Codziennie na głowę spada nam ponad 7 ton materiału skalnego. Impaktologia w skrócie to nauka o meteorytach, kraterach i o procesie je tworzącym, ale jest to dosyć skąpy opis tego, czym rzeczywiście się ona zajmuje. To dziedzina bardzo ciekawa i szczególnie ważna z punktu widzenia obrony planetarnej.

Dziury na Księżycu kontra dziury na Ziemi

Zapewne wielu z nas w momencie, gdy patrzy na Księżyc, zastanawia się, dlaczego jest on pokryty tak licznymi i rozmaitymi dziurami. Powstają one poprzez zderzenia innych ciał niebieskich z Księżycem – te zderzenia nazywamy impaktami. Szacuje się, że Ziemia przeżyła podobną ilość takich kolizji. Jednak po dokładniejszym zastanowieniu możemy stwierdzić, że nie znamy tylu kraterów na Ziemi, co na Księżycu czy na Marsie.

Widoczny na zdjęciu krater to Vredefort, największy krater na Ziemi. Jego średnica wynosi 380 km.

Dzieje się tak z dwóch powodów. Po pierwsze, na Ziemi działają bardzo potężne siły erozyjne, które stosunkowo szybko niszczą kratery. Siły erozyjne na Księżycu i Marsie są bardzo znikome. Po drugie, w ziemskiej atmosferze drobne meteoryty spalają się o wiele lepiej i szybciej niż w atmosferze Marsa, nie mówiąc już o Księżycu.

Jak powstają kratery?

Proces tworzenia się krateru jest bardzo interesujący. Aby krater się wytworzył, od obiektu, który jest na torze kolizyjnym, wymagamy spełnienia dwóch warunków: odpowiednio dużej masy i prędkości. W momencie impaktu to od nich zależy, jaka energia zostanie przekazana Ziemi, skutkiem czego wytworzy się krater. Najważniejsza jest tutaj prędkość, z jaką zmierza obiekt, zgodnie ze wzorem na energię kinetyczną E=\frac{mv^2}{2}. Prędkość ta może dochodzić nawet do siedemdziesięciu kilometrów na sekundę.

Rysunek poglądowy etapów powstawania krateru. Pierwszy etap to stadium kontaktu, nazywany też stadium kompresji, który następuje tuż po uderzeniu. Potem krater przechodzi przez stadium krateru początkowego lub przejściowego. Wokół impaktu rozchodzi się fala po uderzeniowa, w wyniku której powstają symetryczne zagłębienia wokół centrum krateru. Ostatni jest etap modyfikacji, w którym grawitacyjne ruchy skalne zmieniają strukturę krateru.

Wygląd krateru jest uzależniony od siły impaktu. W zależności od energii przekazanej Ziemi przez meteor powstały krater może być większy lub mniejszy. Przebieg impaktu przypomina zachowanie cieczy lub piasku, do których wrzuci się kamień. W pierwszym momencie ziemia ugina się pod naciskiem i jest wpychana do środka. W odpowiedzi na zderzenie natychmiastowo wypiętrza ona się do góry tworząc stożek w centrum krateru. Materiały znajdujące się dalej od epicentrum są odrzucane na boki. W przypadku naprawdę silnych uderzeń materiał znajdujący się blisko epicentrum potrafi wyparować. Część specjalistów uznaje, że energię, jaką potrafią wytworzyć impakty, można porównać tylko z energią wybuchu bomby atomowej.

Co jeśli nie powstanie krater?

Skały dookoła impaktu potrafią nosić ślad zderzenia nawet wtedy, kiedy krateru już nie ma. Dzieje się tak, ponieważ w momencie impaktu powstaje wysokie ciśnienie i temperatura, niewstępujące na Ziemi w innych naturalnych zjawiskach. Skały na obszarze impaktu zostają błyskawicznie przeformowane, a proces ten jest zwany metamorfozą szokową. Większość efektów metamorfozy szokowej nie jest dobrze widoczna, jedynym takim elementem są stożki zderzeniowe (ang. shatter cone).

Skąd pochodzą nadlatujące skały?

Atakujące nas skały mogą pochodzić z dwóch miejsc – albo są to kawałki planetoid, albo skały, które oderwały się od innej planety. Te drugie powstają, gdy na innej planecie dochodzi do impaktu i część materiału skalnego zostaje wystrzelona w atmosferę. Jeśli uderzenie jest dość silne to nowa skała opuszcza strefę grawitacyjną planety i może się z nami zderzyć. Wybity materiał skalny jest dość płynny i w procesie krystalizacji zamyka w sobie bąbelki atmosfery danej planety.

Zdjęcie meteorytu EETA 79001 przeciętego na pół. Na podstawie badań składu pęcherzyków atmosfery uwięzionych w skale stwierdzono, że pochodzi ona z Marsa.

Aby sprawdzić pochodzenie meteorytu, najpierw określa się jego wiek. Jeśli skała jest tak stara jak Układ Słoneczny, to meteoryt pochodzi z pasa planetoid. Młode okruchy skalne są pochodzenia planetarnego. Możliwe jest także określenie, z jakiej planety pochodzą. Aby to sprawdzić, rozcina się je na pół i wyłapuje pęcherzyki atmosfery, które są uwięzione w środku. Następnie określa się skład mieszaniny i porównuje się ze składami atmosfer różnych planet.

Należy też pamiętać, że impakt prowadzi do licznych skutków środowiskowych. Uderzenie może wywołać pożar, ale też może doprowadzać do całkowitej zmiany ekosystemu albo wymarcia wielu gatunków. Dlatego ważne jest tworzenie rozwiązań umożliwiających nam obronę przed zderzeniami, czym zajmuje się obrona planetarna.

Korekta Matylda Kołomyjec i Krystyna Syty.

Źródła:

Autor

Sebastian Syty