Адукацыя метэарытных кратэраў - працэс імгненны і, у супрацьлегласць шматлікім доўгім геалагічных працэсаў, можа быць змадэляваны. Пры падзенні метэарыта ад імгненнага выпарэння яго і парод адбываецца выбух. Эксперыментальныя выбухі найбольш дакладна імітуюць гэты працэс.

У Савецкім Саюзе, ЗША і іншых краінах праводзіліся серыі эксперыментальных выбухаў з дэталёвым вывучэннем і матэматычным мадэляваннем атрымліваюцца структур. Пры эксперыментальных выбухах у лабараторыях з адукацыяй сантыметровых кратэраў былі праведзены паскораныя здымкі. Гэта дазволіла прасачыць усе стадыі працэсу.

Неабходна сказаць, што ўдарная хваля пры выбухах вялікіх энергій карэнным чынам адрозніваецца ад хваляў сейсмічных і гукавых. Перш за ўсё яна не пэрыядычная, а ўяўляе сабой адзіночны імпульс ціску. Хуткасць яе заўсёды больш хуткасці гуку ў пародах і залежыць ад яе ціску, у супрацьлегласць гукавым і сэйсмічных хвалях, для якіх хуткасць з'яўляецца устойлівай характарыстыкай кожнай пароды. Ўдарная хваля, акрамя таго, у супрацьлегласць хвалях гукавым і сэйсмічных, перамяшчае за сабой сераду, у якой яна рухаецца. На фронце ўдарнай хвалі скокам змяняюцца параметры стану і руху парод.

Пры падзенні на Зямлю метэарыт пранікае ў грунт (пры эксперыментах кажуць - у мішэнь), імгненна тармозіцца і разаграваецца да высокіх тэмператур, пры якіх ён сам і пароды вакол яго плавяцца і выпараюцца. Адбываецца выбух. Ад кропкі выбуху метэарыта або зарада выбуховых рэчываў распаўсюджваецца ўдарная хваля, якая мае шарападобных фронт. Наверсе, дзе пласт грунта параўнальна тонкі, пароды спачатку ўспушваюцца, потым з'яўляюцца яркія мовы плазмы. Затым дах гэтага «бурбалкі» раскрываецца ва ўсе бакі, падобна распускающемуся кветкі, і тонкія краю яе падаюць на зямлю ў перавернутым становішчы (мал. 2). Гэтая перавернутая синклиналь на вале - адзін з дыягнастычных структурных прыкмет эксперыментальных і метэарытных кратэраў.

Мал. 2. Стадыі адукацыі выбуховага кратэра.
а - у - 1 стадыя - ўдарнае сціск; растекание метэарыта і грунту; г - 2 стадыя - экскавация і выкід грунту адлюстраванай хваляй; д - 3 стадыя - дэфармацыі або запаўнення (1 - варонка, 2 - сапраўднае дно, 3 - бачнае дно, 4 - вал брекчии, 5 - ляжачая синклиналь цокальнага вала)

У ніжняй паўсферы ўдарная хваля ўтварае круглявую пустэчу - першасны кратэр, у сценак якога горныя пароды ўшчыльняюцца і часткай плавяцца. Далей хваля ідзе па пародам, сціскаючы іх. Услед за хваляй сціску адбываецца падзенне ціску да нармальнага, якое называецца хваляй разрэджання. У аднародных пародах ўдарная хваля распаўсюджваецца да тых часоў, пакуль яе ціск не дасягне мяжы пругкасці парод або сейсмічнага адбівальніка. У гэты момант хваля адаб'ецца. Фронт адлюстраванай хвалі, якая ідзе ўверх, будзе захапляць за сабой пароды (гл. мал. 2). Калі фронт дасягне дна першаснай паражніны, хваля приподнимет пароды дна ў цэнтры кратэра. У мяккіх ападкавых пародах ў цэнтры кратэра ўтворыцца купал, а ў далікатных - цэнтральны блок падымецца па кальцавой расколіне. Часам спачатку ўтворыцца купал, а затым цэнтральны блок падымаецца па колцавым разлому. Такая структура цэнтральнага ўзняцця (мал. 3, а) ўстаноўлена ў кратары Штейнхейм (ФРГ). Гэтая ж адлюстраваная хваля выкідвае з кратэра уверх хмару абломкаў, пашыраючы першасную пустэчу. Калі выкінутыя пароды ўпадуць назад, пакрыўшы дно кратэра і навакольнае паверхню, кратэр атрымлівае канчатковы выгляд і называецца бачным кратэрам. Варонка пад брекчией называецца сапраўдным кратэрам.

Мал. 3. Глыбінныя дэфармацыі метэарытных кратэраў.
а - кратэр Штейнхейм (D = 3 км). Бачная антиклинальная структура цэнтральнага ўзняцця і разлом па яго перыферыі, маркируемый на мясцовасці крыніцамі радоновых вод; б - Арызонская (D = 1,2 км). Пад кратэрам ўтворана зона драбнення, раздув якой мае дыяметр кратэра (1 - аллогенная брекчия, 2 - подкратерная зона драбнення, 3 - непарушаныя пароды); у - астроблема Госез-Блаф ў ападкавых пародах (2). У раздробненых пародах прасочваецца пикообразная антыкліналяў, у падставе якой знаходзіцца павялічаны ў магутнасці пласт 3. Мяркуючы па шырыні раздува зоны драбнення (1), дыяметр кратэра быў каля 7 км

Дж. О'кіф і. Д. Арэнс прапануюць такую паслядоўнасць працэсу адукацыі выбуховага кратэра:

1) заглыбленне ў зямныя пароды і тармажэнне метэарыта,

2) выбух і рост першаснай паражніны,

3) стадыя экскавации - выкід адлюстраванай хваляй з кратэра раздробненых і расплаўленых парод,

4) стадыя дэфармацыі - абвальванне сценак і выполаживание кратэра пры пругкім распроствання зямной кары ў яго цэнтры (рэлаксацыя).

Першыя тры этапы праходзяць у долі секунды або ў секунды, а працягласць чацвёртага этапу ў буйных структурах вельмі вялікая (дзясяткі і сотні мільёнаў гадоў).

Пад кратэрам ўзнікае паўсферычная зона трещиноватости (гл. мал. 3, б, у) з дыяметрам, прыкладна роўным дыяметру бачнага кратэра. Вакол кратэра зона трещиноватости выклинивается прыкладна на адлегласці 2 радыусаў ад цэнтра. На фоне бязладна трэшчынаватасці парод могуць ўтварыцца колцавыя разломы і колцавыя грабены, часам серыя канцэнтрычных парушэнняў.

У месяцовых морах, якія з'яўляюцца буйнымі метэарытнымі структурамі, адзначана чаргаванне колцавых гор (на Месяцы яны названыя кардыльера) і паніжэнняў паміж імі - некалькіх канцэнтрычных кольцаў, таму названыя структуры мультиринговыми (многокольцевыми). Праціўнікі метэарытнага паходжання мультиринговых структур часта спасылаліся на тое, што немагчыма ўявіць, каб некалькі метэарытаў патрапілі дакладна ў цэнтр кальцавой сістэмы.

У канцы 70-х гадоў у ЗША ў абводненых рачных адкладах быў створаны выбухны эксперыментальны кратэр Прэрыі-Флэт дыяметрам 85,5 м. У ім адразу пасля выбуху ўтварылася сістэма «кардыльераў» і колцавых паніжэнняў паміж імі (мал. 4), а па мяжы ўнутранай кардыльеры пасля выбуху адбылося нешта накшталт вулканічных вывяржэнняў, пры якіх быў выкінуты белы пясок з парай. Гэтыя белыя вулканчики добра бачныя на мал. 4. Кардыльеры кратэра Прэрыі-Флэт апынуліся горстами, паніжэння - грабенами. Гэты прыклад даказаў з дасканалай несомненностью, што для адукацыі мультиринговой структуры дастаткова аднаго прыпаверхневага выбуху.

Для таго каб зразумець, што адбываецца з колцавымі грабенами пасля выбуху, звернемся да старажытных метэарытным структурам. Структура Карсвелл-Лэйк (Канада) выглядае як круглае поле старажытных архейскую гнейсамі сярод больш маладых пяшчанікаў протерозоя. Дыяметр круга 16 км Мяжой яго з'яўляецца кальцавой разлом. Знешнюю частку структуры дыяметрам 32 км складаюць дугавыя жолабы, запоўненыя сланцах силура і часткова занятыя азёрамі (мал. 5). Силурийские сланцы у разломаў у грабенах раздробленыя і змятыя ў зморшчыны, т. е. зрухі адбываліся пасля іх адукацыі. З моманту адукацыі кратэра ў пратэразоі да адклады силурийских сланцаў прайшлі сотні мільёнаў гадоў. У структуры Лабынкыр (гл. ніжэй) грабены актыўна апускаюцца прыкладна на працягу 70 - 80 млн. гадоў. Такім чынам, зямная жыццё парушэнняў, створаных метэарытнымі выбухамі, вельмі працяглая.

Да цяперашняга часу не толькі на Месяцы, але і на Зямлі адкрыты шэраг мультиринговых структур. Гэта Маникуаган, Карсвелл-Лэйк, Клирвотер і інш. у Амерыцы, Лабынкыр ў Савецкім Саюзе, структура Роса ў Антарктыцы і інш.

Асновы матэматычнай тэорыі кратерообразования заклалі К. П. Станюковіча, і. В. Федынский. Імі была выведзена залежнасць дыяметра кратэра ад энергіі метэарыта. Пры масе m і хуткасці метэарыта v энергія Е = mv2/2, R = E^1/3. Акрамя энергіі, дыяметр (2R) кратэра залежыць і ад іншых прычын. Па дадзеных Б. А. Іванова, пры адукацыі малых кратэраў галоўную ролю гуляе трываласць парод. Ён называе іх трывальнымі кратэрамі. Для больш буйных структур, пачынаючы з кіламетровых, вялікае значэнне набывае сіла гравітацыі. Матэматычна гэта выяўляецца так (пры R ў см, Е - у Дж): для трывальных кратэраў Е = R3, г. зн. R = Е^1/3, а для гравітацыйных Е = gR⁴. Такім чынам, у першых энергія, якая ідзе на кратерообразование, расце прапарцыйна R3, а ў гравітацыйных - прапарцыйна R⁴.

Акрамя таго, на планетах з большай сілай гравітацыі пры той жа Е метэарыта дыяметр кратэра будзе менш, чым на малых целах. Тып працэсу адукацыі кратэра залежыць і ад грунту мішэні. У сыпкіх грунтах кратэры, пачынаючы ад памераў у некалькі сантыметраў, утвараюцца ўжо па гравитационному тыпу. У суглінках прочностной рэжым змяняецца гравітацыйным пры D 60 м, у скальных пародах - прыкладна з D 100 м.

Здавалася б, пры магутных метэарытных выбухах частка матэрыялу выкідаў можа вырвацца за межы поля прыцягнення планеты і паляцець. Але, па разліках Б. А. Іванова, для страты планетай выкідаў з кратэра патрэбныя вельмі вялікія хуткасці соударения і малыя хуткасці убегания (другія касмічныя хуткасці). Для Месяца, дзе хуткасць убегания 3,5 км/с, выкіды кратэраў могуць паляцець у космас толькі пры хуткасці падзення метэарыта 28 - 30 км/с, якая ў агульным-то рэдкая. Для Зямлі з другой касмічнай хуткасцю 11,2 км/с хуткасць метэарыта павінна быць каля 100 км/з, што амаль нерэальна, так як звычайныя хуткасці падзення вагаюцца ў межах 5 - 25 км/с.

Гэтая выснова вельмі важны для вырашэння адной з геалагічных загадак нашай планеты. У шэрагу раёнаў Зямлі ў глебах або друзлых адкладаннях знаходзяць шматлікія круглявыя шкельцы памерам 2 - 5 см - тектиты. Па складзе гэта сілікатная шкло, але суадносін элементаў у ім адрозніваюцца ад іх суадносін у зямных пародах. Часам на паверхні тектитов бачныя сляды аэрадынамічнай апрацоўкі. Меркавалі і касмічнае, і месяцовае іх паходжанне, але на падставе сказанага вышэй наўрад ці правільна шукаць крыніца тектитов па-за Зямлі.

У заключэнне хацелася б спыніцца на двух пытаннях. Першы, часта задаюць геолагамі, - чаму метэарытныя кратэры круглыя, бо пры касым ўдары павінны былі ўтварацца авалы?

Малыя ударныя кратэры, калі выбуху няма і не ўтворыцца высакахуткасная ўдарная хваля, сапраўды часам маюць авальную форму. Форма выбуховых структур ўтворыцца інакш. Пад якім бы вуглом ні увайшоў метэарыт ў грунт, ён выбухне і форма выбухны хвалі будзе блізкая да шарападобнай, а кратерная варонка ў плане будзе изометрична. Пры аднародных пародах гэта будзе круг. Неаднастайнасці парод і, перш за ўсё, сістэмы доударных разломаў могуць некалькі сказіць форму кратэра. Некаторыя выбуховыя метэарытныя кратэры аўстралійскага поля Хенбери і знакаміты кратэр Арызона (ЗША) маюць у плане абрысы, якія набліжаюцца да квадратным, і выклікана гэта, як лічаць, размяшчэннем доударных рэгіянальных расколін.

Другое пытанне - адукацыя цэнтральных узняццяў. У геалагічнай літаратуры часта пішуць, што цэнтральныя ўзняцця ўтвараюцца ў кратэраў пачынаючы з дыяметра 3 км, а колцавыя - у структур значна большага памеру. Аднак цэнтральныя ўзняцця назіраюцца і ў 50-метровых эксперыментальных кратэрах, і ў буйных прыродных структурах (напрыклад, у Карскім кратары дыяметрам 50 км), а колцавыя ўзняцця ўтварыліся ў экспериментном кратары Прэрыі-Флэт. (дыяметр 87 м) і ў кратары Рыс (дыяметр 25 км). Гэта кажа аб тым, што з'яўленне цэнтральных і колцавых узняццяў, па-відаць, залежыць не ад памеру кратэра, а ад якіх-небудзь іншых прычын.

Усе гэтыя рознагалоссі сведчаць аб тым, што тэорыя працэсу кратерообразования можа быць распрацавана толькі на аснове шматлікіх геалагічных назіранняў у прыродных структурах, якія праводзяцца сумесна з эксперыментальнымі і матэматычнымі працамі. Да такой жа высновы падышлі ўдзельнікі семінара па механіцы адукацыі импактных структур, праведзенага ў МДУ.