și filosofi ai Antichității , ai Evului Mediu și ai timpului său. În lucrarea sa Almagestum novum (en) publicată în 1651, iezuitul italian Giovanni Battista Riccioli dezvoltă sistematic practica introdusă de Langrenus. Riccioli distribuie numele bătrânilor din emisfera nordică și modernii din emisfera sudică (cu câteva excepții), favorizând numele colegilor săi iezuiți.
Geologul și om de afaceri american Daniel Barringer era convins de dovezi ale existenței pe Pământ a unui crater de impact în 1902, descoperind în Craterul Meteor ( Arizona ) , bucăți mici de fier , le atribuie la căderea unui meteorit de fier . Însă ipoteza sa este puțin acceptată de comunitatea științifică care, la fel ca geologul Walter Hermann Bucher , favorizează ipoteza exploziei vulcanice, până la lucrarea lui Eugene M. Shoemaker, care evidențiază în 1960 la nivelul cristalelor de coezit ale Craterului Meteor, dezvăluind o puternică impactism.
Înarmat cu o mai bună cunoaștere a cuarțului șocat , Carlyle Smith Beals și colegii săi de la Observatorul Federal din Victoria , precum și Wolf von Engelhardt de la Universitatea Eberhard Karl din Tübingen au început la sfârșitul anilor 1960 o căutare sistematică a craterelor de impact. a identificat mai mult de 50 în 1970. cu toate că cercetarea lor este controversată, The Programul Apollo oferă dovezi în acest sens prin dezvăluirea Lunii de mare rata de craterization , ceea ce sugerează că Pământul a primit , de asemenea, bombardament târziu de mare , dar eroziunea îndepărtat de cele mai multe cratere de impact.
Studiul craterelor generate de impactul meteoritului necesită utilizarea unui vocabular și a unor definiții adecvate pentru descrierea corectă a caracteristicilor lor geometrice.
În 1998, apoi în 2004, oamenii de știință au stabilit principalele definiții care descriu diferiții parametri și forme ale craterelor de impact. Ei încurajează puternic oamenii care studiază impactul să utilizeze aceeași terminologie. În 2005, unii dintre acești autori au realizat un program pentru calcularea efectelor unui impact, făcând unele ajustări la aceste definiții și adăugând altele noi. Aceste definiții sunt reproduse aici.
Definițiile (cu caractere aldine) sunt furnizate în textul care descrie diferitele etape ale formării craterului. Traducerea în limba engleză este menționată cu caractere italice pentru a ajuta la citirea publicațiilor științifice deseori scrise în această limbă.
Definiții ale termenilorCând meteoritul lovește solul, acesta pătrunde rapid, vaporizându-se sub energia enormă a impactului. Pământul se comportă ca un material elastic - la măsura sa - și se scufundă adânc, în timp ce se vaporizează și se fracturează. După câteva secunde, gaura atinge dimensiunea maximă, este craterul tranzitoriu ( craterul tranzitoriu ).
Apoi, solul își ia din nou locul, este recuperarea ( revenirea ). Rămâne până la capăt un crater final ( craterul final ) a cărui formă depinde de volumul subsolului vaporizat și expulzat, de compresia reziduală din piatră, de puterea de recuperare, de alunecări de noroi, de pereții alunecărilor de teren și de căderi. Craterul final va dura câteva săptămâni sau luni pentru a se stabiliza înainte de a începe eroziunea.
Unghiul cu care meteoritul lovește solul influențează circularitatea craterului și nu forma meteoritului. Cu cât unghiul pășune, cu atât mai mult craterul va fi alungit, dar alungirea va fi vizibilă sub un unghi de 45 °.
Astăzi, majoritatea craterelor mari sunt vizibile doar în forma lor erodată și putem măsura doar un crater aparent ( crater aparent ) a cărui formă este mai mult sau mai puțin vizibilă în funcție de gradul de eroziune, reîncărcări de sedimente sau mișcări ale subsolului.
În timpul revenirii și atunci când dimensiunea craterului este suficientă, centrul crește mai mult decât împrejurimile, un pic ca o picătură de apă. Formează o ridicare centrală ( ridicare centrală ) mai mult sau mai puțin, care poate merge mai sus decât podeaua craterului. Aceasta formează un vârf central ( vârf central ) mai mult sau mai puțin pronunțat.
Simulare de laborator a unui crater de impact
singur crater
( Meteor Crater , Statele Unite)
crater de tranziție
(Marte)
crater complex cu vârf central
(Tycho, Moon)
crater cu mai multe inele
( Vredefort , Africa de Sud)
bazin
( Mare Imbrium , Luna)
Craterele cu vârf central sunt numite cratere complexe ( crater complex ) în opoziție cu craterele simple ( craterul simplu ) care nu au unul. În practică, pe Pământ , craterele al căror diametru final este mai mic de 3,2 kilometri sunt simple, dincolo de acestea, sunt complexe (ceea ce corespunde unui diametru tranzitoriu de aproximativ 2,6 kilometri).
Trecerea de la un crater simplu la un crater complex nu se întâmplă brusc. Între singurul crater a cărui cavitate este în formă de castron și craterul complex cu vârf central, există craterul de tranziție ( tranziția craterului ) în formă de castron cu fund plat.
În impacturi foarte mari, vârful central poate crește dincolo de înălțimea stabilității și poate cădea din nou, creând astfel un inel de crater multiplu ( crater cu mai multe inele ) este o formă de crater complex. Vârful central este înlocuit de o structură inelară centrală mai mult sau mai puțin pronunțată, inelul central ( inelul de vârf ).
Atunci când meteoritul este suficient de mare pentru a sparge crusta și a provoca efuziuni magmice , se numește Bazin ( Bazin ) și nu al craterului.
Alți termeniDesemnăm ca ejecta ( ejecta ) fragmentele de rocă expulzate din locul impactului și mai des structurile pe care le constituie în jurul craterului. Formate de obicei din trasee radiale, aceste structuri se mai numesc și structură radiată ( sistem de raze ). Extinzându-se dincolo de crater, nu fac parte din el, ci sunt un element constitutiv al astroblemului. Existența lor este efemeră pe Pământ din cauza eroziunii care șterge rapid urmele. Aceste structuri sunt cele mai vizibile pe Lună și într-o măsură mai mică pe Marte (din nou din cauza eroziunii).
Pentru a evita confuzia în terminologie, un grup de experți s-a întâlnit în 2004 și a publicat o definiție oficială a principalelor dimensiuni asociate cu craterele de impact.
Dimensiuni asociate cu craterul tranzitoriu
Dimensiuni asociate cu craterul simplu
Dimensiuni asociate cu craterul complex
D tc = diametrul craterului tranzitoriu
D sc = diametrul de tranziție simplu-complex
D tr = diametrul craterului tranzitoriu vârf-la-vârf .
D fr = diametrul final vârf-la-vârf
D a = diametrul aparent
D cp = diametrul vârfului central
D cu = diametrul ridicării centrale
Nu există încă o terminologie bine stabilită pentru a descrie fără echivoc aceste cantități. Prin urmare, este necesar pentru moment să fim mulțumiți de diagramele de mai sus care ilustrează dimensiunile utilizate în acest articol.
Formarea structurilor de impact a fost studiată pe larg prin simulare analogică . S-a făcut și prin simulare numerică , dar problema acestei ultime abordări este că fizica materialelor supuse pentru durate scurte la presiuni și temperaturi extreme nu este bine cunoscută.
Dimensiunea și forma depresiei depind în principal de:
Diametrul și adâncimea depresiunii cresc odată cu aceasta , raportul său adâncime / diametru scade și forma sa se modifică în general după cum urmează:
Impactul generează o undă de șoc care se propagă în subsol (precum și în elementul de impact). Cu viteze de impact de ordinul a câteva zeci de km / s , presiunea din spatele frontului de undă ajunge la milioane de atmosfere , iar temperatura la mii de grade . Sub aceste solicitări ridicate , materialele subsolului și ale elementului de impact sunt fluidizate (curg ca un lichid). Unda de compresie este urmată de o undă de rarefacție (adică decompresie) care creează depresie prin expulzarea materialelor spre exterior. Fluxul materialelor fluidizate fiind deviat de pereții depresiunii de formare, acestea sunt în mare parte expulzate sub forma unei lame conice , cu o mică parte a acestora presată pe pereți. Pe măsură ce undele de șoc și rarefacție se dispersează pe măsură ce se îndepărtează de punctul de șoc, fluxurile încetează în cele din urmă atunci când tensiunile scad sub rezistența mecanică a rocilor. Fenomenul se oprește acolo pentru impacturile mai puțin violente (craterele emisferice). Pentru alții, pereții cavității tranzitorii se prăbușesc spre interior și formează un vârf central sau un inel sau chiar structuri mai complexe.
Efectele unui impact violent nu se limitează la formarea unui crater și a ejectării . Energia eliberată de căderea pe Pământ a unui obiect cu un diametru de 10 km depășește, de exemplu, cu cinci ordine de mărime pe cea a celor mai puternice cutremure . Cutremure violente , activitate vulcanică , tsunami (în cazul unui impact oceanic, cum ar fi ipoteticul crater Mahuika ), ploi acide și eliberarea prafului de protecție a soarelui (oprirea fotosintezei și a efectelor climatice , prăbușirea lanțului trofic ) sunt printre cele mai devastatoare efectele celor mai violente efecte.
Pe Pământ , craterele de impact sunt adesea dificil de identificat. Până în anii 1960 , începutul „erei spațiale”, acestea au fost raportate, cu rare excepții, fenomenelor vulcanice . Progresul adus de studiile spațiale, dezvoltarea imaginilor geologice, prin satelit sau geofizice, au permis geologilor să rectifice treptat vechile confuzii în timp ce înmulțesc noi descoperiri.
Cu toate acestea, condițiile specifice Pământului degradează rapid craterele:
Impacturile care au lăsat cratere mari (mai mult de o sută de kilometri în diametru) sunt probabil implicate în evoluția speciilor vii. De exemplu, impactul care a generat craterul Chicxulub a contribuit la dispariția în masă dintre Cretacic și terțiar , din care se spune că dinozaurii non-aviari sunt cele mai faimoase victime.
De asemenea, descoperim că diferite depozite de bogăție metalică sunt legate de astfel de impacturi, cum ar fi depozitele de aur și platină din Sudbury în Canada .
Cel mai tânăr crater de impact de pe pământ este cel al meteoritului Carancas care vede15 septembrie 2007formarea unui crater viu în Peru . Până de curând, cel mai vechi cunoscut era cel al Vredefort din Africa de Sud : datat în urmă cu 2,023 miliarde de ani, era cel mai mare crater înregistrat vreodată pe Pământ cu un diametru de aproximativ 300 de kilometri. În 2012, descoperirea craterului Maniitsoq datând de 3 miliarde de ani îl face cea mai veche înainte de cea a lui Vredefort.
Două tipuri de obiecte cerești se pot ciocni cu planeta noastră:
Alte obiecte - neobservate până în prezent - pot lovi Pământul. Acestea sunt obiecte interstelare. Viteza lor este mai mare de 72 km / s (altfel ar orbita Soarele). Prin originea lor, natura și densitatea sunt necunoscute.
Geologul Charles Frankel oferă câteva estimări statistice privind frecvența impactului, exprimate în termeni de timp mediu între două impacturi:
Unul dintre criteriile de bază pentru determinarea formei unui crater este diametrul său tranzitoriu.
Odată ce cunoaștem parametrii impactorului și țintei, diferite teorii ne permit să calculăm craterul tranzitoriu generat de impact. Ar fi ambițios să întocmim o listă exhaustivă. Aceste formule sunt preluate din recomandările Programului Efecte de impact asupra Pământului .
Date și unitățiÎn aceste formule, termenii sunt definiți după cum urmează:
Toate diametrele, adâncimile, grosimile și înălțimile sunt exprimate în m.
Natura craterului nu se schimbă direct de la un crater simplu la un crater complex cu un vârf central. Tranziția are loc treptat. La fel, atunci când diametrul final este mai mare de:
Apoi, craterul ia o morfologie cu un inel central.
Dimensiunea tranzitorie a craterului Diametru Adâncime Diametrul final al crateruluiDacă , craterul este un crater simplu:
, după Marcus, Melosh și Collins (2004).În caz contrar, craterul este complex și:
, după McKinnon și Schenk (1985). Înălțimea marginilor crateruluiAceastă formulă este valabilă pentru craterele simple și complexe.
Grosimea breșeiPentru un crater simplu:
Pentru un crater complex:
, cu:Luna, care are puțină apă , o neglijabilă atmosferă și nici o formă de viață, păstrează cicatricile lăsate de toate efectele care le - a primit de când a înghețat sale tectonica. Acest lucru oferă o bună indicație a cantității de obiecte cerești care au lovit Pământul.
Adâncimea finală a unui crater lunar este distanța dintre partea superioară a marginilor craterului (linia crestei) și partea superioară a lentilei de brecie care acoperă podeaua craterului.
Pentru un crater simplu:
Pentru un crater complex:
Avertizare ! Grosimea stratului de rocă topită nu poate fi dedusă din formula anterioară pentru craterele complexe.