10-1

10 skyrius. Smūginės struktūros

Žiūrint į mėnulį, ypač su geresniais žiūronais, pirmiausia į akis krenta apvalios daubos - krateriai. Kaip ir ankstyvoji Žemė, Mėnulis buvo, ir vis dar yra, bombarduojamas meteorų, ir kiekvienas iš jų palieka žymę, nes Mėnulis tektoniškai neaktyvus ir neturi nei atmosferos nei vandens, ir todėl išliko nepakeistas ištisus eonus. Žemė buvo daužoma nerečiau nei Mėnulis, bet daug objektų sudega ar išyra atmosferoje, nepasiekdami paviršiaus, o meteoriniai radai buvo ištrinti erozijos, o ypatingai tektonikos. Dauguma Žemės-Mėnulio sistemos impaktų vyko iki maždaug 3.9 Ga1, kada Saulės sistemoje buvo dar daug fragmentų, neįtrauktų į kitas planetas. Turint galvoje, kad apie 70 procentų Žemės paviršiaus yra padengta okeanine pluta, kuri beveik visa yra jaunesnė nei 200 Ma2, ir kad didelė kontinentinės plutos dalis padengta jaunomis nuosėdomis arba įtraukta į plokščių tektoniką, nenuostabu, kad smūginės struktūros yra gana retos Žemėje.

Bet nors ir smūginės arba impaktinės struktūros {impact structures} yra retos ir jas kartais yra sunku atpažinti, jos iš tikrųjų egzistuoja. Galima išskirti tris kategorijas, paremtas akivaizdžiausiomis smūginio kraterio charakteristikoms (1) sąlygiškai jauni ir matomi krateriai, (2) smūgiai, kurie Žemės paviršiuje atspindėti sujauktomis nuosėdų sekomis, ir (3) smūginiai padariniai, kurie žemėlapyje

1 Ga – giga annum – milijardas metų. Toks trumpinimas naudojamas tik tuo atveju, jei norima pasakyti, kad kažkas vyko ar susidarė skaičiumi prieš Ga nurodytame milijardų metų.

2 Ma – milijonas metų, naudojama kaip ir Ga.

matomi kaip apvalios struktūros pamatinėse uolienose (pvz. Pav. 10.4).

Šiandienai yra atpažinta apie 150 impaktinių struktūrų, bet tik keliasdešimt smūginių kraterių yra matomi. Ko gero didžiausias ir žinomiausiai yra 50 000

metų senumo Baringerio meteoro krateris Arizonoje, JAV, kuris yra 1.2 km skersmens ir 180 m gylio, ir apsuptas 50 m aukščio pakraščiu (Pav. 2.25a). Smūgiuojančio meteorito dydis galėjo būti 30-50 m! Kaip parodyta skerspjūvyje (Pav 2.25b), smūgis suformavo brekčiją, kuri yra apie 200 m storio po kraterio dugnu. Pakelti pakraščiai (bortai) yra ne tik sudaryti iš sutrupintų uolienų išmestų iš kraterio, bet ir iš apverstų sluoksnių. Vidurio kontinento regionas JAV yra nusėtas senų, jau nebesiejamų su vulkanizmu, smūginių vietų. Šios vietos yra aprašomos kaip gana mažos (mažiau nei keli kilometrai skersai), pusiau apvalios

Paveikslas 10.1: Paveikslas Baringerio meteoritinis krateris Arizonoje, JAV ir [b] geologinis pjūvis, vaizduojantis smūginių struktūrų pasiskirstymą.

10-2

ardymo zonos, kuriose įprastai horizontaliai gulintys paleozojiniai sluoksniai yra plyšiuoti, suskaldyti lūžių ir paversti. Ankščiau buvo manoma, kad tai yra kriptovulkaninės {cryptovolcanic} struktūros (nuo graikiško žodžio krypto, reiškiančio "paslėptas"), kadangi jie susidarė žemiau esančio vulkanizmo pasekoje. Paprastai didelio polinkio sprūdžiai nubrėžia maždaug apskritimo formos (plane) išorinę šių struktūrų ribą. Šie lūžiai yra kertami kitų stačių lūžių, kurie išsispinduliuoja nuo struktūros centro kaip rato stipinai. Tokia lūžių geometrija yra panaši į vulkanų, dėl kurios ir ankstesni geologai priėjo išvados apie vulkaną. Arti struktūros centro, sluoksniuotumo polinkis yra gana status, ir palei lūžius yra sustumtos skirtingų amžių uolienos. Vietomis sluoksniai yra sulaužyti į didelius blokus, kurie sustumti į krūvą, ir vadinami smūgine brekčija {impact breccia}. Visame tokiame plote uolienos yra sulaužytos į išsiskiriančius trupinimo kūgius {shatter cones}, kurie yra kūgio formos plyšių eilės, panašios į tas, kurios susidaro sprogdinimo skylėje, išgręžtoje į uolieną (Pav. 10.2). Kūgio viršūnė rodo kryptį iš kurios atskriejo smūgiuojantis objektas. Smūginėse struktūrose trupinimo kūgiai nukreipti į viršų, tuo patvirtindami meteoritinę kilmę.

Kodėl smūginės struktūros yra tokios geometrijos kokios yra? Pabandykite įmesti akmenuką į ramų vandenį iš viršaus. Pirmiausia akmenukas stums vandens paviršių žemyn ir sukurs depresiją, bet akimirką vėliau, vanduo skuba užpildyti depresiją ir depresijos vieta iškyla į kupolą. Meteorų atveju vyksta tas pats procesas. Pirminis smūgis įlenkia didžiulį kraterį ir elastiškai suspaudžia uolienas aplink kraterį (Pav. 10.3). Akimirką vėliau

Paveikslas 10.2: Viršuje – natūralūs trupinimo kūgiai. Apatinėje nuotraukoje parodyta žmogaus sukeltas smūginė struktūra su dirbtiniais trupinimo kūgiais.

Paveikslas 10.3: Baringerio meteoritinio kraterio pavaizduoto paveiksle 10.1susidarymo modelis.

10-3

uoliena grįžta. Paveiktos zonos pakraščiais vyksta tempimas ir susidaro sprūdžiai, o centrinėje dalyje vyksta tekėjimas, suformuojantis stačiai palinkusius sluoksnius. Kadangi uoliena paviršiuje elgiasi kaip trapus kūnas, smūgis lydimas lūžių ir brekčijavimo.

Neįsivaizduojamai dideli slėgiai smūgio metu suteikia paveiktoms uolienoms išsiskiriančius pokyčius. Smūgio banga, kuri akimirksniu pereina uolieną, užkrauna uolieną milžinišku spaudimu, dėl kurios uoliena patiria smūginį arba šoko metamorfizmą {shock metamorphism}. Kvarco smūginis metamorfizmas pakeičia jį į neįprastai tankų polimorfą - stišovitą, ir jame atsiranda charakteringos planarinės deformacinės mikrostruktūros. Be to, kinetinė smūgio energija staigiai paverčiama į karštį, ir to pasekoje uolienos pasiekia iki 1700°C. Tokioje temperatūroje, uolienos staigiai išsilydo ir staigiai sustingsta į stiklą, kuris yra tos pačios cheminės sudėties kaip ir pirminė uoliena. Kai kada, lydalas susimaišo su smūgine brekčija, ir įsiskverbia į didesnius brekčijos fragmentus, taip sudarydamas stiklišką uolieną vadinamą pseudotachilitu {pseudotachylyte}.

Smūginės struktūros veikdamos dabar atsidengusius kristalinius pamatus, sukelia būdingus apskritiminius erozijos raštus, kurie gerai matomi satelitinėse nuotraukose ar geofizikiniais metodais. Vienas žinomiausių impaktinių struktūrų yra Sudbury kompleksas, pietų Ontario, Kanadoje. Lauke lengvai stebimi ne tik trupinimo kūgiai ar pseudotachilitai, kai būdinga tokioms struktūroms. Prie 1.85 milijonus metų vykęs smūgis buvo toks stiprus, kad paveikė visą plutą ir tai sukėlė smūginį lydymąsi, dėl kurio susidarė naudingų iškasenų, kasamų jau daug metų.

Paveikslas 10.4: Geologinis žemėlapis (Wells Creek struktūra, JAV) rodantys apskritiminį atodangų išsidėstymą, susidariusį dėl centrinės dalies iškilimo, ir radialinių ir žiedinių lūžių. Seniausios uolienos atsidengia centrinėje dalyje.