Аризонский метеорит. Метеоритные кратеры на земле. История открытия и исследования

В городе Флагстафф, Аризона, находится одно из самых редких естествоведческих учреждений - отдел астрогеологии Геологической службы США. Висящий там шуточный плакат гласит: «Моя работа настолько секретна, что даже мне самому неизвестно, чем я занимаюсь». Не секрет, однако, что в отделе занимаются и составлением карт Луны (не совсем логично на первый взгляд называемых «геологическими»). Флагстафф был избран в качестве резиденции этого учреждения, очевидно, по нескольким причинам: здесь расположена широко известная астрономическая обсерватория Лоуэлл (именно здесь, в частности, был открыт в 1930 г. Плутон - самая удаленная из планет солнечной системы); поблизости находятся молодые, лишенные растительного покрова конусы вулканов (среди них национальный памятник природы кратер Сан сет), а также Аризонский метеоритный кратер - самый большой на земле и наиболее похожий на лунные кратеры (рис. 31.1).

Между прочим, для обозначения метеоритных кратеров недавно Р. Дитц предложил новое красивое слово астроблема (греч. «звездная рана»). Иногда Аризонский кратер называют также кратером Уинслоу (по близлежащему городку), а иногда кратером Каньон-Дьябло (по речке, впадающей в Литл-Колорадо) или кратером Баррингера. Как и Большой каньон Колорадо, кратер расположен на плато Колорадо, которое изобилует и многими другими памятниками природы, о чем я уже говорил выше. Так же как и каньон Колорадо, кратер - истинное геологическое чудо света, причем, учитывая его происхождение, даже большее чудо, чем каньон. Ведь если Большой каньон создавался постепенно, в течение миллионов лет непрерывной прилежной работой реки, то метеоритный кратер возник в несколько мгновений в результате катастрофы в природе, к тому же катастрофы, вызванной не земными причинами.
Наиболее сильное впечатление кратер производит, когда пролетаешь над ним на не очень большой высоте (рис. 31.2). В 60 км восточнее Флагстаффа однообразие пустынной равнины внезапно нарушается гигантской, почти совершенно круглой воронкой с невысоким валом (поперечник воронки 1300 м, глубина 175 м). В районе кратера до прихода сюда белых, несомненно, бывали индейцы. У кратера были найдены каменные наконечники стрел, возраст которых, вероятно, 800-900 лет. Странно, однако, что разбросанные вокруг многочисленные куски метеоритного железа индейцами не использовались. Только в 65 км на северо-запад отсюда находятся развалины индейского поселения Вупатки («Большой дом») - ныне это национальный памятник. Поселение было обитаемым с 600 г. до XII века. По легендам индейцев, здесь спустился с неба один из их богов. Отсюда делали вывод, что падение метеорита наблюдалось людьми. Вначале происхождение кратера считали вулканическим. И только когда в его окрестно стях обнаружили тысячи небольших железных метеоритов (рис. 31.3), утвердилось мнение, что кратер метеоритного происхождения, особенно после исследований и раскопок, произведенных в 1929 г. горным инженером Баррингером из Филадельфии (который купил этот редкостный земельный участок). Именно он создал здесь небольшой музей, выкопал шахту (теперь она уже обвалилась) и пробурил несколько глубоких (более 400 м) скважин. Позже им были проведены измерения силы тяжести.

Благодаря этим исследованиям было прежде всего установлено, что геологический разрез местности сам по себе прост: пермские известняки Кайбаб подстилаются песчаниками Коконино (и те и другие мы видели с вами в каньоне Колорадо). Однако шурфовые работы показали, что под кратером и вблизи него встречаются различные местные нарушения: породы местами раздроблены, оплавлены и содержат обломки, богатые железом. И только глубже снова наблюдается нормальное, ненарушенное залегание слоев. Все это подтверждает предположение об ударе метеорита.

Однако никакого гигантского метеорита на глубине не нашли. Он представлял бы собой крупное железо-никелевое месторождение, и, естественно, имело смысл проводить здесь дорогостоящие разведочные работы. Очевидно, что большое небесное тело при падении раздробилось на множество мелких обломков. Такое предположение соответствует и теоретическим рассуждениям. Метеорит, падающий с небольшой (до 100 м/с) скоростью в мягкий грунт, образует яму; при твердом грунте и несколько большей скорости метеорит раскалывается на куски, также создающие котловидные углубления. Наконец, при больших скоростях (3- 4 км/с) возникает ударная волна, как при взрыве, и метеоритное тело ведет себя подобно сильно сжатому газу - оно испаряется, остаются лишь отдельные разбросанные вокруг кратера твердые обломки. Чем большие размеры имеют пришельцы из космоса, тем меньшее торможение они испытывают в атмосфере и тем с большей скоростью ударяются о землю.
В последние годы (1960, 1962) большую сенсацию произвело открытие в обломках раздробленных песчаников минералов коэсита и стишовита (модификация кварца SiО2 в условиях высокого давления). Оба минерала непосредственно указывают на то, что кварц (из которого состоят песчаники) подвергся действию необычайно высокого давления, а именно удару крупного метеорита, падавшего с большой скоростью. Это открытие сыграло большую роль в дискуссии о гигантской котловине Нёрдлингер-Рис (Бавария, ФРГ) поперечником 21-24 км, которую считали вулканической воронкой взрыва. Однако обнаружение коэсита позволило высказать предположение, что Нёрдлингер-Рис - астроблема.
Обломков метеорита ни в котловине, ни вблизи нее, однако, не находили. Вообще следует заметить, что лишь весьма немногие метеоритные кратеры могут быть определены как таковые на основании находок метеоритных осколков (см. таблицу).

Таким образом, Аризонский кратер не только самый красивый, но и самый большой. Места находок метеоритов преимущественно находятся в засушливых районах. Это и понятно: кратеры легче всего обнаружить в местностях, бедных растительностью, где они к тому же дольше противостоят выветриванию и размыву.
К этим относительно точно выявленным метеоритным кратерам можно добавить еще некоторые мелкие «кратеры», хотя и не имеющие осколков метеоритов, но характеризующиеся по крайней мере наличием коэсита (например, Нёрдлингер-Рис). Наконец, на земном шаре известно множество округлых ям, которые можно считать «ударными кратерами» только из-за их формы и за неимением других интерпретаций. Список таких структур, опубликованный в 1966 г. Геологической службой США, включает 110 названий!
Все метеоритные кратеры, видимо, молоды, иначе бы их следы давно были уничтожены атмосферным воздействием, процессами выветривания и размыва в отличие от Луны, лишенной атмосферы. Это относится прежде всего к прекрасно сохранившемуся Аризонскому кратеру. Мы уже упомянули о том, что падение метеорита в этом районе нашло отражение в индейской легенде. Если же это событие наблюдалось человеком, то оно не могло быть древнее последнего оледенения, ибо до этого Северная Америка еще не была заселена. По данным, полученным радиоуглеродным методом, возраст кратера определен в 22 тыс. лет.
Лишь немногие падения метеоритов наблюдались людьми, и все такие случаи были сенсацией. Это касается и тяжелого (более 50 кг) метеорита, упавшего в Энзисхейме, Эльзас (к северу от Мюльхаузена); ныне метеорит можно увидеть в ратуше этого приветливого городка. Он упал в 1492 г. и, естественно, в то время привлек к себе особое внимание; однако интерес к нему не пропал, видимо, и по сей день, судя по вывеске, изображенной на рис. 31.4. С научной точки зрения наибольшую известность приобрело событие 1908 г., когда какое-то небесное тело появилось над сибирской тайгой в бассейне Тунгуски; этот наблюдавшийся издалека огненный шар, удар которого был зарегистрирован сейсмографами в разных районах земного шара, не оставил после себя ни кратера, ни осколков. Зато лес вокруг места падения был повален (воздушной волной) (см. шуточный рис. 31.5). Поэтому высказывалось предположение, что это могла быть комета. П. И. Привалов подсчитал, что для объяснения события на Тунгуске предложено не менее 77 гипотез! (журнал «Природа», 1969 г.). В Минералогическом музее Академии наук СССР в Москве хранятся обломки тяжелого (более 250 кг) железного метеорита, упавшего в 1947 г. в горах Сихотэ-Алинь.

Загадочное «падение метеорита» в Сибири в карикатуре

Кратер Сансет и Вупатки
Севернее Флагстаффа раскинулась обширная молодая вулканическая область гор Сан-Франциско (с известным калифорнийским городом общее у этих гор только название). Высокая (3858 м) вершина их представляет меньший интерес, чем голый, правильной формы шлаковый конус с глубоким кратером, расположенный на восточной окраине области, в 25 км к северу от Флагстаффа - кратер Сансет («кратер заката солнца»), получивший свое название благодаря светло-красной окраске слагающих его шлаков. Поблизости от него множество других, также хорошо сохранившихся конусов с кратерами, но кратер Сансет - самый молодой и наиболее эффектный (рис. 31.6). Он образовался во время извержения 1065 г. н. э. Между прочим, ветер в то время дул, видимо, с юго-запада: северо-восточный край кратера самый высокий - здесь отложилась большая часть шлаков и пеплов, выброшенных при извержении.

С этим кратером тесно связана судьба одного весьма своеобразного доисторического индейского поселения, Вупатки. Оно расположено в 25 км северо-восточнее кратера Сансет. Развеянные ветром пеплы извержения 1065 г. заставили немногочисленных индейцев, занимавшихся земледелием, покинуть свои поля. Однако вскоре они заметили, что свежий вулканический пепел (вначале уничтоживший посевы) лучше задерживает скудные атмосферные осадки, отчего значительно повысилось плодородие почвы (это хорошо известно жителям Канарских островов, которые посыпают свои поля вулканическим пеплом). Таким образом, кажущаяся катастрофа обратилась во благо. Индейцы вновь начали стекаться в эту местность; в результате произошло смешение различных индейских племен. Весьма своеобразно это смешение отразилось на структуре поселения: наряду с небольшими жилищами, индейцы воздвигали просторные, иногда трехэтажные дома. «Вупатки» у индейцев хопи означает «высокий дом». Однако период расцвета поселения продолжался недолго. Ветер, за 100-200 лет полностью развеявший ценный пепел, и несколько засушливых лет были причиной того, что в 1300 г. поселение было покинуто. Ныне нам только и остается, что наблюдать многочисленные развалины и удивляться изменчивости сил природы, приносящих людям то вред, то благо.

"Шум ничего не доказывает. Часто курица, которая только снесла яйцо, кудахчет, как если бы она снесла астероид"
Марк Твен

Метеоритный кратер (Meteor Crater) находится примерно посередине между Национальным парком Окаменелый лес (Petrified Forest National Park) и Большим Каньоном (Grand Canyon), в 10 милях от города Винслоу (Winslow) на севере штата Аризона (Arizona).

Место нахождения метеоритного кратера в Аризоне

Когда-то очень-очень давно (ученые предполагают, что это было 27 тысяч лет назад), на землю Аризоны упал метеорит. По космическим меркам астероид был маленький, всего 40 метров в диаметре и всего 300 тысяч тонн веса. Метеорит ударился о землю, разлетелся на обломки в окрестностях 5 км и образовал воронку диаметром 1200 метров и глубиной 175 метров. Было подсчитано, для того, чтобы образовался кратер такой величины, метеорит должен был лететь со скоростью 69 тысяч км/час! Удар был такой силы, что фрагменты метеорита находили на расстоянии до 10 км! Мощность взрыва при ударе оценивается примерно в 500 килотонн, это в 40 раз мощнее взрыва ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму.

Метеоритный кратер в Аризоне. Фотография NASA

Аризонский кратер (он же кратер Барринджера) - один из крупнейших и лучше всего сохранившийся кратер в мире. Ученые обнаружили кратер только в начале XX века, а местным индейским племенам навахо местонахождение кратера было давно известно. Индейцы называли кратер Каньоном Дьявола и связывали с ним множество легенд и преданий.

«Пусть дорога серою лентою вьется...» Дорога от шоссе I-40 к метеоритному кратеру в Аризоне

Окрестные виды вдоль шоссе I-40 по пути к метеоритному кратеру в Аризоне

С кратером связано несколько интересных историй. Так до XX века ученые думали, что кратеры имеют вулканическое происхождение, и только в 1902 инженер Дэниел Барринджер (Daniel Barringer) предположил, что воронка может образоваться в результате падения крупного небесного тела. Барринджер выкупил участок земли, на котором находился кратер и начал вести раскопки, пытаясь найти тело метеорита. Раскопки вяло велись на протяжении 26 лет, и Барринджер, конечно же, ничего не нашел, да и не мог найти, т.к. большая часть метеорита сгорела в атмосфере, а все что осталось - разлетелось по окрестной территории. Из-за отсутствия доказательств, предположение Барринджера о том, что кратеры это следы падения метеоров, не нашло никакой поддержки и было забыто, а раскопки были заброшены. Лишь только несколько десятков лет спустя один известный американский планетолог и астрогеолог смог доказать метеоритную природу аризонского кратера.
Аризонский кратер. Панорама

Аризонский кратер. Панорама. Картинка кликабльна

Части бурильной установки Барринджера до сих пор стоят на дне кратера. Им уже почти 100 лет, они все проржавели, но все равно оставлены на месте в качестве музейного экспоната в назидание будущим поколениям. К сожалению, на дно кратера спуститься нельзя, а я на это сильно рассчитывал.

Метеорный кратер - еще один образец американского обустройства исторических достопримечательностей. От шоссе I-40 на юг к кратеру ведет отличная дорога. Сам кратер со стороны выглядит как чаша с приподнятыми краями посреди аризонской пустыни. Вал, окаймляющий кратер, возвышается на 40 метров. У подножия кратера помимо паркинга, находится большой музей, в котором представлены куски метеорита, различные фото- и видеоматериалы, журналы и книги. Естественно, присутствует кондиционированный воздух, что после пекла пустыни очень актуально. Естественно, есть магазин сувениров. Естественно, наличествует фаст-фуд (в здании музея был расположен ресторанчик Subway). На стену кратера, если лень подниматься пешком, можно подняться на комфортабельном лифте. Наверху, по краю кратера находится несколько смотровых площадок со скамейками и телескопами. Видимо предполагается, что типичный американец, набрав в Subway сэндвичей с кока-колой, будет любоваться кратером, медитируя на скамейке и периодически поглядывая в окуляр.

Входной билет на Meteor Crater стоит 15 долларов, что довольно дорого. Но как выяснилось позднее, за эти деньги посетитель получает не только тикет, но и дисконтный купон в Subway, позволяющий получить бесплатный сэндвич при покупке колы. Жара стоит неимоверная, и пить хотят все, так что такой сервис вполне разумен.

Кстати, что примечательно, аризонский кратер был признан очень похожим на лунный пейзаж, и именно здесь NASA проводила тренировки всех космонавтов, которым предстоял полет на Луну. Здесь тренировалась резервная команда астронавтов экипажа «Аполлон-11», а также сами Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, которые 21 июля 1969 первыми в истории человечества ступили на Луну. По этому поводу в центре кратера установлен американский флаг.

Пока я рассматривал кратер, откуда-то с юга прилетела целая эскадрилья военных вертолетов «Апач» камуфляжного цвета. Следуя за ведущим вертолетом, Апачи медленно и вальяжно облетели кратер три раза и скрылись в южном направлении. Спустя минуту один из Апачей вернулся, завис на несколько секунд над центром воронки, затем развернулся и на форсаже погнал вдогонку остальной группе.

Ну а мы сели в машину и направились в Большой Каньон. Мимоходом, Иришка углядела между машин на стоянке странное животное похожее не худосочную белку. Запечатлеть его, правда, не удалось - оно быстро бегало в тени стоящих машин и удачно маскировалось.

Аризонский кратер (Кратер Барринджера, Каньон дьявола) - один из крупнейших и лучше других сохранившийся метеоритный кратер, расположенный около каньона Дьябло на севере штата Аризона (США). Современные размеры кратера: диаметр - 1220 м, глубина - 184 м, возвышение вала 50 м. Предполагается, что кратер возник в результате падения на Землю около 50 тысяч лет назад двухмиллионнотонного никелевого метеорита размером 61--79 м. Взрыв от падения был аналогичен по мощности взрыву 1000 атомных бомб, аналогичных сброшенной на Хиросиму.

Известность его определяется многими причинами. Прежде всего это первое такое образование, для которого было доказано, что оно возникло при ударе о Землю огромного метеорита. В кратере и вокруг него было собрано более 30 тонн обломков метеоритного железа, и самый крупный из них весил 639,1 кг. Кроме того, вокруг кратера в почве и на поверхности находится масса мелких и мельчайших шариков и пылинок метеоритного железа. Более того, это первый метеорит, в котором нашли алмазы.
Первые люди поселились около кратера 25 тыс лет назад. И индейцы, населявшие этот район, рассказывали легенду о том, что некогда огненный бог спустился на колеснице, после чего и остался кратер. Поэтому индейцы носили обломки метеорита как амулеты и клали их в могилы своих умерших сородичей.

Ученым о существовании кратера стало известно лишь с 1891 года. В 1902 году горный инженер Барринджер купил участок земли с кратером. Бэрринджер отдал 26 лет своей жизни на поиски метеорита и на то, чтобы убедить окружающих, что его кратер имеет внеземное - метеоритное происхождение. С этого времени и поныне Аризонский кратер является единственным природным объектом такого типа, находящимся в частной собственности. Он принадлежит уже третьему поколению семьи Барринджеров.

Кратер не раз использовался в качестве декораций для съемок фантастических фильмов о путешествиях землян на другие планеты, о прибытии огромных НЛО в свою закрытую от чужих глаз тайную гавань.

Это не самый большой метеорит, упавший на Землю. В Антарктике на острове Уилкеса в 1962 году обнаружен метеоритный кратер диаметром 241 километр и глубиной 800 м. В Канаде на побережье Гудзонского залива есть кратер диаметром 443 км.

Аризонский кратер (Кратер Барринджера, Каньон дьявола) - один из крупнейших и лучше других сохранившийся метеоритный кратер, расположенный около каньона Дьябло на севере штата Аризона (США). Современные размеры кратера: диаметр - 1220 м, глубина - 184 м, возвышение вала 50 м. Предполагается, что кратер возник в результате падения на Землю около 50 тысяч лет назад двухмиллионнотонного никелевого метеорита размером 61—79 м. Взрыв от падения был аналогичен по мощности взрыву 1000 атомных бомб, аналогичных сброшенной на Хиросиму.

Тысячи лет назад некое космическое тело упало на Землю, образовав зияющий кратер посреди безводной аризонской пустыни.

Примерно 30 000-50 000 лет назад, за много веков до появления человека, гигантская каменная глыба упала на Землю неподалеку от каньона Дьявола в Аризоне, между городами Флагстафф и Уинслоу, и на поверхности планеты образовалась чашеобразная воронка 1250 м диаметром и 174 м глубиной.

С плоской поверхности пустыни внешние склоны кратера высотой 45 м кажутся небольшой холмистой грядой, поэтому скрытая за ними зияющая впадина была обнаружена европейцами лишь в 1871 году. Вначале полагали, что кратер вулканического происхождения. Но в 1890 году среди обломков были обнаружены фрагменты железа, и хотя находке в тот момент особого значения не придали, некоторые ученые стали склоняться к мысли, что подобная внушительная отметина на лице Земли могла быть только результатом падения внеземного тела.

Изучив этот район в 1902 году, Дэниэль Бэрринджер, горный инженер из Филадельфии, настолько уверовал в существование железосодержащего метеорита, что купил в 1906 году этот участок и приступил к бурению. Поначалу он предполагал, что, поскольку кратер имеет почти правильную округлую форму, создавшее его тело должно быть погребено в центре. Позже он обнаружил, что, если выпустить пулю в мягкую почву даже под острым углом к поверхности, отверстие тоже получается круглым.

Это наблюдение, а также то, что юго-восточная стена кратера более чем на 30 м превышает высоту остальных его краев, натолкнуло его на мысль, что метеорит падал с севера под острым углом и, следовательно, должен находиться с юго-восточной стороны кратера. На этом-то участке и началось бурение. На глубине 305 м было обнаружено все возрастающее число железных и железо-никелевых фрагментов. На глубине 420 м продвижение бура полностью прекратилось - очевидно, бур достиг поверхности твердого метеоритного вещества. В 1929 году из-за финансовых трудностей бурение было прекращено, но к тому времени уже было ясно, что кратер действительно образован падением метеорита.

Размеры этого космического тела стали предметом домыслов. В 30-х годах ученые оценивали его тяжесть в 14 миллионов т, а диаметр - в 122 м. По современным оценкам, его вес достигал 70 000 т, а диаметр - 25-30 м.

Но даже если предположить, что размеры этого космического пришельца не были столь уж велики, столкновение его с нашей планетой должно было носить характер катаклизма.

Чтобы образовать столь огромный кратер, метеорит летел сквозь атмосферу со скоростью 69 000 км/ч или около того. Сила его удара о Землю равнялась силе взрыва в 500 000 т взрывного вещества (почти в 40 раз мощнее взрыва атомной бомбы, уничтожившей Хиросиму). В атмосферу было выброшено 100 миллионов т раздробленных в пыль пород. Образовались наносы, составляющие теперь склоны кратера.

Капли расплавленного металла от метеорита разлетелись по площади 260 км2. Фрагменты были размером не больше гальки, хотя отдельные достигали 630 кг. Выброшенные из кратера породы представляли собой смесь песчаника и известняка - остатки богатых окаменелостями пород дна доисторического озера, некогда существовавшего в этом регионе. Толстый слой тех же пород в форме линзы, именуемый брекчией, теперь покрывает дно кратера.

В 30-х годах на бурение сквозь брекчию до дна кратера были выделены средства. На глубине до 260 м показались следы никеля и железа, ниже этого уровня породы остались нетронутыми. Можно предположить, что остатки метеорита залегают под южной кромкой кратеpa, но составляют не более 10% основных пород. Главная же масса метеорита была при столкновении распылена, превратившись в железоникелевые фрагменты.

В I960 году в чаше кратера обнаружили следы двух редких форм кремнезема - коэзита и стишовита, которые получают также искусственным путем в условиях высоких давлений и температур. (Хотя стишовит может формироваться под высоким давлением в глубинах земной коры, но, выходя на поверхность, он вновь превращается в кварц.)

Присутствие этих минералов в естественной форме в районе кратера служит неоспоримым свидетельством мощного столкновения. Все сомнения о природе происхождения кратера были развеяны, и предположения Бэрринджера о метеоритной природе кратера, носящего теперь его имя, полностью подтвердились.

Диковинный свет

«Падающие звезды» - одно из наиболее фантастических небесных явлений. Но на самом деле свет исходит не от звезды, каменного или металлического осколка метеорита, залетевшего из космоса в земную атмосферу. Несущийся осколок с такой силой сжимает воздух впереди себя, что тот раскаляется добела, раскаляя и внешние слои метеорита, которые начинают светиться и, наконец, плавиться. Горящий газ и расплавленное вещество выбрасываются метеоритом на всем пути падения, вызывая свечение в виде огненной полосы.

Ежедневно в атмосферу попадают тысячи таких осколков, но они часто столь малы, что их трудно разглядеть. Некоторые - или из-за своей чрезвычайной величины, или из-за высокого содержания в них металлов - не полностью сгорают за время падения. Огромный метеорит, вызвавший образование Аризонского кратера, при падении, должно быть, представлял собой феерическое зрелище.