Uma cratera de impacto é uma depressão mais ou menos circular resultante da colisão de um objeto com outro grande o suficiente para que não seja completamente destruído pelo impacto. Quando a depressão é muito mais rasa do que ampla, falamos de uma bacia de impacto .
A expressão é particularmente usada em astronomia para designar a depressão resultante de um impacto cósmico , ou seja, da colisão de objetos celestes (um asteróide ou um cometa ) atingindo a Terra , a Lua ou qualquer outro corpo. Sólido movendo-se no espaço e grande o suficiente para que a força do impacto não o destrua.
Mais particularmente, chamamos de astroblemas as estruturas de impacto terrestre que se tornaram mais ou menos facilmente identificáveis por causa do trabalho dos vários agentes de erosão. A cratera é apenas um dos blocos de construção do astroblema.
As crateras lunares tiveram diferentes interpretações ao longo dos séculos: recife de coral , anéis de gelo segundo a doutrina do gelo eterno de Hanns Hörbiger , ciclones , buracos cavados por Selenite por Johannes Kepler , vulcanismo segundo Astronomia popular de François Arago ou Camille Flammarion .
Em 1645, Langrenus publicou um mapa detalhando a topografia lunar . Ele foi o primeiro a introduzir uma nomenclatura para a nomenclatura de manchas na Lua ( mares ) e crateras que deu a esses elementos topográficos os nomes de pessoas famosas, neste caso estudiosos e filósofos da Antiguidade , da Idade Média e de sua época. Em sua obra Almagestum novum (en) publicada em 1651, o jesuíta italiano Giovanni Battista Riccioli desenvolve sistematicamente a prática introduzida por Langrenus. Riccioli distribui nomes de anciãos no hemisfério norte e modernos no hemisfério sul (com algumas exceções), dando preferência aos nomes de seus colegas jesuítas.
O geólogo e empresário americano Daniel Barringer se convenceu da evidência da existência na Terra de uma cratera de impacto em 1902, descobrindo na Cratera do Meteoro ( Arizona ) pequenos pedaços de ferro que atribui à queda de um meteorito ferroso . Mas sua hipótese é pouco aceita pela comunidade científica que, como o geólogo Walter Hermann Bucher , favorece a hipótese da explosão vulcânica, até o trabalho de Eugene M. Shoemaker que se destaca em 1960 ao nível da cratera do meteoro cristais coesitos revelando uma forte impactismo.
Armado com um melhor conhecimento do quartzo chocado , Carlyle Smith Beals e seus colegas do Observatório Federal de Victoria , bem como Wolf von Engelhardt da Universidade Eberhard Karl de Tübingen, começaram no final dos anos 1960 uma busca sistemática pelas crateras de impacto, eles identificou mais de 50 em 1970. Embora a pesquisa é controversa, o Programa Apollo fornece provas, revelando a Lua alta taxa de craterization , sugerindo que a Terra também recebeu o Grande bombardeio final , mas erosão removeu a maioria de suas crateras de impacto.
O estudo de crateras geradas por impactos de meteoritos requer o uso de um vocabulário e definições adequadas para descrever adequadamente suas características geométricas.
Em 1998, depois em 2004, os cientistas estabeleceram as principais definições que descrevem os vários parâmetros e formas das crateras de impacto. Eles encorajam fortemente as pessoas que estudam os impactos a usar a mesma terminologia. Em 2005, alguns desses autores realizaram um programa de cálculo dos efeitos de um impacto, fazendo alguns ajustes a essas definições e acrescentando novas. Essas definições são reproduzidas aqui.
As definições (em negrito) são fornecidas no texto que descreve os diferentes estágios de formação da cratera. A tradução em inglês é mencionada em itálico para facilitar a leitura de publicações científicas frequentemente escritas neste idioma.
Definições de termosQuando o meteorito atinge o solo, ele penetra rapidamente, evaporando sob a enorme energia do impacto. O solo se comporta como um material elástico - na sua medida - e afunda profundamente, enquanto vaporiza e se quebra. Após alguns segundos, o buraco atinge sua dimensão máxima, é a cratera transitória ( cratera transitória ).
Então, o chão volta ao seu lugar, é o rebote ( rebote ). Resta até o fim uma cratera final ( cratera final ) cuja forma depende do volume do embasamento vaporizado e ejetado, compressão residual na rocha, poder de rebote, deslizamentos de terra, paredes de deslizamentos e precipitação radioativa. A cratera final levará algumas semanas ou meses para se estabilizar antes que a erosão comece.
É o ângulo com que o meteorito atinge o solo que influencia a circularidade da cratera, e não a forma do meteorito. Quanto mais o ângulo for rasante, mais a cratera será alongada, mas é abaixo de um ângulo de 45 ° que o alongamento será perceptível.
Hoje, a maioria das grandes crateras são visíveis apenas em sua forma erodida e só podemos medir uma cratera aparente ( cratera aparente ), cuja forma é mais ou menos visível dependendo do grau de erosão, recargas de sedimentos ou movimentos do subsolo.
Durante a recuperação, e quando o tamanho da cratera é suficiente, o centro sobe mais do que os arredores, um pouco como uma gota d'água. Ele forma uma elevação central ( elevação central ) mais ou menos que pode ir mais alto do que o fundo da cratera. Isso forma um pico central ( pico central ) mais ou menos pronunciado.
Simulação de laboratório de uma cratera de impacto
cratera única
( cratera do meteoro , Estados Unidos)
cratera de transição
(Marte)
cratera complexa com pico central
(Tycho, Lua)
cratera multi-anel
( Vredefort , South Afr.)
bacia
( Mare Imbrium , Lua)
As crateras com um pico central são chamadas de crateras complexas ( cratera complexa ) em oposição a crateras simples ( cratera simples ) que não possuem uma. Na prática, na Terra , as crateras cujo diâmetro final é inferior a 3,2 quilômetros são simples, além disso, são complexas (o que corresponde a um diâmetro transiente de cerca de 2,6 quilômetros).
A transição de uma cratera simples para uma cratera complexa não acontece repentinamente. Entre a única cratera cuja cavidade é em forma de tigela e a cratera complexa com pico central, existe a cratera de transição ( transição de cratera ) em forma de tigela de fundo plano.
Em impactos muito grandes, o pico central pode subir além da altura de estabilidade e cair novamente, criando assim um anel de cratera múltiplo ( cratera de vários anéis ) é uma forma de cratera complexa. O pico central é substituído por uma estrutura anular central mais ou menos pronunciada, o anel central ( anel do pico ).
Quando o meteorito é grande o suficiente para romper a crosta e causar efusões de magma , ele é denominado Bacia ( Bacia ) e não da cratera.
Outros termosDesignamos como material ejetado (material ejetado ) os fragmentos de rocha expelidos do local do impacto e, mais frequentemente, as estruturas que constituem ao redor da cratera. Normalmente formadas por trilhas radiais, essas estruturas também são chamadas de estrutura irradiada ( sistema de raios ). Estendendo-se além da cratera, eles não fazem parte dela, mas são um elemento constituinte do astroblema. Sua existência é efêmera na Terra por causa da erosão que rapidamente apaga os vestígios. É na Lua e em menor extensão em Marte (novamente por causa da erosão) que essas estruturas são mais visíveis.
Para evitar confusão na terminologia, um grupo de especialistas se reuniu em 2004 e publicou uma definição oficial das principais dimensões associadas às crateras de impacto.
Dimensões associadas à cratera transitória
Dimensões associadas à cratera simples
Dimensões associadas à cratera complexa
D tc = diâmetro da cratera transitória
D sc = diâmetro de transição simples-complexo
D tr = diâmetro da cratera transitória pico a pico .
D fr = diâmetro final de pico a pico
D a = diâmetro aparente
D cp = diâmetro do pico central
D cu = diâmetro da elevação central
Ainda não existe uma terminologia bem estabelecida para descrever essas quantidades de forma inequívoca. É necessário, portanto, por enquanto, ficar satisfeito com os diagramas acima que ilustram os tamanhos usados neste artigo.
A formação de estruturas de impacto foi estudada extensivamente por simulação analógica . Também foi feito por simulação numérica , mas o problema com esta última abordagem é que a física dos materiais submetidos por curtos períodos a pressões e temperaturas extremas não é bem conhecida.
O tamanho e a forma da depressão dependem principalmente de:
O diâmetro e a profundidade da depressão aumentam com ela , sua relação profundidade / diâmetro diminui e sua forma geralmente muda da seguinte forma:
O impacto gera uma onda de choque que se propaga no porão (bem como no impactador). Com velocidades de impacto da ordem de várias dezenas de km / s , a pressão por trás da frente de onda atinge milhões de atmosferas e a temperatura milhares de graus . Sob essas altas tensões, os materiais do subsolo e do impactador são fluidizados (fluem como um líquido). A onda de compressão é seguida por uma onda de rarefação (ou seja, descompressão) que cria depressão ao expelir os materiais para fora. O fluxo dos materiais fluidizados sendo desviado pelas paredes da depressão de formação, eles são amplamente ejetados na forma de uma lâmina cônica , com uma pequena fração deles pressionada contra as paredes. À medida que as ondas de choque e rarefação se dispersam à medida que se afastam do ponto de choque, os fluxos eventualmente cessam quando as tensões caem abaixo da resistência mecânica das rochas. O fenômeno para por aí para os impactos menos violentos (crateras hemisféricas). Para outros, as paredes da cavidade transitória colapsam para dentro e formam um pico central ou um anel, ou até estruturas mais complexas.
Os efeitos de um impacto violento não se limitam à formação de uma cratera e material ejetado . A energia liberada pela queda na Terra de um objeto 10 km de diâmetro excede, por exemplo, por cinco ordens de magnitude que de mais poderosos terremotos . Terremotos violentos , atividade vulcânica , tsunamis (no caso de um impacto no oceano , como a hipotética cratera Mahuika ), chuva ácida e liberação de poeira que protege a luz do sol (interrompendo a fotossíntese e os efeitos climáticos , colapso da cadeia alimentar ) estão entre os mais devastadores efeitos dos impactos mais violentos.
Na Terra , as crateras de impacto costumam ser difíceis de identificar. Até a década de 1960 , início da “era espacial”, eles eram, com raras exceções, reportados a fenômenos vulcânicos . O progresso trazido pelos estudos espaciais, o desenvolvimento de imagens geológicas, de satélite ou geofísicas, permitiu aos geólogos retificar gradualmente antigas confusões enquanto multiplicam novas descobertas.
No entanto, as condições específicas da Terra degradam rapidamente as crateras:
Os impactos que deixaram grandes crateras (com mais de cem quilômetros de diâmetro) estão provavelmente envolvidos na evolução das espécies vivas. Por exemplo, o impacto que gerou a cratera Chicxulub contribuiu para a extinção em massa entre o Cretáceo e o Terciário , dos quais os dinossauros não-aviários são considerados as vítimas mais famosas.
Também descobrimos que vários depósitos de riqueza metálica estão ligados a tais impactos, como os depósitos de ouro e platina de Sudbury, no Canadá .
A cratera de impacto mais jovem da Terra é a do meteorito Carancas, que vê o15 de setembro de 2007a formação de uma cratera viva no Peru . Até muito recentemente, a mais antiga conhecida era a de Vredefort na África do Sul : datada de 2.023 bilhões de anos atrás, era a maior cratera já registrada na Terra, com um diâmetro de aproximadamente 300 quilômetros. Em 2012, a descoberta da cratera Maniitsoq datada de 3 bilhões de anos a torna a mais antiga antes da de Vredefort.
Dois tipos de objetos celestes podem colidir com nosso planeta:
Outros objetos - não observados até agora - podem atingir a Terra. Estes são objetos interestelares. Sua velocidade é superior a 72 km / s (caso contrário, eles orbitariam o Sol). Por sua origem, natureza e densidade são desconhecidas.
O geólogo Charles Frankel fornece algumas estimativas estatísticas sobre a frequência do impacto, expressa em termos do tempo médio entre dois impactos:
Um dos critérios básicos para determinar a forma de uma cratera é seu diâmetro transiente.
Uma vez que conhecemos os parâmetros do impactador e do alvo, várias teorias nos permitem calcular a cratera transitória gerada pelo impacto. Seria ambicioso elaborar uma lista exaustiva. Essas fórmulas são retiradas das recomendações do Programa de Efeitos de Impacto da Terra .
Dados e unidadesNessas fórmulas, os termos são definidos da seguinte forma:
Todos os diâmetros, profundidades, espessuras e alturas são expressos em m.
A natureza da cratera não muda diretamente de uma cratera simples para uma cratera complexa com um pico central. A transição está acontecendo gradualmente. Da mesma forma, quando o diâmetro final é maior que:
Em seguida, a cratera assume uma morfologia com um anel central.
Tamanho transitório da cratera Diâmetro Profundidade Diâmetro final da crateraSe , a cratera é uma cratera simples:
, após Marcus, Melosh e Collins (2004).Caso contrário, a cratera é complexa e:
, após McKinnon e Schenk (1985). Altura das bordas da crateraEsta fórmula é válida para crateras simples e complexas.
Espessura de rupturaPara uma cratera simples:
Para uma cratera complexa:
, com:A Lua, que tem pouca água , uma atmosfera desprezível e nenhuma forma de vida, guarda as cicatrizes de todos os impactos que recebeu desde que sua tectônica congelou. Isso dá uma boa indicação da quantidade de objetos celestes que atingiram a Terra.
A profundidade final de uma cratera lunar é a distância entre o topo das bordas da cratera (linha do cume) e o topo da lente de brecha que cobre o fundo da cratera.
Para uma cratera simples:
Para uma cratera complexa:
Aviso ! A espessura da camada de rocha fundida não pode ser deduzida da fórmula anterior para crateras complexas.