Becsapódási események, kráterek

Szerző: Balogh Gábor

A kráter szó a latin „crater” szóból származik, eredetije a görög „κρᾱτήρ”. Meglepő módon a szónak eredetileg nem sok köze volt a geológiához, hanem a borhoz, mert azt a keverőtálat jelentette, amiben a bort keverték. A görögök ugyanis barbár szokásnak tartották a bort tisztán inni, előszeretettel keverték vízzel, gyantával, fűszerekkel, sőt, sós tengervízzel is (1).

Görög borkeverő tál, ie. I-II század.
https://www.metmuseum.org/art/collection/search/249374

Geológiai alakzatokra a kráter szót az emberiség sokáig csak a vulkáni kráterekre használta. Galileo Galilei volt az első, aki távcsövével először nézett a Holdra 1609-ben, és pillantotta meg annak krátereit. A vulkáni kráterekhez való hasonlóságuk miatt azonban sokáig vulkanikus eredetűnek vélték azokat. Csak a XIX század legvégén kezdtek gyanakodni arra, hogy ezek lehetnek más eredetűek is (Dr. Grove Karl Gilbert, 1890) (2), valamint az első földi becsapódásos kráter (Barringer Crater) eredete csak 1960-ban lett bizonyított. E kráter körüli kutatások és viták nagymértékben hozzájárultak a kráter-keletkezés megértéséhez. De mi is volt ebben a történetben a rendkívüli?

Barringer Meteor Crater, Arizona

Az 1200 méter átmérőjű, és 170 méter mély kráter Arizonában található. Köznapi neve Meteor Crater, a geológusok inkább Barringer Craternek nevezik, de sok más néven is ismert. 50.000 éve keletkezett, a pleisztocén időszakban. Bár az erózió 10-20 méterrel lecsökkentette a kráter peremét, a száraz sivatagi klíma és a képződmény relatív fiatal kora miatt a kráter nagyon jó állapotban maradt fent napjainkig. Az indiánoknak természetesen mindig is ismert volt, a fehér telepesek azonban csak a XIX. században fedezték fel. Eleinte vulkanikus eredetűnek tartották az akkor Coon Mountainnak nevezett krátert.

1891-ben Albert E. Foote mineralógus a kráter környékén talált vasdarabokról bebizonyította, hogy ezek vasmeteoritok (3). Ugyanebben az évben, Grove Karl Gilbert viszont ennek ellenére arra a következtetésre jutott, hogy a kráter vulkanikus eredetű (4). 1903-ban egy mérnök és üzletember, Daniel M. Barringer, azt feltételezte, hogy a krátert egy hatalmas vastömeg becsapódása okozhatta. Elgondolása szerint ez a hatalmas vastömeg – akkor 100 millió tonnára becsülték) a kráter mélyen rejtőzhet, kisebb részét, kb. 30 tonnát eddig meg is találtak belőle a kráter környékén. Ekkor még természetesen nem volt ismert a tudomány előtt a kráterképződés természete, tehát, hogy a becsapódó tömeg elpárolog az ütközéskor. Barringer vállalata, a Standard Iron Company, 27 évet töltött a vastömeg felkutatásával, melynek értékét akkoriban milliárd dollár nagyságrendűnek gondolták. Barringer semmit sem talált a kráter mélyén.

Harvey H. Nininger, a híres meteorit-kutató 1942-ben publikálta azt a hipotézisét, miszerint a krátert egy aszteroida becsapódása okozta (5). Végre 1960-ban Eugene Shoemakernek sikerült bizonyítania Nininger hipotézisét, azzal, hogy coesitet találtak a kráterben, mely csak extrém nagy nyomáson és magas hőmérsékleten keletkezik kvarcból (6).

De miért nem talált Barringer vasat a kráter mélyén? Mi történt ezzel a hatalmas vastömeggel a becsapódás pillanatában? Becsapódási kráternek (asztroblémának) nevezünk minden olyan mélyedést, mely robbanással keletkezik. Fontos megérteni, hogy hogyan is zajlik egy ilyen becsapódás. A világűrben kozmikus sebességgel keringenek az égitestek, kozmikus sebességgel is ütköznek egymással. Ütközésnél pedig a sebesség a kulcsszó, hiszen a kinetikus energia, a mozgásban levő testek energiája Ek=1/2m*v2.

A becsapódáskor az űrből érkező test 12-72 km/s sebességgel ütközhet a talajjal, mozgási energiáját néhány századmásodperc alatt átadja lökéshullám formájában. A becsapódó test sebessége nagyobb, mint a közeg hangsebessége, a lökéshullámfront a becsapódó test előtt koncentrálódik. A lökéshullám a becsapódó testre is visszahat, azt is elpárologtatja. A becsapódás epicentrumában a hőmérséklet a több ezer fokot is meghaladhatja.

Természetesen nem minden kozmikus test érkezése okoz krátereket, és ez nem kizárólag, de elsősorban az űrből érkező test tömegétől függ. Egy leegyszerűsített ábra a négy lehetséges kimenetelről (a szerző saját képei):

  1. Kis tömegű részecskék a légkörbe érkezve elpárolognak (meteor-jelenség).
  2. Közepes tömegűek lefékeződnek a légkörben, szabadeséssel, meteoritként érkeznek a talajra.
  3. Nagyobb tömegnél (aszteroidák) a légkörben nem lassulnak le jelentősen, kozmikus sebességgel becsapódva megsemmisülnek, és kráter keletkezik a becsapódás helyén.
  4. Nyomás- és hőmérsékleti-feszültségek, porózus szerkezet, vagy egyéb okok miatt becsapódás előtt felrobbannak a légkörben.

Az első esetben természetesen nem ér talajt a részecske, de az űrben, a légkörünk fölött, ezekkel a részecskékkel is számolni kell, hiszen kozmikus sebességgel becsapódva már létrehozhatnak krátereket a különféle űreszközökön (8). Légkör nélküli égitesteken hasonló a helyzet.

Második: a közepes tömegű testek a légkörbe érve felizzanak, majd lefékeződnek. Az úgynevezett sötét repülési szakaszban már szabadeséssel közelítik meg a talajt. Krátert ilyenkor már nem hoznak létre, legfeljebb kisebb-nagyobb mélyedést, de sokszor azt sem. Ezeket ne tévesszük össze az igazi kráterekkel, ahol a becsapódó test megsemmisül. Ezeket a gödröket, mélyedéseket, pit, pit crater vagy penetration crater néven is említik.

A legnagyobb meteorit, a 80.000 éves Namíbiai Hoba meteorit (10), mely több mint 61 tonna tömegű. Az atmoszféra itt is jelentősen lelassította, tehát szabadeséssel csapódott be, kb. 1200 km/h sebességgel.

A namíbiai Hoba meteorit

Harmadik: nagyobb tömegnél (aszteroidák) a légkörben nem lassulnak le jelentősen, kozmikus sebességgel becsapódva krátert hoznak létre a becsapódás helyén. Ez az adott égitest légkörétől függ, hiszen ritkább légkörű égitesten, pl. a Marson, aránylag kisebb tömegű sziklák is létrehozhatnak krátereket. A becsapódási krátereknek többek között két nagyobb fajtájukat figyelhetjük meg: az egyszerű és a komplex krátereket. Az egyszerű kráterek kisebbek, egyszerű tál alakúak. A Földön 3-6 km felett már gyakran komplex kráterek jelenhetnek meg, tehát egy központi csúcs keletkezik. Ezt a központi kiemelkedést a robbanás lökéshulláma által okozott nyomás megszűnése után a rugalmasan visszapattanó aljzat hozza létre. A még nagyobb kráterek esetében sokszor a központi csúcsot már felváltja egy bonyolultabb, gyűrűkből álló szerkezet.

A 80 kilométeres Daedalus komplex kráter a Holdon. Jól láthatóak körülötte
a kisebb, egyszerű kráterek.
A 83 kilométeres Tycho kráter 2 km magas központi csúcsa

Nem beszélhetünk becsapódási eseményről úgy, hogy nem említjük a 66 millió évvel ezelőtti Chicxulub-krátert létrehozó és az úgynevezett K–Pg (kréta-paleogén) tömeges kihaláshoz kapcsolódó becsapódást. A Yucatán-félsziget északi részén levő 170-200 kilométeres krátert 1978-ban fedezték fel kőolaj után kutatva. A becsapódó kisbolygó nagyjából 10-16 kilométeres lehetett, becslések szerint 400 zettajoule (4×1023 joule) energiát szabadított fel. A száz méter magas megacunami nyomait számos helyen felfedezték, éppúgy, mint a robbanás által létrehozott üvegcseppeket, tektiteket is. 1980-ban fedezték fel a K–Pg (kréta-paleogén) geológiai korok határát jelző kőzetréteget, mely a robbanás hatására elpárolgott földi anyag és a becsapódó aszteroida leülepedett anyagának keveréke.

Valószínűsíthető, hogy mintegy 160 millió évvel ezelőtt a 298 Baptistina nevű kisbolygó szétdarabolódott, és fragmentjei más égitestekkel ütköztek. Ezek eredményei többek között a földi Chicxulub-kráter és a holdi Tycho-kráter (28). A dolog fontossága azonban az eseményhez köthető tömeges kihalás (29). A robbanás által a légkörbe juttatott hatalmas mennyiségű por leárnyékolva a napsugárzást, meggátolta a fotoszintézist. A fajok mintegy 75%-a pusztult ki, többek között minden dinoszaurusz-faj is. A tengerekben még nagyobb volt a pusztulás – a planktonok 90%-a pusztult ki, a tengeri tápláléklánc összeomlott.

A Chixulub-kráter radar-topográfiája

Noha keletkezésükben a vulkanizmus is szerepet játszott, a holdi tengerek is becsapódásos eredetűek. Ezek a hatalmas, megszilárdult láva alkotta síkságok 3,1 – 3,9 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek, szinte kizárólag a Hold Föld felőli oldalán. Ennek az volt az oka, hogy a Föld felőli oldalon a holdkéreg vékonyabb, itt a nagyobb aszteroidák át tudták ütni azt, szemben a túlsó oldallal, ahol vastagabb volt a kéreg. Keletkezésük két lépcsőben történt: először a becsapódás hatására megolvadtak az ott lévő kőzettömegek, majd a mélyből feltörő bazaltos láva töltötte fel a hatalmas mélyedéseket (15).

Mare Crisium a Lunar Reconnaissance Orbiter felvételén

Negyedik: felrobban a légkörben, még a becsapódás előtt. Erre a legismertebb példa a híres Tunguszka-esemény. 1908. június 30–án reggel, 7 órakor Szibériában, az Alsó-Tunguszka és a Léna folyó közti területen egy hatalmas robbanás történt. A robbanást okozó 65 méteres objektum viszonylag lapos (5–22 fokos) szögben hatold be a légkörbe, majd kb. 8 kilométer magasságban felrobbant. A robbanás energiáját 10–20 megatonnásra becsülik, mintegy 2150 km2 területet tarolt le. Bár becsapódási kráter nem keletkezett, az esemény impakt eseménynek számít (19). Mivelhogy a becsapódó test a légkörben robbant, nagyobb darabjai nem maradtak, de a helyszínen talált szferulák izotóparányai a kondritokéhoz vannak közel. Későbbi kutatások valószínűsítették az objektum jeges planetezimál, üstökös (2P/Encke) eredetét (21, 22, 23).

A letarolt tajga, Leonid Kulik 1931-es felvétele

Ehhez a ponthoz tartozik tulajdonképpen minden olyan becsapódási esemény, mely az óriásbolygókon történik. A gázóriásokon (Jupiter és Szaturnusz) nincs szilárd felszín, a légkör fokozatosan megy át egyre sűrűbb és sűrűbb rétegekbe. Hasonló a helyzet a hatalmas légkörrel bíró jégóriásokon is (Uránusz, Neptunusz). A Shoemaker–Levy 9 (SL9) üstököst Eugene Shoemaker és David Levy csillagász fedezték fel 1993 márciusában. Az üstökös ekkor már a Jupiter körül keringett, számítások szerint az valamikor a 60-as, 70-es években változtatta meg pályáját. Egy évvel a felfedezés előtt, 1992-ben szakíthatta szét a Jupiter árapályereje 1-2 kilométeres darabokra. Az üstökös fragmentjei 1994. július 16. és 22. között csapódtak be a Jupiterbe, 60 km/s sebességgel. A legnagyobb becsapódások nyomai ezután még hónapokig megfigyelhetőek voltak. A legnagyobb becsapódás július 18-án következett be, amikor az üstökös „G” fragmentje csapódott be. Mintegy hatmillió megatonnás robbanást idézett elő, egy hatalmas 12 000 km-es sötét foltot hagyva a bolygó légkörében.



Források:

  1. Az ókori görögök és a bor, http://borneked.hu/borlexikon/bortudomany/bortortenelem/okor/az-okori-gorogok-es-a-bor.html
  2. Reflections on the Legacy of Grove Karl Gilbert, 1843–1918, https://eos.org/features/reflections-on-the-legacy-of-grove-karl-gilbert-1843-1918
  3. Foote, A. E. (1891). “A new locality for meteoric iron with a preliminary notice of the discovery of diamonds in the iron”. American Journal of Science. 42 (251): 413–417
  4.  Crater History: Investigating a Mystery. The Barringer Crater Company.
  5. Nininger, Harvey Harlow (1942). A Comet Strikes the Earth. El Centro, California: Desert Magazine Press
  6. Coesite, Mindat, https://www.mindat.org/min-1104.html
  7. Impact Craters, https://planetangtagalog.blogspot.com/2013/02/impact-craters_17.html
  8. Salyut 7/Kosmos 1686 Helium Tank: https://fernlea.tripod.com/tank.html
  9. Meteorites in-situ, https://www.meteorite-recon.com/home/meteorite-documentaries/meteorites-in-situ
  10. Hoba meteorite, https://geulogy.com/hoba-meteorite-iron/
  11. Moon Craters, https://www.sciencesource.com/archive/Apollo-11–Moon-Craters–1969-SS21884630.html
  12. Daedalus Crater, https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_25.html
  13. Dramatic Sunrise Over Moon’s Tycho Crater, https://www.wired.com/2011/06/tycho-crater-sunrise/
  14. Lunar Maria, https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/lunar-maria
  15. Bonnie J. Buratti, in Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition), 2003
  16. Mare formation on the Moon, https://ase.tufts.edu/cosmos/view_picture.asp?id=1070
  17. Lunar Reconnaissance Orbiter,
    https://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/multimedia/lroimages/LROMoonImages_archive_1.html
  18. Tunguska, https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/30jun_tunguska
  19. Nemiroff, R.; Bonnell, J., eds. (14 November 2007). “Tunguska: The Largest Recent Impact Event”. Astronomy Picture of the Day. NASA. Retrieved 12 September 2011
  20. Lyne, J. E.; Tauber, M. (1995). “Origin of the Tunguska Event”. Nature. 375 (6533): 638–639
  21. Cornell University (24 June 2009). Space Shuttle Science Shows How 1908 Tunguska Explosion Was Caused By A Comet
  22. Kresak, L’ (1978). “The Tunguska object – A fragment of Comet Encke”. Astronomical Institutes of Czechoslovakia. 29 (3): 129, http://adsabs.harvard.edu/full/1978BAICz..29..129K
  23. On the possible relation between the Tunguska bolide and comet Encke, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032063397000056
  24. LiveScience, https://www.livescience.com/tunguska-impact-explained.html
  25. New evidence of meteoritic origin of the Tunguska cosmic body, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032063313001116
  26. Hubble Space Telescope felvétele a “G” fragment becsapódásáról, https://www2.jpl.nasa.gov/sl9/image112.html
  27. “Chicxulub”. Earth Impact Database. Planetary and Space Science Centre University of New Brunswick Fredericton. Retrieved December 30, 2008.
  28. Claeys P, Goderis S (2007. szeptember 5.). „Solar System: Lethal billiards”. Nature 449, 30–31. o
  29. Understanding the K-T boundary, https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/