Физические последствия, изменения состава горных пород Земли при образовании палеократеров

ТЕМА: Физические последствия, изменения состава горных пород Земли при образовании палеократеров

 

Введение 

Уда́рный кра́тер — углубление, появившееся на поверхности космического тела в результате падения другого тела, меньшего размера.Ударный  кратер на поверхности Земли называют также астроблемой (от др.-греч. αστρον — «звезда» и греч. βλημα — «рана», то есть «звёздная рана»). Термин «астроблема» введён в 1960 году Дицем.

Актуальность : изменения состава горных пород Земли при образовании палеократеров помогают  определить залегание полезных ископаемых.

При образовании ударных палеократеров возникает комплекс экстремальных физических воздействий на горные породы, в результате которых изменяются их свойства и могут образовываться полезные ископаемые. Поэтому целью данной работы является выяснение влияние последствий экстремальных физических воздействий на изменения состава горных пород Земли при образовании палеократеров.

Цель: выяснить последствия, изменения состава горных пород Земли при образовании астроблем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импактиты  ( от англ . impakt - удар) или, как их еще называют, породы ударного метаморфизма выделяются как самостоятельный тип горных пород наравне с осадочными, магматическими и метаморфическими . Это признание необычных условий их формирования . Дробление, плавление и испарение пород земной коры под действием ударной волны охватывают разные объемы материала в зависимости от состава и свойств пород мишени, особенностей их залегания, степени обводненности и других причин  . При образовании астроблемы диаметром 10 км в граните отношение дробленого, расплавленного и испаренного вещества соответствует примерно 100/10 /1 . Если учесть возможность ( и неизбежность) перемешивания этого материала, то станет понятным чрезвычайное разнообразие состава и облика пород ударного метаморфизма .

 

По международной классификации импактитов ( 1994 год) они делятся на три группы ( по составу, строению и степени ударного метаморфизма)

1) импактированные породы - горные породы мишени, слабо преобразованные ударной волной и сохранившие благодаря этому свои характерные признаки;

2) расплавные породы - продукты  застывания импактного расплава;

3) импактные брекчии - обломочные породы, сформированные без участия импактного расплава или с очень небольшим его количеством .

При  застывании импактного расплава могут образовываться массивные породы, полностью сложенные стеклом, - импактные расплавные стекла . Они внешне похожи на вулканические стекла, но имеют специфические отличия от них, выявляющиеся при использовании современных лабораторных методов исследования ( инфракрасной спектрометрии, ядерного и электронного парамагнитного резонанса и др .). Нередко можно встретить пористые разности стекол - импактные пемзы и шлаки . Неполнокристаллические расплавные импактиты, содержащие кроме стекла также выросшие из расплава кристаллы, - тагамиты макроскопически похожи на излившиеся ( эффузивные) вулканические породы и обычно содержат большую или меньшую примесь обломков импактированных пород мишени . Главная же масса дробленых пород, в разной степени преобразованных ударной волной, слагает импактные брекчии, которые очень разнообразны по размерам обломков - от тысячных долей миллиметра до сотен метров . Часть брекчий содержит импактное стекло ( от 10 до 100%), такие брекчии называются зювитами и внешне напоминают вулканические туфы.

Расплавные импактиты слагают пластообразные тела, а также жилы и дайки, которые секут все виды импактитов, включая нередко и трещиноватые породы мишени, образующие цоколь астроблемы . Брекчии этого цоколя называются аутигенными ( неперемещенными) брекчиями в отличие от брекчий насыпного вала, закратерных выбросов и брекчий, залегающих в кратере вместе с расплавными импактитами . Это аллогенные ( перемещенные) брекчии.

 

Специфическими образованиями, связанными с импактными событиями, являются тектиты и так называемые катастрофные слои. Тектиты - это мелкие ( размерами от первых миллиметров до нескольких сантиметров) стекла, застывшие из брызг импактного расплава, выброшенных в атмосферу на начальной стадии формирования астроблемы ( в первые микросекунды) со скоростью, измеряемой многими километрами в секунду, и улетевшие от материнского кратера иногда на сотни или даже тысячи километров . Поверхность этих застекловавшихся капель имеет характерный аэродинамический узор, свидетельствующий о движении с очень высокими скоростями в горячепластичном состоянии через газовую среду.

 

Под катастрофными слоями понимают горизонты осадочных пород, как правило глин, с примесью продуктов ударного метаморфизма - мельчайшими обломками диаплектовых и высокобарических минералов, микросферами импактного стекла ( размерами максимум в десятки микрон), очень редко мелкими обломочками метеоритов . Кроме того, для этих слоев характерны повышенные ( иногда на порядок и больше) содержания Ir, Ni, Co, Os, изотопные аномалии He, Os, S, C, что указывает на примесь рассеянного метеоритного вещества . Все это говорит о том, что катастрофные слои являются отложениями выбросов в атмосферу тончайшего обломочного материала и пара, возникающих при образовании астроблем . Мощность таких слоев невелика ( редко больше 1-2 см) и соответствует расчетному количеству сверхтонких ( пылевых) выбросов для кратера диаметром более 100-150 км. при условии, что этот материал более или менее равномерно распределится по поверхности Земли . Характерным примером такого образования является обнаруженный во многих десятках мест на всех континентах слой на границе мелового и палеогенового периодов ( около 65 млн лет назад), это так называемая эпоха гибели динозавров. С мел-палеогеновой границей совпадает ( по времени) образование четырех крупных кратеров Чиксулуб в Мексике ( диаметром 180 км), Кара в России ( 120 км), Болтышка на Украине  ( 30 км), Мэнсон в США ( 35 км) . Кроме того, этой границе соответствует возраст и нескольких астроблем небольшого размера.

Два последних типа импактных образований ( тектиты и катастрофные слои) являются ярким свидетельством того, что импактное событие не ограничено возникновением метеоритного кратера, но его воздействие на нашу планету гораздо шире и серьезнее .

Ударный  метаморфизм горных пород и минералов является специфическим процессом, резко отличающимся от любых других изучаемых геологией  . Причина этого кроется в особенностях этого явления очень высоких плотностях энергии и как следствие - огромной скорости механических и тепловых изменений вещества . Эти изменения в минералах объединяются термином " диаплектовые преобразования " , который произведен немецким петрологом В. фон Энгельхардтом и его коллегами от греческих слов dia ( диа) - пере и plektoz ( плектос) - витый, крученый. По мере увеличения ударной нагрузки в минералах можно наблюдать следующие, наиболее часто встречающиеся диаплектовые преобразования трещины, планарные элементы, изотропизацию и ударно-термическое разложение.

 

Трещины  возникают при разгрузке минерала ( после прохождения ударной волны) и характеризуются закономерной ориентировкой и высокой частотой ( последнее отличает их от трещин спайности). Ориентированные трещины появляются даже в минералах, не обладающих спайностью ( например, в гранатах). Планарные элементы в отличие от трещин являются закрытыми структурами, формирующимися при скольжении блоков кристаллической решетки минерала друг относительно друга в условиях ударного сжатия . При этом в одном зерне кварца, например, может наблюдаться 3-5 и более разноориентированных систем планарных элементов одновременно. Изотропизация является оптическим проявлением аморфизации вещества . Это результат сверхтонкого дробления кристалла ударной волной ( до микроблоков менее 10 нм. в поперечнике), благодаря чему вещество становится рентгеноаморфным ( превращается в диаплектовое стекло) . Диаплектовые стекла характерны для минералов с высокой пространственной однородностью кристаллической решетки кварца, полевых шпатов, кордиерита. Минералы же с неоднородной решеткой (  слоистые, ленточные и т. п.) испытывают ударно-термическое разложение и замещаются высокотемпературными полиминеральными агрегатами . Например, по роговой обманке возникает смесь микронных зерен высококальциевого плагиоклаза, пироксена ( одного или двух) и магнетита, по гранату - смесь санидина, высокоглиноземистого гиперстена и герцинита ( Fe2 +Al2O4) и т. д..

 

Особенности диаплектовых изменений позволяют определять ударную нагрузку и послеударную температуру, испытанные минералом при импактном событии . Сейчас дДля этого имеются три экспериментально обоснованных геобарометра кварцевый, двуполевошпатовый и клинопироксеновый. Диаплектовые преобразования охватывают интервал ударных давлений (10¸-60) ГПа для кварца и полевых шпатов и до (70¸-80)  ГПа для таких минералов, как оливины и пироксены . При более высоких нагрузках начинается плавление вещества.

 

Для некоторых минералов в импактитах выявлены высокобарические полиморфные модификации . Например, кварц при ударных нагрузках 12 -15 ГПа переходит в коэсит и стишовит; оливин при нагрузках > 30 ГПа - в рингвудит ( оливин со структурой шпинели); клинопироксен при тех же условиях - в меджорит ( пироксен со структурой граната); графит в интервале 35-50 ГПа - в алмаз ( кубический C) и лонсдейлит ( гексагональный C) и т. д.

Сравнение поверхности Земли с поверхностью других планет и астероидов Солнечной системы легко обнаруживает, что на нашей планете выявлено очень мало метеоритных кратеров . Расчеты профессора В.Л. Масайтиса и М.С. Мащака ( Санкт-Петербург) показывают, что на территории России и сопредельных стран должно было бы находиться 1280 астроблем более 1 км диаметром, не стертых эрозией и обнажающихся на поверхности . Мы же знаем пока на этой площади только 42 метеоритных кратера ( включая и мелкие и перекрытые более молодыми осадками) . Это говорит о том, что наши знания астроблем весьма ограниченны.

 

Заключение.

Между тем (между чем?) их (кого?) изучение очень актуально как с научной ( историко-геологической), так и с чисто практической стороны. Выше было отмечено, что катастрофические импактные события в истории Земли не раз совпадали с моментами резких изменений хода эндо- и экзогенных геологических процессов, " перестройками " в ее растительном и животном мире. Несмотря на обилие гипотез, причинно - следственная связь космогенных и эндогенных процессов остается недоказанной и неясной  . Малое количество выявленных астроблем и особенно точных данных о времени их образования ( лишь 50-60 структур датированы радиоизотопными методами в интервале от нашего времени до 2,5 млрд лет назад) не позволяет всерьез обсуждать проблему периодичности импактных событий.

 

В то же время не вызывают сомнений факты возникновения в связи с этими событиями месторождений полезных ископаемых Ni, Cu, Pb и Zn, Hg, алмазов, колчедана и т . д . (6) . Помимо прямых генетических связей различных руд с импактными событиями следует помнить и о том, что астроблемы являются структурами, в которых после их возникновения формируются месторождения горючих сланцев, угля, цеолитов, гипса и ангидрита, они служат также ловушками для нефти и газа . Эти и другие полезные ископаемые успешно добываются из астроблем США, Канады, Швеции, Китая и других стран . Поэтому перед исследователями астроблем поистине безграничное поле деятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1 . Сихотэ-Алиньский железный метеоритный дождь . М . Наука, 1959 . Т . 1 . 304 с . ; 1963 . Т . 2 . 372 с .

 

2 . Мелош Г . Образование ударных кратеров Геологический процесс . М . Мир, 1994 . 336 с .

 

3 . Ударные кратеры на  Луне и планетах . М . Наука, 1983 . 200 с .

 

4 . Фельдман В . И . Петрология импактитов . М . Изд-во МГУ, 1990 . 299 с .

 

5 . Геология астроблем . Л . Недра, 1980 . 231 с .

 

6 . Масайтис В . Л . Минерагенические системы импактных кратеров // Геология руд . месторождений . 1989 . № 3 . С . 3-17