Becsapódási esemény

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
(Becsapódás szócikkből átirányítva)
A becsapódás folyamata, képekben
A becsapódás folyamata, filmen
A becsapódás folyamata, képekben

A becsapódási eseménynek, vagy egyszerűen becsapódásnak nevezzük az égitestek ütközését, leggyakrabban meteorok, aszteroidák, üstökösök nagyobb égitesteknek való ütközését értve alatta. Az ütközés során létrejövő mélyedés a becsapódási kráter.

A becsapódás folyamata[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A becsapódási kráterek monogenetikus szerkezetek, azaz képződésük egyszeri esemény. (A krátert a későbbiekben számos folyamat módosítja.) A becsapódás folyamatát általában három részre különítik el: érint­kezés / összenyomás (contact/compression), kivájás (excavation) és átalakulás (modification). A ki­vájás során létrejövő tranziens (átmeneti) kráter min­dig tál alakú: a kráterek megfigyelhető mor­fo­ló­giája a tranziens kráter átalakulásával (összeomlás, köz­ponti csúcs kiemelkedés stb.) jön létre.[1] A kráter végül meg­fi­gyel­hető alakját ezután további folyamatok (erózió, fel­töltődés stb.) alakítják. A folyamatok kísérő je­len­ségei (pl. alapi torlóár, porhullás) a vulkán­ki­tö­ré­sek­nél illetve mesterséges robbantásoknál is megfigyelhetők.

Érintkezés/összenyomás – a becsapódó test hatása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A test hatása sebessége négyzetétől és tömegétől függ ( E=\frac {1}{2} m \cdot v^2). A test általában planetocentrikus pályáról kisebb 12–20 km/s, heliocentrikus pályáról nagyobb (max. 72 km/s) sebességgel csapódik be egy bolygótestbe. Ha “szemből” érkezik, nagyobb, ha “hátulról éri utol a céltestet”, kisebb relatív sebességgel csapódik be. A Föld esetében például a felszínre merőlegesen érkező meteorikus test néhány (1-2) másodperc alatt áthasít a légkörön. A kisebb, lefékeződő vagy nem merőlegesen érkező test maximum néhány percet tartózkodik a légkörben (és esetleg a légkörön, a felszínnel párhuzamosan áthaladva végül újra eltávozik). A test felszínt érése után átmérőjének megfelelő mélységbe hatol szilikátos kőzetben (vízben körülbelül átmérője 3–4-szeresére), amely lefékezi, és eközben adja át mozgási energiáját a keletkező lökéshullám formájában a közegnek. A teljes fékezés mindössze pár századmásodperc alatt megtörténik. A mozgási energia ennyi idő alatt alakul át hővé és a lökéshullám energiájává. A pillanatok alatt, igen kis helyen koncentráltan felszabaduló energia nagyságrendileg hasonló a Földön egy év alatt minden földrengésben és vulkáni tevékenységben felszabaduló energiához.[2]

A becsapódó test sebessége általában nagyobb, mint a helyi hangsebesség, ezért az energia nem tud szabadon szétterjedni, és egy lökéshullámfrontot alkotva koncentrálódik közvetlenül a becsapódó test előtt. Ezért a legtöbb kráter kör alakú lesz, függetlenül a becsapódás szögétől, a nagyon lapos szögű becsapódás esetét leszámítva. A kráter alakját az alapkőzet is befolyásolja.

A becsapódás kőzetet összenyomó (kompressziós) lökéshulláma (shock wave) elhaladása után a nyomás alatt lévő kőzetből a nyomás az úgynevezett dekompressziós lökéshullám (rarefaction/release wave vagy dilatációs hullám) segítségével szabadul fel (visszapattan). Ez a lökéshullám a becsapódó testre is visszahat: hatására az (is) megolvad illetve elpárolog. A becsapódó test és a célkőzet elpárolgott anyaga gőzfelhőként (vapor plume) jelenik meg a kráter felett. A becsapódástól távolodva, nagyjából a krátersánc közelében a felszín anyagában terjedő lökéshullám nyomása – ahogy mind nagyobb felületen terjed szét – a becsapódás központi 100 GPa-ról (sebessége 20–30 km/s-ről) 1–2 GPa-ra csökken, és ezzel „hagyományos” szeizmikus lökéshullámként terjed tovább, melynek sebessége a hangsebességgel egyenlő (a kőzetben 5–8 km/s). A becsapódás központjában a hőmérséklet meg­haladhatja a 3000 °C-ot. A központban az anyag elpárolog, távolabb megolvad. Vízjégből felépülő kőzet esetén ilyenkor vízgőz és víz keletkezik.

Ebben a fázisban keletkeznek a nagy sebességű jetek, melyek a becsapódás sebességének akár a háromszorosával, sugarasan dobják ki a sokkhatást szenvedett törmeléket.[3]

A távolabbi kőzetdeformációkat, töréseket, földcsuszamlásokat stb. már ez a szeizmikus típusú, azaz a földrengésekkor is előforduló szeizmikus lökéshullám (elastic wave, seismic wave) hozza létre, így később a belső folyamatokétól nehéz elkülö­níteni hatásukat.

Az érintkezés/összenyomás fázisa a legnagyobb becsapódásoknál is csak néhány másodpercig tart. Amíg a lökéshullám (shock wave) eléri a becsapódó test felszíntől távolabbi oldalát, körülbelül addig tart, ameddig a becsapódó test eredeti sebességével a méretének megfelelő távolságot tesz meg. Ez egy 50 km-es 25 km/s-el mozgó test esetén is csak 2 másodperc. Körülbelül néhányszor ennyi időbe telik, amíg a dekompressziós hullám (release wave) eléri a becsapódó test elejét. Ezután a becsapódó test már nem játszik szerepet a kráter kialakulásában, csak az általa keltett lökéshullám.

Kivájás: A tranziens kráter növekedése (transient cavity / crater).[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A lökéshullám (shock wave) hatására az anyag a lökéshullám központjától távolodni fog. Amikor a lökéshullám energiája elfogy (az eredeti nyomás visszaáll), az anyag még mindig mozog. A tran­ziens kráter kinyílása a dekompressziós lökés­hullám hatására jön létre. Ez a lökéshullám már hangsebességgel halad, és nem okoz irreverzibilis változásokat (sokkhatást), mint a becsapódás kompressziós lökéshulláma (shock wave).

A becsapódás energiája az anyagot mozgatva  a gravitáció és a súrlódás legyőzésére fordítódik. Így a robbanás energiája mellett ettől a két paramétertől függ a végső kráterátmérő. A tranziens kráter a becsapódás energiájától függetlenül hasonló (tál vagy félgömb) alakú, és csak a későbbi folyamatokban veszi fel a „mére­té­nek megfelelő” morfológiát. A tranziens kráter mé­re­te szoros összefüggésben van a felszabaduló ener­gia nagyságával; a végső kráterméretet azon­ban a helyi földtani és gravitációs viszonyok is be­fo­lyásolják (például a kráterfal suvadása). A tranziens kráterből távozó anyag mennyiségét valószínűleg elhanyagolhatóan kis mértékben befolyásolja a helyi gravitáció, mivel ebben a robbanás energiája a döntő tényező.

A kidobás sebessége elérheti az égitest szökési sebességét is, így az anyag egy része végleg eltávozhat az égitestről. Így jutottak a Földre a Holdról és a Marsról (például az SNC-) meteoritek.[4] A kidobással apró élőlények (elsősorban mikroorganizmusok) is a világűrbe juthatnak, így a meteoritok becsapódása hozzájárulhat az élet egyik égitestről a másikra terjedéséhez, a pánspermiához.

A kivájást a dekompressziós lökéshullám és az alapkőzet kölcsönhatása kelti. Ennek központja a kőzettestben ott van, ameddig a lövedék behatolt. A nagy nyomás alá került kőzet dekompressziós lökéshullám formájában visszapattan (elastic rebound), nagy, medence-formáló becsapódás esetén akár a köpeny felső részének mélységéből is, annak anyagát maga után „húzva”.

Az anyag oldalra és felfelé lökődik, de csak felfelé tud eltávozni. A lökéshullám energiája mozgási ener­giává alakulva, szimmetrikus anyagkiáramlást (excavation flow) hoz létre. (Ez lassabb, mint az össze­nyomás fázisában kilökött jetek.) A kráter kinyílása­kor az anyagáramlás sebessége néhány km/s a kilökés zónájában (ejection zone). Ez a folyamat hamar kialakítja a tranziens, tál alakú krátert.

Részben elmozdítással, részben kidobással kialakul a krátersánc, mely a törmelékgyűrű legvastagabb (legmagasabb) része. Légkör esetén a légköri súrlódás miatt a kilökési zónából távozott legnagyobb darabok (megablokkok) közelebb, a lebegtetés miatt a kisebbek távolabb jutnak el (allochton – eredeti helyükről elkerülő – kőzetek).

A kráter aljzata alatt található az áthelyeződési zóna (displace zone), ahol az anyag a lökéshullám hatására sugárirányban elfelé próbált mozogni; a felszínt azonban nem érte el. Ezek a parautochton kőzetek, melyek a kráter mélyét alkotják. A szom­szé­dos kőzetek egymáshoz képest hasonlóképpen, de kis távolságra mozdulnak el, innen a parautoch­ton (nagyjából helyben maradó) elnevezés. A kőzet nem töredezik szét teljesen, inkább deformálódik, és lefelé mozogva összetömörödik, illetve komplex kráterek közepén visszapattanva kiemelkedik, a nagyfokú tömörödés után felszabadulva a lökéshullám alól.

A kőzetek kráterközépi tartománya (a becsa­pódás­kori nyomástól függően) tartalmazhat nyomáskúpokat. A tranziens kráter mélysége az áthelyeződési zóna legmélyebb pontjáig tart, ahonnan tehát már nem távozott az anyag (mélység:átmérő aránya 1:4-1:3).[5] A tranziens kráter leg­nagyobb mélységének elérése után még tovább szélesedik: lefelé már nem tud tovább tömörödni az anyag, oldalra azonban még növekedhet tömö­rí­téssel és az anyag kidobásával. Ekkor már elég nagy energiájú becsapódás esetén megindult a központi csúcs kiemelkedése is.

Egy idő után a lökéshullám energiája annyira lecsökken, hogy már nem képes kilökni több anyagot. Ebben az egyensúlyi pillanatban ér véget a kivájás fázisa. Ez 1 kilométeres kráternél körülbelül 6 másodpercig; 200 kilométeresnél mintegy 90 másodpercig tart. Miután a tranziens kráter elérte legnagyobb szélességét, a lökéshullámok kisebb (<1 GPa) nyomású hullámokká szelídülnek, innentől már a lökéshullám sem befolyásolja a kráterfejlődést.

A kivájás végzetéig a becsapódó test átadta energiáját a kőzetnek. Az energia függvé­nyé­ben létrejött egy adott méretű “standard for­májú” tranziens kráter. Vagyis: a tranziens kráter alakját sem átmérője, sem a becsapódás sebessége, a felszíni gravitáció vagy a felszín anyagának tulajdonságai nem befolyásolják jelentősen[6] (a becsapódás szöge is csak extrém esetben számít). A kráterek változatos formakincsét az ezután következő folyamatok hozzák létre.

Átalakulás – a gravitáció és a kőzet hatása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tranziens krátert a gravitáció és a kőzet mechanikai elváltozásai módosítják. Az átalakulási fázis első része akkor ér véget, mikor a törmelék már nem hullik tovább. A tran­ziens kráter pereme beomolhat, a tran­ziens kráter túl meredek lejtői lesúvad­hatnak, és a visszahulló anyag is részben (akár felerészben) feltöltheti a kráter mélye­dését. A kráterfal összeomlása, a kráter részleges betemetése tehát a gravitáció hatására jön létre (kis nehézkedési erőnél még nagyobb kráternél is „kitart” a perem).

Az összeomlás, későbbi izosztatikus kiegyenlítődés, tömegmozgások, erózió, üledéklerakódás és későbbi becsapódások azonban tovább alakítják a krátert.

Modellszámítások alapján egy 10–20 kilométeres kráter esetén az egész folyamat maximum 10 percig tart. A megfigyelések szerint jeges égitesteken a csuszamlások csak csekély szerepet játszanak a kráter utólagos átalakításában.[7] A későbbiekben itt a kráter domborzatának relaxációja (kiegyenlítődése) is alakítja a morfológiát. Az átalakulás folyamatait lásd a megfelelő fejezetekben (egyszerű, komplex kráter, többgyűrűs medencék)!

A fenti folyamatsor a kráter kialakulását írja le laborvizsgálatok, modellszámítások és katonai robbantási kísérletek megfigyelései alapján. Kevéssé foglalkozik a becsapódást kísérő egyéb egyidejű jelenségekkel (torló­árak, hamuszórás stb.), melyekről – meg­figyelt példa híján – kevés ismeretünk van. Ezen jelenségek, akárcsak a törmelék­terítő jellegzetességei, a jelenlegi, kisebb nagyság­rendű krátereket létrehozó labora­tóriumi kísérletekben nem rekonstruálhatók megfelelően.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Ivanov Melosh 1999
  2. Koeberl 1997
  3. Schultz, Mustard 2004
  4. McSween 1985
  5. elosh, Ivanov 1999
  6. Melosh, Ivanov 1999
  7. McKinnon et al. 1986

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Bérczi Szaniszló, Gucsik Arnold, Hargitai Henrik, Horvai Ferenc, Illés Erzsébet, Kereszturi Ákos, Nagy Szabolcs János: A Naprendszer kisenciklopédiája – A Naprendszer formakincse (1): Becsapódások folyamata, nyomai és hatásai. ELTE TTK – MTA Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport, 2005. [1]