Un cratere da impatto è una depressione più o meno circolare risultante dalla collisione di un oggetto su un altro abbastanza grande da non essere completamente distrutto dall'impatto. Quando la depressione è molto più bassa che larga, si parla di bacino da impatto .
L'espressione è particolarmente usata in astronomia per designare la depressione risultante da un impatto cosmico , cioè dalla collisione di oggetti celesti (un asteroide o una cometa ) che colpiscono la Terra , la Luna o qualsiasi altro corpo solido che si muove nello spazio e abbastanza grande che la potenza dell'impatto non lo distrugga.
Più in particolare, si chiamano astroblemi le strutture da impatto terrestre che sono diventate più o meno facilmente identificabili a causa dell'opera dei vari agenti di erosione. Il cratere è solo uno degli elementi costitutivi dell'astrobleme.
I crateri lunari hanno avuto diverse interpretazioni nel corso dei secoli: barriera corallina , anelli di ghiaccio secondo la dottrina del ghiaccio eterno di Hanns Hörbiger , cicloni , buche scavate dalla Selenite di Johannes Kepler , vulcanismo secondo l' Astronomia popolare di François Arago o Camille Flammarion .
Nel 1645 Langrenus pubblicò una mappa che descriveva in dettaglio la topografia lunare . Fu il primo ad introdurre una nomenclatura per la denominazione di macchie lunari ( mari ) e crateri che diede a questi elementi topografici i nomi di personaggi illustri, in questo caso studiosi e filosofi dell'Antichità , del Medioevo e del suo tempo. Nella sua opera Almagestum novum (en) pubblicata nel 1651, il gesuita italiano Giovanni Battista Riccioli sviluppa sistematicamente la pratica introdotta da Langrenus. Il Riccioli distribuisce i nomi degli anziani nell'emisfero nord, e dei moderni nell'emisfero sud (con poche eccezioni), privilegiando i nomi dei suoi colleghi gesuiti.
Il geologo e uomo d' affari americano Daniel Barringer si convinse dell'evidenza dell'esistenza sulla Terra di un cratere da impatto nel 1902, scoprendo nel Meteor Crater ( Arizona ) piccoli pezzi di ferro da lui attribuiti alla caduta di un meteorite di ferro . Ma la sua ipotesi è poco accettata dalla comunità scientifica che, come il geologo Walter Hermann Bucher , favorisce l'ipotesi dell'esplosione vulcanica, fino al lavoro di Eugene M. Shoemaker che evidenzia nel 1960 a livello del Meteor Crater dei cristalli di coesite rivelando un forte impatto.
Armati di una migliore conoscenza del quarzo shock , Carlyle Smith Beals e i suoi colleghi dell'Osservatorio federale di Victoria , così come Wolf von Engelhardt dell'Università Eberhard Karl di Tubinga, hanno iniziato alla fine degli anni '60 una ricerca sistematica dei crateri da impatto, hanno identificato più di 50 nel 1970. Sebbene la loro ricerca sia controversa, il Programma Apollo fornisce prove a sostegno rivelando l' alto tasso di craterizzazione della Luna , suggerendo che anche la Terra ha ricevuto il Grande bombardamento tardivo, ma l'erosione ha rimosso la maggior parte dei suoi crateri da impatto.
Lo studio dei crateri generati da impatti di meteoriti richiede l'utilizzo di un vocabolario e di definizioni atti a descriverne adeguatamente le caratteristiche geometriche.
Nel 1998, poi nel 2004, gli scienziati hanno stabilito le principali definizioni che descrivono i vari parametri e forme dei crateri da impatto. Incoraggiano fortemente le persone che studiano gli impatti a utilizzare la stessa terminologia. Nel 2005 alcuni di questi autori hanno realizzato un programma per il calcolo degli effetti di un impatto, apportando alcune modifiche a queste definizioni e aggiungendone di nuove. Queste definizioni sono qui riprodotte.
Le definizioni (in grassetto) sono fornite nel testo che descrive le diverse fasi della formazione del cratere. La traduzione inglese è citata in corsivo per facilitare la lettura di pubblicazioni scientifiche spesso scritte in questa lingua.
Definizioni dei terminiQuando il meteorite colpisce il suolo, penetra rapidamente, vaporizzandosi sotto l'enorme energia dell'impatto. Il terreno si comporta come un materiale elastico - a sua misura - e sprofonda in profondità, vaporizzandosi e fratturandosi. Dopo pochi secondi, il foro raggiunge la sua dimensione massima, è il cratere transitorio ( cratere transitorio ).
Poi, il terreno riprende il suo posto, è il rimbalzo ( rimbalzo ). Rimane alla fine un cratere finale ( cratere finale ) la cui forma dipende dal volume del basamento vaporizzato ed espulso, dalla compressione residua nella roccia, dalla potenza del rimbalzo, smottamenti, pareti di frana e fallout. Il cratere finale impiegherà alcune settimane o mesi per stabilizzarsi prima che inizi l'erosione.
È l'angolo con cui il meteorite colpisce il suolo che influenza la circolarità del cratere, e non la forma del meteorite. Più l'angolo è radente, più il cratere si allungherà, ma è al di sotto di un angolo di 45° che l'allungamento si noterà.
Oggi, i crateri più grandi sono visibili solo nella loro forma erosa e possiamo misurare solo un cratere apparente ( cratere apparente ) la cui forma è più o meno visibile a seconda del grado di erosione, ricarica dei sedimenti o movimenti del sottosuolo.
Durante il rimbalzo, e quando le dimensioni del cratere sono sufficienti, il centro si eleva più dell'ambiente circostante, un po' come una goccia d'acqua. Forma un sollevamento centrale ( sollevamento centrale ) più o meno che può andare più in alto del fondo del cratere. Questo forma un picco centrale ( picco centrale ) più o meno pronunciato.
Simulazione in laboratorio di un cratere da impatto
cratere singolo
( Meteor Crater , Stati Uniti)
cratere di transizione
(Marte)
cratere complesso con picco centrale
(Tycho, Luna)
cratere multianello
( Vredefort , South Afr.)
bacino
( Mare Imbrium , Luna)
I crateri con un picco centrale sono chiamati crateri complessi ( cratere complesso ) in opposizione ai crateri semplici ( cratere semplice ) che ne sono sprovvisti. In pratica, sulla Terra , i crateri il cui diametro finale è inferiore a 3,2 chilometri sono semplici, oltre, sono complessi (che corrisponde a un diametro transitorio di circa 2,6 chilometri).
Il passaggio da un cratere semplice a un cratere complesso non avviene all'improvviso. Tra il cratere singolo la cui cavità è a conca ed il cratere complesso con punta centrale, si trova il cratere di transizione ( Crater transition ) a forma di conca a fondo piatto.
In impatti molto grandi, il picco centrale può salire oltre l'altezza di stabilità e ricadere, creando così un cratere ad anello multiplo ( cratere multi-anello ) è una forma di cratere complesso. Il picco centrale è sostituito da una struttura anulare centrale più o meno pronunciata, l' anello centrale ( peak ring ).
Quando il meteorite è abbastanza grande da rompere la crosta e provocare effusioni magmatiche , si parla di Bacino ( Bacino ) e non di cratere.
Altri terminiSi designano come ejecta ( ejecta ) i frammenti di roccia espulsi dal luogo dell'impatto, e più spesso le strutture che costituiscono intorno al cratere. Solitamente formate da scie radiali, queste strutture sono anche chiamate struttura radiata ( sistema a raggi ). Estendendosi oltre il cratere, non ne fanno parte ma sono un elemento costitutivo dell'astroblema. La loro esistenza è effimera sulla Terra a causa dell'erosione che cancella rapidamente le tracce. È sulla Luna e in misura minore su Marte (sempre a causa dell'erosione) che queste strutture sono più visibili.
Per evitare confusione terminologica, un gruppo di esperti si è riunito nel 2004 e ha pubblicato una definizione ufficiale delle principali dimensioni associate ai crateri da impatto.
Dimensioni associate al cratere transitorio
Dimensioni associate al cratere semplice
Dimensioni associate al complesso cratere
D tc = diametro del cratere transitorio
D sc = diametro di transizione semplice-complesso
D tr = diametro del cratere transitorio picco-picco .
D fr = diametro finale picco-picco
D a = diametro apparente
D cp = diametro del picco centrale
D cu = diametro del sollevamento centrale
Non esiste ancora una terminologia ben consolidata per descrivere in modo univoco queste quantità. Occorre quindi per il momento accontentarsi degli schemi sopra che illustrano le taglie utilizzate in questo articolo.
La formazione delle strutture di impatto è stata studiata estesamente mediante simulazione analogica . È stato fatto anche tramite simulazione numerica , ma il problema di quest'ultimo approccio è che la fisica dei materiali sottoposti per brevi periodi a pressioni e temperature estreme non è ben nota.
La dimensione e la forma della depressione dipendono principalmente da:
Il diametro e la profondità della depressione aumentano con essa , il suo rapporto profondità/diametro diminuisce e la sua forma generalmente cambia come segue:
L'impatto genera un'onda d'urto che si propaga nel seminterrato (oltre che nell'urto). Con velocità d'impatto dell'ordine di diverse decine di km/s , la pressione dietro il fronte d'onda raggiunge milioni di atmosfere e la temperatura migliaia di gradi . Sotto queste elevate sollecitazioni, i materiali del sottosuolo e dell'impattatore vengono fluidificati (scorrono come un liquido). L'onda di compressione è seguita da un'onda di rarefazione (cioè decompressione) che crea depressione espellendo i materiali verso l'esterno. Il flusso dei materiali fluidificati essendo deviato dalle pareti della depressione di formatura, vengono in gran parte espulsi sotto forma di pala conica , con una piccola frazione di essi premuta contro le pareti. Poiché le onde d'urto e di rarefazione si disperdono mentre si allontanano dal punto d'urto, i flussi alla fine cessano quando le sollecitazioni scendono al di sotto della resistenza meccanica delle rocce. Il fenomeno si ferma lì per gli impatti meno violenti (crateri emisferici). Per altri, le pareti della cavità transitoria collassano verso l'interno e formano un picco centrale o un anello, o anche strutture più complesse.
Gli effetti di un impatto violento non si limitano alla formazione di crateri e materiale espulso . L'energia liberata dalla caduta sulla Terra di un oggetto di 10 km di diametro supera, ad esempio, di cinque ordini di grandezza quella dei terremoti più potenti. Violenti terremoti , attività vulcanica , tsunami (in caso di impatto oceanico come l'ipotetico cratere Mahuika ), piogge acide e rilascio di polvere che schermano la luce solare (arresto della fotosintesi e degli effetti climatici , collasso della catena alimentare ) sono tra i più devastanti effetti degli impatti più violenti.
Sulla Terra , i crateri da impatto sono spesso difficili da identificare. Fino agli anni '60 , inizio dell'"era spaziale", erano, con rare eccezioni, riferite a fenomeni vulcanici . I progressi compiuti dagli studi spaziali, lo sviluppo di immagini geologiche, satellitari o geofisiche, hanno permesso ai geologi di correggere gradualmente vecchie confusioni mentre moltiplicavano nuove scoperte.
Tuttavia, le condizioni specifiche della Terra degradano rapidamente i crateri:
Gli impatti che hanno lasciato grandi crateri (più di cento chilometri di diametro) sono probabilmente coinvolti nell'evoluzione delle specie viventi. Ad esempio, l'impatto che ha generato il cratere Chicxulub ha contribuito all'estinzione di massa tra il Cretaceo e il Terziario , di cui si dice che i dinosauri non aviari siano le vittime più famose.
Scopriamo anche che vari depositi di ricchezza metallica sono legati a tali impatti, come i depositi di oro e platino di Sudbury in Canada .
Il cratere da impatto più giovane sulla terra è quello del meteorite Carancas che vede il15 settembre 2007la formazione di un cratere vivo in Perù . Fino a poco tempo fa, il più antico conosciuto era quello di Vredefort in Sudafrica : datato a 2.023 miliardi di anni fa, era il più grande cratere mai registrato sulla Terra con un diametro di circa 300 chilometri. Nel 2012 la scoperta del cratere Maniitsoq, risalente a 3 miliardi di anni fa, lo rende il più antico prima di quello di Vredefort.
Due tipi di oggetti celesti possono entrare in collisione con il nostro pianeta:
Altri oggetti - fino ad oggi non osservati - possono potenzialmente colpire la Terra. Questi sono oggetti interstellari. La loro velocità è maggiore di 72 km/s (altrimenti orbiterebbero attorno al Sole). Per la loro origine, natura e densità sono sconosciute.
Il geologo Charles Frankel fornisce alcune stime statistiche sulla frequenza degli impatti, espresse in termini di tempo medio tra due impatti:
Uno dei criteri di base per determinare la forma di un cratere è il suo diametro transitorio.
Una volta conosciuti i parametri dell'impattore e del bersaglio, varie teorie ci permettono di calcolare il cratere transitorio generato dall'impatto. Sarebbe ambizioso stilare un elenco esaustivo. Queste formule sono tratte dalle raccomandazioni dell'Earth Impact Effects Program .
Dati e unitàIn queste formule, i termini sono definiti come segue:
Tutti i diametri, profondità, spessori e altezze sono espressi in m.
La natura del cratere non cambia direttamente da un semplice cratere a un cratere complesso con un picco centrale. La transizione sta avvenendo gradualmente. Allo stesso modo, quando il diametro finale è maggiore di:
Quindi, il cratere assume una morfologia con un anello centrale.
Dimensione transitoria del cratere Diametro Profondità Diametro finale del cratereSe , il cratere è un semplice cratere:
, dopo Marcus, Melosh e Collins (2004).Altrimenti, il cratere è complesso e:
, dopo McKinnon e Schenk (1985). Altezza dei bordi del cratereQuesta formula è valida per crateri semplici e complessi.
Spessore della rotturaPer un semplice cratere:
Per un cratere complesso:
, con:La Luna, che ha poca acqua , un'atmosfera trascurabile e nessuna forma di vita, conserva le cicatrici lasciate da tutti gli impatti che ha ricevuto da quando la sua tettonica si è congelata. Questo dà una buona indicazione della quantità di oggetti celesti che hanno colpito la Terra.
La profondità finale di un cratere lunare è la distanza tra la parte superiore dei bordi del cratere (linea di cresta) e la parte superiore della lente di breccia che copre il fondo del cratere.
Per un semplice cratere:
Per un cratere complesso:
Avvertimento ! Lo spessore dello strato di roccia fusa non può essere dedotto dalla precedente formula per i crateri complessi.