Teledetekcja w praktyce
Co mówi krater?
Andrzej Kotarba, Zakład GISKiT, IGiGP, Uniwersytet Jagielloński
 

Środa, 6 maja 65 462 819 roku p.n.e. Upalne, tropikalne popołudnie na Karaibach zostaje niespodziewanie zmącone gigantycznym wstrząsem. Świat wszystkich żywych istot zamiera w bezruchu, kierując swój wzrok ku zachodowi, gdzie na niebie pojawiają się nigdy dotąd nie widziane zjawiska. Krótką chwilę później wszyscy obserwatorzy giną, zmieceni z powierzchni ziemi niewyobrażalnie wielką falą tsunami. W ciągu kolejnych lat z głodu i zimna wyginie siedemdziesiąt procent wszystkich organizmów na naszej planecie.

Wydarzenia te są powszechnie znane jako "zagłada dinozaurów" i miały miejsce około 65,5 milionów lat temu (wspomniana na wstępie data nie jest więc pozbawiona prawdopodobieństwa). Katastrofa, kończąca panowanie wielkich gadów, pozwoliła na ekspansję i ewolucję ssaków, dotąd żyjących w swoistym "podziemiu". W dalszej perspektywie na Ziemi pojawił się gatunek ludzki. Skutki wydarzeń sprzed milionów lat są zatem mniej więcej znane, co jednak z ich przyczyną? Od kilku dekad przyjmuje się, że za globalną katastrofę z końca kredy odpowiedzialna jest planetoida, której orbita pewnego dnia przecięła się z orbitą Ziemi a do tego obydwa ciała znalazły się w tym samym czasie w jednym miejscu. Artykuł, opublikowany w 7158 numerze tygodnika "Nature" (Bottke i in. 2007), pozwala prześledzić wydarzenie od samego początku.

 

Ryc. 1. Okolice krateru Herschela sfotografowane przez astronautów misji Apollo 11 w listopadzie 1969 roku.

Zobacz powiekszenie

Fot: NASA

 

Planetoidy w ogromnej większości grupują się w pasie między orbitami Marsa i Jowisza. Ich ilość jest olbrzymia, współcześnie szacowana na prawie dwa miliardy obiektów (uwzględniając tylko planetoidy większe niż kilometr). Można wśród nich znaleźć niewielką, czterdziestokilometrową planetoidę oznaczoną numerem 298 i nazwą Baptistian. Nie okrąża Słońca samotnie, towarzyszy jej spora liczba małych ciał, co sugeruje, że mamy do czynienia z rodziną obiektów powstałych w wyniku zderzenia dwóch planetoid (mówiąc wprost: czołowego zderzenia, które rozbiło planetoidy w drobny mak). Autorzy artykułu w "Nature", wychodząc z tego założenia, spróbowali oszacować moment odległego zdarzenia. Uwzględniając wiele czynników astronomicznych doszli do wniosku, że musiało mieć ono miejsce przed 160 milionami lat. Macierzysta planetoida Baptistian, mająca wtedy średnice około 170 km, zrodziła ponad sto tysięcy skał kilometrowej wielkości oraz wiele obiektów o średnicy rzędu 10 kilometrów. Tych ostatnich współcześnie jest o czterdzieści procent mniej niż przed milionami lat. Gdzie podziała się brakująca część?

Pewna ilość skalnych okruchów (jeśli obiekt wielkości małego miasteczka można nazwać okruchem) pierwotnej rodziny Baptistian, na skutek najróżniejszych perturbacji, została zepchnięta w bliższe okolice Słońca, siłą rzeczy wchodząc w drogę wszystkim planetom wewnętrznym. Jedna z nowo powstałych planetoid musiała samotnie krążyć wokół Słońca przez sto milionów lat, nim wypełniła swoje przeznaczenie uderzając w Ziemię, w okolicach dzisiejszego Półwyspu Jukatan. Podobne zjawiska musiały zachodzić także na Merkurym, Wenus i Marsie oraz Księżycu. Sama Ziemia nosi ślady kilku zderzeń, do których doszło niemal w tym samym czasie - około 65 milionów lat temu. Oznacza to, że nie jeden, a więcej fragmentów planetoidy Baptistian zderzyło się z Błękitną Planetą.

Bez względu na to gdzie dochodzi do zderzenia (o ile tylko powierzchnia planety czy innego ciała jest stała) jego pozostałością jest krater uderzeniowy, zapewne najpowszechniejszy we Wszechświecie utwór geomorfologiczny. Tego rodzaju kratery znajdziemy w niezliczonej ilości na planetach, ich księżycach, planetoidach czy nawet kometach. Wydziały geologii najlepszych na świecie uczelni oferują swym studentom semestralne i roczne kursy poświęcone wyłącznie kraterom uderzeniowym. Również i ja, nie bez powodu, poświęcam kraterom w tym miesiącu szczególną uwagę. Cóż zatem w nich tak niezwykłego?

 

Ryc. 2. Nigdy nie widoczna z Ziemi strona Księżyca. Nie ma tu rozległych mórz, są natomiast najróżniejszej wielkości kratery uderzeniowe. Niech obraz ten będzie dla nas przybliżeniem bombardowania, którego i Ziemia doświadczała w ciągu ostatnich 4 miliardów lat.

Zobacz powiększenie

Fot: NASA

 

Gdy chcemy ustalić wiek jakiejś skały czy formacji geologicznej, poddajemy ją datowaniu bezwzględnemu. Choć wydaje się to niemal banalne, jest jedno "ale" - trzeba posiadać próbkę i laboratorium, które ją zanalizuje. W warunkach geologii ziemskiej nie ma z tym większych problemów. Gorzej, jeśli zachce się nam poznać geologię np. Marsa. W tym przypadku trudno sobie wyobrazić, by ot tak pozyskać fragment marsjańskiego gruntu i poddać go analizie np. radioizotopowej. Od lat planuje się wysłanie misji kosmicznej, która ma przywieźć na Ziemię takowe próbki, jak na razie geologowie mają do dyspozycji przede wszystkim zdjęcia satelitarne, wykonane z okołomarsjańskiej orbity. Gdy nie można posłużyć się datowaniem bezwzględnym, pozostają metody względne, a więc w pewnym uproszczeniu ustalanie kolejności zjawisk, bez wiedzy kiedy faktycznie miały one miejsca. Tu bardzo często pomocne są kratery uderzeniowe.

Przykładem na użyteczność kraterów uderzeniowych niech będzie wyznaczanie wieku (oczywiście względnego) różnych obszarów planety. Naukowcy pomagają sobie tutaj metodą zliczania kraterów. Jeśli jakiś obszar ma ich o wiele więcej niż inny, to przy założeniu równomiernego tempa bombardowania kamieniami z kosmosu, starszym będzie ten region, w którym kraterów będzie więcej - skoro posiada więcej kraterów musiał przez dłuższy okres czasu być wystawionym na upadki meteorytów. Tempo bombardowania wcale nie musi być stałe (i nie jest), ale odpowiednia analiza kraterów pozwala i z tym problemem sobie poradzić.


Ryc. 3. Świeży krater uderzeniowy na Marsie. Widoczne są smugi materii wybitej z powierzchni, promieniście rozchodzące się z krateru. Z czasem wybita materia ulegnie wietrzeniu i stanie się równie jasna, jak otaczający teren.

Fot: NASA/JPL/MSSS
 

Cenną, a czasem nawet bezcenną, wskazówką przy interpretowaniu historii geologicznej danej powierzchni, może być ocena wieku kraterów. Im starszy krater, tym dłużej był poddawany procesom erozji - co ciekawe, procesy te zachodzą nawet w warunkach gdy planeta czy księżyc pozbawione są atmosfery (nie ma więc wiatru, deszczu, itd.). Na prawdę stare i zerodowane kratery (tzw. kratery duchy) są dla niewprawionego oka niemal nierozpoznawalne, skrywając się pod warstwami młodszych osadów lub późniejszymi kraterami. Świeże ślady zderzeń rzucają się w oczy natychmiast, ujawniając podstawowe elementy struktury kraterów uderzeniowych.

Wygląd krateru zależy w pierwszej kolejności od wielkości ciała, którego upadek spowodował powstanie krateru. Klasyczny krater to przede wszystkim zagłębienie w terenie, otoczone pierścieniem. W centrum zagłębienia widoczne są wzniesienia, powstałe w następstwie procesów zachodzących w chwili tuż po zderzeniu. Wokół pierścienia, po zewnętrznej jego stronie, promieniście rozrzucona jest materia wybita z terenu. Wielkość obszaru, który został przykryty tą materią zależy od siły zderzenia - np. wielka katastrofa z końca kredy rozrzuciła fragmenty litosfery po całym świecie. Niewielkie kratery uderzeniowe są bardzo proste i nie posiadają w swym wnętrzu centralnych wzniesień. Natomiast największe kratery, urastające nieraz do wielkości basenów uderzeniowych, to gigantyczne struktury, o średnicach tysięcy kilometrów. Posiadają centralny krater, nie rzadko ze sterasowanymi zboczami, otoczony nie jednym, ale nawet dziesiątkami koncentrycznych pierścieni. W jednym z kolejnych odcinków naszego cyklu dokładnie przyjrzymy się takim formom.

 
Ryc. 4. Region Valhalla na Calisto jest przykładem gigantycznej struktury uderzeniowej, obejmującej niemal jedną czwartą powierzchni globu. W takich sytuacjach częściej mówi się o "basenach uderzeniowych" niż "kraterach".

Fot: NASA
 
Póki co jednak, mając na uwadze informacje z powyższych akapitów, spróbujmy przyjrzeć się ryc.1. Przedstawia ona fragment powierzchni Księżyca, sfotografowany przez astronautów misji Apollo 11 w listopadzie 1969 roku. Widzimy krater Herschela (w centrum zdjęcia), sąsiadujący z większymi kraterami: Ptolemeusza (po prawej) i Spörera (po lewej). Dwa ostatnie powstały prawdopodobnie w tej samej epoce geologicznej, gdy wybity został materiał z pierwotnego podłoża, które współcześnie widzimy między kraterami. Krater Herschela jest zdecydowanie młodszy, jego krawędzie są wciąż bardzo ostre, a w centrum wyraźnie widać wniesienia i terasy na zboczach. Podobnych struktur nie mają natomiast kratery Ptolemeusza i Spörera - znacznie większe, a więc spodziewalibyśmy się po nich jeszcze bardziej okazałych struktur. Tymczasem ich dna są płaskie, jakby zostały czymś wypełnione. I faktycznie, kratery po powstaniu zostały zalane płynną magmą, która nadała im obecną postać. Gdybyśmy teraz chcieli ocenić czy wylew magmy nastąpił wcześniej, czy później, niż krater Herschela, musielibyśmy policzyć ile kraterów powstało na podobnej powierzchni w obydwu utworach. Na pierwszy rzut oka widać, że Herschel wydaje się być młodszym, ale by być pewnym warto przyjrzeć się zdjęciom w większej rozdzielczości, na których znajdziemy mniejsze kratery.
 
Ryc. 5. 130 kilometrowej średnicy krater Herschel na księżycu Mimas. Zdumienie naukowców budzi fakt, iż księżyc był w stanie przetrwać tak silne uderzenie nie rozpadając się.

Fot: NASA
 

Możemy teraz wziąć do ręki ołówek i zakreślać opisane obszary, przypisać im nazwy i wskazać kolejność powstawania. Potem powtórzmy powyższą procedurę dla pozostałej części Księżyca, korelując podobne formy w rożnych regionach. Po jakimś czasie ze zdumieniem odkryjemy, jak z pozornie chaotycznych fragmentów zacznie wyłaniać się bardzo logiczna całość. Mniej więcej w podobny sposób powstawały tabele stratygraficzne Księżyca, Marsa i innych ciał niebieskich. W odpowiednim czasie zapoznamy się z nimi dokładniej. Teraz zapamiętajmy tylko co i jak można odczytać z kraterów w jałowym (jak zwykło się go określać) księżycowym krajobrazie.

Na zakończenie spróbujmy w analogiczny sposób spojrzeć na Ziemię. Jak wiele kraterów uderzeniowych na niej widzimy? No właśnie - ktoś powie wcale, ktoś powie niewiele. Widać przez to wyraźnie, jak młoda jest powierzchnia naszej planety, jak dynamiczne są procesy erozji i jak nieustanny dryf płyt litosfery zaciera ślady dawnych epok. Ale nie ma czym się martwić, gdyż będzie jeszcze okazja zobaczyć piękny krater na naszej planecie: statystycznie rzecz biorąc, katastrofa podobna do tej z końca kredy wydarza się raz na sto milionów lat. Do najbliższej mamy więc bliżej, niż dalej.

 
Andrzej Kotarba, 2007.
Tekst w niemal identycznej postaci został opublikowany w Poznaj Świat (nr 10/2007; 609)
 

Bottke W. F., Vokrouhlický D., Nesvorný D., 2007, An asteroid breakup 160 Myr ago as the probable source of the K/T impactor, Nature, 449, 48-53, doi:10.1038/nature06070.
abstrakt: http://www.nature.com/nature/journal/v449/n7158/abs/nature06070.html

 
Copyright