Астроблемы - звездные раны Земли

Расплавные импактиты  слагают пластообразные тела, а также  жилы и дайки, которые секут все  виды импактитов, включая нередко  и трещиноватые породы мишени, образующие цоколь астроблемы. Брекчии этого  цоколя называются аутигенными (неперемещенными) брекчиями в отличие от брекчий  насыпного вала, закратерных выбросов и брекчий, залегающих в кратере  вместе с расплавными импактитами. Это аллогенные (перемещенные) брекчии.

Специфическими образованиями, связанными с импактными событиями, являются тектиты и так называемые катастрофные слои. Тектиты - это мелкие (размерами от первых миллиметров  до нескольких сантиметров) стекла, застывшие  из брызг импактного расплава, выброшенных  в атмосферу на начальной стадии формирования астроблемы (в первые микросекунды) со скоростью, измеряемой многими километрами в секунду, и улетевшие от материнского кратера  иногда на сотни или даже тысячи километров. Поверхность этих застекловавшихся капель имеет характерный аэродинамический узор, свидетельствующий о движении с очень высокими скоростями в  горячепластичном состоянии через  газовую среду.

Под катастрофными слоями понимают горизонты осадочных пород, как правило глин, с примесью продуктов  ударного метаморфизма - мельчайшими  обломками диаплектовых и высокобарических минералов, микросферами импактного стекла (размерами максимум в десятки  микрон), очень редко мелкими обломочками  метеоритов. Кроме того, для этих слоев характерны повышенные (иногда на порядок и больше) содержания Ir, Ni, Co, Os, изотопные аномалии He, Os, S, C, что указывает на примесь рассеянного  метеоритного вещества. Все это говорит о том, что катастрофные слои являются отложениями выбросов в атмосферу тончайшего обломочного материала и пара, возникающих при образовании астроблем. Мощность таких слоев невелика (редко больше 1-2 см) и соответствует расчетному количеству сверхтонких (пылевых) выбросов для кратера диаметром более 100-150 км при условии, что этот материал более или менее равномерно распределится по поверхности Земли. Характерным примером такого образования является обнаруженный во многих десятках мест на всех континентах слой на границе мелового и палеогенового периодов (около 65 млн лет назад), это так называемая эпоха гибели динозавров. С мел-палеогеновой границей совпадает (по времени) образование четырех крупных кратеров: Чиксулуб в Мексике (диаметром 180 км), Кара в России (120 км), Болтышка на Украине (30 км), Мэнсон в США (35 км). Кроме того, этой границе соответствует возраст и нескольких астроблем небольшого размера.

Два последних типа импактных  образований (тектиты и катастрофные слои) являются ярким свидетельством того, что импактное событие не ограничено возникновением метеоритного кратера, но его воздействие на нашу планету гораздо шире и серьезнее.

ОСОБЕННОСТИ ИМПАКТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ

Ударный метаморфизм горных пород и минералов является специфическим  процессом, резко отличающимся от любых  других изучаемых геологией. Причина  этого кроется в особенностях этого явления: очень высоких  плотностях энергии и как следствие - огромной скорости механических и  тепловых изменений вещества. Эти  изменения в минералах объединяются термином "диаплектовые преобразования", который произведен немецким петрологом В. фон Энгельхардтом и его  коллегами от греческих слов dia (диа) - пере и plektoz (плектос) - витый, крученый. По мере увеличения ударной нагрузки в минералах можно наблюдать  следующие, наиболее часто встречающиеся  диаплектовые преобразования: трещины, планарные элементы, изотропизацию  и ударно-термическое разложение [3, 4].

Трещины возникают при  разгрузке минерала (после прохождения  ударной волны) и характеризуются  закономерной ориентировкой и высокой  частотой (последнее отличает их от трещин спайности). Ориентированные  трещины появляются даже в минералах, не обладающих спайностью (например, в  гранатах). Планарные элементы в  отличие от трещин являются закрытыми  структурами, формирующимися при скольжении блоков кристаллической решетки  минерала друг относительно друга в  условиях ударного сжатия. При этом в одном зерне кварца, например, может наблюдаться 3-5 и более разноориентированных систем планарных элементов одновременно. Изотропизация является оптическим проявлением аморфизации вещества. Это результат сверхтонкого дробления  кристалла ударной волной (до микроблоков  менее 10 нм в поперечнике), благодаря  чему вещество становится рентгеноаморфным (превращается в диаплектовое стекло). Диаплектовые стекла характерны для  минералов с высокой пространственной однородностью кристаллической  решетки: кварца, полевых шпатов, кордиерита. Минералы же с неоднородной решеткой (слоистые, ленточные и т.п.) испытывают ударно-термическое разложение и  замещаются высокотемпературными полиминеральными агрегатами. Например, по роговой обманке  возникает смесь микронных зерен  высококальциевого плагиоклаза, пироксена (одного или двух) и магнетита, по гранату - смесь санидина, высокоглиноземистого гиперстена и герцинита (Fe2 +Al2O4) и  т.д.

Особенности диаплектовых изменений  позволяют определять ударную нагрузку и послеударную температуру, испытанные минералом при импактном событии. Сейчас для этого имеются три экспериментально обоснованных геобарометра: кварцевый, двуполевошпатовый и клинопироксеновый. Диаплектовые преобразования охватывают интервал ударных давлений 10-60 ГПа для кварца и полевых шпатов и до 70-80 ГПа для таких минералов, как оливины и пироксены. При более высоких нагрузках начинается плавление вещества.

Для некоторых минералов  в импактитах выявлены высокобарические полиморфные модификации. Например, кварц при ударных нагрузках 12-15 ГПа переходит в коэсит и стишовит; оливин при Руд > 30 ГПа - в рингвудит (оливин со структурой шпинели); клинопироксен  при тех же условиях - в меджорит (пироксен со структурой граната); графит в интервале 35-50 ГПа - в алмаз (кубический C) и лонсдейлит (гексагональный C) и  т.д.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЧЕРТЫ 

ГЕОХИМИИ ИМПАКТИТОВ

Химический состав импактитов определяется составом пород мишени и поэтому колеблется в широких  пределах. Например, содержание SiO2 может  быть любым - от почти нулевого (при  образовании астроблемы в известняках) до близкого к 100% (если мишень сложена  кварцитами или кварцевыми песками). Сильно меняются от кратера к кратеру  количества и других компонентов. В  составе расплавных импактитов отражаются еще два важных процесса: селективное  испарение некоторых элементов (прежде всего щелочей и железа) и примесь  метеоритного вещества [4].

Метеоритный материал присутствует в астроблемах в трех формах: в  виде обломков метеорита, в мелких (n10-n100 мкм) фрагментах переплавленного метеоритного вещества и в форме геохимического рассеяния его в импактном  расплаве. Первый случай не вызывает сомнений в космогенной природе структуры. Однако обломки метеоритов сохраняются  лишь в небольших (обычно менее 1 км) кратерах и за очень редкими исключениями принадлежат железным метеоритам, так  как каменные метеориты легче, чем  железные, плавятся и затем либо испаряются, либо растворяются в импактном  расплаве. Поэтому их вещество обнаруживается обычно во второй или (чаще) третьей  форме.

Следствием переработки  метеорита-ударника (астероида, кометы) в ходе ударного события является заметное повышение в импактном  расплаве содержаний химических элементов, которых много в космических  телах, но мало в земной коре. Количество Ni, Cr, Co, Ir, Os (и других платиноидов) увеличивается  в расплавных импактитах в 2-10 раз  по сравнению с породами мишени (но при этом распределяются они в  расплавных импактитах неравномерно). Помимо увеличения содержаний элементов-индикаторов  важную информацию о космогенной  природе астроблем несут изотопные  характеристики некоторых элементов. Так, отношение 3He / 4He в породах земной коры составляет n " 10- 8, в глубинных (мантийных) породах n " 10- 5, в расплавных импактных стеклах Логойской (Белоруссия) и Пучеж-Катункской (Россия) астроблем n " 10- 8, что однозначно указывает  на отсутствие связи импактных событий  с эндогенными процессами. Отношение 187Os / 186Os в породах земной коры близко к 10, в метеоритах и мантийных  образованиях Земли оно около 1, в  импактитах астроблемы Садбери (Канада) 4,6-7,8, что указывает на высокую  долю корового материала в расплаве (до 100% для некоторых типов импактитов). Не менее информативными являются данные по изотопии других элементов или  их пар (C, Cu, Ni, Sm-Nd, Re-Os и др.).

ИМПАКТНЫЕ СОБЫТИЯ В ИСТОРИИ  ЗЕМЛИ

Сравнение поверхности Земли  с поверхностью других планет и астероидов Солнечной системы легко обнаруживает, что на нашей планете выявлено очень мало метеоритных кратеров. Расчеты профессора В.Л. Масайтиса  и М.С. Мащака (Санкт-Петербург) показывают, что на территории России и сопредельных стран должно было бы находиться 1280 астроблем более 1 км диаметром, не стертых  эрозией и обнажающихся на поверхности. Мы же знаем пока на этой площади  только 42 метеоритных кратера (включая  и мелкие и перекрытые более молодыми осадками). Это говорит о том, что  наши знания астроблем весьма ограниченны.

Между тем их изучение очень  актуально как с научной (историко-геологической), так и с чисто практической стороны. Выше было отмечено, что катастрофические импактные события в истории  Земли не раз совпадали с моментами  резких изменений хода эндо- и экзогенных геологических процессов, "перестройками" в ее растительном и животном мире. Несмотря на обилие гипотез, причинно-следственная связь космогенных и эндогенных процессов остается недоказанной и  неясной. Малое количество выявленных астроблем и особенно точных данных о времени их образования (лишь 50-60 структур датированы радиоизотопными  методами в интервале от нашего времени  до 2,5 млрд лет назад) не позволяет  всерьез обсуждать проблему периодичности  импактных событий.

В то же время не вызывают сомнений факты возникновения в  связи с этими событиями месторождений  полезных ископаемых Ni, Cu, Pb и Zn, Hg, алмазов, колчедана и т.д. [6]. Помимо прямых генетических связей различных руд  с импактными событиями следует  помнить и о том, что астроблемы являются структурами, в которых  после их возникновения формируются  месторождения горючих сланцев, угля, цеолитов, гипса и ангидрита, они служат также ловушками для  нефти и газа. Эти и другие полезные ископаемые успешно добываются из астроблем  США, Канады, Швеции, Китая и других стран. Поэтому перед исследователями  астроблем поистине безграничное поле деятельности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сихотэ-Алиньский железный  метеоритный дождь. М.: Наука, 1959. Т. 1. 304 с.; 1963. Т. 2. 372 с.

2. Мелош Г. Образование  ударных кратеров: Геологический  процесс. М.: Мир, 1994. 336 с.

3. Ударные кратеры на  Луне и планетах. М.: Наука, 1983. 200 с.

4. Фельдман В.И. Петрология  импактитов. М.: Изд-во МГУ, 1990. 299 с.

5. Геология астроблем.  Л.: Недра, 1980. 231 с.

6. Масайтис В.Л. Минерагенические  системы импактных кратеров // Геология  руд. месторождений. 1989. № 3. С. 3-17.

* * *

Вилен Изильевич Фельдман, доктор геолого-минералогических наук, доцент кафедры петрологии геологического факультета МГУ. Область научных  интересов - петрология кристаллических пород, петрология импактитов. Автор более 200 статей, четырех монографий, восьми учебников и учебных пособий.