Уда́рный кра́тер — углубление, появившееся на поверхности небесного тела при падении тела меньшего размера. Крупный ударный кратер (более в диаметре) на поверхности Земли называют астробле́мой (от «звезда» + «рана», то есть «звёздная рана»Дабижа А. И., Федынский В. В. «Звёздные раны» Земли и их диагностика геофизическими методами // Земля и Вселенная. — 1975. — № 3. — С. 56—64.; этот термин введён в 1960 году ). Само событие (удар метеорита) иногда называют и́мпактом (англиц. от «столкновение») или и́мпактным событием. На Земле обнаружено около .
Молодые ударные кратеры имеют приподнятые края и (в отличие от вулканических кратеров, возникающих при взрыве или обрушенииBasaltic Volcanism Study Project. (1981). Basaltic Volcanism on the Terrestrial Planets; Pergamon Press, Inc.: New York, p. 746. http://articles.adsabs.harvard.edu//full/book/bvtp./1981//0000746.000.html .) более низкий, чем у окружающей местности, уровень днаConsolmagno, G.J.; Schaefer, M.W. (1994). Worlds Apart: A Textbook in Planetary Sciences; Prentice Hall: Englewood Cliffs, NJ, p.56.. Маленькие ударные кратеры выглядят как простые углубления в форме чаши, а самые большие — как сложные многокольцевые структуры (известные как уда́рные бассе́йны). Пример небольшого ударного кратера на Земле — Аризонский кратер. Ударные кратеры — самые распространённые детали рельефа многих небесных тел с твёрдой поверхностью, включая Луну, Меркурий, Каллисто, Ганимед и многие другие. На телах с плотной атмосферой и телах, проявляющих геологическую активность, таких как Земля, Венера, Марс, Европа, Ио и Титан, ударные кратеры встречаются реже, поскольку со временем их разрушают и покрывают отложениями тектонические, вулканические и эрозионные процессы.
Около 3,9 миллиарда лет назад внутренние тела Солнечной системы испытывали интенсивную астероидную бомбардировку. Теперь кратеры появляются на Земле намного реже; в среднем за миллион лет на неё падает от одного до трёх тел, способных образовать кратер диаметром не менее 20 километровCarr, M.H. (2006) The surface of Mars; Cambridge University Press: Cambridge, UK, p. 23.Grieve R.A.; Shoemaker, E.M. (1994). The Record of Past Impacts on Earth in Hazards due to Comets and Asteroids, T. Gehrels, Ed.; University of Arizona Press, Tucson, AZ, pp. 417—464.. Это указывает на то, что на планете должно быть гораздо больше относительно молодых кратеров, чем известно сейчас.
Хотя различные процессы на поверхности Земли быстро уничтожают следы столкновений, на ней обнаружено около 190 ударных кратеровGrieve, R.A.F.; Cintala, M.J.; Tagle, R. (2007). Planetary Impacts in Encyclopedia of the Solar System, 2nd ed., L-A. McFadden et al. Eds, p. 826.. Их диаметр лежит в пределах от нескольких десятков метров до приблизительно 300 км, а их возраст — от совсем молодых (например, кратеры Сихотэ-Алинь в России, появившиеся в 1947 году) до древних, образовавшихся более двух миллиардов лет назад. Большинству из них менее 500 миллионов лет, так как более старые уже, в основном, разрушены. Чаще всего кратеры встречаются на древних платформахShoemaker, E.M.; Shoemaker, C.S. (1999). The Role of Collisions in The New Solar System, 4th ed., J.K. Beatty et al., Eds., p. 73.. На морском дне известно лишь небольшое число кратеров, проблематика их обнаружения обусловлена как сложностью донных исследований, так и быстрой скоростью изменений океанского дна, а также его погружением в недра Земли.
Ударные кратеры не следует путать с похожими формами рельефа, включая кальдеры, карстовые воронки, ледниковые кольца, , соляные купола и другие.
История вопроса Одним из первых учёных, связавших кратер с падением метеорита, был (1860—1929). Он изучал ударный кратер в Аризоне, ныне носящий его имя. Однако в то время эти идеи не получили широкого признания (как и тот факт, что Земля подвергается постоянной метеоритной бомбардировке).
В 1920-е годы американский геолог Уолтер Бачер, исследовавший ряд кратеров на территории США, высказал мысль, что они вызваны некими взрывными событиями в рамках его теории «пульсации Земли».
В 1936 году геологи Джон Бун и Клод Албриттон продолжили исследования Бачера и пришли к выводу, что кратеры имеют импактную природу.
Теория ударного происхождения кратеров оставалась не более чем гипотезой вплоть до 1960-х годов. К этому времени ряд учёных (в первую очередь Юджин Шумейкер) провёл детальные исследования, полностью подтвердившие импактную теорию. В частности, были обнаружены следы веществ, называемых импактитами (например, ), которые могли образоваться только в специфических условиях импакта.
После этого исследователи стали целенаправленно искать импактиты, чтобы идентифицировать древние ударные кратеры. К 1970-м годам было найдено около 50 импактных структур. На территории России первой найденной астроблемой стал Пучеж-Катунский кратер 80-километрового диаметра, локализованный в 1965 году в 80 км севернее Нижнего Новгорода.
Космические исследования показали, что ударные кратеры — самые распространённые геологические объекты в Солнечной системе. Это подтвердило тот факт, что и Земля подвергается постоянной метеоритной бомбардировке.
Геологическое строение Особенности строения кратеров определяются рядом факторов, среди которых основными являются энергия соударения (зависящая, в свою очередь, от массы и скорости космического тела, плотности атмосферы), угол встречи с поверхностью и твёрдость веществ, образующих метеорит и поверхность. В случае Земли метеориты массой свыше практически не задерживаются земной атмосферой; метеориты меньшей массы существенно тормозятся и даже полностью испаряются, не достигая поверхности или не создавая кратеров на поверхности.
При касательном ударе (если угол падения менее 8 градусов) возникают эллиптические (вытянутые кратеры). Примеров подобных кратеров на Земле не известно. Ранее подобным примером ошибочно считалось кратерное поле Рио-Кварто в Аргентине () — геологическое образование вытянутой формы, которое находится в регионе, где ранее выпадал крупный метеорит. Но эти события никак не связаны между собой. В окрестностях этого объекта есть и много других подобных образований, для которых предполагали метеоритное происхождение только по причине совпадения места более раннего падения метеорита и участка эрозии на грунте.Unique Crater Swarm Disputed .
При направлении столкновения, близком к вертикальному, возникают округлые кратеры, морфология которых зависит от их диаметра. Небольшие кратеры (диаметром ) имеют простую чашеобразную форму, их воронка окружена валом, образованным задранными пластами подстилающих пород (цокольный вал), перекрытым выброшенными из кратера обломками (насыпной вал, аллогенная брекчия). Под дном кратера залегают аутигенные брекчии — породы, раздробленные и частично метаморфизированные при столкновении; под брекчией расположены трещиноватые горные породы. Отношение глубины к диаметру у таких кратеров близко к 0,33, что отличает их от кратерообразных структур вулканического происхождения, у которых отношение глубины к диаметру составляет около 0,4.
При больших диаметрах возникает центральная возвышенность над точкой удара (в месте максимального сжатия пород). При ещё бо́льших диаметрах кратера (более ) образуются кольцевые поднятия. Эти структуры связаны с волновыми эффектами (подобно капле, падающей на поверхность воды). С ростом диаметра кратеры быстро уплощаются: отношение глубина/диаметр падает до .
Размер кратера может зависеть от мягкости поверхностных пород (чем мягче, тем, как правило, меньше кратер).
На космических телах, не обладающих плотной атмосферой, вокруг кратеров могут сохраняться длинные «лучи» (образовавшиеся в результате выброса вещества в момент удара).
При падении крупного метеорита в море могут возникать мощные цунами (например, Юкатанский метеорит, согласно расчётам, вызвал цунами высотой —). На диссипацию энергии при его движении от поверхности до дна оказывает влияние глубина моря в месте падения, а также его скорость, размер и плотность. В случаях, когда высвобожденной энергии достаточно для формирования подводного кратера, при тех же параметрах столкновения он характеризуется меньшей глубиной по сравнению с наземными кратерами. Индуцируемая в водной толще ударная волна оставляет специфические следы, которые можно наблюдать в морских отложениях в районе столкновения как при отсутствии кратера, так и в случае его исчезновения после столкновения в результате эрозии (см. например Элтанинский метеорит).Элтанин — плиоценовое импактное событие, не создавшее ударно-взрывной структуры .
У старых астроблем видимая структура кратера (горка и вал) зачастую разрушена эрозией и погребена под наносным материалом, однако по изменениям свойств подстилающих и перенесённых горных пород такие структуры достаточно чётко определяются сейсмическими и магнитными методами.
Формирование кратера Средняя скорость, с которой метеориты врезаются в поверхность Земли, составляет около , а максимальная — около . Их кинетическая энергия превышает энергию, выделяющуюся при детонации обычной взрывчатки той же массы. Энергия, выделяющаяся при падении метеорита массой свыше 1 тыс. тонн, сравнима с энергией ядерного взрыва. Метеориты такой массы падают на Землю довольно редко.
При встрече метеорита с твёрдой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (места, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит. Ударная волна создаёт колоссальное давление — свыше атмосфер. Под её воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются, что приводит к взрывному росту температуры и давления, в результате чего в окрестностях соударения горные породы нагреваются и частично плавятся, а в самом центре, где температура достигает , — даже испаряются. В этот расплав попадают и твёрдые обломки метеорита. В результате после остывания и затвердевания на дне кратера образуется слой импактита (от — «удар») — горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами — иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа ().
При мгновенном испарении части вещества происходит образование плазмы, что приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. На дне кратера возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды — затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия — слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельчённым до песчинок и пылинок. Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А ещё через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, остывает и начинает быстро затвердевать. На этом формирование кратера заканчивается.