Для предела планетарных скоростей в 72 км/с температура газа может достигать 10 миллионов градусов, а для галактической скорости 170...230 км/с – до 100 млн градусов, что может вызвать не только ударную волну, но и плавление поверхности планеты в радиусе многих километров. Однако на самом деле имеет место образование, как минимум, двух различных типов структур: кратеров и цирков.
В чем дело?
Анализируя состав и физико-механические свойства кометного вещества, автор пришел к выводу о том, что имеет место два взрыва, соответственно двум фракциям комет.
Первый «накладной» взрыв происходит практически мгновенно при касании кометного тела поверхности безатмосферной планеты. Это взрыв абсорбированных кометных газов, воды, снега и льда. В данном случае кинетическая энергия вещества кометы практически мгновенно преобразуется в тепловую энергию хаотического движения молекул.
Второй «фугасный» взрыв происходит с задержкой на время, необходимое для нагрева и разрушения скальной породы, имеющейся в кометном теле.
Задержка этого взрыва объясняется следующими причинами:
Высокой температурой разрушения (тугоплавкостью) горной породы.
Механической прочностью и механической добротностью кристаллической породы.
Фазовым переходом породы во сверхсжатое состояние.
Действие первой причины вполне ясно. На нагрев тела до высокой температуры необходимо время.
Действие второй причины объясняется тем, что типичная горная порода имеет высокую механическую добротность, определяемую кристаллической микроструктурой, то есть эффективный «молекулярный» вес кристаллических составляющих в тепловом взаимодействии очень высок. Каждое зерно породы до разрушения взаимодействует в тепловом процессе как одна молекула очень большой молекулярной массы, а значит, практически не нагреваясь от взаимодействия с молекулами газа, но лишь упруго реагируя на внешние удары. Это может продолжаться до ~100 миллисекунд. Однако если предел прочности породы превышается, происходит взрыв с задержкой на эти миллисекунды. В это время тугоплавкая компонента ударника превращается в своеобразную картечь из реголита и газы, оказывающие фугасное действие на окружающие породы, в которые успел погрузиться ударник. Красивыми иллюстрациями являются Аризонский кратер в США и Патомский кратер в Сибири.
Действие третьей причины имеет место только при определенных условиях, а именно, при превышении ударного давления 1,5 мегабар. При этом вещество переходит в особое фазовое состояние, аналогичное тому, которое имеется в ядре Земли. При этом плотность вещества скачком возрастает вдвое, и оно переходит в жидкое сверхсжатое состояние, не взрываясь [11]. Такое состояние вещества дает возможность ударнику преодолеть большую толщу планеты, иногда пробивая ее насквозь. В последнем случае из сквозного отверстия с большой скоростью вылетает расплав в виде жидких струй на тысячи километров.
Для реализации третьей причины необходима высокая кинетическая энергия ударника, которую имеют только кометы, входящие в Солнечную систему с галактической скоростью порядка 200 км/с, хотя в случае Патомского кратера критическое давление было достигнуто, и с 1770 по 1842 год метажидкое сверхсжатое вещество ударника находилось в скальной ловушке. Затем произошел фазовый переход в обычное состояние с увеличением вдвое объема, вызвавший разрыв скальных пород трубки взрыва и образование вторичного конуса выноса лишнего объема на поверхность [20].
К сожалению, мифологизация астрофизики привела к элиминированию «устаревшего» термина «цирк» и повсеместной замене его на термин «кратер» (греч. чаша).
На самом деле существуют ударные объекты, отличные по форме и, следовательно, по происхождению, от чаши.
Вот предлагаемая автором морфогенетическая классификация, основанная на наблюденных на Луне и других планетах формах импактных образований, и исходящая из двух основных типов взрыва ударника: «накладного» и «фугасного».
Класс 1. «Чаша» – ударный кратер в грунте, образованный «накладным» поверхностным взрывом летучей кометной компоненты типа 1, то есть, в основном, мгновенного испарения водяного льда и газов, абсорбированных телом кометы. Чашеобразная форма кратера определяется сферической формой ударной волны и низкой прочностью, мелкофракционностью грунта планеты, на луне – реголитового, на Земле – аллювия.
Практически все кратеры меньше 6 км на луне имеют сферическую или уплощенно-сферическую форму, что объясняется толщиной слоя импактных осадков на Луне 2...4 км. Мощность этого реголитового слоя видна там, где ударная волна пробивает весь осадочный слой, и обнажается коренной скальный массив. Это, например, кратеры, показанные в таблице 2 и на фото, сделанные экспедициями программы Вернера фон Брауна «Аполлон» (см. рис. 13) и все цирки.
Класс 2. «Цирк» – ударное образование на поверхности в виде кольцевого поднятия, расположенного вдали от центра структуры, имеющей обширное плоское дно.
Отличие цирка от чашеобразных кратеров лишь в величине. Поверхностный кинетико-термический взрыв летучей компоненты (а это 96...99% массы типичной кометы) приводит к полному удалению осадочного слоя с поверхности коренных скальных пород и сметанию почвенного слоя на периферию.
В центре цирка часто имеется горка – остаток осадочной породы нетронутый накладным взрывом из-за обширности его эпицентра и направлению ударной волны в эпицентр. Точно такое же «щадящее» действие оказывают ядерные взрывы в атмосфере, оставляя стены домов в эпицентре целыми, например, взрыв американской бомбы 6 августа 1945 г. над городом Хиросима. Представляя собой тот же взрывной механизм, что и в случае класса 1 – «чаша», цирк обязан своему появлению ограниченности толщины осадочного слоя на планете. Поэтому минимальный диаметр цирков (20...30 км) на порядок больше мощности осадочного слоя 2...3 км.
Цирк не может быть образован действием фугаса – источника ударной волны под поверхностью, так как внутренняя площадь цирка остается плоской. Кольцевое поднятие цирка может образоваться только от поверхностного газового взрыва путем выдавливания сыпучего материала с внутренней площади цирка на периферию ударной волной. Согласно [10] цирки составляют более 99% образований на поверхности Луны среди объектов диаметром 10 км и более. Это говорит о том, что более 99% космических ударников являются «новыми» кометами, то есть телами, состоящими на 96...99% из летучих веществ, сразу взрывающихся при соприкосновении с поверхностью безатмосферной планеты или еще в атмосфере, как, например, комета «Тунгусский метеорит», 1908 г.
Если комета, образовавшая цирк содержала скальную тугоплавкую компоненту, то эта скальное тело пробивает в коренных породах «трубку взрыва», о которой будет сказано ниже.
Из этой трубки на дно цирка может изливаться магма, иногда заполняющая цирк до краев.
Класс 3. «Море» – аналогичное цирку ударное образование на поверхности небесного тела от ударника галактической скорости, когда кольцевой горный вал не образуется. Это происходит потому, что осадочная порода выбрасывается взрывной волной за горизонт взрыва, то есть за порог кривизны планеты, разбрасываясь далее по большой площади. Порог кривизны для луны составляет ~200 км, поэтому цирки обычно меньше этого радиуса, а «моря» – больше. Точное значение порога различно для разных масс и скоростей ударника. От этих параметров зависит действующая высота взрыва и, следовательно, расстояние до горизонта прямого действия ударной волны. Ударные взрывы комет галактической скорости не образуют горок в центре, так как давление ударной волны превышает сцепление грунта в эпицентре взрыва с коренной поверхностью, и все остатки осадочной толщи сметаются. Происходит оплавление коренной скальной поверхности. Тугоплавкая скальная часть кометы пробивает тело планеты насквозь, оставляя «трубку взрыва», о которой будет сказано ниже.
Доля морей среди импактных образований каталога [8] составляет 0,15%. Вторичными импактными осадками моря покрывают всю планету, сбрасывая часть их на Землю.
Если угол удара, отсчитываемый от вертикали, меньше 11°30’, то «трубка взрыва» пронизывает жидкое ядро Луны, и магматическое вещество ядра может подняться на поверхность. Если сам удар происходит с ближней стороны Луны, где уровень поверхности ниже уровня обратной стороны, то разности высот (давлений) достаточно, чтобы произошло обильное извержение, заполняющее всю поверхность моря газообильной лавой, образующей после остывания вулканическую пемзу.
Класс 4. «Воронка» – конусообразное углубление, образованное фугасным действием взрыва ударника, то есть действием ударной волны, исходящей из центра, лежащего ниже уровня поверхности. Такой взрыв происходит в случае наличия в ударнике тугоплавкой породы типов 2...4, которая сублимируется не сразу, а с задержкой. Чем более консолидированной, кристаллической, тугоплавкой и прочной является эта порода, тем глубже она погружается под поверхность планеты, и тем позже происходит взрыв. Именно геометрическая особенность расположения центра взрыва ниже уровня поверхности почвы дает эффект выброса грунта конусом.
Такие воронки образуются тугоплавким веществом типов 2...4. Представителем такого кратера является Патомский кратер. В связи с большой глубиной проникновения высокоскоростного ударника в коренные породы, по-видимому, произошел переход вещества ударника в сверхсжатое состояние с закупоркой его в скальных породах. Через 72 года произошел вторичный выброс дробленного скального материала, поднятого с большой глубины давлением, вызванным увеличением объема вещества вдвое при переходе из сверхсжатого в обычное фазовое состояние. В вулканических конусах такого обломочного материала не бывает.
Динамика взрывных кратеров хорошо изучена в горном и военном деле. Такую же воронку образует фугасный снаряд, углубившийся в почву, а затем взорвавшийся. Количество таких воронок среди лунных кратеров диаметром 10 км и более не превышает 0,3%, существенно увеличиваясь в доле с уменьшением диаметра кратера.