Meteority a impaktní krátery Část II. Mgr. Lenka Dziková Ústav geologických věd Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita Brno (2010) Tato přednáška je součástí grantu FRVŠ 2430/2010 Obsah přednášky • Impaktní krátery - definice, rozmístění na Zemi • Impaktní kráter - vznik • Impaktní krátery - terminologie • Impaktní eventy - vyhynutí • Prevence impaktové události • Air burst • Podmínky šokové metamorfózy • Projevy šokové met. v horninách a minerálech • Šokově přeměněné horniny (impaktity) • Ekonomický význam impaktních kráterů Titulní foto: Pwyll Impact Crater, Europa (www.nasaimages.org) Impaktní kráter - definice • Impaktní kráter (meteoritický kráter, impaktní struktura, pánev) je produktem srážky dvou vesmírných těles velmi jozdílných velikostí, kdy kráter vzniká na povrchu většího tělesa (tzv. target body, terčové, cílové těleso) dopadem menšího vtělesa [projektilu, impaktoru; meteoroidy, planetky-astejoidy, kometami jádra). Vvpřípadě, že dve tělesa se svou velikostí příliš neliší, dochází nejčastěji ke kompletnímu zničeni (rozpadu) obou těles. • Prohlubeň přibližně kruhového tvaru na povrchu všech pevných těles v planetární soustavě - planet, měsíců a planetek • Velikost od několika mikronů až do velikosti přes tisíc kilometrů u velkých impaktových pánví • Dno typického impaktního kráteru leží níže než jeho okolí. Jeho vyvýšený okraj se prudce svažuje do středu kráteru a vnějším směrem pouze pozvolna • Velikost kráteru především záleží na velikosti dopadajícího tělesa, na jeho rychlosti při dopadu a jeho složení. Velikost kráteru je také významně ovlivňována charakterem cílového tělesa. Nejznámější kráter na Zemi-Barringerův kráter v Arizoně (nebo také Meteor crater) Zdroj: Wikipedia.org, thundafunda.com Impaktní krátery na Zemi Na Zemi je dnes potvrzeno 178 impaktních struktur ( k 21.12.2010) mpaktní kráter - vznik • Nejvíce impaktních kráterů na povrchu planet a měsíců ve Sluneční soustavě pochází z období jejího dotváření v době asi před 4,5 - 4 miliardami let. V této době probíhalo intenzivní tzv. kosmické bombardování. • Samotný impaktní proces, při kterém impaktní kráter vzniká, se dá rozdělit do několika fází: dotyk, komprese vznik dutiny dotváření vyhloubeného prostoru (Pokus o napodobení impaktového procesu-vystřelování kuliček do jemnozrného materiálu) Zdroj: wikipedia.org, exoplanety.cz Impaktní kráter - vzni 1. fáze: Dotyk a komprese Probíhá nejkratší dobu, dochází k přeměně kinetické energie impaktoru na energii sesimických vln a teplo. V místě dopadu dochází ke stlačení hornin (vzniká přechodná dutina) a jejich šokové a tepelné přeměně. Materiál obou těles se vlivem zahřátí roztaví a částečně vypaří a ve formě rychlých výtrysků (jetů) je vyvržen po balistických drahách do H| Kinetická energie E= Vz ITIV2 ^^^^^^^pP^S^ kde m je hmotnost impaktoru a v jeho rychlost. Rychlost dopadajících kosmických těles na Zemi: -11-72 km/ s _ _ _ (30,29 rychlost oběhu Země kolem Slunce, ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 42,11 km/s úniková rychlost ze Sluneční soustavy ve vzdálenosti 1AU, s narůstající vzdáleností od Slunce se úniková rychlost zmenšuje; podle původní dráhy impaktoru se rychlosti sčítají nebo odčítají) Příklad: Pokud by na Zemi dopadlo těleso o velikosti 1 km a mělo rychlost 15 km/s, pak by se při dopadu uvolnilo více jak 4x1017 kJ, což odpovídá 100 tisícům megatunám TNT, což představuje 5 miliónkrát vyšší energii, než jaká byla uvolněna u prvních atomových bomb (20 kt TNT). Podobná energie by způsobila zemětřesení o síle vyšší než ~8,5 stupňů Richterovy škály. ^u w , , ^ „. _, . ,. _,. J n J J Obr. Vznik kráteru Ries, zdroj: wikipedia.org Impaktní kráter - vznik 1. fáze: Dotyk a komprese zdroj: Rieskrater musem, Nórdlingen mpaktní kráter - vzni 2. fáze: Vznik dutiny Dochází k uvolnění (dekompresi) vlivem zeslábnutí šokové vlny a stlačený horninový materiál je opět vyzdvižen nebo vyvržen do okolí po balistických drahách (ejecta blanket). Podle velikosti dopadajícího tělesa může tato fáze trvat jen několik sekund až minut - čím větší je dopadající těleso, tím větší množství materiálu bylo roztaveno. Množství energie uvolněné při impaktech je tak obrovské, že se jedná o krátery spíše výbuchové než dopadové (které vznikají v případě malých rychlostí-do cca 500 m/s, kdy dojde pouze k rozhrnutí podložního materiálu). Proto má většina kráterů kruhový tvar, |hQS^^^BB|Í ^^^^^^^^IB^hI přestože většina impaktujících těles HH^m^^^^^^^^^B|^^^||^BB| nedopadá kolmo k povrchu těles. Tvar ^^|^^^H^^|^^^^^^^^^^H^^hH kráteru může být protáhlý, pokud iSi těleso dopadá na povrch pod šikmým ^^^HH^S||^^^Hb^^^^|^HH^^| úhlem a zároveň nízkou rychlostí, nebo ^^^^^^H^S^^^l^^^^Hl^yi^^^^H u vysokorychlostních pádů pod úhlem 181 nižším než 10°. ^SSĚmĚmF Velikost kráteru je 10-15x větší než ^^^^^^^^^fiflufÍÍHHl^^^^BBHH je velikost tělesa před dopadem. Vznik kráteru Ries, zdroj: wikipedia.org Impaktní kráter - vzni Na úhlu dopadu impaktoru závisí i výsledný charakter vyvrženin tvořících radiální paprsky (ejecta blanket). Pokud je úhel nižší než 45°, dojde k vyvržení materiálu převážně ve směru příletu impaktoru a ve směru proti němu ejecta chybí (obr. uprostřed). Pod 20° může vznikat tzv. motvlkovité rozmístění (obr. vpravo). Vertikální a ukloněný impakt (45°), laboratorní simulace www.mesic.hvezdama.cz, nasa, eastview.agatelake.com mpaktní kráter - vzni Vyvržený materiál cestuje po balistických drahách a po dopadu na povrch může vyvolat sekundární impaktové krátery. Tento jev můžeme pozorovat například na Měsíci u kráteru Koperník (dole) nebo Tycho (vpravo) I-----Tfl ■ v ■ www.mesic.hvezdarna.cz, NASA Impaktní kráter - vznik 3. fáze: Dotváření tvaru kráteru (modifikace) Vyvržený materiál se začne vlivem gravitace vracet zpět do vyhloubené dutiny. U jednoduchých kráterů dojde jen k sesutí materiálů ze stěn kráteru (vlevo). U velkých komplexních kráterů se stlačené podloží v místě dopadu elasticky vypruží zpět nahoru a vytvoří se středový pahorek (~ kapka dopadnuvší na hladinu vody). Gravitačním hroucením mohou vznikat terasovité útvary na valech kráteru. Usazením vyvrženého materiálu, vytvořením okraje a případně středového pahorku je impaktní proces ukončen. Impaktní kráter - vznik 3. fáze: Dotváření tvaru kráteru (modifikace) Primární, souvislá ejecta (blanket), která se pohybovala po balistických drahách, mohou být u komplexních kráterů překryta sekundárními vrstvami hornin (ejecta layers), které pronikly na povrch trhlinami z podloží. Tento jev je častý např. na Marsu a Měsíci, ale i na Zemi najdeme zástupce tohoto typu (Chicxulub, Haughton a Ries). V případě např. Riesu by primární balistická ejecta blanket mohla reprezentovat impaktová brekcie a nadložní vrstvy jsou tvořeny impaktovou taveninou (impact melt rock) vznikající ve finální fázi vzniku kráteru). Tyto sekundární uloženiny jsou odvozeny od hlubších úrovní podloží a jsou více šokově přeměněny než nadložní balistická ejecta. Koeberl a Anderson (1996), http:// litosphere.univie.ac.at Impaktní kráter - vzni V průběhu impaktu bývá častým jevem převrácený sled hornin, kdy nadložní horniny jsou starší než podložní. Simulovaný impakt - model www.lpi.usra.edu, Rieskrater muzeum, Nórdlingen Impaktní kráter - vzni mpaktní kráter - vznik • Video-simulace impaktového procesu Vysokorychlostní digitální snímaní (500 snímků za sekundu) vertikálního impaktu způsobeného měděnou kuličkou (rychlost 4.5 km/s) do jemnozrnného rozdrobeného materiálu (pemza), pohled shora http://deepimpact.umd.edu/gallery/animation.htrril Impaktní krátery-terminologie V závislosti na mnoha faktorech (velikost obou těles, rychlost a složení impaktoru, úhel dopadu, složení terčových hornin aj.) mohou vznikat různé typy kráterů: Mikrokráterv - způsobené nárazem mikrometeoroidů - na tělesech bez přítomnosti atmosféry - velikost kráterů pm-cm Mikrometeorit v měsíčním skle, www. clrn.uwo.ca mpaktní krátery-terminologie V závislosti na mnoha faktorech (velikost obou těles, rychlost a složení impaktoru, úhel dopadu, složení terčových hornin aj.) mohou vznikat různé typy kráterů: Jednoduché krátery jsou menších rozměrů (do cca 10 km), mísovitého tvaru a bez centrálního pahorku. Jsou vyplněny sesunutým materiálem ze svahů kráteru. http ://www. Ipi .usra.edu/pu bl icati o ris/sl idesets/cratera/ Wolf Creek. Western Australia, Australia Aerial image courtesy of V. L Sharpton ■■■ '.: i ■ I ooki ng, obi i q ue ae rial view of the crater Location: 19°10'5, 127°47'E Rim diameter: 0.35 kilometers Age: -300,000 years Zdroj: www.impact-structure.com, mesic.astronomie.cz Impaktní krátery-terminologie mpaktní krátery-terminologie Impaktní krátery-terminologie Komplexní krátery jsou větších rozměrů a mají centrální pahorek nebo skupinku pahorkfi terasovité uspořádání vnitřních stěn valů-gravitační sesuvy středový pahorek je často rozdělen na několik kopců. Středový pahorek kráteru Nicholson na Marsu Zd roj: www. passe. net/Earth I m pact Database/i ndex. htm I, sydneyobservatory.com.au, mesic.astronomie.cz, ESA/DLR/FU -j, drawn by Harry Roberts mpaktní krátery-terminologie mpaktní krátery-terminologie S h oe m aker-Levy 9 Duální, vícenásobné krátery na povrchu těles může vzniknout současně soustava dvou a více kráterů: - tzv. binární tělesa (podvojná, gravitačně zachycená) - v případech, kdy se těleso rozpadne při průletu atmosférou - v případě velmi šikmých dopadů (těleso se odrazí a opět dopadne, „žabky") (Příklady: Ries, Clearwater lakes) Binární asteroidy se vyskytují „všude", zvlášť hojné jsou mezi NEOs, většina v hlavním pásu asteroidů, 15±4 % NEO jsou binární Clearwater Lakes, Kanada, průměry: 32 a 22 km Krátery na Ganymedovi (190 km dlouhý řetězec) mpaktní krátery-terminologie Impaktové pánve -velké impaktní struktury (stovky km v průměru), -častý jev-několik kruhových valů-tzv. multiringové pánve S3S^B (horniny se chovají plasticky, podobný efekt jako kapka, která dopadne na vodní hladinu), rovněž dochází k opětovnému zhroucení centrálního pahorku). Největší multiringová pánev ve SS je Valhalla na Jupiterově měsíci Callisto. Centrální rovina má průměr 360 km, zatímco vnější kruhový val má průměr 2600 km. Největší impaktní struktura na Měsíci je pánev South-pole Aitken s průměrem -2500 km a hloubkou 13 km. Zdroj: www.impact-structure.com, www.scienceandsociety.co.uk, wikipedia.org South pole-Aitken Impaktní krátery-terminologie Fáze impaktového procesu založeny na hydro kódové m modelování u velkých kráterů (nad 200 km, Vredefort). Plná linie značí chování stratigrafických vrstev a tečkovaná linie označuje izotermy. Zdroj: Ivanov a Deutsch (1999) Impaktní krátery-terminologie Vredefort dome (Jihoafrická republika) -největší potvrzený impaktní kráter na Zemi (250-300 km) -stáří-2 mld. let (2. nejstarší kráter po kráteru Suavjärvi v Rusku -2,4 mld. let, 16 km) -těleso jenž jej vytvořilo mělo rozměry asi 5-10 km Vredefor «teí'"■*"/. iC"+ *■* + +■ +■ + + + ■*^\+ Ví ^ + + + -pí + + + + A _J Karce Supergrogp Vanous Intrust comptaras BI Ttůnaijaai Supergroup | V V | Ven i&^wp Supergroup |X:V:^"f Centiai Rend Group 7] Wwt Rand Group 11 + 4 | Arcřfiari Basemenl C&npfa* ^"""S-Pra-impact mBtamarphic i&ograd ^ Dip and siříte pl bedding —4— Anljcire-aaallrace ----Subffop oF cíve-collůf contact ; v-y ■' ■í /VREDEFORT' Zdroj: http://eol.jsc.nasa.gov Impaktní krátery-terminologie Pánev Sudbury Druhá největší impaktní struktura na Zemi (0 200 km) a jedna z nej starších ~ 1,8 m Id. let nynější rozměry 62x30x15 km, původně -250 km Impaktní krátery-terminologie Chicxulub (poloostrov Yukatán, Mexiko (u města Chicxulub, podle kterého je pojmenován) Třetí největší impaktní struktura na Zemi (0 180 km), velikost impaktoru >10 km. Stáří -65 Ma. Kráter byl objeven na základě geofyzikálního průzkumu zálivu (hledání ropných ložisek). Impaktní událost, která dala vzniknout Chixulubu, byla hlavní příčinou velkého vymírání na přelomu křída/terciér (K-T). United States Gulf of Mexico GhicxuJub crater mpaktní krátery-terminologie Energie uvolněna pri impaktu byla ekvivalentem 100 000 gigatun TNT. Silné tsunami (důkazem zbytky vyplavené vegetace a hornin z tehdejšího břehu na karibském a severoamerickém pobřeží) Zprávy o konkrétním rozpadu planetky 298 Baptisti na před 160 miliony lety. Fragmenty této planetky možná dopadly po mnoha milionech let na Zemi (kde vytvořili kráter Chicxulub) a na Měsíc, kde vytvořily kráter Tycho. Ze stejné doby také známo více kráterů ^■^^^HHR^^^^ £ - 7 - (fragmenty asteroidu?)-kráter Boltyš •-■:r24^^ y/ (o24 km, Ukrajina, stáří -65 Ma) a kráter H \ i Silverpit (o20 km, Severní moře, stáří v. \ \. ^8ľ»^^thW 60-65 Ma, obr. vpravo). Další krátery, které by dopadly do tehdejšího oceánu fe- ^JÚjjKfij^^/ YraBf Tethys, by se do současnosti nemusely dochovat, protože by je přikryly různé jftr x"íříj™ /^jjS* ^ ' tektonické pohyby. im^m íSřE^ ťS? ľ>^--JR ■ 5 km Zd roj :www.caerdydd .ac. u k mpaktní eventy-vyhynutí-hranice K/T (-65 Ma) Alvarez L, Alvarez W., Asar F., Michel H. (1980): Iridium Anomaly Approximately Synchronous with Terminal Eocene Extinctions. I ridium- nabohaceno ve vrstvě s usazenin z konce křídy, až lOOx vyšší koncentrace než v podložních a nadložních vrstvách. Ir je v zemské kůře vzácný prvek (váže se na železo a v průběhu vývoje planety kleslo do zemského jádra)-nabohacení pochází z mimozemského tělesa ■ ■■■jsl',^. .3b»^ . Ir vrstva, Raton, Colorado Luis a Walter Alvarez, K-T hranice, Gubbio, Itálie, 1981 K-T hranice, Trinidad Lake State Park, Colorado Zdroj: wikipedia.org, Rieskrater musem (Nórdlingen, Německo) Impaktní eventy-vyhynutí-hranice K/T (-65 Ma) Fosílie -dinosauři-maastricht-populace na konci křídy-velcí dinosauři (Tyrannosaurus, Triceratops,...) -dostatek potravy, poté dinosauři náhle vyhynuli („dead clade walking"), ptakoještěři -rostlinné fosílie-před vymíráním půda bohatá na pyl krytosemenných rostlin-poté málo pylu, hojné výtrusy kapradin -mořský planktón (kokolitky, měkkýši, nanoplankton)-rychlý úbytek na konci křídy, úplné vymizení amonitů Graf zachycující procento vymírajících rodů mořských živočichů v daných časových obdobích (pouze org. schopny tvořit fosílie). Biodiverzita života v průběhu fanerozoika (žluté A pět největších vymírání, šedá barva-všechny druhy Zdroj: wikipedia.org, Rohde et al. (2005) mpaktní eventy-vyhynutí Další možné důvody vymírání Impaktní eventy by dokázaly vysvětlit pouze velmi rychlé a náhlé vymizení organizmů (deset let po dopadu), zároveň se někteří vědci domnívali, že je málo pravděpodobné, aby jediná událost mohla vést k tak masivnímu vymírání tak širokého spektra organizmů, proto se brali v úvahu i jiné další možné příčiny podporující celosvětové vymírání organizmů. zvvšenv vulkanizmus (Dekanské trapy, Indie, doba trvání 800 tis. let, ± 65 Ma)-prach, S aerosoly-snížení fotosyntézy; C02-skleníkový efekt. X velké impaktové události mohou svou kinetickou energií indukovat vznik nebo zvýšení aktivity vulkanické činnosti (např. Vredefort-Bushveld BI C formation - bohaté PGE). snížení mořské hladiny- v období maastrichtu došlo k největšímu poklesu hladiny moří v rámci druhohor, pravděpodobně došlo ke snížení aktivity středooceánských hřbetů-pod vlastní vahou poklesly Zdroj: spaceartl .ning.com Impaktní eventy-vyhynutí 2010: Mezinárodní panel vědců potvrdil na základě 20 let výzkumu, že hlavním důvodem masového vyhynutí na rozhraní K-T je impakt Chicxulub ■o o 10 000 °c v místě dopadu t 3000 H LU CL LU Q_ LU 2000 H Zircon decomposes Quartz melts ŕlechatelierite) -Sphere melts 1000 it u s f Zeolite 0.1 Granulite 105-107 let Amphibolitc Eclogiíc Greenscnist Glaucophane schist v místě dopadl 400 G Pa PRESSURE (GPa) Obr. pT diagram porovnávající podmínky šokové a normální kôrové metamorfózy v horninách (p je v logaritmické škále). Podmínky šokové metamorfózy a-křemen (trig.) 573 i P-křemen (hex.) a-tridimit (trikl.) p tridimit (hex.) (3-cristobalit (kub.) _^ sklo l | ^1470^> i 1700 117 870 1050^ 270 1550 í t / í t (3-tridimit (hex.) p-křemen (hex.) a-ctistobalit (tetr.) p-křemen (hex.) Obr. Fázové přeměny Si02 (ve °C) Tab. Efekty při šokové metamorfóze tlak (Gpa) teplota (°C) efekty >2 <100 drcení hornin, brekciace, tříštivé kužely 2-3 700 křemen-coesit (monoklinický) 5-7 100 drcení křemene -10 100 PDFs v křemeni >8 >1200 křemen-stišovit (tetragonální) -13 700 grafit-diamant -35 300 diaplektické sklo, maskelynit (živcové sklo) -45 900 tavení živců -60 >1500 >horninové tavení, 2500 horninová skla kondenzovaná z páry 10kbar=1 GPa Graf. pT podmínky fázových změn Si02 Zdroj. www.ipj.usra.edu, www.quartzpage.de, French (1998) Projevy šokové met. v horninách a minerálech Shatter cones (tlak 2-30 GPa) tříštivé kužely (vznikají v podloží impaktních událostí nejčastěji v jemně zrnitých sedimentárních horninách-vápencích, pískovcích, ale mohou vznikat i v jiných horninách) Kónický tvar, přesličkovité rýhování Shatter cone v granitu, kráter Rochechouart, Francie. Shatter cone v dolomitu, kráter Steinheim, Německo. (Foto: L. Dziková) Projevy šokové met. v horninách a minerálech Lake Superior, metavulkanity, (Kanada) Sudbury, kvarcit (Kanada) m1 Haughton, vápenec (Kanada) (French 1998) 0 1234S67B9 1D I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I_i_I Centimeters Projevy šokové met. v horninách a minerálech Planární mikrostruktury: nejčastěji prezentovány na křemenných zrnech (křemen je normálně neštěpný), ale vyskytují se i v ostatních minerálech (např. živcích, px, amf, apa, sill, gr, zirk) • Planární praskliny (planar fractures, 5-8 GPa) paralelní praskliny/štěpnost typicky 5-10 pm široké, 15-20 pm dlouhé někdy se vyskytují i v neimpaktově postižených horninách, proto nemohou sloužit jako kritérium pro impaktové události, ovšem v impaktních strukturách jsou velmi dobře vyvinuté a rozšířené a poukazují na vysoké tlaky. i Štěpnost křemen, Barringerův kráter (French 1998) živec, granitový úlomek ze suevitu, Ries Foto: L. Dziková Projevy šokové met. v horninách a minerálec • PDF (Planar Deformation Features; planární deformační znaky; dříve také „planar features, shock lamellae") Soustava extrémně úzkých paralelních planárních útvarů (šířka 2-3 um, planární destičky vysoce deformovaného nebo amorfního křemene a jsou orientovány paralelně ke krystalovým rovinám křemene, zejména c(0001) Nachází se pouze v šokově postižených horninách - důkaz impaktu TABLL 4.4. Typical crcscaUorraphii: orientations r>f planar mJcrosĽnit mrcs in shoe ktd quartv (modified from Síújfler and Langenborst;. 1994>Table3,p. 1ů4)l F'cOaj Angle (Angle Between Pqíe [q Piane Symbol MUJer Indexes and Quartz í-ajisj c " (Ů001] & ' [10T3JP[01T3] 23* n. ji' ' [1012],[ai12] 32" t* " [ioTi]p[oiTij í: m [íoioj V i [1122],[2"ľT2j 4B" B [U2liPL2lTl) 66M a [1120jř[2Ilt)) 9CT ' [2241],[4221] 77 t [4C4líP[0+41] 79 k [M60],[ůí30] W x [5l61i,[fi3íl) 32" — [3141)P[43J1I 7>^ [4T3l]p{13íl] — [2131]P[32J1J 74" [3Í21)p[i231] * Promm en t planes ir typkal shock v:bric=. Zdroj: French (1998) Projevy šokové met. v horninách a minerálech PDF v živci, granitový fragment ze suevitu, Ries Projevy šokové met Živec (granitový fragment ze suevitu, Ries). Dvojčatění živce (tmavé/světlé lamely, téměř svislé) jsou deformovány podél pararelních trhlin (zvýrazněno) v horninách a minerálech ^ ^^^^^^^ Projevy šokové met. v horninách a minerálec Diaplektická skla: Diaplektické sklo-nevzniká tavením, pouze působením vysokého tlaku (impakty, nukleární výbuchy). Sklo si zachovává původní strukturu krystalu a tvar zrna, je opticky izotropní, ale studium pomoci rtg. difrakce a IR spektroskopie ukázalo na částečné zachování uspořádané atomové struktury krystalu (Arndt et al. 1982). Někdy nemusí být přeměna kompletní, ale jen částečná. Diapl. skla jsou nestabilní, někdy může docházet k tzv. dekorování PDF (rekrystalizace na mikrokrystalinní agregáty). Křemen a živec jsou nejčastějšími minerály přeměněnými na diaplektické sklo. Živcové diapl. sklo se nazývá maskelynit (poprvé objeven v meteoritech). Myskelynit (čirý, vyznačené červenou šipkou), původní dvojčatné lamely (ve směru zelených), Ries Křemen, dekorované PDF (Sudbury, Canada) Zdroj: French (1998) Projevy šokové met. v horninách a minerálech Živec, v granitovém úlomku ze suevitu, Ries (Foto: L. Dziková) Myskelynit (cirý, vyznačené červenou šipkou), původní dvojčatné lamely (ve směru zelených), Ries zdroj: French (1998) Projevy šokové met. v horninách a minerálech .toasting - zhnednutí křemenných zrn působením vysokého tlaku Foto www.rst.gsfc.nasa.gov *-. i i ■iw Hii- t't , ba Iónová" struktura v kremen i Foto: L. Dziková Šokově přeměněné horniny (impaktity Během impaktu je vytvořena rada horninových typu-brekcie, taveniny a sokové premenene horniny. Souhrny název impaktity-všechny horniny postižené nebo vytvořené v průběhu impaktové události. KLASÍ Fl KACE NA ZÁKLADĚ POZI CE HORNÍ N VŮČI KRÁTERU: Horniny kráterového dna a pod ním: Paraautiochtonní, lithické brekcie, souvislé terčové horniny) Allogenní (allochtonní)-kráterová výplň (brekcie, taveniny) + ejecta Pseudotachylity Horniny uvnitř kráteru-kráterová výplň (brekcie): Lithické brekcie (úlomky hornin) Brekcie s obsahem skla: suevity impac melt breccias (impaktně tavené brekcie) impact melt rocks (impaktní taveniny) Kráterový val a okolí: proximální (<5x průměr kráteru) distální (>5x průměr kráteru) French (1998) Šokově přeměněné horniny (impaktity) KLASÍ fi kace na zaklade materi alu HORNÍ N: Paraautochtonní- lokální horniny (nepřemístěné). Zachovaná původní stratigrafie a struktura. Allogenní- multihorninové, různý původ hornin BREKCI E: Charakter úlomků: Lithické brekcie (pouze úlomky hornin) Suevitické brekcie (obsahují sklo a úlomky hornin) Litologie úlomků: Monomiktní (jeden typ horniny) Polymiktní (více typů hornin) Charakter matrix: Klastická (oddělené klasty) Taveninová (klasty spojeny taveninou) French (1998) Šokově přeměněné horniny (impaktity) impaktní útvar velikost provenience stupeň metamorfózy vzhled, prostředí struktura impaktní tavenina <0,2-0,5 m krystalické h. IV., 550-1000 kbar inkluze v polymiktní suevitech, velká (směs hornin a samostatná tělesa min. klastů) suevit <0,2-0,5 m krystalické- 0-IV., <~ 1000 kbar centrální dutina, polymiktní sedimentární h. megabloková zóna brekcie (žíly) <0,2-0,5 m krystalické- 0-II., <~350 kbar podložní i polymiktní sedimentární h. povrchová megabloková zóna krystalická brekcie <0,5-1 m krystalické h. 0-II., <~350 kbar nepravidelná polymiktní tělesa, v pestré brekcii či na ní, centrální dutina pestrá brekcie <25 m sedimentární- 0-II., <~350 kbar megabloková zóna polymiktní krystalické h. megabloková -25-1000 m všechny stratigr. 0-I., <~50-100 kbar podloží, vnitřní monomiktní zóna jednotky val, megabloková zóna brekciovité a — všechny stratigr. 0, < -50 kbar nepřemístěné monomiktní roztříštěné jednotky kráterové podloží autochtónni h. Pohl (1977) Šokově přeměněné horniny (impaktity) Pseudotachylity Typ impaktové brekcie. Nepravidelná tělesa, žílový f '* charakter, horninové klasty jsou uzavřeny v husté, Al^J afanitické matrix (černá, černo-zelená barva, sklovitý charakter-název podle bazaltového skla tachylitu). Jum Výskyt i na tektonických zlomech, při impaktových rj událostech vznik při kompresní fázi vzniku kráteru a při vyzdvižení centrálního pahorku. Umístění pod povrchem uvnitř kráteru. Patrné jsou po obnažení dna-kráter Vredefort v J. Africe a imp. pánev Sudbury v Kanadě Zaoblené klasty ruly v tmavé matrix (Vredefort, jižní afrika, šipka označuje propisku) www.astro.hr, French (1998) Šokově přeměněné horniny (impaktity) Lithické brekcie Brekcie bez skla, v malých i velkých impaktních kráterech, mocnost až stovky metrů, výplň kráteru i blízké okolí. Lithické brekcie se skládají z horninových a minerálních úlomků v jemnozrné matrix ze stejného materiálu. Velkost úlomků od cca 1 mm do desítek metrů. Lithická brekcie, kráter Brent (Canada) French (1998) Šokově přeměněné horniny (impaktity) Bunte breccia (pestrá brekcie) Polymiktní lithická brekcie (Ries) Foto: L. Dziková Šokově přeměněné horniny (impaktity Suevity (brekcie s obsahem taveniny) Úlomky hornin a minerálů spolu s tělesy sklovité taveniny jsou uzavřeny v klastické jemnozrné matrix podobného složení. Většina úlomků a minerálních fragmentů jsou šokově postižené. Tyto brekcie slouží nejčastěji jako indikátor impaktové události. Název poprvé použit pro brekcie v kráteru Ries. Suevity se zde nachází jak uvnitř kráteru (fallback suevites), tak i vně (ejecta nebo fallout suevite, až 40 km od kráteru). Suevity obsahují sklovitá tělesa (flädly, podobné sopečným bombám, aerodynamické tvarování, viz červené šipky). Velikost většinou Xcm (až 20 cm), ale i < mm. Obsah v suevitu je většinou 5-15%, ale vzácně i více-až 50%. Sklo v suevitech je heterogenní, polymiktní-obsahuje směs horninových (zelená šipka) a minerálních klastů. Suevit, Ries (foto: L. Dziková) Suevit, Otting, Ries (foto: L Dziková) Velká sklovité bomby, suevit, Otting, Ries Šokově přeměněné horniny (impaktity^ Sekundární karbonátová výplň pórů, suevit, Otting, Ries Křemen, suevit, Otting, Ries (foto: L Dziková) Sokově přeměněné horniny (impaktity) i -8* Šokově přeměněné horniny (impaktity' Impaktní sklo (ze suevitů; Ottingen, fluidální textura, vysoká heteorgenita-chemické šlíry, minerální relikty, vysoká porozita, perlitická struktura) (foto: R Gadas) "500.LTim ESE 15.kV Sokově přeměněné horniny (impaktity) lď» Bit litV ■:uw.» t:t (foto: R Gadas) Šokově přeměněné horniny (impaktity) Melt-matrix breccias (brekcie s taveninovou matrix ) Tavenina zde není obsažená jako samostatná tělesa, ale jako matrix (25-75 %). Tavenina jako sklovitý materiál až kompletně krystalinní hornina. Fragmenty hornin a materiálů jsou šokově postižené nebo roztavené. Vyskytují se jako uzavřeniny v suevitech nebo jako samostatná tělesa spíše žilného charakteru. Pokud se obsah taveniny ještě zvyšší, jedná se o t zv. impact melt rocks (taveninové horniny). Tavenina je ze dominantní, úlomky jsou zde pouze málo nebo chybí úplně. Vysoká pórovitost. y * Z®* VttW fc* ,1 "V~ \ • I Šokově přeměněné horniny (impaktity) Impact melt rocks (tavené horniny) Ries, Polsingen-„red suevite" (červeně zbarvená h., vysoký obsah hematitu) vysoce porézní (foto: L. Dziková) Šokově přeměněné horniny (impaktity) Ries, Polsingen-„red suevite" ■]h fM/fi i jE ]1 iv Hematit Kostrovité krystaly typické pro rychlou krystalizaci Šokově přeměněné horniny (impaktity) Ries, Polsingen-„red suevite" foto: R Gadas Šokově přeměněné horniny (impaktity) v i K'H ,1/ KfAisiAj Or tmavé zony stabilní www.woreczko.pl rozlworv EomorTiczns ^ nieir^aíe m\ Ab dl bil Ma[ABi,OJ nestabilní ciiioityl AS-AII K oliaoklai tjvtowlt ariorfol An Maskelynity F. M. McCubbin a H. Nekvasil (2008) Ries, Polsingen-„red suevite" a světlé zóny Otting. Analýzy zonálních živců z impact melt rock (Polsingen,v červeně označených elipsách). Zeleně označené živce z granitového úlomku ze suevitu (Otting). Sokově přeměněné horniny (impaktity Distální impaktity Šokově přeměněné Šokově nepřeměněné Tavené Klastické Tektity Mikrotektity "Air Fall Beds Vybraná část klasifikace impaktitů podle Stófflera a Reimolda (2006, zkráceno a upraveno). „Air Fall Beds" jsou šokově přeměněné či nepřeměněné (tavené nebo klastické) částice uložené díky interakci s atmosférou na velké části povrchu Země. Šokově přeměněné horniny (impaktity) Distální impaktity _ Mikrotektitv Mikrotektity jsou malé (do 1 mm) sklovité produkty impaktních událostí. Většinou jsou kulovitého tvaru, někdy mohou mít tvar kapek nebo tyčinek. Nachází se v sedimentech moří a oceánů (hlubokomořské vrty), ale i na pevnině (Antarktida). Mikrotektity jsou známy u všech pádových polí, kromě středoevropského. Je to způsobeno značným kontinentálním zvetrávaním, kdy malé skleněné mikrotektity zřejmě nemohly být zachovány. Šokově přeměněné horniny (impaktity Tektity Pojem tektit zavedl Fr. Eduard Suessv roce 1890 podle řeckého slova „tektós" (zn. tavený) - přírodní sklo impaktního původu - relativně homogenní (jednotný chemizmus) - bohaté na Si02 (65 - 85%) - vysoký poměr AI / K+Na - velmi nízký obsah vody (<0,02 hm. %) - nízký obsah těkavých látek - málo uzavřenin (lechatelierit) - z povrchového, porézního, nezpevněného materiálu - nízký tlak v bublinách (utuhnutí ve vyšší nadmořeské výšce) www.tektitesource.com, www.meteorite-times.com Sokové premenene horniny (impaktity) Pádová pole tektitů: Aust ralsko- asi j ské (indočínity, australity, filipínity, javaniity apod., stáří cca 0,7 Ma, matečný kráter - zatím nepotvrzen Pobřeží slonoviny (Ivory coast, ivority): stáří cca 1 Ma, matečný kráter - Bosumtwi (Ghana) Středoevropské (vltavíny): stáří cca 15 Ma, matečný kráter - Ries (Německo) Severoamerické (georgiaity, bediasity): stáří 35 Ma, matečný kráter - Chesapeake bay (USA) í' www.utexas.edu, V.E.Barnes Šokově přeměněné horniny (impaktity) Pádová pole tektitů: Upraveno, www.meteorite.com Šokově přeměněné horniny (impaktity) - mateřským kráterem je Ries v Německu (24 km), vltavíny jsou produkty přetavení svrchních, převážně písčitých, sedimentů - pádová pole vzdálená 200-450 km Šokově přeměněné horniny (impaktity) Vltavíny se vyskytují na území České republiky, Rakouska a Německa. Na území České republiky se nacházejí na třech ne zcela souvisejících oblastech - v f v jižních Cechách, na jihozápadní Moravě a v okolí Chebu. Vltavíny na území Rakouska se nacházejí v oblasti Hornu, nedaleko moravských nalezišť v okolí Znojma. Doposud bylo nalezeno přibližně dvacet kusů. Na území Německa v oblasti Lužice se od roku 1967 nalezlo více jak 300 vltavínů. Nachází se na území přibližně 1 300 km2 sv. od Drážděn. I \ z jednotlivých oblastí (koroze, velikost, tvar, barva), pře (stejné stáří, podobný chemizmus). stuje jistá láme jejic Figure 3. Teklite ejection mode] results for a 30° impact find impact ^peed of 20 knt/s lit a) 0.6 ^ec. b) 2 sec, and c) 3.9 sec. after the impact. %— .molten upper layer material ypossible leklitesjL - molten target materials (not tektite^j: #- solid target material. Šokově přeměněné horniny (impaktity) Vltavíny Chebské lokality Trnka a Houzar (2002), Skála et al. (2009) 14' Veta U) Nítolw t--3s>--" PRACHATICE • • Lhenfce '5^----TfiEBON -České -«"---*---^"-N budějovic e^r ^-:-:-:-:-:-řs& • * < Vra b VrdMs TL-_jLäJ# - • - Bor "yf~ ] Jankov* ék^"1 Český krumlovj Hdlaw 5fa _ *.«.-_-_-_-_-aeínloeí 10 km Nový Kostel Velký Luh, Skalná, ^ Krajková Habartov, Vonšov rj :ranUtlwvy Lázně Podhrad' Kynšperk natí Olu i |2 2 kru TREBÍC , Ném&r nad Oslavou Kojstloe Wemdcs* • StSpanwtB Mír s^gI» # miuuMH —""1^ Oslavant *Mc^r>^f * . i.-ii,. .i, ^ 4 BRNO #V uuravarr, • ^ ^ Rajctmany / V, . ^V-*BvbnlKv ŕ*---~\? ŕ---"^^^ " Prceřri&ncs _—_—_—_—. ► C>k*&wlw - — -- - — Jihočeské lokality ((V rámci jihočeských vltavínů se ještě vyčleňuje tzv. Radomilická oblast) Moravské lokality ZNOJMO ^ ^^-J?--------—^ľ^-Sfr- Šokově přeměněné horniny (impaktity) Více informací i impaktních sklech se dozvíte v prezentaci k předmětu Přírodní skla (autor L. Dziková): http://www.sci.muni.cz/prirodni_skla/ Prírodní skla fakulta erzita Ekonomický význam impaktních kráterů Impaktové události vedly k vytvoření geologických struktur, jež následně mohou mít ekonomický význam. Jen severoamerické impaktové struktury vydělají kolem 5 mld. $/rok. Mezi těžené materiály patří napr. r- stavební kámen diamanty uran uhlovodíky rudy Díky rozrušení matečných hornin vzniknou brekciovité zóny, které fungují jako pasti pro ropu a plyn. Jiné typy brekcií jsou využívány jako stavební kámen (př. Ries, Německo; Rochechouart, Francie). Někdy jsou krátery vyplněny sedimenty ekonomického významu (diatomity, sádrovec, Pb-Zn rudy apod. (Ragozinka, Rusko; Lake St. Martin, Kanada;Crooked Creek; USA). Impakty mohou vyvolat vulkanickou činnost (extrémní zahřátí kůry-kontami nace kôrovými materiály). Největším producentem (2 mld.$) je pánev Sudbury v Kanadě, která je největším producentem Ni-Cu-PGE rud na Zemi (vázány na SIC-Sudbury igneous complex). v 3 3 a ^ ' Zdroj: B. V.French (1998), Wright et al. (2010), foto L Dziková Zajímavá videa: http://www.youtube.com/watch ?v= dNRTtl_l_uNM8&feature= related http://www.youtube.com/watch ?v= UFs-WOtwxKg&feature= related http://www.youtube.com/watch ?v= -zvCUmeoHpw http://www.youtube.com/watch ?v= Qy8RzTfn9t4 http://www.youtube.com/watch ?v= VHH8cXM4_n4&feature= related Workshop Nordlingen 2010 "The Ries Crater, the Moon, and the Future of Human Space Exploration" Geological excursion to the Ries impact crater June 27, 2010 "On the track of the Apollo 14 and 17 astronauts of August 1970" Excursion leaders: Dieter Stoffler, Sabine Heuschkel, Thomas Kenkmann, Jean Pohl, and Gisela Posges Guidebook compiled by Dieter Stoffler with contributions by Natalya A. Artcmieva, Thomas Kenkmann, Jean Pohl, Gisela Posges. and Kai Wunnemann Nationaler Geopark Ries Meteoritenkrater Nôrdlinger Ries Meteorite crater Nôrdlinger Ries Geologische Karte - Geologic map V 1:100 000 GEOLOGISCHE KARTE DES RIESES 1:50000 e/ descripťo Bayerisches Geologisctios Landesamt Bayerisches Geologisches Landesamt München 2005 Steinhein\ am «buch. Flci/erisrhir-s Gtebläfjjschés I SmieSaiTtí NATURWELT METEORKRA' Alvarez L, Alvarez W., Asar F., Michel H. (1980): Iridium Anomaly Approximately Synchronous with Terminal Eocene Extinctions. Science, Vol. 216, no. 4548, p. 886-888. Arndt J., Hummel W., and Gonzalez-Cabeza I. (1982) Diaplectic labradorite glass from the Manicouagan impact crater. I. Physical properties, crystallization, structural and genetic implications. Phys. Chem. Minerals, 8, 230-239. 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. Claeys P. a Goderis S.(2007): Solar System: Lethal billiards. Nature, 449, 30-31 F. M. McCubbin a H. Nekvasil (2008): Maskelynite-hosted apatite in the Chassigny meteorite: Insights into late-stage magmatic volatile evolution in martian magmas. American Mineralogist, 93, 676-684 Folco L, D'Orazio M., Tiepolo M., Tonariny S., Ottoliny L, Perchiazzi N., Rochette P., Glass B.P. (2009): Transartactic Mountain microtektites: Geochemical affinity with Australasian microtektites. -Geochim. Cosmochim. Acta 73, s. 3694-3722. French B. M. (1998): Traces of catastrophes. A handbook of shock-metamorphic effects in terrestrial meteorite impact structures. LPI, Houston. Gasperini L, Alvisi F., Biasini G., Bonatti E., Longo G., Pipan E., Ravaioli M., Serra R. (2007): A possible impact crater for the 1908 Tunguska Event. Terra Nova, Vol. 19, Issue 4, 245-251. Ivanov, B.A. a Deutsch, A. (1999): Sudbury impact event: cratering mechanics and thermal history. Geological Society of America Special Paper 339, Boulder, Colorado. Jenniskens P. et al. (2009): The impact and recovery of asteroid 2008 TC3. Nature 458, 485-488 Koeberl, C. a Anderson, R. R., 1996, Manson and company: Impact structures in the United States, in Koeberl, C, and Anderson, R. R., eds., The Manson Impact Structure, Iowa: Anatomy of an Impact Crater: Boulder, CO, Geological Society of America Special Paper 302, 468 p. Pohl J., Stóffler D., Gall H., Ernston K. (1977): The Ries impact crater. In Impact and explosion cratering, edited by Roddy D. J., Pepin R. O. and Merril R. B. New York: Pergamon press, 343-404. Pravec, P., et al. (2006): Photometric survey of binary near-Earth asteroids, Icarus, 181, 63-93. Rampino M.R. a Haggerty B.M. (1996): The "Shiva Hypothesis": Impacts, mass extinctions, and the galaxy. Earth, Moon and Planets, 72, 1-3, 441-460. Rohde R.A. a Muller, R.A. (2005): Cycles in fossil diversity. Nature 434 208-210. Sekanina Z. (1983): The Tunguska Event: No Cometary Signature in Evidence. Astronomical Journal Vol. 88 No. 9, 1383-1414. Skála R., Strnad L., McCammon C, Čada M. (2009): Moldavites from the Cheb basin, Czech republic. Geochim. Cosmochim. Acta, 73, s. 1145-1179. Stóffler D. a Reimold W. U. (2006): Geological setting, properties, and classification of terrestrial impact formations. First Int. Conf. on Impact Crater, in the Solar System (Noordwijk 2006), 73-77. Trnka M. a Houzar S. (2002): Moldavites: a review. - Bulletin of the Czech Geological Survey, 77, No. 4, 283-302. Weaver K. F. (1986): Meteorites-Invaders From Space. The National Geographic. 390-418. Wright A.J., Parnella J., Amesb D.E. (2010): Carbon spherules in Ni-Cu-PGE sulphide deposits in the Sudbury impact structure, Canada. Precambrian Research 177, 23-38.