Аризонский кратер. Курсовая. Институт геологии и нефтегазовых технологий кафедра общей геологии и гидрогеологии направление

• Название: Институт геологии и нефтегазовых технологий кафедра общей геологии и гидрогеологии направление
• Анкор: Аризонский кратер
• Дата: 01.04.2022
• Размер: 1.35 Mb.
• Имя файла: Курсовая.docx
• Тип: Курсовая; #432948

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУВО «КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ

НАПРАВЛЕНИЕ 05.03.01 – Геология

Профиль – Геология и геохимия горючих ископаемых

КУРСОВАЯ РАБОТА

АРИЗОНСКИЙ МЕТЕОРИТНЫЙ КРАТЕР: ГЕОЛОГИЯ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ

Студент 1 курса

Группа

« » 2021 г. ___________________

Преподаватель,

Казань –

Список иллюстраций

Рис. 1.1 Схема движения грунта при кратерообразовании.

Рис. 1.2 Строение простого метеоритного кратера.

Рис. 1.3 Общая схема строения сложного метеоритного кратера.

Рис 1.4 Частота падения метеоритов в зависимости от их первоначального диаметра.

Рис. 2.1 Аризонский кратер на карте.

Рис. 2.2 Holsinger – самая крупная найденная часть метеорита.

Рис. 2.3 Механизм образования кратера.

Рис. 2.4 Аризонский кратер.

Рис. 2.5 (a) Упрощенная геологическая карта.

(b) Панорамный вид стены кратера с востока на юго-восток.

Рис. 3.1 Аризонский кратер – вид сверху.

Содержание

Список иллюстраций 2

Содержание 2

Введение 4

1.1 Образование и структура ударного кратера 5

Глава 2. Аризонский кратер 9

2.1 Географическое положение Аризонского кратера 9

2.2 История открытия, исследования и происхождение кратера 9

2.3 Условия формирования Аризонского кратера 12

2.4 Геологическое строение 14

Глава 3. Аризонский кратер – наши дни 17

Заключение 18

Список литературы 19

Введение

Ударные кратеры – это углубления, которые образовались вследствие падения космического тела на поверхность. Тела, обычно меньшие по размерам, называют ударниками, а большие – мишенью.

На поверхность Земли непрерывно падают космические тела, например, космическая пыль или мелкие тела размером до 1 м, которые полностью сгорают в атмосфере. Но космические объекты, имеющие размеры от одного до десятка метров, частично разрушаются в атмосфере и их остатки падают на поверхность Земли. Такие тела называются метеоритами.

Актуальность данной курсовой работы обусловлена тем, что Аризонский кратер является одним из наиболее хорошо сохранившихся и наиболее представительных метеоритных кратеров взрывного типа.

Целью данной курсовой работы является изучение особенностей геологии и условий формирования Аризонского метеоритного кратера.

В соответствии с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:

• 
  изучить учебную и научную литературу по теме курсовой;
  
• 
  проанализировать и систематизировать полученные данные;
  
• 
  сделать выводы об условиях формирования кратера и об особенностях строения.
  

Объектом исследования является Аризонский метеоритный кратер.

Предметом исследования геология и условия формирования Аризонского метеоритного кратера.

Глава 1. Общие сведения об ударных кратерах.

1.1 Образование и структура ударного кратера

Скорость соударения космического тела (астероида, метеорита, ядра кометы) с Землей определяет результат соударения. При скорости 0.1–3.0 км/с возникает воронка, ударная лунка, небольшой кратер. С увеличением скорости (и, соответственно, энергии) удара вокруг воронки появляются выброшенные обломки пород мишени. Они распространяются по кругу (при крутой, близ вертикальной траектории удара) или асимметрично (при наклонной траектории) вперед по движению ударника. При скорости соударения около 3–5 км/с происходит взрыв, сила которого соответствует силе взрыва химического взрывчатого вещества близкого к массе ударника. В дальнейшем сила взрыва быстро нарастает и при 60 км/с она отвечает взрыву химического взрывчатого вещества масса которого составляет 1000 масс ударника. [2,13]

Кинетическая энергия движущихся в Космосе тел при их столкновении порождает ударную волну, распространяющуюся и в мишень, и в ударник и производящую их сжатие и нагревание. При разгрузке породы растрескиваются и нагреваются. Нагревание приводит к плавлению и испарению вещества. Расширение продуктов испарения и сопутствующий ему разлет обломков и воспринимаются нами как взрыв. Поэтому нередко можно услышать выражение, что столкновение начинается как удар, а заканчивается как взрыв. Количественные соотношения продуктов дробления, плавления и испарения сильно колеблются для разных кратеров и зависят от физических свойств пород мишени, их состава, обводнённости и других факторов. [2,14]

Общая схема строения метеоритного кратера. (рис.1.1) В самом простом случае – при вертикальном ударе космического тела – ударная волна в породах мишени распространяется радиально от точки соударения, перемещая породы в этом же направлении. Однако это выдерживается только вниз от точки удара. По мере нарастания отклонения радиуса от вертикали направление движения дробленого материала начинает искривляться, выполаживаться, поворачиваться в сторону поверхности мишени, а угол пересечения поверхности все сильнее уменьшается. Таким образом, возникают траектории движения грунта, работающие на его выброс. Это связано с тем, что над поверхностью мишени находится свободное верхнее полупространство, оказывающее меньшее сопротивление движению ударной волны. В результате растущая полость кратера приобретает сложную форму: в центре она чашеобразная, а ближе к краям кратера его склоны становятся более пологими и относительная глубина полости уменьшается. [2,66-67]



Рис. 1.1 Схема движения грунта при кратерообразовании: 1 – профиль кратера в различные моменты времени; 2 – траектории движения частиц грунта; 3 – граница между выбрасываемым и вдавливаемым грунтом; t_н – время остановки роста кратера вглубь; t_R – время окончания выброса вещества; V – скорость выброса грунта, направленная под почти постоянным углом α к горизонту и убывающая с ростом расстояния r₁. [2,67]

Кратеры, как правило, принято делить на простые и сложные.

Простые метеоритные кратеры представляют собой небольшие структуры чашеобразной формы, окруженные валом и имеющие ниже полости подкратерную зону трещиноватости (рис 1.2). [2,67]



Рис. 1.2 Строение простого метеоритного кратера: 1 – насыпной вал аллогенной брекчии; 2 – цокольный вал; 3 – видимое (первичное) дно; 4 – истинное (цокольное) дно; 5 – линза аллогенной брекчии и импактитов; 6– складки в прибортовой части цоколя; 7– складки под дном кратера; 8 – зона частичного плавления; 9 – зона разрушения; 10 – зона пластических деформаций; 11 – оползни, террасы; 12 – конусы разрушения (сотрясения); 13 – жилы инъекционных брекчий; 14 – поддвиги и затухающие трещины; 15 – надвиги и опрокинутые слои; 16 – внешняя деформационная зона. Морфоструктурные параметры: Dв – диаметр видимого первичного кратера; Dи – диаметр истинного кратера; Нв – глубина видимого первичного кратера; Ни – глубина истинного кратера; Нц – высота цокольного вала; Ннц – высота вала цокольного + насыпного. [2,68]

Рост поперечных размеров метеоритного кратера сопровождается усложнением его внутреннего строения. (рис.1.3) Внутри структуры появляется центральное поднятие (центральная горка), а затем и кольцевое поднятие (одно или несколько). В последнем случае астроблема называется многокольцевым бассейном. [2,69]



Рис. 1.3 Общая схема строения сложного метеоритного кратера: 1 – породы мишени; 2 — зона трещиноватости в породах мишени (аутигенные брекчии); 3 – расплавные импактиты (тагамиты, стекла, шлаки); 4 – аллогенные брекчии и зювиты; 5 – разрывные нарушения. [2,72]

Частота падений метеоритов зависит от их первоначального диаметра, чем меньше диаметр, тем чаще метеориты падают на поверхность Земли. (рис.1)


Рис 1.4 Частота падения метеоритов в зависимости от их первоначального диаметра. Пунктирная линия — только каменные метеориты.[1,63]

Глава 2. Аризонский кратер

2.1 Географическое положение Аризонского кратера

Метеоритный кратер Бэрринджера, обычно называемый Аризонским кратером, расположен примерно в 35 милях (55 км) к востоку от Флагстаффа и в 18 милях (24 км) к западу от Уинслоу, на южной окраине плато Колорадо в полузасушливом районе Аризоны. Координаты кратера 35°03´ с.ш., 111°02´ в.д. (рис.2.1)



Рис. 2.1 Аризонский кратер на карте (взято с сайта 5000miles.ru ).

2.2 История открытия, исследования и происхождение кратера

Специфическая впадина, окруженная насыпью, вокруг которой на поверхности встречаются железные фрагменты, была известна аборигенам еще до появления белого человека в Новом Свете, и некоторые натуралисты, посетившие этот регион, также указывали на существование этой впадины. [4] Однако Аризонский кратер стал известен научному миру лишь в 1891 году.

В начале 1891 года Альберт Фут услышал о «руднике самородного железа» в каньоне Дьябло, штат Аризона, а в июне он совершил поездку в эту местность и собрал в его окрестностях 137 образцов железного метеорита весом от нескольких граммов до 91 кг. [3]. Одну из частей метеорита он отправил ​​на экспертизу профессору Джорджу А. Кенигу, выдающемуся химическому министру – специалисту по минерологу из Пенсильванского университета. При осмотре Кениг обнаружил в метеоритном железе маленькие алмазы. Статья Фута, описывающая открытие метеоритного железа и вывод профессора Кенига о том, что железо содержит алмазы, была прочитана Американской ассоциацией развития науки 20 августа 1891 года и позже опубликована в Американском научном журнале. В результате такой широкой огласки образцы метеоритного железа Canyon Diablo были проданы всем важным музеям и коллекционерам по всему миру. [5]

В 1891 году Гилберт, главный геолог Геологической службы США, исследовал происхождение Аризонского кратера, который раньше называли Кун Батт. Чтобы сравнить объем полости кратера и края кратера, команда Гилберта создала топографическую карту с интервалом изолиний 10 футов (3 м), что является выдающимся достижением. И используя эту карту, Гилберт вычислил, что для ударного кратера объем кратера, включая метеорит, должен быть больше, чем выброшенный материал на ободе, а также на убеждении, что если это был метеорит, то железо должно создавать магнитные аномалии. Расчеты Гилберта показали, что объем кратера и обломков на ободе примерно одинаков. Далее магнитных аномалий не было. Гилберт утверждал, что фрагменты метеорита, найденные на ободке, были просто «совпадением». Следовательно, он обратился к другой гипотезе и заметил, что кратер находится посреди «большого вулканического района». Затем он провел сравнения между кратером Аризоны и несколькими вулканическими жерлами по всему миру, включая маары в Германии. Основываясь на этих сравнениях, Гилберт ошибочно пришел к выводу, что это было результатом вулканического парового взрыва. [6]

В 1902 году Д. М. Бэрринджер, горный инженер, который в 1903 году запатентовал кратер, начал изучение Аризонского кратера и более 25 лет, вплоть до своей смерти в 1929 году, посвятил этому занятию. Бэрринджер придерживался мнения, что кратер образовался в результате падения гигантского метеорита, значительная часть которого должна быть найдена под основанием кратера. Чтобы достать эту часть метеорита, он пробурил в кратере отверстия и шахты. Он не смог найти основную часть метеорита, но его горные работы позволили ему изучить геологическую структуру кратера. [3]

В результате предварительных исследований Бэрринджер к 1905 году установил, что в окрестностях кратера на глубине 420 м не обнаружено следов вулканической деятельности. Однако породы под кратером были измельчены, иногда даже в порошок. Среди этих обломков горных пород были найдены предметы метеоритного происхождения. [3]

В конце 1909 года Бэрринджер просверлил около 28 отверстий в различных местах кратера. Почти в половине этих отверстий были обнаружены небольшие зерна никельсодержащих оксидов, наиболее распространенных на глубине около 180 м. После многочисленных исследований распределения метеоритных объектов в районе Аризонского кратера Бэрринджер (1909) предположил, что кратер образовался в результате удара небольшой кометы (двигавшейся с севера на юг), которая содержала металлическое ядро. [3]

Однако престиж Гилберта был очень высок, и его мнение о происхождении Аризонского кратера оставалось официальной точкой зрения Геологической службы США. Неудивительно, что заявления Бэрринджера и его партнера Тиглмана (которые, к тому же, не были специалистами в области геологии) по существу оспаривались почти всеми сотрудниками Геологической службы, и острая дискуссия о происхождении кратера Кун Батт продолжалась в течение многих десятилетий. [4]

В середине двадцатого века Ю. Шумейкер увидел перспективу в геологическом исследовании Метеорного кратера и впадин подземных взрывов как возможность более детально изучить природу Луны. Он послал несколько образцов сотрясенных песчаников из Аризонского кратера для исследования минерологу Э. Чао, и очень скоро был обнаружен минерал коэсит. Незадолго до этого этот минерал был синтезирован сжатием кварца при давлении более 15 тысяч атмосфер. В этих образцах обнаружена и другая фаза кварца, находящаяся под высоким давлением – стишовит. И только в 1960 году эти две находки завершили долгие дискуссии о происхождении Аризонского кратера. [9]

2.3 Условия формирования Аризонского кратера

Кратер образовался около 50 тысяч лет назад во время эпохи плейстоцена, когда местный климат на плато Колорадо был гораздо прохладнее и влажнее. В то время этот район представлял собой луга и пастбища. [7]

Аризонский кратер в плане аналогичен квадрату со скругленными углами в результате бокового разрушения системы ортогональных трещин, существовавшей до образования кратера.



Рис. 2.2 Holsinger – самая крупная найденная часть метеорита весом 639 кг (взято с сайта flickr.com).

Аризонский кратер - это не просто первый земной кратер, официально признанный ударной структурой, основанный на полиморфных модификациях кварца под высоким давлением, но это первое планетарное ударное событие, которое было смоделировано численно. Первое численное (двумерное) моделирование Бьорком (1961) состояло из железного снаряда, поражающего вертикально со скоростью 30 км / с цель из туфа. Одним из важных выводов этой работы было то, что для создания кратера размером с Аризонский, потребуется ударный элемент массой около 10⁸ кг. [4] (рис.2.2)

Следующим численно смоделировал вертикальный удар железного снаряда Родди (1980), используя две разные скорости удара 25 и 15 км / с и массу 5,110⁷ кг и 1,410⁸ кг соответственно. В этом исследовании также подчеркивалось, что пиковое ударное давление в снаряде и прилегающих породах было достаточно высоким, чтобы привести к полному испарению снаряда при моделировании самого быстрого удара, когда максимальное полученное ударное давление было порядка 1000 ГПа. [4]

В статье 1909 года Барринджер предположил, что ударник представлял собой рой объектов с большой центральной массой (или массами), ответственными за образование кратера. Эта идея была возобновлена ​​Милошем и Коллинзом (2005). Используя простую модель фрагментации и рассеивания ударного элемента, они пришли к выводу, что ударный элемент Canyon Diablo был разрушен и значительно замедлился в атмосфере. Их оценки, предполагая, что снаряд разлетелся до 4 начальных радиусов и сохранившийся фрагмент массой 1,4510⁸ кг (½ начальной массы), показали, что этот фрагмент достиг бы поверхности со скоростью удара 12 км / с, выпустив около 2,5 Мт энергия. [4] (рис.2.3)



Рис. 2.3 Механизм образования кратера: (a-i) стадии образования кратера. [4,507]

2.4 Геологическое строение

Метеоритный кратер представляет собой простой ударный кратер глубиной около 180 м и диаметром около 1200 м. Гребень каймы возвышается на 30-60 м над окружающими равнинами. Как видно вдоль верхней стенки кратера, оторочка образована ударными выбросами высотой до 50 м и поднятием толщи осадочных толщ. [8]. (рис.2.4)



Рис. 2.4 Аризонский кратер (взято с сайта cattur.ru)

Насыпь кратера образована приподнятыми породами фундамента, перекрытыми обломками и блоками пород триаса (Моенкопи) и перми (Коконино, Торовеп и Кайбаб), залегающими в обратном направлении на расстояние от одного до двух километров от края кратера. [4] (рис. 2.5)

Формация Коконино частично обнажена на современной средней и нижней стенке кратера; она состоит из белого, мелкозернистого, зернистого косослоистого кварцевого песчаника (> 95% кварца). Мощность этой толщи песчаника колеблется от 210 до 240 м вокруг кратера. Она перекрывается формацией Торовеп мощностью около 3 м, которая состоит из от белого до желтовато-коричневого, средне- и крупнозернистого известнякового песчаника с прослоями тонких доломитовых пластов. Она перекрывается формацией Кайбаб мощностью около 80 м, которая состоит из трех пачек: альфа (желтоватый, кавернозный, хорошо прослоенный доломит с прослоями нескольких слоев белого песчаника), бета (желтоватый, массивный доломит) и гамма (массивный доломит от белого до желтоватого цвета) сверху вниз соответственно. Свита Моенкопи несогласно перекрывает формацию Кайбаб. Она состоит из двух пачек: верхней пачки Moqui (делящийся темно-коричневый алевролит) мощностью около 6 м и нижней пачки Wupatki мощностью 3 м, состоящей из бледно-красновато-коричневых косослоистых массивных песчаников. Ниже современного дна кратера находится линза озерных отложений толщиной около 30 м, линза ударной брекчии толщиной около 200 м и нижележащая толща палеозойских осадочных пород мощностью> 750 м. Кристаллические породы фундамента (например, граниты) залегают на глубине около 1070 м от поверхности. [8].



Рис. 2.5 (a) Упрощенная геологическая карта, основанная на карте, используемой Э. М. Шумейкером в 1957 – 1958 гг. и воспроизведенной Шумейкером и Киффером. Стенка кратера обнажает четыре образования: формация Моенкопи (MF); Кайбабская свита (KF) (в основном доломитовые известняки); Формация Коконино (CF) (в основном песчаники) перекрыта тонким слоем формации Торовеп, содержащей песчаники. Тонкий пласт песчаника (SS) залегает в пределах пачки Альфа. Нижняя стенка кратера обнажает одну единицу брекчии: аллогенная брекчия или связанная с ударами брекчия с ударно-метаморфизованным песчаником, обозначенная IB; аутигенная брекчия или разломная брекчия, обозначенная FB; и смешанная брекчия или резервная брекчия, обозначенная MB. Вдоль нижних стенок кратера осыпи и мелкий мусор покрывают аллогенную брекчию, уменьшая крутизну стены кратера. Линза озерных отложений толщиной около 30 м покрывает аллогенную брекчию в центре кратера, и по их периферии озерные отложения пересекаются с аллювием, образовавшимся от стенки кратера. Обод кратера разделен на 12 тектонических блоков (обозначенных цифрами от 1 до 12); они ограничены разломами падения-скольжения. Внутри блока действительно встречаются мелкие разломы, один из которых обозначен F. Надвиговые разломы также встречаются на северной и западной стенках кратера, один из которых обозначен T. Четыре угла кратера прорезаны крупными разломами (например, посмотрите на тот, который обозначен как главный разлом в юго-восточном кратера), который в литературе часто называют разрывными разломами.  (б) Панорамный вид стены кратера с востока на юго-восток; виден явный квадрат контура. [8,4].

Глава 3. Аризонский кратер – наши дни

Аризонский кратер в список национальных парков или монументов не входит, так как находится в частной собственности семьи Бэрринджеров. (рис 3.1)

Объект довольно режимный. Все обнесено забором, гулять по территории самостоятельно нельзя, воздушная съемка (видимо, с дронов) запрещена. Из туристического центра есть выход к нескольким смотровым площадкам. Также раз в час проходит экскурсия, но и на ней можно пройти только несколько сот метров по кромке. [10]



Рис. 3.1 Аризонский кратер – вид сверху (взято с сайта cattur.ru)

Заключение

Таким образом, мы пришли к выводу о том, что Аризонский метеоритный кратер образовался примерно 50000 лет назад из-за падения на поверхность Земли железо-никелевым метеорита летевшим со скоростью 12 км/с. Он образовал «простое» чашеобразное углубление в земле диаметром в 1,2 км.

Кратеры разрушаются вследствие эрозии и других геологических процессов изменяющих поверхность. Однако кратер Барринджера хорошо сохранился благодаря засушливому климату штата Аризона, а так же относительно небольшому возрасту.

Аризонский кратер был первым объектом на Земле, где на протяжении многих десятилетий проводились целенаправленные исследования, которые позволили разработать многие критерии ударного происхождения и механизмов образования кратеров, а также сравнить этот кратер с аналогичными. Эти исследования сыграли важную роль в формировании и развитии теории ударных кратеров, получившей широкое признание в современной науке.

На сегодняшний день метеоритный кратер Бэрринджера является популярной туристической достопримечательностью, которая находится в частной собственности семьи Бэрринджеров, уже третьего ее поколения.

Список литературы

1. 
   Database M. B. Частота падения метеоритов 2014. № 330 (1). C. 58–67.
   
2. 
   Импактитогенез: учебное пособие/В.И. Фельдман, Л.И. Глазовская – М.: КДУ, 2018. – 151 с.
   
3. 
   And the origin of life , are interesting problems for scientists of many countries . In this sense , meteorites are objects of universal interest . Unique among meteorites is the giant diamond-containing Canyon Diablo meteorite , which in its explosive im 1973. (14). C. 758–831.
   
4. 
   Masaitis V. L. Review of the Barringer crater studies and views on the crater’s origin // Solar System Research. 2006. № 6 (40). C. 500–512.
   
5. 
   Darwin C. This is a reproduction of a library book that was digitized by Google as part of an ongoing effort to preserve the information in books and make it universally accessible. https://books.google.com // Oxford University. 1895. (XXX). C. 60.
   
6. 
   Survey G. 1. Introduction ❖❖❖ 2017. № 2040. C. 1–6.
   
7. 
   Bjork R. L. Analysis of the formation of Meteor Crater, Arizona: A preliminary report // Journal of Geophysical Research. 1961. № 10 (66). C. 3379–3387.
   
8. 
   https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2008JE003115
   
9. 
   European Space and Technology Centre ESTEC Proceedings of the First International Conference on Impact Cratering in the Solar System 2006. № May.
   
10. 
    https://misha-my.livejournal.com/176805.html