Десятки тысяч известных нам астероидов бродят по нашей Солнечной системе. Это строительные блоки из металла, силикатов и льда, оставшиеся с начала времен, когда собирались планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) и их луны. По большей части астероиды спокойно вращаются вокруг Солнца, но иногда они сталкиваются друг с другом или с планетами и их лунами. Астероид, столкнувшийся с поверхностью планеты, называется метеоритом. Когда метеорит движется с гиперскоростью от 10 до 70 км в секунду, при столкновении высвобождается огромная волна энергии и что-то остается на своем месте на поверхности планеты. Эти метеоритные или ударные кратеры выглядят как шрамы. Некоторые планеты больше испещрены кратерами, чем другие: Луна покрыта тысячами, а Земля имеет только 200 подтвержденных метеоритных кратеров. На это есть несколько причин. Во-первых, метеориты замедляются или даже сгорают в нашей атмосфере, прежде чем достигают поверхности. Во-вторых, 70% Земли покрыто водой — мы можем видеть только кратеры на суше. Земля также имеет тектонические плиты, которые сдвигаются и постоянно обновляют поверхность.
Я геолог, изучаю ударные кратеры. Я посетил 10 подтвержденных участков Земли с кратерами в таких разных местах, как джунгли Амазонки, Арктический полярный круг, Центральная Европа и Южная Африка. Я даже изучал лунные образцы, собранные миссиями «Аполлон». Ударное кратерирование — один из самых фундаментальных космических процессов. Он отвечает за рост планетарных тел за счет аккреции (накопления массы). Например, Луна образовалась в результате столкновения молодой Земли с меньшей планетой Тейей. Доказано, что вымирание динозавров было вызвано массовым столкновением. Таким образом, изучение ударных кратеров может расширить наше понимание эволюции и жизни Земли, а также ее возможного будущего. Я переехал в провинцию Фри Стейт в Южной Африке после защиты докторской диссертации в австрийском Венском университете. Ближайшим и наиболее интересным геологическим объектом был ударный кратер Вредефорт. Это самая старая и самая большая известная ударная структура в мире, возраст которой составляет около 2 миллиардов лет, а ее диаметр составляет от 180 до 300 км.
Вместе с коллегами-исследователями я посещал Вредефорт несколько раз в год для сбора различных данных. Исследования ударных кратеров помогают мне совместить две мои большие страсти — метаморфическую петрологию (как горные породы могут быть преобразованы из одного типа в другой) и деформацию минералов (как они меняют свою форму и структуру под нагрузкой). Итак, что происходит, когда образуется ударный кратер? Сочетание сильной жары (достигающей тысяч градусов по Цельсию) и давления (миллионы атмосфер) в момент удара метеорита о поверхность планеты. Метеорит разрушается, а часть цели испаряется. Это место столкновения известно как ударный кратер; земля вокруг и под ним полна камней, называемых импактитами. Их нельзя найти больше нигде: импактиты не образуются никакими природными процессами, а только ударами метеоритов. Уникальные черты деформации формируются в минералах, которые уже находились на поверхности планеты. Иногда обнаруживаются новые минералы — например, коэсит и стишовит — высокобарические модификации кварца, реидит — высокобарическая модификация циркона. Другой – ударный алмаз, называемый лонсдейлитом.
Изучать импактиты, конечно, не так просто, как смотреть на них невооруженным глазом или даже рассматривать их под обычным микроскопом. Технология, называемая просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ), является движущей силой последних исследований в этой области. Он использовался в течение нескольких десятилетий, но в последние годы его качество и точность значительно улучшились. ПЭМ — это способ наблюдения за микро- и наноструктурами импактитов с невероятно высоким разрешением. Используя тонкие, специально подготовленные образцы, можно охарактеризовать элементы размером всего несколько нанометров — это примерно 1/10 000 диаметра человеческого волоса — с точки зрения их состава, формы, кристаллической структуры и взаимосвязи с окружающей средой. Отдельные молекулы и их структуры в кристаллах могут быть распознаны и отображены. Мы даже можем определить, на какой минерал мы смотрим, анализируя расположение молекул. Эта технология открывает дверь в совершенно новый мир изучения импактитов. Наши мелкомасштабные исследования раскроют еще больше огромных секретов Вселенной.
