Кратери діаметром 10 - 30 км

Метеоритні кратери діаметром понад 10 км за формою і розмірами близькі до кальдерам. Однак, на відміну від останніх, у них присутні характерні кратерні породи і ознаки шок-метаморфізму, що дозволяють надійно відрізняти метеоритні структури від вулканічних.

Найбільш добре вивчені і приблизно однакові за розмірами кратери Рис на півдні ФРН (Баварія) і Бовтиське на Україні. Обидва вони порівняно молоді, але Рис добре морфологічно виражений, а Бовтиське кілька эродирован і потім похований. Ці кратери утворені в двошаровій мішені, але Рис виник у дрібному море, а Бовтиське - на суші.

Кратер Нордлингер Рис

Нордлингер Рис, або просто Рис, - один з найбільш детально вивчених великих кратерів Землі. Він розташований в 110 км на північний захід від Мюнхена. Діаметр 24 км, глибина до 750 м. Це кругла улоговина з плоским дном. Довгий час його вважали мааром, а в 1904 р. було висловлено припущення про його метеоритної природі. Після знахідок коэсита і стишовита відпали сумніви в його метеоритном походження.

Будова району типово для більшості платформних ділянок Землі - на породи кристалічного фундаменту, прорвані більш пізніми гранітоїдами, лягає товща осадових порід загальною потужністю близько 0,5 км: аргілітів і пісковиків тріасу; строкатих за складом юрських порід - аргілітів, мергелів, вапняків, пісковиків; третинних вапняків, бурих глин, бурого вугілля.

Якщо подивитися на Рис з висоти, то в рельєфі кратера видно кільце низьких пагорбів діаметром приблизно 11 - 12 км і межа депресії - вал діаметром 22 - 25 км. При дослідженнях району було встановлено, що розташовуються навколо кратера ще два кільця діаметрами 36 і 45 км. Виходить як би деяку подобу застиглих кіл на воді від кинутого каменю з довжиною хвилі 11 - 12 км. Неточності кратних чисел можуть бути пов'язані з тим, що елементи рельєфу не мають різких меж.

Глибинна структура кратера Рис ще не дуже зрозуміла, оскільки він перекритий більш потужними опадами. Спочатку вважалося, що в кристалічних породах є мала лійка, а за нею в осадових - велика. Бурінням встановлено, що внутрішня депресія в породах кристалічного підстави оточена кільцевим валом діаметром 12 - 13 км, який складний мегаблоками порід кристалічного підстави. За ним, у зовнішньому жолобі, під великими брилами кристалічних порід зустрінуті блоки осадових порід: неясно, в корінному заляганні або вони являють собою переміщення аллогенную брекчії.

Мабуть, внутрішній вал являє собою кільцевий горст, а зовнішня депресія - кільцевій грабен. В крайовій частині кратера (рис. 14) пласти осадових порід лежать горизонтально, а біля борту стінкою депресії розташована зона великих блоків, зазвичай званих клиппеновой брекчией. Частина блоків занурена у порівнянні з їхнім вихідним положенням, частина - трохи піднята, але в загальному вони обрушилися від борту вниз, у депресію. Важливо відзначити, що поряд з кратером Рис не відзначається куполоподібного підняття порід.

Рис. 14. Розріз борту воронки кратера Рис. Видно серія крупних блоків - клиппенов, насунених і опущених в кратер. 1 - породи кристалічного фундаменту; 2 - різні горизонти осадового чохла; 3 - алогенні і «строкаті» брекчії; 4 - зювиты 

Породи импактного (коптогенного) комплексу закономірно розміщені в кратері. На підставі всюди залягають алогенні брекчії, а над ними - зювиты. У свою чергу різні фації алогенних брекчій мають певне положення в структурі. Крупноблоковая брекчія з брил кристалічних порід зустрінута при бурінні на внутрішньому кільцевому піднятті і під зювитами в центрі кратера. Крупноглыбовая брекчія порід осадового чохла вистилає дно зовнішнього жолоба. Вздовж зовнішнього кордону кратера йде смуга клиппеновых брекчій - кілометрових блоків осадових товщ.Алогенні брекчії складені несортированными породами цоколя, але дещо розрізняються по складу в різних частинах кратера: у центрі переважають гнейси і амфіболіти, у зовнішньому кільцевому жолобі - осадові породи, а породи фундаменту складають лише кілька відсотків об'єму породи. Матриця алогенних брекчій складається з таких же не сортованих за розмірами уламків і зерен порід і мінералів, від сантиметрових до розмірів тонко перетертої маси з невиразними зернами.

Примітною особливістю кратера Рис є широкий розвиток в ньому зювитов. Вони суцільним плащем потужністю до 200 м покривають центральну депресію кратера і утворюють пластообразные тіла над аллогенными брекчиями зовнішнього жолоба. Німецькі геологи виділяють два типи зювитов: високотемпературні зі слідами спікання уламків скла і матриці, що виконують внутрішню депресію, і низькотемпературні,- покривають алогенні брекчії в решті частини структури.За кордоном кратера зювиты з різким нерівним контактом, мабуть, перекривали брекчії майже суцільним покривом, а тепер збереглися від розмиву в останцях потужністю до 25 м. Расплавные породи в импактном комплексі Рису відіграють дуже малу роль. Вони зустрічаються головним чином у вигляді дрібних частинок і фледлей в зювитах. Виходи масивних тагамитов, що складають, можливо, самостійні тіла, відзначені лише в двох місцях у зовнішньому жолобі стінкою воронки.

У аутигенных брекчиях частина тріщин являє собою відкриті порожнини, а деякі з них заповнені импактным склом - псевдотахилитом або мелкообломочной алогенної брекчией з глинистої матрицею, перетвореної в монтмориллонит.

На відстані 38 км від кратера на нерівному рельєфі порід третинного і юрського віку залягають «строкаті брекчії». Вони являють собою суміш порід, висунутих з кратера, і осадових товщ порід, що оточують кратер. За підрахунками німецьких геологів, породи з кратера з ознаками шок-метаморфізму складають 2 - 3 % від обсягу «строкатих брекчій». Брили порід в них найчастіше мають розміри до 1 м, але зустрічаються 10 - 20-метрові брили і клиппены до 0,5 км. Такого розміру брили були знайдені в 60 і 140 км на схід-південно-схід від кратера. На пагорбах «строкаті брекчії» всюди перекриті зювитами.

З якою силою рухалися маси «строкатих брекчій», можна зрозуміти хоча б з того, що при цьому русі породи були взрыты на 50 м у глибину і зрушені, як бульдозером. У відслоненнях корінних порід під «строкатої брекчией» видно пошарові насуви, складки волочіння та інші ознаки деформацій, створених «бульдозерним ефектом» руху мас порід в сторони від кратера. Треба сказати, що ці порушення дуже нагадують ті дислокації, які описуються в породах ложа льодовика на Руській рівнині.

Ознаки шок-метаморфізму в породах мішені численні і різноманітні. Крім планарних елементів, смуг зминання шаруватих силікатів, неоднорідних стекол плавлення в зювитах, високощільних модифікацій кварцу, в импактитах був визначений армальколит - складний оксид заліза і титану, відкритий раніше на Місяці. Він утворюється в результаті реакції земних титаномагнетитов з импактным розплавом.

При детальному петрографічний вивченні гнейсів з аутигенной брекчії були відзначені пилоподібні частинки метеоритної речовини, видимі тільки під електронним мікроскопом. Вони зустрічаються в межзерновых тріщинках силікатних мінералів, в тріщинах спайності рогової обманки, плагіоклазу, в лусочках хлориту, зернах анатазу і мартитизированном магнетит. У межзерновых тріщинах вони утворюють прожилки, в тріщинах спайності мінералів - скупчення округлих і неправильних частинок розмірами 2 - 10 мкм.У полірованих шліфах було встановлено, що прожилки і частинки складаються головним чином з металевого заліза і містять 11 % хрому, близько 6 % нікелю (по масі), 0,3 % кобальту, невеликі кількості кремнезему і кальцію. Очевидно, прожилки і частинки - це сконденсированное з пара метеоритну речовину.

Відносно велика кількість хрому, присутність кальцію і відношення Ni/Зі = 20 змушують припускати, що метеорит, який створив кратер Рис, відноситься до досить рідкісного типу кам'яних метеоритів - обритам. Мікроскопічні кульки метеоритного рудної речовини були визначені також в імпактних стеклах з зювитов.

Геофізичні роботи були проведені на всій площі кратера Рис. В гравітаційному полі над кратером фіксується кругла в плані негативна аномалія з мінімумом у центрі до - 18 х 10^-5 м/с2 і незначним підвищенням над внутрішнім кільцевим валом (рис. 15). Загальний фон магнітного поля над кратером знижений, але в центральній частині кратера над його внутрішньої лійкою откартировано знакопеременное магнітне поле з інтенсивністю в окремих плямах до - 240 і +80 мА/м. Поява магнітних аномалій пов'язують з потужним горизонтом зювитов в центральній воронці, які випали гарячими, частиною - розплавленими, і були намагнічені потім у земному магнітному полі.Сейсмічними роботами відзначена складна хвильова картина з різким зменшенням швидкостей сейсмічних хвиль до центру кратера, від 3 до 1,7. км/с в осадових породах і від 4,5 до 3,3 км/с в породах кристалічного підстави. За геофізичними матеріалами виявляється крутий (до 40°) борт стінкою воронки з зоною блоків осадових порід у її краю - клиппеновых брекчій (див. рис. 14).

Рис. 15. Карта локальних аномалій сили тяжіння над кратером Рис, А. В. Дабиже. 
1 - позитивні аномалії, 2 - негативні аномалії

Вік імпактних стекол кратера Рис, визначений за K-Ar методом, становить 14,8 +- 0,7 млн. років. Такий же вік знаходиться неподалік кратера Штейнхейм (D=3 км) і розташованого на схід, у Чехословаччині, поля тектитов, званих молдавитами. Багато геологи вважають, що молдавиты є далекими викидами кратера Рис. Особливо була підкріплена ця точка зору, коли з'явилися відомості про стекловатых бризках в безпосередній близькості від метеоритного кратера Жаманшин (Тургайский протоку), які за складом близькі до тектитам.

Ще в 1967 р. були опубліковані результати розрахунків енергії та інших фізичних параметрів вибуху при утворенні кратера Рис. Надалі ці дані уточнювалися. Якщо метеорит був кам'яним, то діаметр його повинен бути близько 0,8 км і при швидкості 15 км/с енергія удару - близько 7 х 10²⁰ Дж. У 1977 р. С. Т. Прат М. Мінкін встановили, що обсяг викидів було близько 200 км3, а випаруватися повинно було близько 10 км3 порід. За розрахунками Е. Дейвіда, зробленим в 1979 р., швидкість ковзання мас «строкатих брекчій» повинна була бути приблизно 150 м/с. Температури в точці удару за цими розрахунками досягали 20000 С. Проте температури, визначені по склу зювитов, рівні всього 600'С, а максимальні тиску за ознаками ударного метаморфізму в тих же зразках - до 40 ГПа.