Кратеры диаметром 10 - 30 км
Метеоритные кратеры диаметром более 10 км по форме и размерам близки к кальдерам. Однако, в отличие от последних, в них присутствуют характерные кратерные породы и признаки шок-метаморфизма, позволяющие надежно отличать метеоритные структуры от вулканических.
Наиболее хорошо изучены и примерно одинаковы по размерам кратеры Рис на юге ФРГ (Бавария) и Болтышский на Украине. Оба они сравнительно молодые, но Рис хорошо морфологически выражен, а Болтышский несколько эродирован и затем погребен. Эти кратеры образованы в двухслойной мишени, но Рис возник в мелком море, а Болтышский - на суше.
Кратер Нордлингер Рис
Нордлингер Рис, или просто Рис, - один из наиболее детально изученных крупных кратеров Земли. Он расположен в 110 км к северо-западу от Мюнхена. Диаметр его 24 км, глубина до 750 м. Это круглая котловина с плоским дном. Долгое время его считали мааром, а в 1904 г. было высказано предположение о его метеоритной природе. После находок коэсита и стишовита отпали сомнения в его метеоритном происхождении.
Строение района типично для большинства платформенных участков Земли - на породы кристаллического фундамента, прорванные более поздними гранитоидами, ложится толща осадочных пород общей мощностью около 0,5 км: аргиллитов и песчаников триаса; пестрых по составу юрских пород- аргиллитов, мергелей, известняков, песчаников; третичных известняков, бурых глин, бурых углей.
Если посмотреть на Рис с высоты, то в рельефе кратера видны кольцо низких холмов диаметром примерно 11 - 12 км и граница депрессии - вал диаметром 22 - 25 км. При исследованиях района было установлено, что вокруг кратера располагаются еще два кольца диаметрами 36 и 45 км. Получается как бы некоторое подобие застывших кругов на воде от брошенного камня с длиной волны 11 - 12 км. Неточности кратных чисел могут быть связаны с тем, что элементы рельефа не имеют резких границ.
Глубинная структура кратера Рис еще не очень ясна, поскольку он перекрыт позднейшими мощными осадками. Сначала считалось, что в кристаллических породах имеется малая воронка, а за ней в осадочных - большая. Бурением установлено, что внутренняя депрессия в породах кристаллического основания окружена кольцевым валом диаметром 12 - 13 км, который сложен мегаблоками пород кристаллического основания. За ним, во внешнем желобе, под крупными глыбами кристаллических пород встречены блоки осадочных пород: неясно, в коренном залегании или они представляют собой перемещенную аллогенную брекчию.
По-видимому, внутренний вал представляет собой кольцевой горст, а внешняя депрессия - кольцевой грабен. В краевой части кратера (рис. 14) пласты осадочных пород лежат горизонтально, а у борта кратерной депрессии расположена зона крупных блоков, обычно называемых клиппеновой брекчией. Часть блоков погружена по сравнению с их исходным положением, часть - несколько приподнята, но в общем они обрушены от борта вниз, в депрессию. Важно отметить, что рядом с кратером Рис не отмечается куполовидного поднятия пород.
Рис. 14. Разрез борта воронки кратера Рис. Видна серия крупных блоков - клиппенов, надвинутых и опущенных в кратер. 1 - породы кристаллического фундамента; 2 - различные горизонты осадочного чехла; 3 - аллогенные и «пестрые» брекчии; 4 - зювиты
Породы импактного (коптогенного) комплекса закономерно размещены в кратере. В основании всюду залегают аллогенные брекчии, а над ними - зювиты. В свою очередь разные фации аллогенных брекчий имеют определенное положение в структуре. Крупноблоковая брекчия из глыб кристаллических пород встречена при бурении на внутреннем кольцевом поднятии и под зювитами в центре кратера. Крупноглыбовая брекчия пород осадочного чехла выстилает дно внешнего желоба. Вдоль внешней границы кратера идет полоса клиппеновых брекчий - километровых блоков осадочных толщ. Аллогенные брекчии сложены несортированными породами цоколя, но несколько различаются по составу в разных частях кратера: в центре преобладают гнейсы и амфиболиты, во внешнем кольцевом желобе - осадочные породы, а породы фундамента слагают лишь несколько процентов объема породы. Матрица аллогенных брекчий состоит из таких же не сортированных по размерам обломков и зерен пород и минералов, от сантиметровых размеров до тонко перетертой массы с неразличимыми зернами.
Примечательной особенностью кратера Рис является широкое развитие в нем зювитов. Они сплошным плащом мощностью до 200 м покрывают центральную депрессию кратера и образуют пластообразные тела над аллогенными брекчиями внешнего желоба. Немецкие геологи выделяют два типа зювитов: высокотемпературные - со следами спекания обломков стекла и матрицы, выполняющие внутреннюю депрессию, и низкотемпературные,- покрывающие аллогенные брекчии в остальной части структуры. За границей кратера зювиты с резким неровным контактом, видимо, перекрывали брекчии почти сплошным покровом, а теперь сохранились от размыва в останцах мощностью до 25 м. Расплавные породы в импактном комплексе Риса играют очень малую роль. Они встречаются главным образом в виде мелких частиц и фледлей в зювитах. Выходы массивных тагамитов, слагающих, возможно, самостоятельные тела, отмечены лишь в двух местах во внешнем желобе кратерной воронки.
В аутигенных брекчиях часть трещин представляет собой открытые полости, а некоторые из них заполнены импактным стеклом - псевдотахилитом или мелкообломочной аллогенной брекчией с глинистой матрицей, превращенной в монтмориллонит.
На расстоянии 38 км от кратера на неровном рельефе пород третичного и юрского возраста залегают «пестрые брекчии». Они представляют собой смесь пород, выдвинутых из кратера, и пород осадочных толщ, окружающих кратер. По подсчетам немецких геологов, породы из кратера с признаками шок-метаморфизма составляют 2 - 3 % от объема «пестрых брекчий». Глыбы пород в них чаще всего имеют размеры до 1 м, но встречаются 10 - 20-метровые глыбы и клиппены до 0,5 км. Такого размера глыбы были найдены в 60 и 140 км к востоку-юго-востоку от кратера. На холмах «пестрые брекчии» всюду перекрыты зювитами.
С какой силой двигались массы «пестрых брекчий», можно понять хотя бы из того, что при этом движении породы были взрыты на 50 м в глубину и сдвинуты, как бульдозером. В обнажениях коренных пород под «пестрой брекчией» видны послойные надвиги, складки волочения и другие признаки деформаций, созданных «бульдозерным эффектом» движения масс пород в стороны от кратера. Надо сказать, что эти нарушения очень напоминают те дислокации, которые описываются в породах ложа ледника на Русской равнине.
Признаки шок-метаморфизма в породах мишени многочисленны и разнообразны. Кроме планарных элементов, полос смятия слоистых силикатов, неоднородных стекол плавления в зювитах, высокоплотных модификаций кварца, в импактитах был определен армальколит - сложный оксид железа и титана, открытый раньше на Луне. Он образуется в результате реакции земных титаномагнетитов с импактным расплавом.
При детальном петрографическом изучении гнейсов из аутигенной брекчии были отмечены пылевидные частицы метеоритного вещества, видимые только под электронным микроскопом. Они встречаются в межзерновых трещинках силикатных минералов, в трещинах спайности роговой обманки, плагиоклаза, в чешуйках хлорита, зернах анатаза и мартитизированном магнетите. В межзерновых трещинах они образуют прожилки, в трещинах спайности минералов - скопления округлых и неправильных частичек размерами 2 - 10 мкм. В полированных шлифах было установлено, что прожилки и частички состоят главным образом из металлического железа и содержат 11 % хрома, около 6 % никеля (по массе), 0,3 % кобальта, небольшие количества кремнезема и кальция. Очевидно, прожилки и частички - это сконденсированное из пара метеоритное вещество.
Относительно большое количество хрома, присутствие кальция и отношение Ni/Со = 20 заставляют предполагать, что метеорит, создавший кратер Рис, относится к довольно редкому типу каменных метеоритов - обритам. Микроскопические шарики метеоритного рудного вещества были определены также в импактных стеклах из зювитов.
Геофизические работы были проведены на всей площади кратера Рис. В гравитационном поле над кратером фиксируется круглая в плане отрицательная аномалия с минимумом в центре до - 18 х 10-5 м/с² и незначительным повышением над внутренним кольцевым валом (рис. 15). Общий фон магнитного поля над кратером понижен, но в центральной части кратера над его внутренней воронкой откартировано знакопеременное магнитное поле с интенсивностью в отдельных пятнах до - 240 и +80 мА/м. Появление магнитных аномалий связывают с мощным горизонтом зювитов в центральной воронке, которые выпали горячими, частью - расплавленными, и были намагничены затем в земном магнитном поле. Сейсмическими работами отмечена сложная волновая картина с резким уменьшением скоростей сейсмических волн к центру кратера, от 3 до 1,7. км/с в осадочных породах и от 4,5 до 3,3 км/с в породах кристаллического основания. По геофизическим материалам выявляется крутой (до 40°) борт кратерной воронки с зоной блоков осадочных пород у ее края - клиппеновых брекчий (см. рис. 14).
Рис. 15. Карта локальных аномалий силы тяжести над кратером Рис, по А. И. Дабиже.
1 - положительные аномалии, 2 - отрицательные аномалии
Возраст импактных стекол кратера Рис, определенный по K-Ar методу, составляет 14,8 +- 0,7 млн. лет. Таков же возраст находящегося неподалеку кратера Штейнхейм (D=3 км) и расположенного восточнее, в Чехословакии, поля тектитов, называемых молдавитами. Многие геологи считают, что молдавиты являются дальними выбросами кратера Рис. Особенно была подкреплена эта точка зрения, когда появились сведения о стекловатых брызгах в непосредственной близости от метеоритного кратера Жаманшин (Тургайский пролив), которые по составу близки к тектитам.
Еще в 1967 г. были опубликованы результаты расчетов энергии и других физических параметров взрыва при образовании кратера Рис. В дальнейшем эти данные уточнялись. Если упавший метеорит был каменным, то диаметр его должен быть около 0,8 км и при скорости 15 км/с энергия удара - порядка 7 х 1020 Дж. В 1977 г. С. Т. Чао и М. Минкин установили, что объем выбросов был около 200 км³, а испариться должно было около 10 км³ пород. По расчетам Е. Дэйвида, сделанным в 1979 г., скорость скольжения масс «пестрых брекчий» должна была быть примерно 150 м/с. Температуры в точке удара по этим расчетам достигали 20000 С. Однако температуры, определенные по стеклам зювитов, равны всего 600'С, а максимальные давления по признакам ударного метаморфизма в тех же образцах - до 40 ГПа.
