Najstarsze kratery na Ziemi mogą potencjalnie dostarczyć naukowcom ważnych informacji dotyczących struktury wczesnej Ziemi i składu ciał w Układzie Słonecznym, a także zaoferować wgląd w interpretację zapisów kraterów na innych planetach. Jednak te starożytne kratery pozostają nieuchwytne dla geologów i mogą nigdy nie zostać znalezione, jak sugerują ostatnie badania.
Geolodzy znaleźli dowody na uderzenia, takie jak ejecta (materiał wyrzucony daleko od uderzenia), stopione skały i minerały pod wysokim ciśnieniem sprzed ponad 3,5 miliarda lat. Jednak rzeczywiste kratery z tak dawna pozostają nieuchwytne. Najstarsze znane struktury uderzeniowe naszej planety mają zaledwie około 2 miliardy lat. Brakuje nam dwóch i pół miliarda lat megakraterów. Odpowiedzialny za tę lukę jest stały upływ czasu i nieustanny proces erozji.
Naukowcy mogą czasami wykryć ukryte, zakopane kratery za pomocą narzędzi geofizycznych, takich jak obrazowanie sejsmiczne lub mapowanie grawitacyjne. Po zidentyfikowaniu potencjalnych struktur uderzeniowych mogą szukać fizycznych pozostałości procesu uderzenia, aby potwierdzić jego istnienie, takich jak wyrzuty i minerały uderzeniowe.
Głównym pytaniem przeprowadzonego niedawno badania geologicznego było to, jak duża część krateru może zostać zmieciona przez erozję, zanim znikną ostatnie utrzymujące się ślady geofizyczne. Geofizycy sugerowali, że 10 kilometrów pionowej erozji zniszczyłoby nawet największe struktury uderzeniowe, ale ten próg nigdy nie został przetestowany w terenie.
Na ilustracji: Mapa fluktuacji ziemskiego pola grawitacyjnego wokół środka krateru Vredefort wyraźnie pokazuje jego punkt centralny. W dalszej odległości od centrum szczegóły wyglądu krateru zacierają się i przestają być odróżnialne od reszty terenu. Źródło: Huber i in. (2023), JGR Planets.
Aby zweryfikować tę hipotezę, naukowcy przekopali się przez jedną z najstarszych znanych struktur uderzeniowych na planecie: krater Vredefort w Afryce Południowej. Struktura ta ma około 300 kilometrów średnicy i powstała około 2 miliardy lat temu, kiedy impaktor o średnicy około 20 kilometrów uderzył w Ziemię.
Energia uderzenia była tak duża, że skorupa i płaszcz uniosły się w miejscu uderzenia, tworząc wybrzuszenie centralne. Dalej od centrum sterczały grzbiety skalne, minerały ulegały przemianie, a skały topniały. A potem zaczął płynąc czas, w którym zachodziły procesy erozyjne, które po dwóch miliardach lat sięgnęły około 10 kilometrów w dół od powierzchni.
Dziś wszystko, co pozostało na powierzchni, to półkole niskich wzgórz na południowy zachód od Johannesburga, które wyznaczają środek konstrukcji, oraz kilka mniejszych, charakterystycznych śladów uderzenia. Tarcza, spowodowana podniesieniem się płaszcza, pojawia się na mapach grawitacyjnych, ale poza środkiem brakuje geofizycznych dowodów na uderzenie.
Ta struktura jest jedną z ostatnich sygnatur geofizycznych powstających podczas uderzeń o największej skali. To, co widzimy, to najgłębsze warstwy tej struktury, inne ślady geofizyczne zniknęły. Te pozostałości mogą jednak posłużyć naukowcom do ustalenia, jak wiarygodne są te głębokie warstwy do odkrywania i badania starożytnych uderzeń zarówno z perspektywy mineralogicznej, jak i geofizycznej.
Na ilustracji: Etapy powstania krateru złożonego: a) proces tworzenia się krateru przejściowego w strukturze typu złożonego jest identyczny jak w przypadku krateru prostego; b) na skutek działania fal następuje wstępne wyniesienie skał dna krateru dzięki ogromnej sile fal wstrząsowych; c) zaczyna formować się wyniesienie centralne oraz następuje wyrzut materiału poza krawędź krateru. Jego wnętrze wypełnia płynny stop skalny; d) właściwy krater złożony charakteryzuje wyniesienie centralne na płaskim dnie struktury. Na zboczach krateru materiał skalny jest spękany wzdłuż powstałych uskoków. Zewnętrzne obrzeżenie struktury utworzone z rozrzuconego materiału skalnego może mieć średnicę dwa razy większą niż średnica samego krateru. Źródło: T. Brachaniec, Z. Tymiński i A. Broszkiewicz (2014).
„Erozja powoduje, że te struktury znikają od góry do dołu” – mówi Huber, pierwszy autor badania – „więc poszliśmy od dołu do góry”.
Naukowcy pobrali próbki rdzeni skalnych na 22-kilometrowym transekcie i przeanalizowali ich właściwości fizyczne, szukając różnic w gęstości, porowatości oraz mineralogii między skałami uderzonymi i nieuderzonymi. Modelowali również zdarzenie zderzenia i jego wpływ na fizykę skał i minerałów, a także porównali to z tym, co widzieli w swoich próbkach.
To, co znaleźli, nie zachęcało do poszukiwań najstarszych kraterów na Ziemi. Podczas gdy niektóre stopione uderzenia i minerały pozostały, skały w zewnętrznych grzbietach struktury Vredefort były zasadniczo nie do odróżnienia od otaczających je skał nieuderzeniowych.
To nie był dokładnie taki wynik, jakiego oczekiwaliśmy. Różnica, o ile w ogóle istniała, była ledwo dostrzegalna. Trochę czasu zajęło nam zrozumienie danych. Dziesięć kilometrów pionowej erozji i wszystkie geofizyczne dowody uderzenia po prostu znikają, nawet przy największych kraterach – mówi Huber, potwierdzając wcześniejsze szacunki geofizyków.
Naukowcy zbadali Vredeforta w samą porę; jeśli wystąpi znacznie większa erozja, struktura uderzenia zniknie. Szanse na znalezienie znajdujących się pod ziemią struktur uderzeniowych sprzed ponad 2 miliardów lat są niskie.
Aby zachować archaiczny krater uderzeniowy do dziś, musiałby on doświadczyć naprawdę niezwykłych warunków zachowania. Ale przecież Ziemia jest pełna niezwykłych warunków. Więc może gdzieś jest coś nieoczekiwanego, więc szukamy dalej – dodał.
Więcej informacji:
- Publikacja Can Archean Impact Structures Be Discovered? A Case Study From Earth’s Largest, Most Deeply Eroded Impact Structure, M. S. Huber i in., Journal of Geophysical Research Planets (2023). DOI: 10.1029/2022JE007721
- Publikacja Powstawanie kraterów impaktowych i ich rodzaje, Tomasz Brachaniec, Zbigniew Tymiński i Adam Broszkiewicz, Acta Societas Metheoriticae Polonoruym, Rocznik Polskiego Towarzystwa Meteorytowego Vol. 5, str. 30, 2014 (link do publikacji).
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Pozostałość krateru Vredefort widziana z promu kosmicznego. Źródło: Wikipedia
