Механизмы образования ударных кратеров на Земле и планетах

Иванов, Борис Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Механизмы образования ударных кратеров на Земле и планетах
ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Механизмы образования ударных кратеров на Земле и планетах"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ДИНАМИКИ ГЕОСФЕР

На правах рукописи ИВАНОВ Борис Александрович

УДК 550.3+551.3+523.44

МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ НА ЗЕМЛЕ И ПЛАНЕТАХ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 04.00.22 - Физика твердой Земли

Москва 2000

Работа выполнена в Институте динамики геосфер Российской Академии

Наук

Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук,

профессор В. Н. Жарков (ОИФЗ РАН);

доктор геолого-минералогических наук М.А. Назаров (ГЕОХИ РАН);

доктор технических наук, профессор Б. Д. Христофоров (ИДГ РАН)

Ведущая организация - Институт механики Московского

государственного университета

Защита состоится " % " .......2000 г. в А2 час. на заседании спе-

циализированного совета Д 200.39.01 в Институте динамики геосфер РАН по

адресу: 117939, Москва, Ленинский проспект 38, корпус 6. ^

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института динамики геосфер РАН по тому же адресу

Автореферат разослан " 2У "?.!}р?А*.2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета

В££~</Л? У/¿7-3

В.А.Рыбаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется как очевидной необходимостью исследования фундаментальных геофизических процессов в Солнечной системе в целом и на Земле в частности, так и наличием ряда практически важных прикладных задач, связанных с образованием кратеров и воронок при ударе и взрыве.

Целью исследований является установление основных закономерностей физических и геомеханических процессов при ударном и взрывном кратерообра-зовании, и их использование для решения ряда конкретных задач изучения геологической истории и эволюции Земли и других планетных тел Солнечной системы, включая астероиды.

Основными задачами данной работы являлись:

1. Анализ процесса кратерообразования как закономерной последовательности явлений и создание адекватных моделей для их описания.

2. Формулировка законов подобия для основных параметров кратерообра-зующих ударных процессов.

3. Поиск модели поведения разрушенной горной породы вокруг растущего кратера, позволяющей понять процесс формирования сложных ударных кратеров с центральным поднятием.

4. Использование законов подобия для решения конкретных задач исследования последствий кратерообразующих ударов на Земле и других планетах, таких как:

- анализ предпосылок для глобального изменения климата за счет гигантского удара на границе мела и палеогена (так называемое КТ-событие);

- анализ данных бурения сверхглубокой скважины (глубиной более 5 км) в центральном поднятии Пучеж-Катункского метеоритного кратера;

5. Идентификация и изучение ударных кратеров Венеры по данным КА "Ве-нера-15,16" и "Магеллан".

6. Анализ возможных причин образования "кратеров-крепостей" на Марсе.

7. Нахождение распределения по размерам ударников, образовавших кратеры на планетах земного типа; сравнение этого распределения с распределением по размерам астероидов главного пояса.

Методы исследования включали лабораторное и численное моделирование ударного и взрывного кратерообразования, дополненное изучением геологических и геофизических данных об ударных кратерах на Земле и других планетах.

На защиту выносятся следующие результаты:

- схематизация движения среды при ударном кратерообразования (зет-модель), создающая удобный аналитический аппарат для анализа экспериментальных данных;

- система законов подобия главных параметров ударного процесса для широкого диапазона масштабов явления;

- решение на основе разработанных законов подобия ряда конкретных задач, включающих изучение гипотезы о глобальной катастрофе на границе мела и палеогена в результате образования ударного кратера Чиксу-луб.

построение модели образования Пучеж-Катункского метеоритного кратера и анализ на ее основе геолого-геофизических данных, полученных при бурении Воротиловской сверхглубокой скважины,- обнаружение, распознавание и анализ строения ударных кратеров Венеры; подтверждение гипотезы об образовании "кратеров-крепостей", обнаруженных на Марсе, за счет включения воды и льда в состав выбросов из кратеров;

- построение по данным о кратерах распределения по размерам тел-ударников на орбитах столкновения с планетами; доказательство стабильности этого распределения в последние 4 млрд. лет и его подобия распределению по размерам астероидов главного пояса.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые была создана аналитическая модель движения среды при образовании кратера в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

- предложена и апробирована модель динамического снижения сухого трения в породах, окружающих растущий кратер, за счет относительного колебания блоков пород, составляющих зону разрушения. С использованием данной модели путем численного моделирования впервые воспроизведены закономерности усложнения морфологии ударных кратеров по мере роста их размера на данной планете;

- обоснован закон подобия (приведения) для кратеров, образующихся в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

- открыты ударные кратеры на Венере (во взаимодействии с группой геолого-геофизического анализа АН СССР, созданной для анализа данных по проекту "Венера 15/16");

- обоснована возможность глобального изменения климата в результате катастрофического ударного события на границе мела и палеогена (КТ-граница);

предложена гипотеза, объясняющая природу "кратеров-крепостей" на Марсе;

- доказано подобие в распределении по размерам астероидов главного пояса и тел на орбитах, пересекающих орбиты планет, откуда следует независимость от размера тел механизма, пополняющего популяцию тел на орбитах столкновения с планетами.

Достоверность основных результатов подтверждается данными экспериментов и сравнением с известными данными геолого-геофизического изучения ударных кратеров на Земле и других планетах, включая материалы глубинного бурения и данные полетов космических аппаратов (КА) к другим планетам Солнечной системы.

Личный вклад автора состоит

- в выборе и обосновании направления исследований;

в формулировании основных идей и общего методического подхода к установлению основных характеристик воздействия высокоскоростных

ударов на твердую и оболочку Земли и других планет Солнечной системы;

- в создании зет-модели движения среды при образовании кратера в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

в открытии и доказательстве ударного происхождения метеоритных кратеров на Венере

- в решении ряда конкретных задач, связанных с ударным кратерообразо-ванием.

Практическая значимость. В работе проведено изучение фундаментального для эволюции Земли и планет Солнечной системы явления ударного кратерооб-разования. В результате исследований получены новые данные о природных ударных процессах, важных для понимания геологической истории планетных тел и их спутников. Создана методологическая основа для использования данных об ударных кратерах для таких фундаментальных задач сравнительной планетологии как, например, оценка возраста поверхности по плотности ударных кратеров, накопленных за время ее существования. Предложены модели ударного процесса для анализа и обобщения геолого-геофизических данных, получаемых при изучении земных ударных кратеров, в том числе, с использованием глубинного бурения.

Апробация работы. Результаты, собранные в диссертации неоднократно докладывались на семинарах Спецсектора ИФЗ (позднее - ИДГ РАН) в 1975 -1999 гг., на ежегодных конференциях по исследованию Луны и планет в г. Хьюстоне, Техас, США (Lunar and Planetary Science Conference) в 1989-99 гг., на Всесоюзных Метеоритных конференциях в 1976-1994 гг., на ежегодных Рабочих встречах по сравнительной планетологии (Brown-Vernadsky Microsymposium) в ГЕОХИ РАН и Университете Брауна, г. Провиденс, Род-Айленд, США, в 1985-1999 гг., на рабочих встречах по исследованию земных ударных кратеров, организованных Европейским научным фондом (Нордлин-ген, Германия - 1993 г., Остерзунд, Швеция - 1994 г., Лимож, Франция - 1994 г., Анкона, Италия - 1995 г., Бремерхавен, Германия - 1999 г., Киллан, Франция, 1999 г.), на сессии КОСПАР (Гаага, Нидерланды - 1991 г.), на Генеральной ассамблее Европейского геофизического союза (Висбаден, Германия -1993 г., Гамбург, Германия - 1995 г., Гаага, Нидерланды - 1996 и 1999 гг.), и на других семинарах и рабочих встречах. В ходе исследований автор пользовался поддержкой Международного Научного Фонда (грант № M9S000) и Россйского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 94-05-16329 и 96-0564167).

Благодарности. М.А. Садовский, В.Н.Родионов и В.Н.Костюченко обратили внимание автора на важность задач взрывного кратерообразования, чем определили круг его научных интересов на следующие 25 лет; в течение долгих лет они внимательно и требовательно следили за ходом работ, за что автор им глубоко благодарен. Автор высоко ценит помощь и советы А.П.Сухотина в организации лабораторных экспериментов.

Автор выражает глубокую признательность А. Т. Базилевскому за постоянное внимание к работе и большую помощь в исследовании ударных кратеров на Земле и других планетах. Большую помощь автору оказали советы

К.П.Флоренского и его сотрудников из Лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ АН СССР (позднее -РАН). Автор благодарен коллегам по Рабочей группе по геолого-геоморфологическому анализу радиолокационных изображений поверхности Венеры за помощь и тесное сотрудничество, а также О. Н. Ржиге за ценные консультации. Своим долгом автор считает выражение благодарности коллективам ИРЭ АН СССР, СКБ МЭИ и другим организациям, сделавшим возможным получение радиолокационных изображений поверхности Венеры.

Исследование ударных кратеров Земли, включая многолетние полевые экспедиционные работы, было бы невозможно без помощи В.И. Фельдмана, Л.Б. Грановского и их коллег из Кратерной партии Геологического факультета МГУ.

Автор глубоко благодарен за постоянную помощь В.Л. Масайтису и его сотрудникам из ВСЕГЕИ им. Карпинского (СпБ).

Автор благодарен Л.А. Певзнеру и его сотрудникам (НПО "Недра", г. Ярославль) за помощь в ознакомлении с материалами по Воротиловской сверхглубокой скважине.

Автор выражает глубокую благодарность Дж. Мелошу (Аризонский университет, г. Туссон, США) за помощь в освоении методов численного моделирования кратерообразовния.

Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения.

Во введении сделан обзор достижений в понимании процессов ударного кратерообразования, сформулировано научное направление диссертационной работы, обоснована актуальность решаемых задач, определены цели исследований и изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 посвящена механике образования воронок и кратеров при ударе и взрыве.

Наиболее заметным остаточным результатом взрыва или удара по твердой поверхности планеты является образование кратера или воронки. В отечественной литературе сложилась традиция, согласно которой различают воронки, образованные взрывом химических взрывчатых веществ (ВВ) или ядерных устройств, и кратеры, возникающие на поверхности мишени при ударе быстроле-тящих тел. В английской литературе принят единый термин «кратер» (crater). Совокупность процессов образования кратеров (воронок) удобно определить единым термином "кратерообразование" ( для которого в прикладных работах часто используется синоним "воронкообразование"). Конечный кратер (воронка) формируется последовательностью процессов, включающих стадию передачи энергии источника (взрыва или высокоскоростного удара) в материал мишени, распространение в мишени ударных волн, рост полости кратера и выброс материала мишени и, наконец, модификацию переходной полости в конечное (наблюдаемое) состояние. В данной главе излагаются результаты исследования механики процессов кратерообразования, описывающей рост полости и выброс материала мишени из полости растущего кратера.

Проблема образования воронок при взрыве на выброс была детально изучена в 1950х-80х годах. Важную роль в анализе экспериментальных результатов сыграла кинематическая модель радиального движения грунта. Тогда же были

сделаны попытки применить аналогичный подход к описанию образования ударных кратеров в предположении о том, что высокоскоростной удар можно представить как взрыв заглубленного заряда. Однако экспериментальные исследования указывали на более сложный характер движения при ударе и контактном взрыве. Позднее результаты лабораторных экспериментов и численных расчетов показали, что и для ударно-взрывного кратерообразования можно предложить кинематическую модель, аналогичную по простоте и полезности модели радиального движения грунта при взрыве на выброс.

Такая модель была разработана в начале 70-х годов независимо в СССР (автором настоящей работы) и в США, где она получила название "Z-модель" (или, в русском написании, "зет-модель"). Первые открытые публикации появились, по-видимому, одновременно в 1976 г. в абстрактах Симпозиума по механике кратерообразования на планетах (Аризона, Флагстаф, 13-17 сентября 1976 г.) и на следующий год [Maxwell, 1976; Allen, 1976; Ivanov 1976; Ivanov and Comissarova, 1977]. Только в 1994 г. в России удалось ознакомиться с основным американским отчетом по зет-модели [Maxwell and Seifert, 1974]. Стало очевидным, что уже в 1974 г. Максвелл и Сейферт разработали основные приложения, которые в России были опубликованы в открытой печати в 1979 г. [Иванов, 1979].

Первоначальные [Ivanov 1976] российские варианты зет- модели назывались "Интегрально сбалансированное течение" и "Простая модель кратерообразования" [Ivanov and Comissarova, 1977; Иванов, 1979 ]. Поскольку чаще всего для обозначения показателя степени при скорости использовалась буква Z, модель получила окончательное название "Z-модель" ("зет-модель").

Для Максвелла и Сейферта [Maxwell and Seifert, 1974] отправной точкой послужили численные расчеты контактных взрывов, выявившие специфическую геометрию поля скоростей на поздних стадиях кратерообразования. Наш подход базировался в основном на экспериментах [Иванов, 1977, 1979], поставленных так, что взрыв в песке развивался у прозрачного окна, позволяя изучать перемещение материала «в разрезе». Скоростная киносъемка фиксировала рост воронки и перемещение частиц маркеров (рис.1). Эти опыты позволили выделить основные фазы образования воронки при контактном взрыве: начальный рост почти полусферической полости, остановку роста воронки вглубь при продолжающемся за счет выброса росте радиуса воронки.

Геометрия движения грунта, зафиксированная экспериментально, позволила сделать два главных предположения, лежащих в основе зет-модели: в полярных координатах, таких что угол отсчитывается от направления вертикально вниз,

(1) радиальная скорость течения может быть представлена степенным законом затухания с расстоянием от эпицентральной точки ;

(2) тангенциальная скорость определятся из законов сохранения (в простейшем случае - из закона сохранения массы).

Рис. 1. Избранные кадры киносъемки контактного взрыва во влажном песке у прозрачного окна. Скорость съемки - около 1000 кадров/с. Слева - момент детонации заряда, в центре -10 мс после взрыва, справа - 100 мс после взрыва.

В полярных координатах (R, в.) глубина г выражается как z - R cos в а радиальное расстояние от оси симметрии г как г = R sin ввектор скорости течения имеет радиальную v¡¡ и тангенциальную vg составляющие, причем можно считать, что величина vr не зависит от угла Ои является убывающей степенной функцией только расстояния до центра координат R:

vr~R-z (la)

При постулировании зависимости vR (R) в виде (1а) из условия несжимаемости следует, что vg зависит от расстояния R также как и vr , а при фиксированном R плавно увеличивается от нулевого значения на оси симметрии 6= 0 до максимального значения на свободной поверхности:

Vtf= (1-2) Vr (1- COS 0)/sín в (16)

При задании поля скоростей в виде (1а, б) траектории движения частиц среды имеют вид

R = R¡ [(1- cos 0)/(l-cos 0¡)] "a'b (2)

где R¡ и 0¡ - координаты произвольной точки, фиксирующей данную траекторию.

Уравнение (2) ясно демонстрирует, что форма траекторий не зависит от времени, так что траектории являются неподвижными линиями тока (при том что движение частиц по этим траекториям не является стационарным). Вращение двух соседних траекторий вокруг оси симметрии определяет трубку тока, по которой происходит выброс материала из воронки.

Если маркировать траектории точкой их выхода на уровень исходной поверхности:

R, =ге, в=90Р

то согласно зет-модели, грунт выбрасывается из воронки по траекториям, описываемым уравнением

R-re(l- cos О) l/(z'2> (3)

где ге - точка выхода траектории на поверхность. Показатель степени Z чаще всего лежит в диапазоне от 2,5 до 3.

В результате довольно сложная картина движения вещества при образовании кратера (воронки) при высокоскоростном ударе или взрыве вблизи поверхности может быть представлена в схематизированном виде (рис. 2).

0 60 4-

0.2

z/Rj О

-0.2-04

0 5 1.5

r/Rt

Рис. 2. Схема описания выброса вещества из кратера и образования слоя отложений выбросов. Левая вертикальная ось является осью цилиндрической симметрии.

Создание простой модели кинематики движения позволило проанализировать ряд важных задач механики кратерообразования без применения сложных методов численного моделирования. В 70-х и 80-х годах зет-модель использовалась для описания различных процессов образования воронок при взрыве вблизи поверхности и ударных кратеров:

• для анализа образования воронки (переходной полости) в идеально-пластической среде, описываемой моделью Млзеса [Ivanov, 1983]. Аналогичная модель была разработана Максвеллом и Сейфертом [Maxwell and Seifert, 1974];

• для разделения гравитационного и прочностного режимов образования воронок и кратеров [Иванов, 1979; Ivanov, 1976; Иванов. 1981]. Такой же подход был позднее разработан Шмидтом и Холсэпплом [Holsapple and Schmidt, 1979; Schmidt, 1980];

• для разработки простой функциональной формы закона подобия, описывающего образование ударных кратеров на планетах в широком диапазоне масштаба [Neukum and Ivanov, 1994 ];

• для оценки баланса массы и разработки модели формирования покрова выбросов [Иванов, 1979 ]. Из этого исследования стало очевидным, что для всех гравитационных кратеров и воронок радиальные профили толщины за-

/ ч Отложения выбросов

1руЬка тока \ / /^е _N /

Зона ^г выброса струятурвы! / / шмгмм / '

----- дно кратера

кратерного вала должны быть геометрически подобны. Такой же результат был получен в работе [Housen et al., 1983].

В диссертационную работу включены лишь некоторые примеры применения зет-модели, используемые в последующих главах. Описаны такие задачи как:

• образование кратера в идеально-пластической среде (раздел 1.1.3);

• образование кратера в поле тяжести (раздел 1.1.4);

• вытеснение грунта под кратером и образование структурного подъема - основания вала кратера (раздел 1.1.5)

• зет-модель движения грунта под воронкой с учетом дилатансии (раздел 1.1.6).

Построение более детальной картины кратерообразования в реальных средах требует применения методов физического и математического моделирования. Для изучения природного кратерообразования эксперименты на мишенях из реальных горных пород имеют ограниченную ценность из-за больших различий прочностных свойств лабораторных образцов и больших массивов реальных горных пород. Хотя лабораторные эксперименты с реальными и модельными грунтами сохраняют свое значение для понимания дробления горных пород при кратерообразовании, все большую роль в современных исследованиях играет численное моделирование ударных событий, которое позволяет изучать крупномасштабные ударные события, недоступные прямому физическому моделированию: столкновение астероидов, образование ударных кратеров диаметром в десятки, сотни и тысячи км.

Во второй части первой главы излагаются численные методы, использованные автором, и некоторые результаты расчетов. Для решения разностных уравнений гидродинамики в плоской или осесимметричной геометрии использовалась лагранжево-эйлерова программа (the Simplified Arbitrary Lagrangian Eulerian code - SALE), разработанная в Лос Аламосс [Amsden et al., 1980] Программа имеет блок адвекции, что дает возможность использовать как эйлерово представление расчетной области, так и смешанное лагранжево-эйлерово представление. Возможен, конечно, и чисто лагранжев расчет. Исходная программа была усовершенствована для описания движения нескольких веществ в эйлеровом представлении (возможно наличие двух различных веществ и вакуума в одной расчетной ячейке). Для сохранения информации о перемещении лагранжевых частиц в начальную расчетную сетку вводились частицы-маркеры, движение которых интегрировалось по интерполированньм значениям скорости. Для частиц-маркеров запоминались также интерполированные значения плотности, давления и внутренней энергии вещества.

Помимо задач о кратерообразовании в работе решаются также задачи о моделировании пролета космических тел через атмосферу. Для этого граничные условия на нижней границе вычислительной сетки обеспечивают приток газа с соответствующим свободным оттоком на верхней границе. Первоначально скорость притока равна входной скорости метеороида. Плотность втекающего газа увеличивается в соответствии с текущей вычисленной высотой над поверхностью планеты.

Использовались уравнения состояния горных пород в форме уравнений Тиллотсона [Tillotson, 1962] и табличные уравнения состояния.

¿o

=(3±1)líJ

Для описания прочностных свойств горных пород использовались модели прочности на сдвиг и отрыв.

Глава 2 посвящена законам подобия при ударном кратерообразовании. Этот вопрос имеет принципиальное значение при исследовании природных ударных событий, поскольку экспериментальные исследования возможны только в малом масштабе и при относительно низких скоростях удара. В работе последовательно рассмотрены законы подобия для стадии возбуждения и распространения ударных волн, роста переходной полости и стадии модификации ударного кратера, на которой формируется окончательная морфология кратера.

Идеология рассмотрения подобия для параметров ударной волны опирается на теорию короткого удара, сформулированного Я. Б. Зельдовичем в 1956 г. Эта задача в полной мере применима для сильных ударных волн, сжатие на фронте которых близко к предельному сжатию однократной ударной волной. Для практически важного диапазона давлений, сравнимых с величиной модуля объемного сжатия горных пород (40...80 ГПа), обобщены многочисленные опубликованные результаты численных расчетов высокоскоростного удара. Показано, что для широкого диапазона параметров удара затухание давления на фронте ударной волны под центром удара можно аппроксимировать в виде (Иванов, 1981):

л}

Р<=1.

где параметр эффективности L можно записать в виде

L = Df (р/8)" (v/cf . (5)

Здесь р- плотность вещества ударника, 8 - плотность вещества мишени, v - скорость удара, с0 - скорость звука в материале мишени, Dp диаметр ударника. Для типичных горных пород п = 1/3, т = 0.58. Формулы (4) и (5) позволяют делать практически важные оценки в случаях отсутствия прямых расчетов. Они применимы для событий любого масштаба.

Для обобщенного описания роста переходной полости в работе построено приближенное автомодельное решение, в котором предполагается, что на всех стадиях роста полости вплоть до полной остановки кратерообразующее течение можно описать зет-моделью (см. главу 1). На основе кинематики зет-модели, в модельном решении получены выражения для диссипации начальной кинетической энергии кратерообразующего течения в тепловую (за счет работы против сил прочности и трения) и потенциальную (за счет перемещения в поле тяжести). Исчерпание начального запаса энергии определяет остановку кратерообразующего течения в модельном решении. Данное модельное решение позволяет предложить форму законов подобия, единую для прочностных и гравитационных кратеров, параметры которых могут быть определены из экспериментальных данных. Например, зависимость для диаметра кратера в широком диапазоне масштаба события может быть записана в виде

D В

Cp-]fiDm + D) Г ()'

где все параметры ударника собраны в обобщенный параметр эффективности

CP -Dp (S/р)" vm , (7)

близкий по форме к соотношению (5), но не зависящий в первом приближении от сжимаемости вещества мишени, в - ускорение силы тяжести, диаметр определяет эффективную границу между прочностными и гравитационными кратерами, Во - экспериментально определяемый коэффициент. Значения показателей степени пит могут быть в первом приближении приняты такими же, как и в (5). При взрывах с одинаковым расположением заряда относительно свободной поверхности роль СР играет обычная величина (¡'3 (я - масса заряда ВВ). На рис. 3 показан пример зависимости вида (6) для радиуса врывных воронок в сравнении с экспериментальными данными.

МЯ1/3

I I llillj I I IJ11111 I 1 IlllJj 1 1 llllll| 1 1 llllllj 1 1 llllll

2 ■ О 1 Д 2

10.0 8 6 A ■%....... V7 3 "I

4 -

2 1.0 8 ; V vV N s

6 - -

4 I """I ........1111 1 1 1 mill i i mini i i ним

1 10 100 1000 1Е+4 1Е+5 1Е+6

R*G, см

Рис. 3. Зависимость приведенного радиуса воронок в сухом песке (1), влажном аллювии (2) и пластилине (3) по данным центробежного моделирования [Schmidt and Housen, 1987]. G - отношение ускорения силы тяжести к земному значению 9.8 м/с2.

Проведенные в работе численные расчеты позволили определить глубину переходной полости для различных моделей прочностных свойств вещества мишени.

Модификация переходной полости анализируется в заключительном разделе Главы 2. Вначале излагается феноменологическая модель увеличения диаметра переходной полости за счет ее обрушения в поле тяжести, а затем анализируется подход к объяснению механики этого процесса. Приводятся геологические свидетельства подъема дна кратера при коллапсе переходных полостей с размером, большим некоторой критической величины. Этот эффект представляет собой достаточно интересное геомеханическое явление, которое невозможно объяснить без предположения о временном уменьшении коэффициента трения в породах, окружающих формирующийся ударный кратер. В работе предложена модель колебания крупных блоков, являющаяся развитием предложенной ранее концепции «акустической флюидизации».

В модели колебания крупных блоков предполагается, что за счет относительного колебания блоков в зоне разрушения периодически происходит относительное проскальзывание блоков относительно друг друга при сдвиговой нагрузке, меньшей значения статической прочности, возникающей за счет трения. Предложенная аналитическая формулировка определяющих соотношений описывает блочную среду с внутренними колебаниями как нелинейный бингамов-ский материал, имеющий конечную прочность и текущий как жидкость с нелинейной вязкостью при превышении этого предела прочности. По мере затухания относительных колебаний такая блочная среда возвращается к нормальной статической модели прочности.

Рис. 4. Результаты использования модели блочной среды в численном моделировании стадии модификации крупных метеоритных кратеров. Линейные размеры указаны в единицах глубины Н, переходной полости перед обрушением; время - в единицах где £ - ускорения силы тяжести. При g = 9.8 м/с2 верхний рисунок соответствует диаметру кратера 40 км, нижний - 80 км.

Аналитическая модель течения больших блоков была использована в численных расчетах коллапса переходной полости. Параметры модели бьии подобраны из условия наилучшего воспроизведения строения хорошо изученного Пучеж-Катунксого кратера (подробно описанного в Главе 3). Предложен также закон подобия для использования модели для кратеров других размеров. Ис-

пользование данной модели в численных расчетах впервые позволило воспроизвести близкую к наблюдаемой картину строения крупных ударных кратеров с центральным поднятием (рис. 4).

В главе 3 рассмотрены конкретные примеры способов изучения двух земных метеоритных кратеров с использованием законов подобия и методов численного моделирования. Многообразие геологических условий, в которых происходит кратерообразование на Земле, и процессов, происходящих в земных геосферах под действием метеоритного удара, обуславливает необходимость индивидуального изучения каждого крупного ударного события. В данной работе приведены два примера такого изучения.

Ударная структура Чиксулуб (полуостров Юкатан, Мексика) диаметром около 200 км является наиболее молодым (65 млн. лет) ударным кратером такого размера на Земле. Помимо размера эта структура выделяется характерным строением мишени: фундамент кристаллических пород в данном месте перекрыт мощным (до 3 км) чехлом осадочных пород, в который входит значительное (до 15 %) количество ангидрида. По своему возрасту кратер Чиксулуб находится на границе мела и палеогена, что (наряду с другими свидетельствами) послужило основой гипотезы о том, что именно ударное событие привело к глобальной климатической катастрофе, следствием которой явилось массовое вымирание флоры и фауны в биосфере Земли. В составе коллектива исследователей автором был впервые проведен расчет массы серосодержащих газов, которые могли быть вброшены в атмосферу и стратосферу при образовании кратера Чиксулуб. Для этого по законам подобия был оценен размер ударника, необходимого для образования кратера такого размера при типичных скоростях удара, и проведены расчеты начальной фазы ударного события с высоким разрешением. Результаты расчетов показали, что за счет ударной дегазации осадков при разгрузке от ударных давлений порядка 100 ГПа (1 Мбар) в атмосферу и стратосферу могло выделиться от 2x10 до 1018 г серы [Ivanov et al., 1986]. Данные моделирования были впоследствие использованы в модели прозрачности атмосферы, которые показали возможность глобального похолодания длительностью в несколько лет («ударная зима») [Pope et al., 1997].

Пучеж-Катупкский ударный кратер диаметром около 40 км (по реконструированному гребню вала) расположен севернее г. Нижний Новгород. Интерес к этой структуре, нетипичной для Русской платформы, в последние 10 лет был связан с бурением Воротиловской скважины глубиной около 5 км, что позволило впервые изучить внутренне строение кратера. Мишень в месте расположения структуры представляет собой слой осадочных пород, горизонтально залегающий на кристаллических породах фундамента. Морфологически структура представляет собой кратер с центральным поднятием (получившим название Воротиловского выступа), которое представляет собой породы кристаллического фундамента, поднятые не менее чем на 2 км над первоначальным уровнем залегания. Структура перекрыта тонким слоем четвертичных пород и окружена мелкой зоной приповерхностных нарушений с внешним диаметром порядка 80 км.

В работе построена полная модель процесса формирования структуры в результате удара астероида диаметром порядка 2 км. Сравнение результатов моделирования с данными геологических и геофизических исследований полностью доказывает ударное происхождение структуры [Ivanov, 1994].

Моделирование Пучеж-Катункского ударного события включает:

• оценку кинетической энергии ударника при типичной скорости удара;

• расчет распространения ударной волны в слоистой мишени;

• оценку объема ударного расплава пород фундамента;

• расчет конфигурации зоны разрушения под кратером;

• моделирование стадии модификации как с традиционной моделью прочности в зоне разрушения, так и с использованием модели временного снижения трения за счет внутренних колебаний в зоне разрушения (см. главу 2).

Моделирование ударного события привело к постановке ряда новых задач в интерпретации геолого-геофизических данных. В частности, специальное изучение керна скважины выявило блочное строение Воротиловского выступа. Характерный размер блоков кристаллических пород здесь оценивается величинами порядка 100 м, что послужило отправной точкой для моделирования стадии модификации кратера. Использование законов подобия позволило оценить динамику растекания выбросов из кратера (см. главу 5), и подтвердить гипотезу об образовании зоны приповерхностного разрушения мишени (кольцевой террасы диаметром 80 км) за счет динамической эрозии в базалыюй зоне течения.

Совместный анализ результатов геолого-геофизического изучения Пучеж-Катункской структуры (включая Воротиловскую скважину) и данные численного моделирования показывает высокую степень достоверности интерпретации структуры как крупного метеоритного кратера.

В главе 4 приведены избранные результаты исследований ударных кратеров на Венере. Эти исследования были начаты автором в 1983 г. в составе Группы по геологической интерпретации радиолокационных изображений, полученных в ходе полета КА «Венера 15» и «Венера 16». Именно в ходе этой работы было впервые в мире доказано существование ударных кратеров на поверхности Венеры и изучены основные особенности процессов ударного кратерообразования на планете со столь мощной атмосферой [К'апоу е! а1., 1986].

Изображения венерианской поверхности, полученные радарами бокового обзора КА "Венера-15" и "Венера-16" имели разрешение от 1 до 2 км, включая покрытие больших областей стереоизображениями, которые позволили провести надежную идентификацию около 150 ударных кратеров и представить доказательства их ударного происхождения. Радарные изображения показали наличие кратеров с морфологией подобной ударным кратерам Луны, Меркурия, Марса и других планетных тел. Разрешение полученных изображений позволило надежно идентифицировать кратеры с диаметром около 10 км, а в некоторых случаях до 4-5 км. Самые большие идентифицированные кратеры имели диаметр от 100 до 140 км. Кратеры расположены поверх различных геологических образований, включая плоские равнины, горные области, вулканические плато, и складчатые равнины.

В целом по результатам фотогеологического дешифрирования изображений, построенных по данным с КА "Венера-15" и "Венера-16" были сделаны следующие выводы:

- обнаруженные на Венере круговые образования подобны кратерам на других планетах по морфологии (наличие валов, центральных горок и/или кольцевых горок в диапазонах диаметров, ожидаемых для силикатной планеты с данным ускорением силы тяжести);

- рассматриваемые круговые образования случайным образом наложены на различные типы местности и не имеют областей концентрации, характерных для вулканических и/или тектонических кольцевых структур;

- распределение рассматриваемых круговых образований по размерам отвечает типичному распределению ударных кратеров с поправкой на экранирующее влияние атмосферы Венеры;

- зависимость глубины рассматриваемых круговых образований от их диаметра соответствует ожидаемой при данной силе тяжести на поверхности.

Таким образом, по совокупности морфологических, морфометрических и статистических характеристик было доказано, что на Венере существуют ударные кратеры, и их наличие может быть использовано для оценки возраста поверхности Венеры. Спустя 10 лет эти выводы были полностью подтверждены результатами обработки данных КА "Магеллан", передавшего радиолокационные изображения поверхности Венеры с разрешением в 10 раз большим, чем у изображений "Венеры-15/16".

В ходе изучения радиолокационных снимков Венеры автором была предложена оригинальная методика оценки глубины кратеров методом смещенного изображения. Используя особенности алгоритма построения изображений поверхности по отраженным сигналам радиолокатора бокового обзора удалось, в предположении о круговой симметрии кратеров, оценить их глубину. Для диапазона диаметров кратеров 8 км <0 <64 км полученные данные можно аппроксимировать выражением

Ъ=0.2 й034*'-007

где йа глубина дна кратера относительно уровня окружающей местности, км, а £> - диаметр кратера по гребню вала, км. Позднее в ходе сотрудничества по проекту «Магеллан» эти данные были подтверждены и дополнены данными по кратерам диаметром до 280 км.

Вопреки гипотезам о том, что плотная атмосфера Венеры тормозит выбросы еще в пределах кратера, приводя к «самозасыпанию» кратера, оказалось, что кратеры Венеры имеют глубину, сравнимую с глубиной земных кратеров такого же размера. Для объяснения этого явления в работе было проанализировано явление высокоскоростного удара, начиная с момента входа ударника в атмосферу. Оказалось, что высокая плотность атмосферы приводит к передаче атмосферным газам огромного количества энергии ударника на стадии его прохождения через атмосферу. В итоге к моменту удара по поверхности атмосфера не остается в исходном невозмущенном состоянии - за счет энергии торможения ударника в атмосфере происходит взрыв с мощностью, достаточной для образования над поверхностью области горячего газа с пониженной плотностью (аналог «огненного шара» ядерного взрыва). Длительность существования этой области достаточна для разлета выбросов из кратера за пределы вала, что и объясняет «нормальную» глубину кратеров [1уапоу й а1., 1986, 1992].

Другим эффектом интенсивного торможения ударников в атмосфере Венеры является большая величина давления торможения на лобовой поверхности ударника. При средней скорости входа порядка 20 км/с это давление достигает у поверхности величин порядка 50 ГПа (500 кбар), что превышает предел прочности. Под действием давления торможения тело начинает деформироваться, увеличивая поперечное сечение (рис. 5). Численное моделирование процесса, про-

аз

веденное в работе, дало возможность модифицировать модель торможения, предложенную С. С. Григоряном в 1979 г., введя сухое трение в описание внутреннего течения в разрушающемся теле.

Тш 2.100 1; Н- 50.3 Ьгл

2 500 •: И- 44.7

150 т/я. -

-1 ООО -500 О 300 'ООО

Т- 3.300 в; Н- 33.7

1., /¡1Ш

1 щп 1^00 т/% .

-1000 -50О О 500 1000

Т- 4.100 »; И- 23.3 кт

^1500 т/1

Рис. 5. Последовательность разрушения каменного метеороида при пролете через атмосферу Венеры под углом 45°. На рисунках указано время от начала торможения в секундах и высота над поверхностью в км. Линейный масштаб указан в метрах. Показано поле скоростей внутреннего течения в теле относительно нижней точки. Течение в атмосфере не показано для упрощения рисунка. В правой части каждого рисунка показана конфигурация зон разрушения в данный момент времени. Черный цвет - меридиональные трещины первичного разрушения, серый тон - разрушение отрывом, штриховка .- разрушение сдвигом.

500 О

Моделирование разрушения при входе в атмосферу, проведенное в работе для случая Венеры, было применено также для анализа входа в атмосферу Юпитера фрагментов ядра кометы Шумейкера-Леви-9 и для прогноза условий крате-рообразования на спутнике Сатурна Титане, также обладающей плотной атмосферой. Случай Титана был изучен в рамках подготовки к исследованию Титана КА «Кассини».

Модель разрушения метеороидов в атмосфере Венеры позволила рассчитать дефицит малых кратеров на поверхности Венеры за счет экранирующего эффекта атмосферы (рис. 6). Хорошее соответствие расчетной и наблюдаемой функций распределения кратеров по размеру подтвердило правильность интерпретации кратеров Венеры как объектов ударной природы, а также позволило провести сравнение плотности кратеров на Венере с другими планетными телами. Это позволило дать оценку среднего возраста поверхности Венеры на основе имеющихся данных о соотношении числа кратеров на единицу поверхности с

геологическим возрастом поверхности на Земле и Луне. Оказалось, что поверхность Венеры довольно однородна по своему возрасту. Здесь отсутствует значительная дихотомия типов поверхности (более древние кратерированные равнины и более молодые поверхности), наблюдаемая на Луне и Марсе. Средний возраст поверхности Венеры оценивается в 5001150 млн. лет, что делает ее одно-возрастной с типичными земными кратонами - Северо-Американским и Европейским.

1Е-5

со о

1Е-7

1Е-В

1Е-9

1 \ С Венера/ "Магеллан' А - жесткое тело ♦ Деформируемое к

с о.а ч : _ 0.4 " ,, 0.6 - \Zenus -л. 1 - О О О 0 0 *'А \ Луна, 1 млр, ох' ч 1.7 \ лет

= / Г : 17 1.9 2.4 Ж \ з,5

- А 6.1 л

■ 11111И 11.5 1 111Ш1 * 22.5 !.5 4*4.5 1 Т ......

О, КМ

100

44.5

Рис. 6. Расчетное распределение кратеров Венеры по размеру в сравнении с данными, полученными по проекту "Магеллан". Кружки - кумулятивная форма наблюдаемого на Венере распределения кратеров по размерам в сравнении с распределением кратеров на лунной поверхности возрастом 1 млрд. лет. Треугольники - модельное распределение в предположении, что ударники томозят-ся в атмосфере Венеры как жесткие недеформированные тела. Ромбы - полная модель торможения, разрушения и деформирования метеороидов в атмосфере. Цифры у треугольников и ромбов - диаметр (в км) астероидов, образующих кратеры данного размера при падении под углом 45°.

Комплексное изучение ударных кратеров и процессов кратерообразования на Венере позволило включить эти данные в общую картину эволюции планет земного типа. Анализ закона распределения ударных кратеров по размерам был использован при сравнении распределений по размерам астероидов главного пояса и семейства ударников, образовавших кратеры на планетах земной группы (Глава 6 настоящей работы).

Глава 5 посвящена анализу растекания выбросов из ударных кратеров и методу оценки содержания летучих в коре Марса. Аномальная, по сравнению с ударными кратерами Луны и Меркурия, морфология покровов выбросов на

Марсе была впервые обнаружена на снимках высокого разрешения, переданных AMC "Викинг" (Carr et al., 1977). В плане эти выбросы имеют вид радиальных потоков, с явными следами течения по направлению от кратера. Такие выбросы получили название "флюидизированных". Поскольку на периферии потоков зачастую наблюдаются концевые утолщения (или валы), концентрические по отношению к кратеру, другое популярное название таких структур - "кратеры-крепости" (rampart craters).

Для анализа этого процесса в работе используется зет-модель, описывающая процессы экскавации и отложения выбросов. Законы подобия позволяют здесь сделать простые оценки формы и скорости движения материала выбросов в момент окончания их баллистического разлета. Если материал выбросов ведет себя как сыпучая среда с сухим трением (что имеет место на Луне и Меркурии), движение выбросов прекращается довольно быстро после их отложения, формируя зону сплошного покрова выбросов с внешним радиусом, составляющим примерно 2-2,5 радиуса кратера. В случае «флюидизированных» выбросов наблюдается растекание на 3-6 радиусов кратера.

В данной работе исследована гипотеза о том, что причиной «флюидизации» является наличие в верхних слоях коры Марса летучих (например, воды и льда), смесь которых с обломочным материалом имеет вязко-пластические свойства. Для количественной оценки этих свойств в работе построена механическая модель вязкопластичного растекания выбросов. Специальная программа численного моделирование растекания выбросов (на основе метода MAC с добавлением возможности использования произвольной реологии материала) была использована для расчета дальности растекания потоков при различных параметрах вязко-пластической модели, за основу которой принималась модель Бинга-ма. Удобство применения модели Бингама состоит в том, что с использованием этой модели неоднократно анализировалось движение массовых потоков различной природы на Земле (дальнопробежные лавины, лахары, грязевые и пи-рокластические потоки). Таким образом, оценка параметров модели Бингама для марсианских выбросов позволяет перейти к методу аналогий с известными земными процессами, что само по себе более надежно, чем использование каких-либо моделей.

В работе проведено параметрическое исследование влияния параметров модели Бингама на дальность растекания выбросов. На рис. 7 показаны линии равной дальности растекания в координатах сцепление-вязкость, полученные по вязко-пластической модели, в сравнении с опубликованными в литературе бин-гамовскими параметрами для земных массовых потоков различной природы.

Разница в положении изолиний дальности для кратеров диаметром 5 и 50 км (рис. 7) демонстрирует масштабный эффект повышения текучести с ростом объема выбросов при постоянстве их механических свойств. Эти результаты показывают, что марсианские выбросы со степенью растекания R^R, > 3 обладают значительно большей текучестью, чем земные дальнопробежные лавины, и при максимально наблюдаемом растекании RJR, = 5...6 бингамовские параметры марсианских выбросов приближаются к параметрам земных грязекаменных потоков. Этот результат подтверждает применимость гипотезы о текучести марсианских выбросов за счет экскавации богатых летучими пород.

V , и /с

2 2 т /р, м /с

Рис. 7. Оценка бингамовских параметров - вязкости (vB) и сцепления (в форме отношения прочности к плотности вещества Гв /р) - для земных сухих, влажных и водонасыщеных обломочных потоков. 1 - каменные лавины с аномально низким трением (McEwen and Malin, 1989; Trunk et al., 1986; Потапов, 1991); 2 - водонасыщеные обломочные потоки (Whipple and Dunne, 1992; Fink et al., 1981; Pierson, 1991); P - пирокластические потоки (Beget and Limke,1988, McEwen and Malin, 1989). Сплошные кривые - линии равного растекания RJRh равного 3, 4, и 6 для марсианских кратеров диаметром 5 км (сплошные кривые) и 50 км (пунктирные кривые).

Наиболее вероятно залегание богатых летучими пород в виде слоев, соседствующих с породами, обедненными летучими. В этом случае доля богатых летучими пород будет меняться в заданном районе Марса по мере увеличения размера кратера (т.е. с ростом глубины экскавации). В этом случае может быть использована модель выбросов как двухфазного течения смеси или суспензии каменного материала и грязи. Большее количество наблюдений, полученных в ходе текущих („Mars Global Surveyer") и готовящихся („Mars Express") полетов КА к Марсу позволит построить количественную модель залегания богатых летучими пород в приповерхностных слоях марсианской коры.

В заключение главы 5 разработанная для Марса модель растекания выбросов применяется к анализу Пучеж-Катункского кратера, образованного в условиях мелководного моря. Показано, что выбросы, отложенные первоначально сразу за валом кратера, даже при небольшом содержании воды могут продолжить свое движение в виде поверхностных радиальных потоков и обеспечить базальную эрозию и перенос материала на 2-4 км от места исходного залегания. Отсюда также следует, что радиальное растекание выбросов на Земле, подобное наблюдаемому на Марсе, возможно, является гораздо более типичным явлением, чем считалось ранее.

¿о

В главе 6 проводится сравнительное изучение распределения по размерам ударных кратеров и астероидов.

Последовательное применение законов подобия для ударного кратеро-образования позволяет оценить распределение по размерам популяции ударников, исходя из наблюдаемой популяции лунных ударных кратеров. Для этого в работе выведены соответствующие уравнения, определены необходимые входные условия и построено решение, дающееся численным решением разностного уравнения, являющегося аналогом «точного» интегрального уравнения.

Полученное распределение ударников по размеру имеет сложную форму с волнообразными отклонениями от простого степенного закона.

Использование модельного распределения ударников по размерам позволяет воспроизвести распределение по размерам ударных кратеров на планетах земной группы. При получении модельной популяции кратеров Венеры использовались расчеты экранирующего эффекта атмосферы, описанные в главе 4. Сравнение данных для Меркурия, Венеры, Земли, Луны и Марса показывает, что большинство кратеров на всех планетах земного типа образовано одной популяцией ударников, распределение которых по размеру мало изменилась за последние 4 млрд. лет.

В области диаметров астероидов-ударников с Ор более 1 км распределение по размерам кратерообразующих тел в пределах точности данных повторяет распределение по размерам астероидов главного пояса, (рис. 8). В пределах точности имеющихся данных вклад комет в образование наблюдаемых ударных кратеров представляется незначительным, если только распределение по размерам ядер комет не повторяет распределение по размерам астероидов. Астероиды, выброшенные из главного пояса на орбиты АСЗ, представляются основным источником кратерообразующих тел на планетах земного типа.

Подобие распределений по размерам АСЗ и астероидов главного пояса при £>р > 1 км весьма важно для поиска механизмов пополнения числа тел, находящихся на орбитах, пересекающих орбиты планет земной группы. Дело в том, что время жизни тел на таких орбитах не превышает 10-100 млн. лет, после чего они падают на Солнце, сталкиваются с планетами или выбрасываются за пределы центральной части Солнечной системы. Следовательно, популяция этих тел должна постоянно обновляться за счет астероидов главного пояса. В последнее время среди механизмов такой подпитки обсуждается (1) попадание в резонансные области фрагментов, образующихся при столкновении астероидов и (2) хаотическая миграция параметров орбит за счет гравитационного воздействия крупных планет. Первый механизм - "прямая" доставка фрагментов столкновений в резонансные области при изменении орбиты за счет скорости разлета, приобретенной фрагментом в ударном событии [гарра1а е1 а1., 1998], может зависеть от размера фрагмента. Общим правилом ударных процессов является зависимость скорости разлета от размера фрагмента: меньшие фрагменты в среднем имеют большую скорость разлета. Следовательно, меньшие фрагменты с большей вероятностью попадают в резонансные области. Ввиду этого при "прямой доставке" популяция АСЗ должна быть обогащена малыми телами и, следовательно, иметь более крутое распределение по размерам [ЯаЫпош^ е! а1., 1994].

Lj 1 2

- 3

A G-1 Ида V G-2

1E+8 1E+7 1E+6

1E+5 1E+4 1E+3 1E+2

1E-4 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1E+3 DP, км

Рис. 8. Распределение по размерам астероидов главного пояса в сравнении с распределением АСЗ, оцениваемого по распределению ударных кратеров. 1 -наблюдаемые астероиды [Davis et al., 1989],; 2 наблюдаемые АСЗ [Rabinowitz et al., 1994]; 3 - новейшие наблюдения главного пояса [Jedicke and Metcalfe, 1998]; 4 - оценка распределения АСЗ по ударным кратерам (данная работа); 5 и 6 -кривая 4, сдвинутая вверх для аппроксимации наблюдательных данных для внутреннего пояса астероидов (5) и главного пояса астероидов в целом; В -оценки по спутниковым наблюдениям крупных болидов в земной атмосфере [Nemtchinov et al., 1997]; G1 и G2 - оценки для главного пояса по кратерам на поверхности астероида Гаспра [Chapman et al., 1996] в предположении прочностного (G1) и гравитационного (G2) режима образования кратеров. Оценки для астероида Ида сделаны в предположении гравитационного образования кратеров.

Второй механизм - хаотическая миграция тел - обуславливается возмущениями со стороны больших планет и не зависит от размера астероидов и их фрагментов.

Подобие распределений по размерам АСЗ и астероидов главного пояса указывает на хаотическую миграцию тел в главном поясе как на главный механизм

rmb/rnea~240

rib/rnea~33

попадания астероидов и их обломков на орбиты, пересекающие орбиту Марса и/или в резонансные фазовые области, где они достаточно быстро переводятся на орбиты АСЗ. Возможно, эти механизмы действуют вместе и «прямая доставка» ответственна за расхождение распределений для АСЗ и модельного распределения для главного пояса, показанное на рис. 8. Во всяком случае, гипотеза о превалировании хаотической миграции представляется справедливой для тел размером более 1 км.

Из гипотезы о превалировании хаотической миграции следует, что плотность потока кратерообразующих АСЗ с диаметром более 1 км должна быть пропорциональна числу тел соответствующих размеров в главном поясе. Модель столкновительной эволюции главного пояса приводит к примерно трехкратному уменьшению количества тел за 3.5 млрд. лет. Следовательно, скорость . кратерообразования на планетах земной группы должна была измениться не более чем в три раза за это же время. Этот вывод примерно соответствует заключению, давно сделанному планетологами - за последние 3 млрд. лет скорость кратерообразования была постоянна с точностью до множителя 2.

Естественным объяснением волнообразного отклонения закона распределения астероидов по размерам согласно недавним новым данным является переход от прочностного к гравитационному режиму катастрофических столкновений в ходе ударной эволюции пояса астероидов. Универсальность этого механизма (в основе которого лежит закон всемирного тяготения) дает естественное объяснение постоянства формы кривых, отражающих распределение по размерам ударных кратеров и астероидов, их образовавших.

Таким образом, общая картина кратерообразования на планетах Солнечной системы начинает выглядеть более однородной и самосогласованной. Вопросы о роли комет в образовании ударных кратеров и о возможном различии распределения по размерам малых (йр < 1 км) АСЗ и астероидов главного пояса требуют дополнительного изучения.

Заключение.

Основные результаты работы могут быть изложены в следующем кратком виде:

1. Предложена схематизация движения среды при ударном кратерообразова-нии (зет-модель), создающая удобный аналитический аппарат для анализа экспериментальных данных.

2. Построена система законов подобия главных параметров ударного процесса для широкого диапазона масштабов явления.

3. Предложена и апробирована модель динамического снижения сухого трения в породах, окружающих растущий кратер, за счет относительного колебания блоков пород, составляющих зону разрушения. С использованием данной модели путем численного моделирования впервые воспроизведены закономерности усложнения морфологии ударных кратеров по мере роста их размера на данной планете.

4. Проведено численное решение ряда конкретных задач. В частности, построена модель начальной стадии ударного образования кратера Чиксулуб, и впервые получены оценки массы серы, выделяемой в атмосферу за счет ударной дегазации ангидрида, входящего в состав осадочного чехла в районе образования этой структуры. Построена модель образования Пучеж-

Катункского метеоритного кратера; на ее основе проведен анализ геолого-геофизических данных, полученных при бурении Воротиловской сверхглубокой скважины; доказана ударная природа Пучеж-Катункского кратера.

5. Выявлено блочное строение массива Воротиловского выступа, представляющего собой центральное поднятие Пучеж-Катункского кратера. Показано, что при значительной амплитуде перемещения пород центрального поднятия (порядка 4-8 км по вертикали), деформирование массива происходит в виде системы блоков со средним размером порядка 100 м.

6. Результаты, полученные при изучении кратеров Земли и Луны, использованы для обнаружения, распознавания и анализа строения ударных кратеров Венеры. Выявлены главные особенности процесса кратерообразования на Венере. Впервые измерены глубины венерианских ударных кратеров. Показано, что вопреки предсказаниям, ударные кратеры Венеры имеют глубину, близкую к глубине кратеров Земли: плотная атмосфера не приводит к «самозасыпанию» кратеров выбросами, заторможенными в плотной атмосфере. Показано, что данное явление обусловлено большими размерами и достаточно длительным временем существования области горячего малоплотного газа (аналога «огненного шара») над образующимся кратером. Эта область возникает за счет энергии, переданной в атмосферу при подлете ударника к поверхности планеты. Построенная модель разрушения астероидов количественно воспроизводит наблюдаемое влияние экранирующего влияния атмосферы Венеры на распределение по размерам ударных кратеров.

7. Проанализирована гипотеза о природе "кратеров-крепостей", обнаруженных на Марсе. Построена модель формирования разлета выбросов и их последующего радиального растекания после падения на поверхность. Получены оценки свойств текучего материала. Путем сравнения по этим параметрам с земными потоками различной природы (лавины, грязе-каменные и пирокла-стические потоки) показана приемлемость гипотезы о том, что текучесть марсианских выбросов обусловлена наличием летучих (в основном, воды и льда) в приповерхностных слоях коры Марса. Это позволяет предложить новые методы оценки содержания летучих на Марсе.

8. По наблюдаемому на Луне распределению ударных кратеров по размерам с использованием предложенных в работе законов подобия построено распределение по размерам ударников, т.е. малых тел, образовавших эти кратеры. С использованием тех же законов подобия построены модельные распределения по размерам ударных кратеров на Меркурии, Венере, Земле и Марсе. Близкое соответствие результатов модельного пересчета и реально наблюдаемых популяций кратеров на планетах земного типа свидетельствует о том, что в последние ~ 4 млрд. лет планеты бомбардировались одним и тем же семейством ударников, распределенных по размерам с характерным волнообразным отклонением от простого степенного закона.

9. Проведено сравнение распределения по размерам тел, образовавших кратеры на планетах земной группы и астероидов главного пояса. Показано, что в пределах точности имеющихся данных эти распределения совпадают. Это свидетельствует о том, что механизм пополнения популяции тел на орбитах, пересекающих орбиты планет, действует независимо от размера астероидов и их фрагментов, возникающих в ходе столкновителыюй эволюции. Следовательно, открытые в последнее время эффекты хаотической миграции тел главного пояса на орбиты, пересекающие орбиту Марса, по-видимому пре-

вапируют над механизмами «прямой доставки» фрагментов столкновений в фазовые области действия резонансов.

В общей форме результаты исследований по теме диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

В работе предложен новый подход к проблеме сравнительного изучения ударных кратеров и процессов их образования на планетных телах земного типа. В результате проведенных исследований разработан системный подход к изучению ударных событий и предложен набор законов подобия, позволяющих сравнивать ударные события различного масштаба на различных планетах. Разработанный подход включает методы экспериментального, геолого-геофизического и теоретического изучения ударных кратеров и процессов их образования. Изучение кратерообразования на различных планетах земного типа позволило получить новые данные об особенностях эволюции планет, их спутников и астероидов. Это - новое направление в исследовании природных динамических процессов на твердых планетных телах Солнечной системы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Книги и главы в книгах:

1. Ударные кратеры на Луне и планетах (1983). Базилевский А. Т., Иванов

Б. А., Флоренский К. П. и др., М.: Наука,. 200 с.

2. Иванов Б.А. (1989) Ударные кратеры. Раздел Ш.6 в книге "Венера" (под ред.

В.Л.Барсукова и В.П.Волкова). Москва, "Наука".

3. Neukum G., and B.A.Ivanov (1994) Crater size distribution and impact probabilities on Earth from lunar, terrestrial-planet , and asteroid cratering data. In: Hazards due to Comets and Asteroids, (T. Gehrels, Ed.) Univ. Arizona Press pp.359-416.

4. McKinnon, W. В., Zahnle, K. J., Ivanov, В., A., and Melosh H. J. (1997) Cratering

on Venus: Models and observations. In Venus II (S. W. Bougher, D. M. Hunten, and R. J. Phillips, eds.), Univ. Arizona Press, Tucson, Arizona, pp.969-1014.

5. M.V. Gerasimov. B.A. Ivanov, O.I. Yakovlev , and Yu.P. Dikov (1998) Physics

and chemistry of impacts In: Laboratory Astrophysics and Space Research, (P. Ehrenfreund. C. Krafft, H. Kochan, and V. Pirronello, eds.) Kluwer Academic Publishers:, Astrophysics and Space Science Library (ASSL), pp. 279-340.

Статьи в рецензируемых периодических изданиях

6. Иванов Б.А. (1977) О механическом эффекте взрыва вблизи поверхности

грунта. Физика горения и взрыва, № 1, 110-113.

7. Базилевский А.Т., Иванов Б.А. (1977) Обзор достижений механики кратеро-

образования. В сб. Механика образования воронок при ударе и взрыве. М.: Мир. с. 172-227.

8. Дабижа А.И., Иванов Б.А. (1978) Геофизическая модель строения метеорит-

ных кратеров и некоторые вопросы механики кратерообразования, Метеоритика, вып. 37, 160-167.

9. Иванов Б.А. (1979) Простая модель кратерообразования. Метеоритика № 38,

М., "Наука", 68-85.

10. Иванов Б.А. (1979) Некоторые вопросы механики образования ударных и взрывных кратеров, в сб.: Метеоритные структуры на поверхности Земли, М.: Наука, с. 31-45.

11. Иванов Б.А. (1981) Механика кратерообразования. В сб.: Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Механика деформируемого твердого тела, т. 14, с. 60-128, см., также, перевод на английский: NASA Tech. Memorandum 88477/N87-15662, 1986.

12. Иванов Б.А. (1981) Успехи механики кратерообразования, в сб.: Удар, взрыв, разрушение, М.: Мир, с. 204-238.

13. Иванов Б.А., Базилевский А.Т., Сазонова JIB. (1982) Об образовании центрального поднятия в метеоритных кратерах, Метеоритика 40, 67-81. Пер. на англ. Technical Translation NASA ТМ-88427, 1986.

14. Иванов Б.А., Базилевский А.Т. (1985) Метеоритные кратеры, Природа №10,

23-35.

15. Иванов Б.А. (1994) Геологическое и геохимическое воздействие метеорит-

ных ударов: кратер Чиксулуб. В сб.: Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений. Наука, Москва, 1994, 150-156.

16. Иванов Б. А. (1996) Растекание выбросов из ударных кратеров и возможность оценки содержания летучих в коре Марса. Астрономический Вестник, т. 30(1), 43-58.

17. Ivanov В.А. (1976). The effect of gravity on crater formation: thickness of ejecta and concentric basins, in Proc. Lunar Sci. Conf 7th, pp. 2947-2965.

18. A.T.Basilevsky, L.B.Ronca and B.A.Ivanov (1980). On the rate of ancient mete-oroidal flux: studies of the pre-mare crater population on the Moon, The Moon and the Planets, 23, 3565-371.

19. L.B.Ronca, A.T. Basilevsky, V.P.Kiyuchkov and B.A.Ivanov (1981). Lunar craters evolution and meteoroidal flux in pre-mare and post-mare times, The Moon and the Planets, 245,209-229.

20. Ivanov B.A., Basilevsky A.T., Kryuchkov V.P., and Chernaya I.M. (1986) Impact craters on Venus: Analysis of Venera 15 and 16 data, Proc 16th Lunar Planet Sci. Conf., J. Geophys. Res. 91, B4, D413- D430.

21. Basilevsky A.T., Ivanov B.A., Burba G.A., Chernaya I.M., Kryuchkov V.P., Nikolaeva O.V., Campbell D.B., and Ronca L.B. (1987) Impact craters on Venus: A continuation of the analysis of data from the Venera 15 and 16 spacecraft, J. Geophys. Res. 92,12,869-12,901.

22. Ivanov B.A., and Basilevsky A.T. (1987) A comparison of crater retention ages on the Earth and Venus, Solar System Research 21, 84-89.

23. Basilevsky A.T., and Ivanov B.A. (1990) Cleopatra crater on Venus: Venera 15/16 data and impact/volcanic origin controversy, Geophys. Res. Lett. 17, No. 2, 175-178.

24. Ivanov B.A. (1990) Venusian impact craters on Magellan images: View from Venera 15/16, Earth, Moon and Planets 50/51, 159-173.

25. Ivanov B.A. (1991) Impact cratering processes, Advances in Space Research (Proc. XXVIII COSPAR Meeting, The Hague, 1990), V.ll, No.6, pp. (6)67-(6)75.

26. Ivanov B.A., I.V.Nemchinov, V.A.Svetsov, A.A.Provalov, V.M.Khazins, and RJ.Phillips (1992) Impact cratering on Venus: Physical and mechanical models, J. Geophys. Res., V. 97, N ЕЮ, 16,167-16,181.

27. Ivanov B.A. (1994) Geomechanical models of impact cratering: Puchezh-Katunki structure. In: Large Meteorite Impacts and Planetary Evolution (B.O.Dressler, R.A.F.Grieve, and V.L.Sharpton, eds.), Geol. Amer. Spec. Pap. 293, pp. 81-91.

28. GRYAZNOV, V. K.; IVANOV, B. A.; IVLEV, А. В.; KLUMOV, B. A.; UTYUZHNIKOV, S. V.; FORTOV, V. E. (1994) Collision of the comet Shoemaker-Levy 9 with Jupiter: Interpretation of observed data. Earth, Moon, and Planets, vol. 66, no. 1, p. 99-128.

29. B.A.Ivanov, D.D.Badukov, O.I. Yakovlev, M.V. Gerasimov, Yu.P. Dikov, K.O.Pope, and A.C. Ocampo (1996). Degassing of sedimentary rocks due to Chicxulub impact:hydrocode and physical simulations. Geol. Soc. Spec. Pap. 307, 125-139.

30. B.A. Ivanov, D. DeNiem, and G.Neukum (1997) Implementation of dynamic strength models into 2D hydrocodes: applications for atmospheric breakup and impact cratering. International Journal of Impact Engineering, v. 20, p. 411-430.

31. B.A.Ivanov, A.T.Basilevsky, and G. Neukum (1997) Atmospheric entry of large meteoroids: Implication to Titan. Planet. Space Sci., 45(8): 993-1007.

32. Pope K., Baines, K., Ocampo, A., and Ivanov B. A. (1997) Energy, volatile production, and climatic effects of the Chixulub - Cretaceous/Tertiary impact. Journal of Geophysical Research, 102(9): 21645-21664.

33. B. A. Ivanov (1998) Large impact crater formation: Thermal softening and acoustic fluidization. Meteoritics and Planetary Science, 33(SuppI.): A76.

34. Melosh H. J., and B. A. Ivanov (1999) Impact crater collapse. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 27:385-415.

35. B. A. Ivanov, and A. Deutsch (1999) Sudbury impact event: Cratering mechanics and thermal history. Spec. Pap. Geol. Soc. Amer. 307, in press.

Расширенные тезисы докладов на главных международных конференциях:

36. Ivanov В.А., and Comissarova L.I. (1977) The simple hydrodynamic model of cratering, Lunar Science VIII, p. 499-501.

37. Basilevsky A.T., Granovsky L.B., and Ivanov B.A. (1978) Grain size distribution and relative length of fragments in allogene breccias of meteoritic craters, LPSC IX, 47-49.

38. Ivanov B.A., Basilevsky A.T., (1979) On the problem of central mounds/peaks formation in impact craters, LPSC X, p. 607-609.

39. Basilevsky A.T., Ronca L.B., and Ivanov B.A., (1980) On the rate of ancient me-teoroidal flux: Studies of pre-mare population on the moon, LPSC XI, 55-57.

40. Ivanov B.A.. Korotkov P.F., Sudakov D.A. (1981) Temperature and density in a cloud of material vaporized by meteorite impact, LPSC XII, p. 497-499.

41. Ronca L.B., Basilevsky A.T., Kryuchkov V.P., and B.A.Ivanov (1981) Equilibrium conditions in a terra and a mare region, LPSC XII, 903-905.

42. Basilevsky A.T., and Ivanov B.A. (1982) Impact cratering on stony and icy bodies: Different mechanisms of central peak formation?, LPSC XIII, 27-28.

43. Ivanov B.A. (1983) The model of watering in the ideal-plastic media, LPSC XIV, 343-344.

44. Ivanov B.A., and Basilevsky A.T. (1983) On the fragment-size distribution of ejecta of impact craters, LPSC XIV, 345-346.

45. Feldman V.I., Sazonova L.V., Mironov Yu.I., Kapustkina I.G., and Ivanov B.A. (1983) Circular structure Logancha as possible meteorite crater in basalts of the Tunguska syneclise, LPSC XIV, 191-192.

46. Ivanov B.A. (1988) Effect of modification of impact craters on the size-frequency distribution and scaling law, LPSC XIX. 531-532.

47. Ivanov B.A. (1988) On the breakup diameter of meteoroids in the Venusian atmosphere, LPSC XIX, 533-534.

48. Ivanov B.A. (1988) Simple hydrodynamic model of atmospheric breakup of hy-pervelocity projectiles, LPSC XIX, 535-536.

49. Ivanov B.A. (1989) Z-model with shear bulking and gravity anomalies above impact craters, LPSC XX, 446-447.

50. Ivanov B.A. (1991) Hydrodynamic model of central mound formation at meteorite craters, LPSC XXII, 617-618.

51. Ivanov B.A. (1991) Mechanical consequences of impact formed crater Stickney on Phobos, LPSC XXII, 619-620.

52. Ivanov B.A., Nemchinov I.V., V.A.Provalov, V.V.Svetsov, and V.M.Khasins (1991) Impact cratering on Venus: Physical and mechanical models, LPSC XXII, 621-622.

53. Petaev M.I., Kisarev Yu.L., Mustafin Sh.A., Shakurov R.K., Pavlov A.V., and Ivanov B.A. (1991) Meteorite Sterlitamak - A new craterforming fall, LPSC XXII, 1059-1060.

54. Potapov A.V., and Ivanov B.A. (1991) Landslide motion: Numerical simulation for Earth and Mars, LPSC XXII, 1087-1088.

55. Ivanov B.A. and Petaev M.I. (1992) Mass and velocity of the meteorite formed the Sterlitamakn crater in 1990, LPSC XXIII, 573-574.

56. Ivanov B.A., A.A.Provalov, and V.A.Rybakov (1992) The possible radiative heat damage of the Venusian surface, LPSC XXIII, 575-576.

57. Provalov A.A., and B.A.Ivanov (1992) Near surface soil-gas flow due to impact on Venus, LPSC XXIII, 1115-1116.

58. Pevzner L.A., Kirjakov A.F., Vorontsov A.K., Masaitis V.L., Mashchak V.S., and Ivanov B.A. (1992) Vorotilovskaya drillhole: First deep drilling in the central uplift of large terrestrial impact crater. LPSC XXIII, 1992, 1063-1064

59. Ivanov B.A.,and P.G.Ford (1993) The depth of the largest impact craters on Venus. LPSC XXIV, 689-690.

60. Pope K.O., A.C.Ocampo, K.H.Bains, and B.A.Ivanov (1993) Global blackout following the K/T Chicxulub impact: Results of impact and atmospheric modelling. LPSC XXIV, 1165-1166.

61. Provalov A.A., and Ivanov B.A. (1993) Impact disturbance of the Venus atmosphere. LPSC XXIV, 1187-1188.

62. Ivanov B.A., and Melosh H.J. (1994) Dynamic fragmentation of a comet in the Jovian Atmosphere. LPSC XXV, 597-598.

63. Ivanov B.A., B.C.Murray, and A.Yen (1994) Dynamical model of fluidized ejecta blankets on Mars. LPSC XXV.

64. Ivanov B.A., G.G.Kocharian, and V.N..Kostuchenko (1995) Geomechanical models of impact crater formation. European Geophysical Society, XX General As-

sembly, Hamburg, 3-7 April 1995 Abstracts, Annales Geophysicae, Suppl. Ill to Volume 13, p. C739.

64. G.Neukum, K.Junghans, and B.A.Ivanov (1995) Model recalculation of the lunar stndars crater curve to Mars and other planets.European Geophysical Society, XX General Assembly, Hamburg, 3-7 April 1995 Abstracts,Annales Geophysicae, Suppl. Ill to Volume 13, p. C749.

66. B.A.Ivanov, and G.Neukum (1995) Application of the standard crater-size distribution to Mars and the Earth: Questions and answeres. European Geophysical Society, XX General Assembly, Hamburg, 3-7 April 1995 Abstracts, Annales Geophysicae, Suppl. Ill to Volume 13, p. C760.

67. IVANOV, B. A.; KOCHARYAN, G. G.; KOSTUCHENKO, V. N.; KIRJAKOV, A. F.; PEVZNER, L. A. (1995) Puchezh-Katunki Impact Crater: Preliminary Data on Recovered Core Block Structure. Meteoritics, vol. 30, no. 5, page 524.

68. B.A.Ivanov, G.G.Kocharyan, V.N.Kostuchenko, A.F.Kirjakov, and L.A.Pevzner (1996) PUCHEZH-KATUNKI IMPACT CRATER: PRELIMINARY DATA ON RECOVERED CORE BLOCK STRUCTURE; LPSC XXVII, 589-590.

69. B.A.Ivanov and A.V.Pogoretzky (1996) Bingham parameters for fluidized ejecta spreading on Mars and Martian volatiles, LPSC XXVII, 587-588.

70. BAINES, K. H.; POPE, K. O.; OCAMPO, A. C.; IVANOV, B. A. (1996) Long-term Environmental Effects of the Chicxulub Impact. Lunar and Planetary Science, volume 27, page 55.

71. NEUKUM. G.; IVANOV, B. A. (1996) The Size-Frequency Distribution of Impact Craters in the Inner Solar System and Implications for Past and Recent Cra-tering Rates in the Earth-Moon System Meteoritics & Planetary Science, vol. 31, page A97

72. B.A.Ivanov, G.G.Kocharyan, V.N.Kostuchenko, and D. DeNiem (1996) MECHANICAL PROPERTIES OF PLANETARY SURFACES: IMPLICATIONS FROM IMPACT CRATER MORPHOLOGY, EGS-1996, The Hague, Netherland.

73. B.A.Ivanov, A.V.Pogoretzky, and R.Pischel (1996) INVENTORY OF VOLATILES ON MARS: EVIDENCES FROM FLUIDIZED EJECTA BLANKETS AROUND IMPACT CRATERS, EGS-1996, The Hague, Netherland

74. B.A.Ivanov, K.Junghans and G.Neukum (1996) DISCREPANCY OF LUNAR AND TERRESTRIAL RECENT CRATERING RATES: POSSIBLE RECONCILIATION, EGS-1996, The Hague, Netherland

75. Ivanov B. A., Pogoretzky A. V., and Murray B. (1997) Fluidized Ejecta Blankets on Mars: Estimate of Material Properties. Lunar and Planetary Science Conference 28th. 637-638

76. B. A. Ivanov , and V. N. Kostuchenko (1997) Block oscillation model for impact crater collapse Lunar and Planetary Science Conference 28th, #1655.

77. B.A.Ivanov, G. Neukum, and D. DeNiem (1998) Cometary impact rates on Jovian satellites: questions. Lunar and Planetary Science Conference 28th, #1769.

78. Ivanov B. A., and Kostuchenko V. N. (1998) Impact crater formation: Dry friction and Fluidization Influence on the Scaling and Modification. Lunar Planetrary Science Conference 29th, abstract #1654.

79. Kenkmann, T. and Ivanov, B. A. (1999) Low-Angle Faulting in the Basement of Complex Impact Craters: Numerical Modelling and Field Observations in the Rochechouart Structure, France, Lunar and Planetary Science Conference 30, CD_ROM edition, # 1544.

80. Ivanov, B. A. (1999) Transient Crater Modification Due to Gravity Slumping. Lunar and Planetary Science Conference, 30, CD-ROM edition, #1574.

81. Ivanov, B. A. , Neukum, G. and Wagner, R. (1999) Impact Craters, NEA, and Main Belt Asteroids: Size-Frequency Distribution. Lunar and Planetary Science Conference, 30, CD-ROM edition, abstract #1583.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Иванов, Борис Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕХАНИКА ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНОК И КРАТЕРОВ.

1.1. ЗЕТ-МОДЕЛЬ для ВЗРЫВОВ ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ. 1.1. История создания.

1.1.2. Основные представления и экспериментальные данные.

1.1.3. Рост кратера в идеально-пластической среде.

1.1.4. Рост кратера в поле силы тяжести.

1.1.5. Вытеснение грунта под кратером и образование структурного подъема.

1.1.6. Движение грунта с учетом дилатансии в зет-.модели.

12. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ УДАРНОГО КРАТЕРООБРАЗОВАНИЯ.

1.2.1. Численный метод.

1.2.2. Расчет образования крупных кратеров.

2. ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ПРИ ОБРАЗОВАВШИ КРАТЕРОВ УДАРОМ.

2.1. ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ УДАРЕ.

2.2. ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ДЛЯ СТАДИИ РОСТА ПЕРЕХОДНОЙ ПОЛОСТИ.

2.3. ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ПРИ МОДИФИКАЦИИ ПЕРЕХОДНОЙ ПОЛОСТИ.

2.3.1. Морфология иморфометрия сложных ударных кратеров.

2.3.2. Механика модификации переходной полости.

3. ЗЕМНЫЕ МЕТЕОРИТНЫЕ КРАТЕРЫ.

3.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ.

3.2. КАТАСТРОФА НА ГРАНИЦЕ МЕЛА И ПАЛЕОГЕНА: КРАТЕР ЧИКСУЛУБ.

3.3. ПУЧЕЖ-КАТУНКСКИЙ УДАРНЫЙ КРАТЕР - ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ СВЕРХГЛУБОКОГО

БУРЕНИЯ.

3.3.1. Общая характеристика структуры.

3.3.2. Оценка энергии удара.

3.3.3. Численное моделирование образования ударного кратера.

3.3.4. Блочное строение центрального поднятш.

4. УДАРНЫЕ КРАТЕРЫ ВЕНЕРЫ.

4.1. ОТКРЫТИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ.

4.2. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА КРАТЕРНУЮ ПОПУЛЯЦИЮ.

4.2.1. Численная модель разрушения метеороида в атмосфере.

4.2.2. Упрощенные модели.

4.2.3. Распределение по размерам ударных кратеров на Венере.

4.3. ОЦЕНКА ВОЗРАСТА УДЕРЖАНИЯ КРАТЕРОВ НА ВЕНЕРЕ.

4.4. ГЛУБИНА УДАРНЫХ КРАТЕРОВ ВЕНЕРЫ.

4.4.1. Определение глубин методом смещенного изображения (КА «Венера 15/16»).

4.4.2. Глубина кратеров по данным радиоальтиметрии.

4.4.3. Анализ данных.

5. РАСТЕКАНИЕ ВЫБРОСОВ ИЗ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ И ВОЗМОЖНОСТЬ ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЯ ЛЕТУЧИХ В КОРЕ МАРСА.

5.1. ФЛЮИДИЗИРОВАНЫЕ ВЫБРОСЫ ИЗ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ.

5.2. ЗЕТ-МОДЕЛЬ И ПРОЦЕСС ОТЛОЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ.

5.3. МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЯЗКОПЛАСТИЧНОГО РАСТЕКАНИЯ ВЫБРОСОВ.

5.4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСТЕКАНИЯ ВЫБРОСОВ.

6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО РАЗМЕРАМ УДАРНЫХ КРАТЕРОВ И АСТЕРОИДОВ.

6.1. КРАТЕРЫ ЛУНЫ.

6.2. ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УДАРНИКОВ ПО РАЗМЕРАМ.

6.3. КРАТЕРЫ ДРУГИХ ПЛАНЕТНЫХ ТЕЛ.

6.4. ОКОЛОЗЕМНЫЕ АСТЕРОИДЫ.

6.5. АСТЕРОИДЫ ГЛАВНОГО ПОЯСА.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Механизмы образования ударных кратеров на Земле и планетах"

в последние десятилетия (во многом в результате обширных космических исследований) была переосмыслена роль ударных процессов в эволюции Земли, Луны и других планетных тел земного типа. Стало ясно, что высокоскоростные удары -это не экзотические единичные события, а важный фактор формирования и преобразования поверхности планет и их спутников.

Наиболее известна важная роль ударного кратерообразования на Луне, где основные эндогенные процессы (дифференциация, активная тектоника, крупномасштабный вулканизм и т.п.) закончились более 3 млрд. лет назад, и все последующие преобразования ее поверхности определялись в основном высокоскоростными ударами астероидов и комет. Земля все это время подвергалась примерно такой же, как и Луна, космической бомбардировке, однако высокая эндогенная активность Земли лишила высокоскоростные удары определяющей роли. Тем не менее, следы ударных событий на Земле найдены и интенсивно изучаются.

Можно выделить несколько аспектов проблемы изучения высокоскоростных ударов и их последствий в зависимости от времени, места и масштаба события.

Этап образования Солнечной системы и планетных тел. На стадии аккреции и аккумуляции планетных тел обмен массой и энергией в основном осуществлялся путем ударов с различной скоростью. Для крупных планет нарастание массы неизбежно сопровождалось ударным преобразованием вещества: дроблением, плавлением и испарением. Последние два процесса имеют селективный характер и приводят к механическому и геохимическому разделению вещества в пространстве.

Весьма важным с точки зрения космогонии является вопрос о соотношении между массой падающего тела и массой выбросов, покидающих сферу тяготения планетного тела-мишени. Это соотношение определяет, будет ли данное тело увеличивать или уменьшать свою массу в результате метеоритной бомбардировки. Такие крупные тела, как Земля, способны увеличивать свою массу при метеоритной бомбардировке даже в случае отсутствия атмосферы. Меньшие тела (например. Луна) при падении скоростных метеоритов будут терять больше массы, чем получать в виде падающих тел. Для таких тел баланс масс зависит в большой степени от спектра скоростей падающих тел. Для еще меньших тел наличие атмосферы (хотя бы временной) возможно окажется главным механизмом удержания вещества при росте за счет падений на поверхность других тел.

Этап интенсивной бомбардировки. Образование планет в ходе аккумуляции значительно уменьшило количество тел, вращающихся вокруг Солнца по пересекающимся орбитам. Это привело к естественному уменьшению частоты ударных событий, остававшейся, однако, в десятки и сотни раз большей, чем в настоящее время. Как показали исследования Луны, Меркурия и Марса, образовавшаяся первичная кора этих тел подвергалась интенсивной метеоритной бомбардировке, интенсивность которой уменьшалась примерно экспоненциально. Около 3,3-3,5 млрд. лет назад интенсивность ударных событий снизилась примерно до современного уровня, который остается постоянным с точностью до фактора 2. Вопросы темпа метеоритной бомбардировки и распределения по размерам падающих тел рассматриваются в главе 6 настоящей работы.

Единичные катастрофические удары. На последних стадиях образования планет, по современным динамическим сценариям, весьма вероятны несколько катастрофических столкновений крупных тел (например, с размерами Марса и Земли). Продуктов разрушения (обломков, пара и расплава), выбрасываемых на орбиту вокруг тела-мишени, могло оказаться достаточно, например, для последующего формирования одного или нескольких спутников. Ударная гипотеза образования Луны активно разрабатывается. Конечно, остаются еще вопросы, связанные с проблемой углового момента Луны и т. п. (см. Е. Л. Рускол, 1975).

Темп образования кратеров. В настоящее время принято считать, что темп образования кратеров на Земле и Луне в последние 3 млрд. лет остается примерно постоянным. Существующие данные не могут исключить возможности периодического (или случайного) усиления и ослабления потока кратерообразующих метеороидов -ядер комет и обломков астероидов - примерно в 2 раза относительно среднего уровня. Это означает, что поток метеороидов на орбитах, пересекающих орбиту Земли, постоянно пополняется за счет пертурбаций орбит обломков в поясе астероидов. Распределение по размерам кратеров на Земле для возраста поверхности порядка 0,5 млрд. лет и аппроксимация этих данных стандартной кривой для лунных ударных кратеров ([Nevikum and Ivanov, 1994], см. главу 6 данной работы) показывает, что относительный дефицит земных кратеров диаметром менее 10 км связан с быстрым уничтожением небольших кратеров геологическими процессами. Из сравнения лунных и земных данных видно, что число сохранившихся за последние 0,5 млрд. лет на поверхности Земли кратеров диаметром более 1 км составляет лишь примерно 1/1000 от общего числа образовавшихся структур. Средняя площадная плотность кратеров диаметром более 40 км составляет около 1 кратера на 3 млн. кв. км. за последние 0,5 млрд. лет. При полной площади земной супш около 170 млн. кв. км за это время должно было бы образоваться около 50 кратеров диаметром более 40 км. Если учесть также удары в океан, средний интервал между ударами, подобными тому, что образовал, например, Пучеж-Катункский кратер диаметром около 40 км, можно оценить примерно в 3 млн. лет. Удары подобного масштаба на суше происходят примерно 1 раз в 10 млн. лет.

Кратеры на Луне, Марсе, Меркурии и Венере, наблюдаемые ныне, накапливались от 0,5 до 3,5 млрд. лет. Их изучение помогает понять как специфические особенности строения ударных кратеров на каждом планетном теле, так и типичные их черты, зависящие от силы тяготения, строения коры и т.д. Поскольку кратеры на других планетах изучались преимущественно фотогеологическими методами, основной собранный материал описывает морфологию и морфометрию кратеров. Установлено, что на всех планетах земного типа морфология кратеров закономерно изменяется по мере роста их диаметра. Простые чашеобразные кратеры имеют диаметры, меньшие некоторого граничного значения. Механика их образования довольно хорошо изучена (см. главу 1 настоящей работы). При диаметрах, больших критического граничного значения, образуются так называемые сложные кратеры с центральной горкой (центральным поднятием - см. главу 2 настоящей работы). При дальнейшем возрастании диаметра в ударных структурах появляются кольцевые центральные горки (кольцевые центральные поднятия). При еще больших диаметрах ударные структуры становятся многокольцевыми; такие структуры получили название ударных бассейнов.

Граничные значения диаметров, разделяющих диапазоны размеров ударных структур с различной морфологией, зависят от механических свойств пород в месте удара и силы тяжести. В первом приближении граничные величины диаметров кратеров обратно пропорциональны ускорению силы тяжести. Простые и сложные кратеры имеют также различную морфометрию, т.е. количественное соотношение глубины, диаметра, высоты вала и других параметров. Глубина простых кратеров прямо пропорциональна диаметру структуры. Например, для наиболее хорошо изученных простых лунных кратеров глубина составляет примерно 1/5 диаметра для кратеров с размером от 300 м до 15 км. Близкое соотношение глубины и диаметра имеют также простые кратеры на других планетньж телах.

Глубина сложных кратеров растет с диаметром гораздо медленнее: примерно как корень кубический из диаметра. В результате крупнейшие ударные образования, например, на Луне при диаметре 500 - 1000 км имеют глубины, не превышающие 5-8 км. Структуры такого же диаметра на Земле по законам подобия должны были бы иметь глубину порядка 1 км, однако это трудно проверить из-за быстрого разрушения начальной формы кратеров земньми эндогенньми процессами. Законы подобия для глубины сложных кратеров были подтверждены при изучении кратеров Венеры, имеющей близкое к земному ускорение силы тяжести. Крупнейшие ударные бассейны Венеры диаметром 250-300 км имеют глубины около 1 км (см. главу 4 настоящей работы). Причиной столь малой глубины является возвратное движение дна переходной полости кратера после достижения максимальной глубины. Механическая модель возвратного движения в настоящее время разработана только в общих чертах, однако подобие строения сложных кратеров на различных планетах и зависимость морфологии кратеров от силы тяжести дают указание на гравитационный коллапс переходного кратера как на наиболее вероятный механизм образования сложных кратеров с центральным поднятием (см. главу 2 настоящей работы).

Терминология.

Поясним некоторые термины, принятые в данной работе. В отечественной литературе сложилась традиция, согласно которой различают воронки, образованные взрывом химических взрывчатых веществ (ВВ) или ядерных устройств, и кратеры, возникающие на поверхности мишени при ударе быстролетящих тел. В данной работе мы старались следовать этой традиции, хотя неизбежна некоторая путаница, так как в английской литературе принят единый термин «кратер» (crater).

Совокупность процессов образования кратеров (воронок) удобно определить единьм термином "кратерообразование" (для которого в прикладных работах часто используется синоним "воронкообразование").

Всю совокупность искусственньж и естественных тел, высокоскоростной удар которых создает кратеры, мы будем называть "ударники". Естественные ударники (астероиды, ядра комет, и их обломки) принято обобщенно называть "метеороидами".

Полупространство конденсированной среды, в которой образуется кратер (воронка) удобно обозначить термином "мишень". Часто используемый в прикладньк работах синоним "грунт" в геологической литературе имеет слишком специфическое значение.

Вещество мишени, выброшенное за пределы ее свободной поверхности, принято называть "выбросы". Выбросы совершают свободный (или осложненный влиянием атмосферы) полет в поле тяготения и падают на поверхность мишени, образуя "покров выбросов", окружающий кратер. Часть выбросов может иметь скорость, большую второй космической скорости для данного планетного тела, и стать незави-симьми метеороидами Солнечной системы.

Основные представления.

Образование воронок при взрыве на выброс представляет собой детально разработанный раздел взрывной геомеханики (см., например, Родионов и др. , 1971; Адушкин и др., 1974; Ромашов, 1980). Основным процессом здесь является работа газообразных продуктов взрыва в расширяющейся полости против прочности вещества и силы тяжести.

Высокоскоростные удары, а также контактные и малозаглубленные взрывы отличаются от взрывов на выброс намного меньшей ролью поршневого действия продуктов детонации в полости взрыва. В случае взрыва вблизи поверхности основное перемещение среды происходит по инерции за счет переданной в грунт на ранней стадии взрыва кинетической энергии. Это приводит к тому, что кратерообразующее течение в автомодельном приближении не сохраняет полной энергии, относящейся к области взаимного влияния: ввиду близости свободной поверхности необходим учет уноса энергии за счет выбросов как на ранней, так и на поздней стадиях процесса кратерообразования.

Ранняя стадия передачи энергии веществу мишени ("передача энергии в грунт", как принято это называть в прикладных задачах), довольно подробно исследована. Теория подобия, разработанная для взрывов, допускает расширение и перенесение многих результатов на задачи о высокоскоростном ударе. Главное отличие при этом состоит в том, что высокоскоростной ударник, как источник взрывоподобного движения, имеет конечную величину начального импульса в отличие от взрывного источника энергии, имеющего, как правило, центральн)то (цилиндрическ)то, плоскую) симметрию. В первые годы исследований это обстоятельство доставляло определенные трудности. Решение задачи было дано Зельдовичем (1956).

На стадии передачи энергии и возбуждения ударных волн определяющими являются соотношения давления во взрывном (ударном) источнике и сжимаемости вещества мишени. На поздних стадиях образования воронки (кратера) малость скорости перемещения среды по сравнению со скоростью распространения звуковых колебаний позволяет пренебречь подробностями волновых процессов и рассматривать позднюю стадию кратерообразования в приближении несжимаемости среды. В общем случае это должно быть движение среды, обладающей прочностными свойствами. В случае горных пород необходимо учитывать дилатансионные эффекты, а "несжимаемость" среды понимать как малую значимость волновых процессов.

Начало подобному подходу к описанию кратерообразования (на примере образования метеоритных кратеров) было положено в работах Станюковича и Федын-ского (1947) и Станюковича (1950, 1960, 1971), рассмотревших этот процесс как "взрыв" метеорита, первоначально проникшего в грунт на некоторзАю глубину. Согласно данной модели грунт начинает двигаться по радиус-векторам, исходящим из заглубленной точки взрыва, однако впоследствии стало ясно, что высокоскоростной удар в большей степени подобен контактному или малозаглубленному взрыву.

Лабораторное моделирование.

Если не считать многочисленных исследований, посвященных взрыву на выброс, пожал)А, одной из первых экспериментальных работ, поставленной специально с целью моделирования, является работа А. Вегенера [1923], который более известен как автор гипотезы о движущихся материках. Переведенная на русский язык в 1923 г. эта работа в настоящее время доступна большинству читателей, пожалуй, лишь в английском переводе 1975 г. (см. ссылку на этот перевод [Вегенер,1923]).

Вегенер использовал в качестве вещества мишени цементную пыль, а в качестве «ударника» - сгусток цементной ньши, сбрасываемый на мишень с помощью столовой ложки. Уже в этой достаточно примитивной постановке опытов были интуитивно предугаданы некоторые черты современных методов экспериментального моделирования крупномасштабного взрывного кратерообразования, в частности, использование несвязного материала для моделирования поведения реальных горных пород в больших масштабах, относительная независимость общей картины кратерообразо-вания на поздних стадиях от скорости ударника и применение слоистых мишеней для оценки возможности определения их свойств по наблюдаемым особенностям строения метеоритных кратеров.

В 50-х гг. методика, предложенная Вегенером, была использована П. Ф. Сабанеевым (1953), который провел серию опытов с большим разнообразием свойств вещества мишени при скоростях соударения от 1 до 8 м/с. Большое количество экспериментального материала по лабораторному моделированию кратерообразования было рассмотрено в обзорах Базилевского и Иванова (1977) и Иванова (1981).

Наиболее популярным материалом для лабораторных исследований кратерооб-разования является сухой песок, ранее с успехом использованный для моделирования перемещения больших масс горных пород при взрыве на выброс М. А. Садовским и др. (1966) (см. также [Родионов и др. , 1971; Адушкин и др., 1974]). Практически не обладая сцеплением, сухой песок позволяет уже в лабораторном масштабе исследовать влияние силы тяжести на кратерообразование. Это свойство позволило с большим успехом использовать его при центробежном моделировании.

Общие принципы предложенного в СССР метода центробежного моделирования крупномасштабных геотехнических процессов описаны Г. И. Покровским и И. С. Федоровым (1969). Общие вопросы теории подобия в приложении к моделированию взрывных процессов разработаны Л. И. Седовым (1977). Наиболее полно в преды-дупщх работах бьш разобран случай заглубленного взрыва на выброс. В этом случае относительное влияние силы тяжести на процесс образования воронки может быть оценено путем сравнения энергии взрыва и потенциальной энергии в поле тяготения выбрасываемой массы грунта. Как давние [Викторов и Степанов, 1960], так и проведенные позднее эксперименты [Барсанаев и др., 1979] подтвердили принципиальную возможность моделирования крупномасштабных взрывов на выброс с помощью изменения эффективных массовых сил, которое достигается или путем использования линейных ускорителей, разгоняющихся или тормозящихся с заданным ускорением систем, содержащих контейнер с грунтом для моделирования, или с помощью вращения контейнера в центрифуге.

Американские исследователи также обратили свое внимание на возможности центробежного моделирования, в связи с чем компанией «Боинг» была построена геотехническая центрифуга, способная создавать в испытательных контейнерах центробежное ускорение до 600 g (1 g= 9.81 м/сА - ускорение свободного падения на поверхности Земли) [Schmidt and Holsapple, 1980]. Эти данные будут использованы в главе 1 для проверки законов подобия при ударном и взрывном кратерообазовании.

Важную роль сыграло также лабораторное изучение косого удара: большой интерес представляет зависимость процесса высокоскоростного ударного кратерообра-зования от угла, под которьм ударник сталкивается с мишенью. Этот вопрос дискутировался еще на заре возникновения гипотезы метеоритного происхождения лунных кратеров, причем вьщвигавшаяся априори гипотеза о том, что кратеры при косых ударах будут сильно эллиптическими, считалась сильным aprjnvieHTOM против метеоритной гипотезы, так как очевидно, что метеориты в среднем равновероятно внедряются в поверхность под любым углом, а лунные кратеры в основном круглые.

Голт и Ведекинд [Gault and Wedekind, 1978] провели подробное исследование косого удара в сухой песок, гранит и цементную пьшь при углах падения до 1° при скоростях соударения до 7 км/с. Оказалось, что отношение размера кратера в сухом песке вдоль траектории падения Du и поперек нее D2, при скоростях ударника от 0.05 до 7.2 км/с остается постоянным и равным единице вплоть до углов падения. равных 15°. При углах наклона траектории к поверхности, меньших 15°, отношение D1/D2, начинает быстро возрастать. Для гранита при скоростях алюминиевьпс ударников от 2 до 7 км/с округлость кратера (Pi/D2=\) сохраняется до углов падения, равных 30°. В цементной пьши при углах падения от 30° до 5°, наблюдается даже небольшое удлинение кратера в поперечном к траектории падения направлении {D1/D2 -0.8).

Отношение глубины кратера к диаметру при углах падения до 15° остается постоянным (гранит, цементная пьшь) или немного уменьшается (примерно на 10 -20% в слзАае сухого песка). Наиболее глубокая точка кратера при высокоскоростном ударе оказывается смещенной вдоль траектории в направлении полета ударника. Эффективность кратерообразования, определенная как отношение объема кратера при косом ударе к объему кратера при нормальном (отвесном) ударе, зависит от угла соударения а или как sinA а (гранит), или как sin «(песок, цементная пыль). Распределение выбросов вокруг кратера также слабо зависит от угла наклона траектории при а < 20° и принимает при меньших углах характерные очертания «крыльев бабочки», направленных влево и вправо от траектории удара. При наличии узкого длинного лепестка выбросов, вытянутого вдоль траектории по ходу движения ударника, рикошет ударника (или его обломков) происходит при углах падения, меньших 15°, и хорошо заметен при углах, меньших 10°. Как показывают эксперименты, наиболее сильные отличия при косом ударе наблюдаются для выбросов из ближней зоны удара, когда импульс ударника сравним с импульсом разлетающихся выбросов. В процессе роста кратера масса выбрасываемого вещества растет, возрастает количество движения в них, и на этом фоне первоначальное направление импульса ударника становится незаметным. Отсюда следует, что искать следы косых метеоритных ударов на Луне и планетах следует в расположении выбросов из ближней к точке удара зоны.

Открытие метеоритных кратеров на Марсе и спутниках Юпитера и Сатурна привело к попыткам моделирования с использованием нетрадиционных материалов мишени.

Многие метеоритные кратеры Марса имеют необычное строение покрова выбросов, свидетельствующее о жидкоподобном течении материала выбросов после окончания фазы баллистического разлета. Наблюдение таких кратеров, получившее название «кратеры-крепости» (rampart craters) из-за наличия валов на переднем фронте потоков текущих выбросов, позволило вьщвинуть гипотезу о наличии в верхних слоях коры Марса воды в виде вечной мерзлоты (см., например, [Сагг, 1977]). Согласно этой гипотезе нагрев при ударном кратерообразовании приводит к плавлению льда и образованию текучих выбросов. Эксперименты по образованию ударных кратеров в замороженном насыщенном водой песке при скоростях удара от 2 до 6 км/с провел Croft (1981). Поскольку в лабораторных экспериментах с грунтами, обладающими сцеплением, весьма трудно удовлетворить всем условиям масгнтабного моделирования, в этих экспериментах за счет большой (относительно размеров кратера) дальности разлета материала из зоны плавления льда текучих выбросов не образовывалось.

Другой попыткой моделирования этого явления являются эксперименты по скоростному удару по мишеням из вязкой жидкости (типа жидкой грязи). Голт и Грили [Gault and Greeley, 1978] провели такие эксперименты при скорости удара около 2 км/с. Наблюдалось образование отдельных фрагментов тек)Лх выбросов, появившихся в результате косого падения лепешек выбросов с последующим растеканием вдоль поверхности в радиальном направлении от центра. На передних фронтах этих подтеков наблюдались характерные валы, весьма схожие с валами выбросов марсианских кратеров. Рост воронки в этих опытах проходил через стадию образования некоторой промежуточной полости, которая затем затекала, образуя углубление с небольшим центральным поднятием. Одной из моделей образования "кратеров-крепостей" посвящена глава 5 настоящей работы.

Численное моделирование.

Эксперименты на мишенях из реальных горных пород имеют весьма ограниченную ценность из-за больших различий прочностных свойств лабораторных образцов и больших массивов горных пород в натуре. Масштабные эффекты прочности горных пород подробно обсуждались ранее в обзоре В. Н. Николаевского, Л. Д. Лившица и И. А. Сизова (1978) с точки зрения механики грунтов (см., также [Базилевский и Иванов, 1977] о масштабном эффекте в приложении к кратерообразованию). Хотя лабораторные эксперименты с прочными скальными грунтами сохраняют свое определенное значение, особенно для понимания дробления горных пород при кратеро-образовании, все большую роль играет численное моделирование ударных событий. Численное моделирование позволяет изучать крупномасштабные ударные события, недоступные прямому физическому моделированию: столкновение астероидов, образование ударных кратеров диаметром в сотни и тысячи км.

В постановке численных двумерных расчетов контактного взрыва и метеоритного удара преследуются различные цели. Это могут быть, например, разработка и демонстрация работоспособности численного метода как такового, расчет конкретных крупномасштабных или лабораторных экспериментов или поиск обобщающих законов подобия. Первый опубликованный численный двумерный расчет контактного ядерного взрьша принадлежит Броуду и Бьорку [Brode and Bjork, 1960]. Та же самая программа бьша использована вскоре для расчета образования Аризонского метеоритного кратера [Bjork, 1961]. Совершенствование численных методов за прошедшие 35 лет породило целое направление численного моделирования ударных событий, анализ развития которого потребовал бы отдельной работы. Сошлемся лишь на обзорные работы последних десятилетий [Иванов, 1981, Anderson, 1987] и наиболее важные монографии и статьи [Замышляев и Евтерев, 1990; Melosh, 1989; O'Keefe and Ahrens, 1993, 1999]. Сравнительный анализ некоторых данных численного моделирования высокоскоростного удара приводится в главе 2 настоящей работы.

Астероидная опасность стала популярной темой в последние несколько лет. Зачастую преувеличиваемая, она определила возникновение широкого круга задач - от систематического поиска космических тел, могущих угрожать столкновением с Землей, до инженерных задач разрушительного воздействия на эти тела. Издание коллективной монографии [Hazards due to Comets and Asteroids, 1994] позволяет избежать специального обзора по данной тематике. Некоторые задачи, связанные с проблемой астероидной опасности, затронуты в настоящей диссертационной работе в главе 6.

Таков, вкратце, общий научный контекст, в котором выполнялась данная работа.

Актуальность работы определяется как очевидной необходимостью исследования фундаментальных геофизических процессов в Солнечной системе в целом и на Земле в частности, так и наличием ряда практически важных прикладных задач связанных с образованием кратеров и воронок при ударе и взрыве.

Целью исследований является установление основных закономерностей физических и геомеханических процессов при ударном и взрывном кратерообразовании, и их использование для решения ряда конкретных задач изучения геологической истории Земли и других планетных тел Солнечной системы.

Основными задачами данной работы являлись:

2. Формулировка законов подобия для основных параметров кратерообразую-щих ударных процессов.

4. Использование законов подобия дж решения конкретных задач исследования последствий кратерообразующих ударов на Земле и других планетах, таких как:

5. Идентификация и изучение ударных кратеров Венеры по данным КА "Венера-15,16" и "Магеллан".

6. Анализ возможных причин образования "кратеров-крепостей" на Марсе.

• схематизация движения среды при ударном кратерообразования (зет-модель), создающая удобный аналитический аппарат для анализа экспериментальных данных;

• система законов подобия главных параметров ударного процесса для широкого диапазона масштабов явления;

• решение на основе разработанных законов подобия ряда конкретных задач, включающих изучение гипотезы о глобальной катастрофе на границе мела и палеогена в результате образования ударного кратера Чиксулуб.

• построение модели образования Пучеж-Катункского метеоритного кратера и анализ на ее основе геолого-геофизических данных, полученных при бурении Воротиловской сверхглубокой скважины.

• обнаружение, распознавание и анализ строения ударных кратеров Венеры;

• подтверждение гипотезы об образовании "кратеров-крепостей", обнаруженных на Марсе, за счет включения воды и льда в состав выбросов из кратеров;

• построение по данным о кратерах распределения по размерам тел-ударников на орбитах столкновения с планетами; доказательство стабильности этого распределения в последние 4 млрд. лет и его подобия распределению по размерам астероидов главного пояса.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• впервые была создана аналитическая модель движения среды при образовании кратера в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

• предложена и апробирована модель динамического снижения сухого трения в породах, окружающих растущий кратер, за счет относительного колебания блоков пород, составляющих зону разрушения. С использованием данной модели путем численного моделирования впервые воспроизведены закономерности усложнения морфологии ударных кратеров по мере роста их размера на данной планете;

• обоснован закон подобия (приведения) для кратеров, образующихся в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

• открыты ударные кратеры на Венере (во взаимодействии с группой геолого-геофизического анализа АН СССР, созданной для анализа данных по проекту "Венера 15/16");

• обоснована возможность глобального изменения климата в результате катастрофического ударного события на границе мела и палеогена (К/Т-граница);

• предложена гипотеза, объясняющая природу "кратеров-крепостей" на Марсе;

• доказано подобие в распределении по размерам астероидов главного пояса и тел на орбитах, пересекающих орбиты планет, откуда следует независимость от размера тел механизма, пополняющего популяцию тел на орбитах столкновения с планетами.

Достоверность основных результатов подтверждается данными экспериментов и сравнением с известными данными геолого-геофизического изучения ударных кратеров на Земле и других планетах, включая материалы глубинного бурения, и данные полетов космических аппаратов (КА) к другим планетам Солнечной системы.

Личный вклад автора состоит

• в выборе и обосновании направления исследований;

• в формулировании основных идей и общего методического подхода к установлению основных характеристик воздействия высокоскоростных ударов на твердую оболочку Земли и других планет Солнечной системы;

• в создании зет-модели движения среды при образовании кратера в результате высокоскоростного удара или взрыва вблизи поверхности;

• в открытии и доказательстве ударного происхождения метеоритных кратеров на Венере

• в решении ряда конкретных задач, связанных с ударным кратерообразованием на Земле (кратеры Садбери, Чиксулуб, Пучеж-Катункский и др.).

Практическая значимость. В работе проведено изучение фундаментального для эволюции Земли и планет Солнечной системы явления ударного кратерообразо-вания. В результате исследований получены новые данные о природных ударных процессах, важных для понимания геологической истории планетных тел и их спутников. Создана методологическая основа для использования данных об ударных кратерах для таких фундаментальных задач сравнительной планетологии как, например, оценка возраста поверхности по плотности ударных кратеров, накопленных за время ее существования. Предложены модели ударного процесса для анализа и обобщения геолого-геофизических данных, получаемых при изучении земных ударных кратеров, в том числе, с использованием глубинного бурения.

Апробация работы. Результаты, собранные в диссертации неоднократно докладывались на семинарах Спецсектора ИФЗ (позднее - ИДГ РАН) в 1975 -1999 гг., на ежегодных конференциях по исследованию Луны и планет в г. Хьюстоне, Техас, США (Ьшгаг and Planetary Science Conference) в 1989-2000 гг., на Всесоюзных Метеоритных конференциях в 1976-1994 гг., на ежегодных Рабочих встречах по сравнительной планетологии (Brown-Vernadsky Microsymposimn) в ГЕОХИ РАН и Университете Брауна, г. Провиденс, Род-Айленд, США, в 1985-1999 гг., на рабочих встречах по исследованию земных ударных кратеров, организованных Европейским научным фондом (Нордлинген, Германия - 1993 г., Остерзунд, Швеция - 1994 г., Ли-мож, Франция - 1994 г., Анкона, Италия - 1995 г., Бремерхавен, Германия - 1999 г., Киллан, Франция, 1999 г.), на сессии КОСПАР (Гаага, Нидерланды - 1991 г.), на Генеральной ассамблее Европейского геофизического союза (Висбаден, Германия -1993 г., Гамбург, Германия - 1995 г., Гаага, Нидерланды - 1996 и 1999 гг.), и на других семинарах и рабочих встречах. В ходе исследований автор пользовался поддержкой Международного Научного Фонда (грант № M9S000) и Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 94-05-16329 и 96-05-64167).

Благодарности. М.А. Садовский, В.Н.Родионов и В.Н.Костюченко обратили внимание автора на важность задач взрывного кратерообразования, чем определили круг его научных интересов на следующие 30 лет. В течение долгих лет они внимательно и требовательно следили за ходом работ, за что автор им глубоко благодарен. Автор высоко ценил помощь и советы А.П.Сухотина в организации лабораторных экспериментов.

Автор вьфажает глубокую признательность А. Т. Базилевскому за постоянное внимание к работе и больщую помощь в исследовании ударных кратеров на Земле и других планетах. Большую помощь автору оказали советы К.П.Флоренского и его сотрудников из Лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ АН СССР (позднее - РАН). Автор благодарен коллегам по Рабочей группе по геолого-геоморфологическому анализу радиолокационных изображений поверхности Венеры за помощь и тесное сотрудничество, а также О. Н. Ржиге за ценные консультации. Своим долгом автор считает выражение благодарности коллективам ИРЭ АН СССР, СКБ МЭИ и другим организациям, сделавшим возможным получение радиолокационных изображений поверхности Венеры.

Автор глубоко благодарен за постоянную помощь В.Л. Масайтису и его сотрудникам из ВСЕГЕИ им. Карпинского (Санкт-Петербург).

Автор выражает глубокую благодарность Дж. Мелошу (Аризонский университет, г. Туссон, США) за помощь в освоении методов численного моделирования кра-терообразовния.

Автор благодарен Г. Г. Кочаряну, О. А. Готвянской и Н. А. Артемьевой за большую помощь в подготовке текста диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика", Иванов, Борис Александрович

Основные результаты работы могут быть изложены в следующем кратком виде:

1. Предложена схематизация движения среды при ударном кратерообразовании (зет-модель), создающая удобный аналитический аппарат для анализа экспериментальных данных.

4. Проведено численное решение ряда конкретных задач. В частности, построена модель начальной стадии ударного образования кратера Чиксулуб, и впервые по-л)Аены оценки массы серы, вьщеляемой в атмосферу за счет ударной дегазации ангидрида, входящего в состав осадочного чехла в районе образования этой структуры. Построена модель образования Пучеж-Катункского метеоритного кратера; на ее основе проведен анализ геолого-геофизических данных, полученных при бурении Во-ротиловской сверхглубокой скважины; доказана ударная природа Пучеж-Катункского кратера.

6. Результаты, полученные при изучении кратеров Земли и Луны, использованы для обнаружения, распознавания и анализа строения ударных кратеров Венеры. Выявлены главные особенности процесса кратерообразования на Венере. Впервые измерены глубины венерианских ударных кратеров. Показано, что вопреки предсказаниям, ударные кратеры Венеры имеют глубину, близкую к глубине кратеров Земли: плотная атмосфера не приводит к «самозасьшанию» кратеров выбросами, заторможенными в плотной атмосфере. Данное явление обусловлено большими размерами и достаточно длительным временем существования области горячего малоплотного газа (аналога «огненного шара») над образующимся кратером. Эта область возникает за счет энергии, переданной в атмосферу при подлете ударника к поверхности планеты. Построенная модель разрушения астероидов количественно воспроизводит наблюдаемое влияние экранирующего влияния атмосферы Венеры на распределение по размерам ударных кратеров.

7. Проанализирована гипотеза о природе «кратеров-крепостей», обнаруженных на Марсе. Построена модель формирования разлета выбросов и их последующего радиального растекания после падения на поверхность. Получены оценки свойств текучего материала. Путем сравнения по этим параметрам с земными потоками различной природы (лавины, грязе-каменные и пирокластические потоки) показана приемлемость гипотезы о том, что текучесть марсианских выбросов обусловлена наличием летучих (в основном, воды и льда) в приповерхностных слоях коры Марса. Это позволяет предложить новые методы оценки содержания летучих на Марсе.

9. Проведено сравнение распределения по размерам тел, образовавших кратеры на планетах земной группы и астероидов главного пояса. Показано, что в пределах точности имеющихся данных эти распределения совпадают. Это свидетельствует о том, что механизм пополнения популяции тел на орбитах, пересекающих орбиты планет, действует независимо от размера астероидов и их фрагментов, возникающих в ходе столкновительной эволюции. Следовательно, открытые в последнее время эффекты хаотической миграции тел главного пояса на орбиты, пересекающие орбиту Марса, по-видимому превалируют над механизмами «прямой доставки» фрагментов столкновений в фазовые области действия резонансов.

В работе предложен новый подход к проблеме сравнительного изучения ударных кратеров и процессов их образования на планетных телах земного типа. В ре

220 зультате проведенных исследований разработан системный подход к изучению ударных событий и предложен набор законов подобия, позволяющих сравнивать ударные события различного масштаба на различных планетах. Разработанный подход включает методы экспериментального, геолого-геофизического и теоретического изучения ударных кратеров и процессов их образования. Изучение кратерообра-зования на различных планетах земного типа позволило получить новые данные об особенностях эволюции планет, их спутников и астероидов. Это - новое направление в исследовании природных динамических процессов на твердых планетных телах Солнечной системы.

Заключение.

Библиография Диссертация по геологии, доктора физико-математических наук, Иванов, Борис Александрович, Москва

1. Адушкин В. В., Костюченко В. Н., Николаевский В. Н., Цветков В. М. (1974) Механика подземного взрыва. Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Сер. Мех. деформируем, тверд, тела, т. 7, 87-197.

2. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. (1990) Вычислительная гидромеханика и теплообмен, т. 1. М., «Мир», 384 с.

3. Базилевский А.Т., Иванов Б.А. (1977) Обзор достижений механики кратерообразования. В сб. Механика образования воронок при ударе и взрыве. М.: Мир, с. 172227.

4. Базилевский А. Т. (1981) О некоторых особенностях строения ударных кратеров на планетах и спутниках Солнечной системы. Докл. АН СССР 258, №2, 323-325.

5. Базилевский А. Т., Иванов Б. А., Кузьмин Р. 0. и др. (1985) Ударные кратеры Венеры по данным радиолокационных изображений КА "Венера-15 и -16". Докл. АН СССР 282, №3,671-674.

6. Базилевский А. Т., Фельдман В. И., Капусткина И. Т., Колосов Г. М. (1984) О распределении иридия в породах земных ударных кратеров. Геохимия № 6, 781-790.

7. Барсанаев С. Б., Гурович В. Ц., Расшихин К. А., Станюкович К. П. (1979) Элементарная теория взрывов на выброс и их моделирование с помощью искусственной тяжести. Докл. АН СССР, 249, № 1, 97 99.

8. Барсуков В. Л., Базилевский А. Т., Пронин А. А. и др. (1984) Первые результаты геолого-геоморфологического анализа радиолокационных изображений поверхности Венеры, полученных AMC "Венера-15" и "Венера-16". Докл. АН СССР 279. Ко 4, 946-950.

9. Богородский В. В. и Таврило В. П. (1980) Лед: Физические свойства и современные методы гляциологии. Л-д, «Гидрометеоиздат», 384 с.

10. Буткович Т.Р. (1975) Газовое уравнение состояния для природных материалов. В сб.: Г.Броуд, "Расчеты взрывов на ЭВМ М., "Мир", с. 135-162.

11. Вегенер А. (1923) Происхождение Луны и ее кратеров. Москва-Петроград, Госиздат, 1923 (Пер. на англ.: Wegener А. The origin of lunar craters. The Moon, 1975, 14, No. 2,211-236).

12. Викторов В. В., Степанов P. Д. (1960) Моделирование действия взрыва сосредоточенных зарядов в однородных грунтах. Инженерный сб. 28, 87 96.

13. Воларович М.П., ред. (1978) Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах. М., "Недра", 1978, 237 с.

14. Геринг Дж. (1973) Высокоскоростной удар с инженерной точки зрения. В кн. "Высокоскоростные ударные явления", М., "Мир", с. 468 516

15. Григорян С.С. (1979а) Движение и разрушение метеоритов в атмосферах планет. Космич. Исслед. 17(6), 875-893.

16. Григорян С.С. (19796) Новый закон трения и механизм крупномасштабных обвалов и оползней. Докл. АН СССР 224: 846-849.

17. Дабижа А.И., Иванов Б.А. (1978) Геофизическая модель строения метеоритных кратеров и некоторые вопросы механики кратерообразования. Метеоритика, вып. 37,160-167.

18. Динес Дж. и Уолш Дж. (1973) Теория удара: некоторые общие принципы и метод расчета в эйлеровых координатах. В кн. "Высокоскоростные ударные явления", М., "Мир", с. 49-111

19. Замышляев Б.В. и Евтерев Л.С. (1990) Модели динамического деформирования и разрушения горных пород. М., "Наука", 215 с.

20. Зельдович Я. Б. (1956). Движение газа под действием кратковременного давления (удара). Акуст журнал 2, вып. 1,28 38

21. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. (1966) Физика ударных волн и высоко-температурных гидродинамических течений, изд. 2., "Наука", М., 686 с.

22. Иванов Б. А. (1977) О механическом эффекте взрыва вблизи поверхности грунта. Физика горения и взрыва, № 1, 110-113.

23. Иванов Б.А. 1978. Кандидатская диссертация, ИФЗ АН СССР.

24. Иванов Б.А. (1979) Простая модель кратерообразования. Метеоритика № 38, М., "Наука", 68-85.

25. Иванов Б.А. (1981) Механика кратерообразования. В сб.: Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Механика деформируемого твердого тела, т. 14, с. 60-128, см., также, перевод на английский: NASA Tech. Memorandan 88477/N87-15662,1986.

26. Иванов Б.А., Базилевский А.Т., и Сазонова Л. В. (1982) Образование центрального подъема в метеоритных кратерах. Метеоритика, вьш. 40, 60-81 (Пер. на англ. m6,NASATM-88427)

27. Иванов Б.А. (1989а) Морфометрия ударных кратеров на Венере. Астрономический Вестник, 23:39-49.

28. Иванов Б.А. (19896) Ударные кратеры. Раздел Ш.6 в книге "Венера" (под ред. В.Л.Барсукова и В.П.Волкова). Москва, "Наука".

29. Иванов Б. А. (1996) Растекание выбросов из ударных кратеров и возможность оценки содержания летучих в коре Марса. Астрономический Вестник 30(1): 43-58.

30. Кларк С, ред. (1969) Справочник физических констант горных пород. М., "Мир", 543 с.

31. Кноулз К., Г.Броуд. (1981) Теория процессов кратерообразования (обзор). В сб. "Удар, взрыв, разрушение", М., "Мир", с. 8-42.

32. Короткое П.Ф. (1980) Математическая модель постепенного разрушения горных пород и их превращение в пористый несвязный материал. ДАН, т. 253(6): 13571360.

33. Котельников В. А., Аким Э. Л., Александров Ю. Н. и др. (1984) Исследование области гор Максвелла планеты Венера космическими аппаратами "Венера-15 и -16". Письма в "Астрой, журн." 10, № 12,883 889.

34. Ландау Л.Д. и Лифшиц Л.Д. (1988) Гидродинамика. М., Наука, (4е издание), 736 с.

35. Мак-Кросски Р., Шао К., Позен А. (1978) Данные по болидам Прерийной сети. Метеоритика № 37, М., "Наука", 44-59.

36. Масайтис В. Л, Мащак М. С, Езерский В. А. (1985) Продолжительность существования ударных морфоструктур в различных геологических условиях. Изв. АН СССР. Сер. геол. 1985. № 2: 109 -117.

37. Масайтис В.Л., А.Н.Данилин, М.С.Мащак, А.И.Райхлин, Т.В. (1980) Селивановская, и Е.М.Шаденков. Геология астроблем, Ленинград, "Недра", 231 стр.

38. Масайтис В.Л., Певнер Л.А., ред. (1999) Глубокое бурение в Пучеж-Катункской им-пактной структуре, 1999. СПб, Изд. ВСЕГЕИ. 392с

39. Мелош, Г. Дж. (1994) Образование ударных кратеров: геологический процесс. "Мир", М., 336 с.

40. Николаевский В. Н., Л. Д. Лившиц и И. А. Сизов (1978) Механические свой ства горных пород. Деформации и разрушения. Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Сер. Мех. деформируем, тверд, тела, 1978,11, 123 -250.

41. Петров Г.И. и Стулов В.П. (1975) Движение больших тел в атмосфере планет. Кос-мич. Исслед. 13: 587-594.

42. Покровский г. И., Федоров И. С. (1969) Центробежное моделирование в горном деле. М., "Недра", 270 с.

43. Потапов A.B. (1991) Численное моделирование нестационарных геомеханических процессов с низким внутренним трением. Канд. дисс, МФТИ, М. 1991, 118 с.

44. Рае У. (1973) Аналитическое исследование распространения ударных волн, порожденных ударом (обзор и новые результаты), в кн. "Высокоскоростные ударные явления", "Мир", М., с. 220 298.

45. Ржига 0. Н., Тюфлин Ю. С, Беленький Е. Г. (1985) Геометрические принципы построения радиолокационных панорам поверхности Венеры. Геодезия и картография 9: 4 8-53.

46. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н., Николаевский В.Н., Ромашов А.Н., и Цветков В.М. (1971) Механический эффект подземного взрыва. Под ред. М.А. Садовского. М., "Недра", 224 с.

47. Ромашов А. Н. (1980) Особенности действия крупных подземных взрывов. М., "Недра", 243с.

48. Рускол Е. Л. (1975) Происхождение Луны. М., "Наука", 188 с.

49. Сабанеев П. Ф. (1953) О происхождении лунных цирков. Бюлл. Всес. астрон.-геодез. об-ва,тЗ (20): 7-20.

50. Садовский М. А., Адушкин В. В., Родионов В. Н. (1966) Моделирование крупных взрьшов на выброс. Докл. АН СССР 167(6): 1253 1255.

51. Садовский М. А. (1994) Механическое действие аоздушных ударных волн взрыва по данным экспериментальных исследований. В сб.: ,J\dexaHU4ecKoe действие взрыва", и., ИДГ РАН, с. 7-102.

52. Сафронов В. С. (1969) Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.: Наука, 1969,244 с.

53. Седов Л. И. (1977) Методы подобия и размерности в механике. Изд. 8-е. М., "Наука", 440 с.

54. Симоненко А. Н. (1985) Астероиды. М., "Наука", 204 с.

55. Станюкович К.П. (1950) Элементы физической теории метеоров и кратерообразую-щих метеоритов. В сб: Метеоритика, 7, 39-62.

56. Станюкович К. П. (1960) Элементы теории удара с большими (космическими) скоростями, в сб. "Искусственные спутники Земли", вып. 4, изд-во АН СССР, стр. 86.

57. Станюкович К. П. (1971) Неустановившиеся движения сплошной среды, изд. 2-е, М., "Наука", 854 стр.

58. Станюкович К.П., Федынский В.В. (1947) О разрушительном действии метеоритных ударов. Докл. АН СССР 57(2): 129-132.

59. Ударные кратеры на Луне и планетах (1983). Базилевский А. Т., Иванов Б. А., Флоренский К. П. и др., М.: Наука,. 200 с.

60. Фельдман В. И., Бадюков Д. Д., Коротаева Н. Н. и др. (1981) Импактиты. Под ред. Маракушева Л. Л. М.: Изд-во МГУ, 240с.

61. Флоренский П. В„ Дабижа А. И. (1980) Метеоритный кратер Жаманшин. М., "Наука", 128 с.

62. Хартман В. К. (1986) Определение возраста удержания кратеров для Венеры: методология. Изв. АН СССР. Сер. геол. 27: 8 5-91.

63. Чеботарева И. Я. (1977) О потенциальном течении жидкости при контактном взрыве. Дипломная работа МФТИ (науч. рук. Иванов Б. А.), 21 стр.

64. Шабер Дж., Шумейкер Ю. М., Козак Р. К. (1987) Возраст поверхности Венеры: оценка с использованием данных о земных кратерах. Астрон. вести. 21(2): 144-151.

65. Ш}Лейкер Ю. М., Вольф Р. (1986) Временные масштабы кратерообразования у га-лилеевых спутников Юпитера. В кн.: Спутники Юпитера. М.: Мир, 1986, С. 49 -113.

66. Аскегшап H.D., Godson R.H., Watkins J.A. (1975) А seismic refraction technique for subsшface investigation at Meteor Crater, Arizona, J. Geophys. Res., V. 80, No. 5, 765-775.

67. Ahrens T.J., and O'Keefe J.D. (1977) Equations of state and impact-induced shock-wave attenuation on the moon. In: Impact and Explosion Cratering (Eds. D.J.Roddy, R.O.Pepin, and R.B.Merrill), Pergamon Press, New York, pp. 639-656.

68. Allen R.T. (1976) Late-stage effects in crater and ejecta deposition. In Abstracts for the Symposium on Planetary Cratering Mechanics, Flagstaff, Arizona, 13-17 September 1976. Lunar Science Institute, Houston, 4-5.

69. Alvarez L.W, W.Alvarez, F.Asaro, and H.V.Michel (1980) Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction. Science, 208: 1095-1108.

70. Alvarez W, L.W.Alvarez, F.Asaro, and H.V.Michel (1982) Current status of the impact theory for the terminal Cretaceous extinction. In: Geol Soc. Amer. Spec. Pap., 190: 305-315.

71. Amsden A. A., H. M.Ruppel and C. W.Hirt (1980) SALE: A simplified ALE Computer Program for Fluid Flow at All Speeds. Los Alamos National Laboratory Report LA-8095, Los Alamos, NM, 101pp.

72. Anderson C. E. (1987) An overview of the theory of hydrocodes. Int. J. Impact. Eng. 5: 33-59.

73. Arvidson R., Boyce J., Chapman C, et al. (1979) Standard techniques for presentation and analysis of crater size-frequency data. Icarus 37: 467—474.

74. Asphaug E. and H. J.Melosh,(1993) The Stickney impact of Phobos: A dynamical model. Icarus Ш: 144-164.

75. Austin M.G., Thomson J.M., Ruhl S.F., Orphal D.L., Schultz P.H. (1980) Calculational investigation of impact cratering dynamics: Material motion during the crater grows period. In: Proc. Lunar Planet. Sci. Conf 11th. N. Y., Pergamon Press, 2325-2345.

76. Baldwin R.B. (1981) On the tsunami theory ofthe origin ofmulti-ring basins. InMultiring Basins, eds. Schultz P.H, Merrill R.B, New York: Pergamon, 275-288.

77. Barlow N. G., and T.L.Bradley (1990) Martian impact craters: Correlations of ejecta and interior morphologies with diameter, latitude and terrain. Icarus, 87:157-179.

78. Basaltic Volcanism Study Project (1981) Chapter 8 "Chronology of planetery volcanism by comparative studies of planetery cratering". In: Basaltic Volcanism on the Terrestrial Planets. New York: Pergamon Press, pp. 1049-1127.

79. Basilevsky A.T., and Ivanov B.A. (1990) Cleopatra crater on Venus: Venera 15/16 data and impact/volcanic origin controversy, Обор/гуА. Res. Lett. 17(2): 175-178.

80. Beeman, M., Durham, W. В., and Kirby, S. H. (1988) Friction of ice. J. Geophys. Res. 93(B7): 7625-7633.

81. Beget J.J., and A.J. Limke (1988) Two-dimensional kinematic and rheological modeling of the 1912 pyroclastic flow, Katmai, Alaska. Bull Vocanol 50: 148-160.

82. Benz W., and E.Asphaug (1994) Impact simulations with fracture: 1. Method and tests. Icarus Ш: 98-116.

83. Bjork R. L. (1961) Analysis of the formation of Meteor Crater, Arizona: A preliminary report. J. Geophys. Res., 66(10): 3379-3387.

84. Bingham B.C. (1916) An investigation ofthe laws of plastic flow. Bull Bureau Standards 13:309-353

85. Bohor, B.F., E.E. Foord. P.J.Modeski, and D.M.Triplehom (1984) Mineralogie evidence for an impact event at the Cretaceous-Tertiary boundary. Science, 224: 867-869.

86. Bowden, F. P., and Nughes, T. P. (1939) The mechanism of sliding on ice and snow. Proc. Roy Soc, Ser. A., 172: 280-297.

87. Brace W.F. (1971) Micromechanics in rock systems. In: Structure, Solids Mech. and Eng. Design. London, Wiley-Intersci., 1971.

88. Bums, B. A., and Campbell, D. B. (1985) Radar evidence for cratering on Venus. J. Geophys. Res. 90(4): 3037-3047

89. Byerlee J.D. (1966) The frictional characteristics of Westerly granite. Ph.D. thesis, MIT, Cambridge, 179 pp.

90. Campbell, D. В., Dyce, R. В., and Pettengill, G. H. (1976) New radar image of Venus. Science 193:1123-1124.

91. Campbell, D. В., and Burns, B. A. (1980) Earth-based radar imagery of Venus. J. Geophys. Res. 85(13): 8271-8281.

92. Carr M. H. (1977) Disfribution and emplacement of ejecta aroimd martian impact craters. In: Impact and Explosion Cratering. N. Y., Pergamon Press, 575-592.

93. Carr M. H., L.A.Crampler, J.A.Cutts, R. Greeley, J.E.Guest, and H.Masursky (1977) Martian craters and emplacement of ejecta by surface flows, J. Geophys. Res. 82: 40554065.

94. Cellino, A., Zappala, V , and Farinella, P. (1991) The asteroid size distribution from IRAS data. Mon. Not. R. Astr. Soc. 253: 5561-574.

95. Chapman, C, and 7 co-authors (1996a) Cratering on Ida. Icarus 120(1): 77-86.

96. Chapman, C, Veverka. J. , Belton, M., Neukum, G., and Morrison, D. (1996b) Cratering on Gaspra. Icarus 120(1): 231-245.

97. Chyba C. P., P. J. Thomas and K. J. Zahnle (1993) The 1908 Tunguska explosion: atmospheric disruption of a stony asteroid. Nature 361: 40-44.

98. Crandall S.H, Mark W.D. (1973) Random Vibration in Mechanical Systems, New York: Academic. 166 pp.

99. Crawford D. A. (1996) An analytical model of meteoroid entry into planetary atmospheres. LPSC27th, 267-268.

100. Croft S. K. (1980) Cratering flow field: Implications for the excavation and transient expansion stages of crater formation. Proc. Lunar. Planet. Sci. 11th, Pergamon Press, N.Y., 2347-2378.

101. Croft S. K. (1981) Hypervelocity impact craters in icy media. In: Lunar andPlanetary Science XII. Lunar and Planet. Inst., Houston, Tex., 190-192.

102. Croft, S. K. (1985)The scaling of complex craters. In Proceedings of 15th Lunar Planet. Sci. Conf J.Geophys. Res. 90: C828-C842.

103. Davis, D. R., Chapman, C. R., Weidenschilling, S. J., and Greenberg, R. (1985) CoUisional history of asteroids: Evidence from Vesta and the Hirayama families. Icarus 62: 30-35.

104. Davis D., Weidenshilling S. J., Farinella P., Paolicchi P., and Binzel R.P. (1989) Asteroid coUisional history: Effects on sizes and spins. In: Asteroids II(R. Binzel, T. Gehrels, and M.S.Matthews eds.), Univ. Arizona Press, 805-826.

105. Davis D.R., Ryan E.V., and Farinella P. (1994) Asteroidal coUisional evolution: results from current scaling algorithms. Planet Space Sci. 42: 599-610.

106. Dence M. R. (1965) The extraterrestrial origin of Canadian craters. Ann. N. Y. Acad. Sci 123:941-969

107. Dohnanyi, J. W. (1969) CoUisional model of asteroids and their debris. J. Geophys. Res. 74:2531-2554.

108. Durda, D., R. Greengerg, and R. Jedice (1998) CoUisional models and scaling laws: A new interpretation ofthe shape ofthe Main-belt asteroid distribution. Icarus 135:431-440.

109. Durham, W. В., Kirby, S. H., and Stem, L. A. (1998) Rheology ofplanetary ices. In: Solar System Ices (B. Schmidt, C. De Bergh, and M. Festou, eds.) Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London, pp.63-78.

110. Farinella P., and Davis D.R. (1992) Collision probabilities and impact velocities in the main asteroid belt. Icarus 97: 111-123.

111. Farinella, P., Ch. Froeschle, C. Froeschle, R. Gonczi, G. Hahn, A. Morbidelli, and G. B. Valesechhi (1994) Asteroids falling into the Sun. Nature 371: 314-317.

112. Feldman, V. I., Sasonova, L. V., Mironov Yu., V., and Ivanov, B. A. (1983) Circular structure Logancha as possible meteorite crater in basalts of the Timguska syneclise. Lunar and Planetary Science Conf. 14:191-192.

113. Fink, J.H., M.G.Malin, R.E.DAlli, and R.Greeley (1981) Geological properties of mud-flows associated with the spring 1980 eruptions of Mount St. Helens, Washington. Geophys. Res. Lett. 8(1): 43-46.

114. Florensky, C. P., A. T. Basilevsky, N. N. Grebennik (1976) The relationship between lunar crater morphology and crater size, The Moon, 16: 59-70.

115. Gaffney E.S, Melosh H.J. (1982) Noise and target strength degradation accompanying shallow-buried explosions, u'; Geophys. Res. 87:1871-1879

116. Garvin J.B. and Schaber G.G.(1992) Morphometry of large impact craters on Venus: Comparisons with terrestrial and lunar examples (abstract). LPSCXXIIT. 399-400.

117. Gault D.E. and Greeley R. (1978) Exploratory experiments of impact craters formed in viscous-Uquid targets: Analogs for Martian rampart craters? Icarus 34: 486-495.

118. Gault D. E., Wedekind J. A. (1978) Experimental studies of oblique impact. In: Proc. Lunar Planet. Set. Conf. 9th. N. Y., Pergamon Press, 3843-3875.

119. Gault D.E. and Sonnet, C. P. (1982) Laboratory simulation of pelagic asteroidal impact: Atmospheric injection, benthic topography, and surface wave radiation field. Geol Soc Amer. Spec. Paper 190: 69-92.

120. Gerasimov M. V., Yu.P. Dikov, O.I. Yakovlev,F. Wlotzka. (1994) High-temperature vaporization of gypsum and anhydrite: experimental results. LPSCXXV: 335-336.

121. Gilbert, G. K. (1893) The moon's face: A study of the origin of its features. Bull. Phil Soc. Wash. 12: 241-292.

122. Grady D. E. and M. E.Kipp (1980) Continuum modeling of explosive fracture in oil shale. Int. J. RockMech. Miner Sci. Geomech. Abstr. 17: 147-157.

123. Greeley R., Fink J. H., Gault D. E., Snyder D. W., Guest J. E., Schultz P. H. (1980) Impact cratering in viscouse targets: Experimental results. Proc. Lunar Sci. Conf. П'л. Pergamon Press, NY, 2075-2097.

124. Grieve R. A. F., Dence M. R. (1979) The terrestrial cratering record. II. The crater production rate. Icarus 38: 230-242.

125. Grieve, R. A. F., and Head J. W. (1982) The impact cratering process on Venus. LPSC XIII: 285-286.

126. Grieve R. A. F. (1984) The impact cratering rate in recent time. J. Geophys. Res, 89: B403-408.

127. Grieve, R. A. F., and Shoemaker E. M. (1994) The record of the past impacts on Earth. In: In: Hazards due to Comets and Asteroids, (T. Gehrels, Ed.) Univ. Arizona Press, 1994, pp. 417-462.

128. Griggs, D. T., Turner, F. J., and Heard, H. C. (1960) Deformation of rocks at 500°C and 800°C. In: Rock Deformation (eds. Griggs, D., and Handin, J.). Geol. Soc. Amer. Memoir 79,лл. 39-104.

129. Grimm R.E. and Solomon S.C. (1988) Viscous relaxation of impact crater relief on Venus: Constraints on crustal thickness and thermal gradient. J. Geophys. Res. 93: 11,91111,929.

130. Gryasnov V.K., Ivanov B.A., Ivlev A.B., Klumov B.A., Utyuzhnilov S.V., and Fortov V.E. (1994) Collision of the comet Shoemaker-Levy 9 with Jupiter: Interpretation of observed data. Earth, Moon andPlanets 66: 99-128.

131. Hampton M. A. (1972) The role of subaqueous debris flow in generating turbidity currents. Journal of Sedimentary Petrology 42(4): 775-793.

132. Hartmann, W. K., (1983) Moons and Planets, Wadsworth, Belmont.

133. Hartmann, W. K., D. Berman, G. A. Esquerdo, and A. McEwen (1999a) Recent Martian volcanism: New evidence from Mars Global Surveyor (abstract). LPSC XXX, CD-ROM edition, #1270.

134. Hartmann, W. K., M. M. Malin, A. McEwen, M. Carr, L. Soderblom. P. Thomas, E. Dan-ielson, P. James, and J. Veverka (1999b) Evidence for recent volcanism on Mars from crater counts. Nature 397: 586-589.

135. Hazards due to Comets and Asteroids (1994) T. Gehrels, Ed., with 120 collaborating authors. "Univ. Arizona Press, Tucson, 1300 pp.

136. Herrick, R. R., and Phillips, R. J. (1994) Effects of the Venusian atmosphere on incoming meteoroids and the impact crater population. Jcarus 112: 253-281.

137. Hildebrand A.R. (1993) The Cretaceous/Tertiary boxmdary impact. J. Roy. Astron. Soc. Can. 87(2): 77-118.

138. Holsapple K.A. (1993) The scaling of impact processes in planetary sciences. Ann. Rev. Earth .Planet. Sci. 21: 333-373.

139. Holsapple K.A. and R.M.Schmidt (1979) A material-strength model for apparent crater voliraie. Proc. Lunar Planet. Sci. Conf 10th, pp. 277-2777.

140. Horedt G.P., and G.Neukum (1984) Planetocentric versus heliocentric impacts in the Jovian and Satumian satrllite system. J. Geophys. Res. B12: 10,405-10,410.

141. Homer V.M., and R.Greely (1987) Effects of elevation and ridged plain thicknesses on Martian crater ejecta morphology. J. Geophys. Res. 92: E561-E569.

142. Housen K.R. (1988) Scaling of crater ejecta blocks. LPSCXDC: 507-508.

143. Jedicke, R., and Metcalfe, T.S. (1998) The orbital absolute magnitude distributions of Main Belt asteroids. Icarus 131: 245-260.

144. Masursky H., et al. (1980) Pioneer Venus radar results: geology from images and altime-try. J. Geophys. Res. 85: 8232-8260.

145. Maxwell D., and K. Seifert (1974) Modeling of cratering, close-in displacements, and ejecta. DNA Report 3628F, 1975,108 pp.

146. Maxwell D.E. (1976) Simple Z-model of cratering ejection and the overtumed flap. In Abstracts for the Symposium on Planetary Cratering Mechanics, Flagstaff, Arizona, 13-17September 1976. Lunar Science Institute, Houston, p. 72.

147. Maxwell D.E. (1977) Simple Z-model of cratering, ejection and overtumed flap. In: Impact andExplosion Cratering. Pergamon Press, N.J., 1003-1008.

148. McEwen, A. S. and M. C. Malin (1989) Dynamics of Mount St.Helen's 1980 pyroclastic flows, rockslide-avalanche, lahars, and blast. J. of Volcanology and Geothermal Research 37: 205-231.

149. McEwen, A. S., L. R. Gaddis, G. Neukum, H. Hoffinan, C. M. Pieters, and J. W. Head (1993) Galileo observations of post-Imbrium Ivinar craters during the first Earth-Moon flyby. J. Geophys. Res. 98 (E9): 17,207-17,231.

150. McEwen, A. S., J. M. Moore, and E. M. Shoemaker (1997) The Phanerozoic impact cratering rate: Evidence from the farside of the Moon. J. Geophys. Res. Planets, 102: 9231-9242.

151. McKinnon W .B. (1978) An investigation into the role of plastic failure in crater modification. Proc. Lunar and Planet. Sci. conf 9ЛЛ, 3965-3973

152. McKinnon W.B., Zahnle K. J., Ivanov B. A, and Melosh H. J. (1997) Cratering on Venus: Models and observations. In Venus II, eds. Bougher SW, Hunten DM, Phillips RJ,. Tucson, Az: Univ. of Arizona Press, pp. 969-1014.

153. Melosh H.J. (1977) Crater modification by gravity: A mechanical analysis of slumping. In Impact and Explosion Cratering, eds. Roddy DJ, Pepin RO, Merrill RB. New York: Pergamon Press, pp. 1245-1260.

154. Melosh H.J. (1979) Acoustic fluidization: A new geologic process? J. Geophys. Res. 84:7513-7520

155. Melosh H.J. (1982) A schematic model of crater modification by gravity. J. Geophys. Res. 87:371-380

156. Melosh H.J, Gaffhey E.S. (1983) Acoustic fluidization and the scale dependence ofimpact crater morphology. J. Geophys. Res. 88:Suppl. A830-A834

157. Melosh H. J.(1989) Impact Cratering: A Geologic Process. Oxford University Press, N. Y. & Clarendon Press, Oxford, 245 pp.

158. Melosh H. J., E. V. Ryan and E. Asphaug (1992) Dynamical fragmentation in impacts. J. Geophys. Res. 97: 14,735-14,759.

159. Melosh, H. J. and Ryan, E. V. (1997) Note: Asteroids shattered but not dispersed. Icarus 129: 562-564.

160. Melosh H. J., and B. A. Ivanov (1999) Impact crater collapse. Amu. Rev. Earth Planet. Sei. 27, pp. 385-415

161. Migliorini, F. P., Michel. P., Morbidelli, A., Nesvomy, D., and Zappala, V. (1998) Origin ofEarth-crossing asteroids: the new scenario. Science 281: 2022-2024.

162. Milani A., M. Caprino, G. Hahn, and A. M. Nobili (1989) Dynamics of planet-crossing asteroids: Classes of orbital behavior. Icarus 78: 212-269.

163. Moore H. J. (1971) In Analysis of Apollo 10 Photography and Visual Observations. NASA-SP 232, pp. 26-27.

164. Morbidelli, A. (1999) Origin and evolution of near Earth asteroids. Celestial Mech. and Dynamical Aston. 73: 39-50.

165. Moroz, V. I. (1981) The atmosphere of Venus, Space Sei. Rev., 29: 3-127.

166. Mouginis-Mark P.J. (1980) Volume estimates of fluidized ejecta deposits for craters in the northern plains of Mars, LPSCXI, 759-761.

167. Nakamura A., and A.Fujiwara (1991) Velocity distribution of fi-agments formed in a simulated collisional disruption./carwj'92: 132-146.

168. Nemtchinov, I. V., V. V. Svetsov, I. B. Kosarev, A. P. Golub', O. P. Popova, V. V. Shu-valov, R. E. Spalding, C. Jacobs, and E. Tagliaferri (1997) Assessement of kinetic energy of meteoroids detected by satellite-based light sensors. Icarus 130: 259-274

169. Neukum G. (1983) Meteoritenbombardement andDatierungPlanetarer Oberflachen. Ha-bilitation dissertation for faculty membership, Univ. ofMunich, 186 pp

170. Neukum G., and Hiller K. (1981) Martian ages. J. Geophys. Res. 1981: 3097-3121.

171. Neukum G., and Ivanov, B. A. (1994) Crater size distribution and impact probabilities on Earth from lunar, terrestrial-planet, and asteroid cratering data. In: Hazards due to CometsandAsteroids, (T. Gehrels, Ed.) Univ. Arizona Press, pp. 359-416.

172. Nutt, G., L. Klein and A. E. Ratcliffe (1981) Explosion on gas-vacuum interface. Phys.24(12): 2150-2153.

173. Oberbeck V.R. (1975) The role ofballistic erosion and sedimentation in lunar stratigraphy. Rev. Geoph. and Space Phys. 13: 337-362.

174. Okeefe, J. D., and Ahrens, T. J. (1975) Shock effects fi-om a large impact on the moon. In: Proceedings of Lunar Science Conference, 6th,. Volume 3. New York, Pergamon Press, p. 2831-2844.

175. O'Keefe J. D., Ahrens T. J. (1977) Meteorite impact ejecta: dependence of mass and energy lost on planetary escape velocity. Science 198: 1249-1251.

176. O'Keefe J.D., Ahrens T.J. (1978) Late stage crater flows and the effect of strength on transient crater depth. In: Lunar Planet. Sei. IX, 823-825.

177. O'Keefe J. D. and T. J. Ahrens,(1982) Cometary and meteorite swarm impact on planetary surfaces. J. Geophys. Res. 87: 6668-6680.

178. O'Keefe J.D., and T.J.Ahrens (1989) Impact production of CO2 by the Cretaceous/Tertiary extinction bolide and the resultant heating of the Earth. Nature 338:247-249.

179. O'Keefe, J. D., and Ahrens, Thomas J. (1993) Planetary cratering mechanics. Journal of Geophysical Research, Y. 98(E9): 17011-17028

180. O'Keefe J.D, and Ahrens T J (1999). Complex craters: Relationship of stratigraphy and rings to the impact conditions. J. Geophys. Res. 104(E11): p. 27,091

181. Ohnaka, M. (1995) A shear failure strength law of rock in the brittle-plastic transition regime. Geophys. Res. Lett. 22: 25-28.

182. Orphal D.L. (1977) Calculation of explosion cratering: The shallow-buried nuclear detonation Jonnie Boy. In: Impact and explosion cratering, Pergamon Press, N. J., 897-906.

183. ОфЬа! D.L., Borden, W. P., Larson, S. A., Schultz, P. H. (1980) Impact melt generation and transport. In: Proceedings of Lunar and Planetary Science Conference, llth,. Volume 3. New York, Pergamon Press, p. 2309-2323.

184. Orphal D.L., Borden, W. F., Larson, S. A., Schultz, P. H. (1982) Generation and transport of impact melt. LPSCXIII, 1982,606-608.

185. Paolicchi P., Cellino A., Farinella P., and Zappala V. (1989) A semiempirical model of catastrophic breackup process. Icarus 11:187-212.

186. Paolicchi P., Verlicchi A. and Cellino A. (1983) Catastrophic fragmentation and formation of families: preliminary results from a new numerical model. Celest. Mech. 57: 49-56.

187. Passey Q.R., and Melosh H.J. (1980) Effects of atmospheric breakup on crater field formation. Icarus 42: 211-233.

188. Pearce S.J, Melosh H.J. (1986) Terrace width variations in complex 1гшаг craters. Geophys. Res. Lett. 13:1419-1422

189. Pevzner L. A., Kirj akov A. F., Vorontsov A. K., Masai tis V. L., Mashchak V. S., and Ivanov B.A. (1992) Vorotilovskaya drillhole: First deep drilling in the cenfral uplift of large terrestrial impact crater (abstract). LPSC XXIII, 1063- 1064.

190. Phillips C.J., and Davies T.R.H. (1991) Determining rheological parameters of debris flow material. Geomorphology A:\0\-110.

191. Piekutowski A.J. (1980) Formation of bowl-shaped craters. Proc Lunar Planet. Sci. Conf. llth, pp. 2129-2Ы4.

192. Pierazzo, E., A. M. Vickery, and H. J. Melosh. (1997)A reevaluation of impact melt production. Icarus 127: 408-423.

193. Pierson Т.Н. (1981) Dominant particle support mechanisms in debris flows at Mt Thomas, New Zeland, and implications for flow mobility. Sedimentology, 28,49-60.

194. Pierson Т.Н. (1986) Flow behavior of channelized debris flows, Moimt St. Helens, Washington. In Hillslope Processes (A.D.Abrahams ed.), AUen&Unwin, Boston, pp.269 -296.

195. Pike R. (1977) Size-dependence in the shape of fresh impact craters on the moon. In: Impact andExplosion Cratering (Eds. Roddy D. J., Pepin R.O., Merrill R.B.). N. Y., Pergamon Press, 1977, p. 489-510.

196. Pike R. J. (1980) Control of crater morphology by gravity and target type: Mars, Earth, moon. Proc. Lunar. Planet Sci. Conf llth. N. Y., Pergamon Press, p. 2159-2189.

197. Pope K. O., A. C. Ocampo, and C.E. Duller (1993) Surficial geology of the Chicxulub impact crater, Yucatan, Mexico. Earth, Moon, and Planets 63: 93-104.

198. Pope K.O., K.H. Baines, A.C.Ocampo, and B.A.Ivanov. (1994). Impact winter and the Cretaceous/Tertiary extinctions: Results of a Chicxulub asteroid impact model. Earth and Planet. Sol Lett. 128: 719-725.

199. Pope K., Baines, K., Ocampo, A., and Ivanov B. A. (1997) Energy, volatile production, and climatic effects of the Chixulub Cretaceous/Tertiary impact. Journal of Geophysical Research 102(9): 21645-21664.

200. Potapov A. V., and Ivanov B.A. (1991) Landslide motion: Numerical simulation for Earth and Mars. LPSCXXII, 1087-1088.

201. Rabinowitz D. (1993) The size-distribution of the Earth-approaching asteroids. Astrophys. J 407: 412-427.

202. Rabinowitz D.L. and 8 others (1993) Evidence for a near-Earth asteroid belt. Nature, 363: 704-706

203. Rabinowitz D., E. Bowell, E. Shoemaker, and K. Muinonen (1994)The population of Earth-crossing asteroids. In: Hazards due to Comets and Asteroids (Ed. T. Gehrels) University of Arizona Press, Tucson, pp. 285-312.

204. Rabinowitz D. L. (1997) Are main-belt asteroids a sufficient source for the Earth-approaching asteroids? Part II. Predicted vs observed size distribution. Icarus 130: 287-295.

205. Rigden S. M., Ahrens T. J. (1981) Impact vaporization and lunar origin. In.- Lunar and Planetary ScienceXII. Lunar and Planet. Inst., Houston, Tex., 885-887.

206. Rockslides and Avalanches (B. Voight Ed.), Elsiver, NY, 1978.

207. Savage J.C., Byerlee J.D., and Lockner D.A. (1996) Is internal faction friction? Geophys. Res. Letters 23(5): 487-490.

208. Schaber, G.,G., and Boyce J.M. (1977) Probable distribution oflarge impact basins on Venus: Compparison with Mercury and the moon. In: Impact and Explosion Cratering (Eds. Roddy D.J., Pepin R.O., Merrill R.B.). N.Y., Pergamon Press, 1977, p. 603-612.

209. Schaber G.G., R.G.Strom, H.J.Moore, L.A.Soderblome, R.L.Kirk, D.J.Chadwick, D.D.Dawson, L.R.Gaddis, J.M.Boyce, and J.Russel (1992) Geology and distribution of impact craters on Venus: What are they telling us? J. Geophys. Res. 97(E8): 13,25713,301.

210. Schmidt R. Al. (1978) Centrifuge simulation ofthe Johnie Boy 500 ton cratering event. In: Proc Lunar Planet. Sci. Conf 9th. N. Y., Pergamon Press, pp. 3877-3889.

211. Schmidt R. M. (1980) Meteor Crater: Energy of formation-impUcations of centrifiage scaling. In: Proc. Lunar Planet. Set. Conf 11th. N. Y., Pergamon Press, pp. 20992128.

212. Schmidt R. M., Holsapple K. A. (1980) Theory and experiments on centrifuge cratering. J. Geophys. Res. 85(2): 235-252.

213. Schmidt R. M., Holsapple K. A. (1981) An experimental investigation of transient crater size. Lunar andPlanetary Science X/: 934-936.

214. Schmidt, R. M., and K. R. Housen. (1987) Some recent advances in the scaling of impact and explosion cratering. Int. J. Impact Eng. 5: 543-560.

215. Schock R. N., and H.C. Heard (1974) Static mechanical properties and shock loading response of granite. J! Geophys. Res. 79: 1662-1666.

216. Schultz, P.H. and D.E.Gault (1979) Atmospheric effects on Martian ejecta emplacement. J. Geophys. Res. 84: 7669-7687

217. Scott R. F. (1967) Viscous fl ow of craters. Icarus 7:139-148

218. Seed H.B, Goodman R.E. (1964) Earthquake stability of slopes of cohesionless soils. Proc. Am. Soc Civ. Eng. 90(SM-6):43-73

219. Sea-floor observations and subbottom seismic characteristics of OAK and KOA craters, Eneweatak Atoll, Marshall Islands (1986) U. S. Geological Survey Bulletin 1678.

220. Selivanovskaya, T. V. (1992) Petrochemical Trends of Crystallized Impact Melts. Lunar and Planetary Science Conference 18: 906

221. Settle, M. (1979) Volume of impact crater fallback ejecta on the Earth, moon and Venus. Lunar Planet. Sci. X, 1113-1115.

222. Shapton V.L. and 7 others (1993) Chicxulub basin: Gravity characteristics and implications for basin morphology and deep structure. Lunar and Planetary Science XXIV: 1283-1284.

223. Shoemaker and Wolf, 1982: Шумейкер Ю. M., Вольф P. Временные масштабы кратерообразования у Галилеевых спутников Юпитера. В кн.: Спутники Юпитера. М.: Мир, 1986, С. 49 113.

224. Shoemaker, Е. М. (1962) Interpretation of lunar craters. In: Physics andAstronomy of the Moon (Ed. Z. Kopal), Academic Press, New York and London, pp. 283-359.

225. Shoemaker, E. M. (1977) Astronomically observable crater-forming projectiles. In Impac/ and Explosion Cratering (Eds. D.J.Roddy, R.O.Pepin, and R.B.Merrill), Pergamon Press, New York, pp. 639-656.

226. Solomon, S. C, Stephens, S. K., and Head, J. W. (1982) On Venus impact basins: Viscous relaxation of topographic relief J. Geophys. Res. 87: 7763-7771.

227. Squires S.W., S.M.Clifford, R.O.Kuzmin, J.RZimbelman, and F.M.Costard (1992) Ice in the Martian regolith. In Mars (H.H.Kieffer, B.M.Jakovsky, C.W.Snyder, and M.S.Matthews, Eds.), University of Arizona Press, Tuscon&London, pp. 523- 554.

228. Stesky, R. M., Brace, W. F., Riley, D. K., and Bobin, P. Y. (1974) Friction in faulted rock at high temperature and pressure. Tectonophysics 23: 111-203.

229. Stewart, S. T., and Ahrens, T. J. (1999) Correction to the dynamic tensile strength of ice and ice-silicate mixtures (Lange & Ahrens 1983). 30th Annual Lunar and Planetary Science Conference, March 15-29, 1999, Houston, TX, abstract no. 2037.

230. Svetsov V. V., Nemtchinov I. V., and Teterev A. V. (1995) Disintegration of large meteor-oids in Earth's atmosphere: Theoretical models. Icarus 116: 131-153.

231. Swift R. P. (1977) Material strength degradation effect on cratering dynamics. In Impact and Explosion Cratering, Pergamon Press, N. Y., pp. 1025-1042

232. Tauber, M. E., and Kirk, D. B. (1976) Impact craters on Venus. Icarus 28(3): 351-387.

233. Thomas P. C, Binzel R. P., Gaffey M. J., Storrs A. D., Wells E. N., and Zellner B. H. (1997) Impact excavation on asteroid 4 Vesta: Hubble Space Telescope results. Science 277:1492-1495

234. Thomson J.M., Austin M.G., Schultz P.H. (1980) The development of the ejecta plume in a laboratory scale impact cratering event. Lunar Planet. Sci. Conf XI, 1146-1148.

235. Tillotson J. H.(1962) Metallic equations of state for hypervelocity impact. General Atomic Report GA-3216.235

236. Vortman, L. J. (1968) Craters from surface explosions and scaling laws. J. Geophys. Res. 73(2): 14,4621-4631.

237. Weitz CM. , Moore H.J., and Schaber G.G. (1992) Low-emissivity impact craters on Venus (absfract). LPSC XXIII, 1511-1512.

238. Welsh J.E., F.H.Harlow, J.P.Shannon, and B.J.Daly (1966) The MAC method. A computing technique for solving viscous, incompressible, transient fluid-flow problems involving free surfaces. Los Alamos Scientific Laboratory Report TID-4500,146 pp.

239. Whipple K.X., and T.D.Dunne (1992) The influence of debris-flow rheology on fan morphology, Owens Valley, California. Geol. Soc. Amer. Bull 104: 887-900.

240. Wilhelms, G. W. (1979) Relative ages of lunar basins. In: Reports of Planetary Geology Program 1978-1979, NASA TM-80339, pp. 135-137.

241. Williams, K., and Zuber M. (1998) Measurement and Analysis of Lunar Basin Depths from Clementine Altimetry. Icarus 131(1): 107-122.

242. Wohletz K.H., and M.F.Sheridan (1983) Martian rampart crater ejecta: Experiments and analysis of melt-water interaction. Icarus 56: 15-37.

243. Wong, T.-F. (1982a) Effects of temperature and pressm-e on faillure and post-failure behavior of Westerly granite. Mech. Materials 1: 3-17.

244. Wong, T.-F. (1982b) Shear fracture energy of Westerly granite from post-failure behavior. J. Geoph. Res. 87: 990-1000.

245. Worthington a. m. (1963) A Study ofSplashes, New York: MacMillan. 169 pp.

246. Zahnle, K (1992) Airburst origin of dark shadows on Venus. J. Geoph. Res. 97: 10,24310,255.

247. Zappala, V., Cellino, A., Gladman, B. J., Manley, S., and Migliorini, F. (1998) Asteroid showers on Earth after family breackup events. Icarus 134: 176-179.

Информация о работе

Иванов, Борис Александрович
доктора физико-математических наук
Москва, 2000
ВАК 04.00.22

Диссертация

Механизмы образования ударных кратеров на Земле и планетах - тема диссертации по геологии, скачайте бесплатно