Főmenü megnyitása

Becsapódási esemény

(A becsapódás folyamata szócikkből átirányítva)
A becsapódás folyamata, képekben
A becsapódás folyamata, filmen
A becsapódás folyamata, képekben

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

A becsapódás folyamataSzerkesztés

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 hatásaSzerkesztés

A test hatása sebessége négyzetétől és tömegétől függ ( ). 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 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 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 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 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 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

A lökéshullám 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.

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 végeztéig 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 hatásaSzerkesztés

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 lesuvadhatnak, 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.

JegyzetekSzerkesztés

  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

ForrásokSzerkesztés

  • 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]