Попигайская астроблема

Автор: admin   
сентября 18,
2012

В бассейне среднего течения бурной реки Попигай на севере Красноярского края расположен крупный метеоритный кратер, входящий в десятку крупнейших кратеров Земли. Попигайская астроблема (звездная рана) представляет уникальный по степени сохранности и обнажённости импактный кратер диаметром100 кми возрастом около 35.7 млн. лет.

Исследователи природного феномена предположили, что астероид диаметром около 8 км, двигавшийся с северо-востока, врезался в кристаллические породы раннедокембрийского фундамента Земли. В результате удара, взрыва и температуры, достигавшей 2000 градусов, расплавилось около 1750 кубокилометров горных пород. Миллиарды тонн были перемещены на значительные расстояния, превратились в другие породы, пыль и газ.

Пыль и газ в колоссальном количестве были выброшены в атмосферу и далее в стратосферу, что на многие годы уменьшило приток тепла к поверхности Земли и привело к резкому похолоданию на планете. Часть флоры и фауны, не выдержав изменений в климате, вымерла.

Попигайский импактный кратер представляет собой многокольцевую структуру, аналогичную подобным на Луне, Меркурии и других планетах Солнечной системы.

 

Котловина кратера была открыта в 1946 году Д. В. Кожевиным и в разное время рассматривалась как грабен, как эрозионная впадина, как вулканический кратер. Лишь в 1970 году ленинградскому геологу В. Л. Масайтису и его коллегам удалось доказать, что Попигайская котловина — один из крупнейших на Земле метеоритных кратеров. Гипотеза о метеоритном происхождении была основана на изучении обнажений породы (Пёстрые скалы), где на поверхности видны отложения, подвергшиеся ударному плавлению и дроблению. Тогда же появилось предположение, что здесь возможны залежи алмазов, связанные с преобразованием графита при больших температурах и давлении в очень твердую породу. В начале 1971 года, при исследовании образцов породы из Попигайского кратера, была открыта новая коренная порода алмазов – импактиты.

Более 120 лет геологи считали единственным коренным источником алмазов кимберлитовые породы. Но открытие новых месторождений алмазов в Австралии и изучение Попигайского метеоритного кратера ознаменовалось появлением новых коренных алмазосодержащих пород – лампроитов и импактитов.

Импактиты образовались за счет переправления кристаллических пород при ударном столкновении с космическими телами. Пока Попигайское месторождение импактных алмазов считается единственным в мире, хотя всего на Земле известно более 150 древних импактных кратеров.

С начала 1972 года в течение двух лет были выполнены работы, которые подтвердили предположения ленинградских геологов о метеоритном образовании Попигайской котловины и наличии здесь нового вида коренного источника алмазов – импактитов.

На территории Попигайской котловины импактиты во многих местах выходят на поверхность и уходят на глубину около 1,5 км. Их площадь превышает 1750 км2. Алмазы рассеяны по всей котловине и встречаются почти везде, как в породах, так и в россыпях. Они образовались при ударном сжатии пород (твердофазный переход), когда графит переходит непосредственно в алмаз.

Общие запасы алмазов Попигайского месторождения, по подсчетам исследователей, превышают все известные запасы алмазов кимберлитовых провинций мира.

Импактные алмазы значительно отличаются от кимберлитовых. Внешне они совсем не похожи на обычные алмазы. Они неказисты на вид и в основном имеют темную окраску. Также их отличает также высокая плотность и твердость. По этим качествам импактные алмазы незаменимы в технических целях.

Они были известны геологам давно. Импактные алмазы встречаются в России на юго-западном берегу Байдарацкой губы Карского моря, на западе Украины, в Северном Криворожье, а так же в южной части Баварии, в Канаде, Финляндии и т.д.

В последнее время установлено, что импактные алмазы могут возникать при ударном сжатии не только графитсодержащих кристаллических пород, но также осадочных пород, заключающих пласты угля. Кимберлитовые алмазы образовались в результате мощного давления и температуры внутри земли, импактные же алмазы образованы мощным давлением и температурой, но только на поверхности земли.

В середине 70-х гг. была создана специальная Полярная геологоразведочная экспедиция с базой в п. Хатанга Таймырского автономного округа Красноярского края. Научным руководителем этой экспедиции был назначен В.Л. Масайтис.

В короткие сроки была не только проведена доразведка открытых импактных алмазов, но и подсчитаны их запасы. Были выявлены наиболее богатые участки, два из которых – «Ударная» и «Скальная» были изучены досконально. В Хатанге была построена небольшая обогатительная фабрика, а в Попигае вырос целый геологический поселок. Несколько тонн импактов было отправлено на обогащение даже в Мирный на фабрику №3. Геологи выявили, что в россыпях импактные алмазы представлены более качественными образцами, чем в коренных породах.

Несмотря на хорошее качество импактных алмазов, вопрос об их добыче так и не решили. Из-за удаленности Попигайского месторождения и исключительной твердости импактитов, извлечение алмазов из этих пород показалось делом дорогостоящим. Да и Министерство станкостроительной промышленности СССР, которому было передано более 10 тысяч карат импактных алмазов, не заинтересовалось ими.

В начале 80-х годов прошлого века в СССР уже наладили производство недорогих синтетических алмазов и они вместе с природными техническими алмазами в полной мере удовлетворяли потребности отечественной промышленности. Дорогие и качественные импактные алмазы тогда никому не понадобились. Геологические изыскания месторождения свернули и Полярную ГРЭ расформировали.

За время изысканий была проведена большая исследовательская работа: было пробурено 500 скважин, некоторые достигали в глубину1,7 километров, собрано 1000 тонн уникального керна. Стоимость затрат на исследования в «те еще времена» составила ни много ни мало, а полтора миллиарда долларов США.

Доктор геолого-минералогических наук из Новосибирска С.А. Вишневский много лет занимался исследованием Попигайской астроблемы. Относительная изученность кратера, своеобразие и неповторимость (на протяжении десятков километров геологическая история Земли читается здесь, как по учебнику), позволила ему на заседании специальной комиссии ЮНЕСКО в Париже в 1991 году добиться решения отнести Попигайскую астроблему к памятникам природы планетарного значения первой величины.

Попигайская астроблема отмечена на рельефе как округлая депрессия размерами 60 –75 кмс глубиной днища 200 и более метров относительно внешнего борта кратера. Этот кратер покрыт низкорослым лиственничным лесом, а прилегающая окрестность практически безлесна. Протекающие через котловину реки характеризуются дугообразно-концентрической и радиальной ориентировками долин, наследующими основные черты строения кратера. На снимках из космоса структура астроблемы видна как округлое образование сердцевидной формы размером около60 км, в западной части которой прослеживаются концентрические дуговидные детали, связанные с выходом тагамитов и пород ложа кратера.

 

Обнажение мегабрекчии “Пестрые Скалы” в западном борту Попигайской астроблемы, которое представляет один из самых впечатляющих выходов импактитов данной формации. Обнажение венчается “шляпой” “поздних” тагамитов (t), которые с резким неровным контактом и временным перерывом отложились на мегабрекчию. На дальнем плане слева – скальные выходы мощного тагамитового покрова, который налегает на мегабрекчию по направлению к центру кратера.

Снимок из космоса Попигайского метеоритного кратера. Мозаичное изображение синтезировано из различных полос (приближение к естественным цветам) четырех сюжетов, полученных спутником Landsat 7 (США). Несмотря на то, что по геологическим данным кратер имеет диаметр 100 км, четко выделяется лишь внутренняя часть кратера диаметром около 80 км, имеющая более темный тон благодаря тому, что она поросла лесом. В западном и северо-западном секторах кратера очевидно проявляются выходы истинного дна кратера и расплавных пород (тагамитов).

Кратер образовался в двуслойной мишени, состоящей из плотных кристаллических пород Анабарского щита и перекрывающих их осадочных пород, бывшая мощность которых на месте события оценивается исследователями в 800 –1200 м[Масайтис и др., 1998]. Кристаллические породы относятся к верхнеанабарской и хапчанской сериям (архей – ранней протерозой), выделяемым в северной части Анабарского щита общей мощностью 10 –12 км. В основном они представлены гнейсами и гранито-гнейсами. В составе верхнеанабарской серии преобладают чередующиеся гиперстеновые и двупироксеновые плагиогнейсы и кристаллические сланцы. В хапчанскую серию входят переслаивающиеся биотит-гранатовые, биотит-гранат-пироксеновые, пироксен-гранатовые гнейсы иногда с силлиманитом и кордиеритом, плагиогнейсы, салит-скаполитовые породы, кальцифиры и мрамора. Нередко гнейсы богаты графитом. В раннем протерозое они испытали гранитизацию и смяты в складки северо-западного и субмеридионального простирания. Породы прорваны небольшими телами ультраосновных и основных пород. В перекрывающий чехол входят осадки верхнего протерозоя (красные и красно-серые кварцевые и полевошпат-кварцевые песчаники, кварцито-песчаники, гравелиты и реже конгломераты и нижнего рифея и венда общей мощностью500 м), кембрийские зеленовато-серые песчаники, гравелиты, конгломераты, глинистые известняки, мергели и доломиты мощностью 80 –230 м, пермские терригенные осадки мощностью 120 –230 м, триасовые вулканогенно-осадочные породы мощностью 20-30 м, юрские лептохлоритовые кварц-полевошпатовые песчаники и меловые пески с глинистыми прослоями. Отложения чехла в настоящее время имеют, в общем, моноклинальное падение на северо-восток которое составляет от 2-3о у края щита до30’на северо-востоке. Депрессия перекрыта различными озерными, аллювиальными, ледниковыми и другими осадками.

Аллогенные брекчии, зювиты и тагамиты залегают на ложе из раздробленных пород фундамента и заполняют сложную воронку с максимально глубиной2 км. Аутигенные брекчии наблюдаются в южном обрамлении кратера и также в виде выступов фундамента в западном секторе кратера, где на поверхность выходит кольцевое поднятие ложа. Аллогенные брекчии в общем подстилают более высокотемпературные зювиты и тагамиты, заполняя понижения в рельефе истинного ложа, или реже находятся внутри импактной толщи в виде неправильных линз. Мелкообломочные брекчии (псаммито-алевритовые) перекрывают импактную толщу, образуя покров в центральной и северной части кратера. Выходы аллогенной брекчии, образованные очевидно низкоскоростными выбросами, встречаются в виде отдельных пятен также вне депрессии, залегая на брекчированных породах внешней зоны кратера, а также и вне кратера на расстоянии до70 кмот его центра.

Схема геологического строения Попигайского кратера: 1 – кристаллические породы верхнеанабарской и хапчанской серий архея; 2 – осадочные породы верхнего протерозоя и нижнего палеозоя; 3 – осадочные и вулканогенно-осадочный породы верхнего палеозоя и мезозоя; 4 – тагамиты; 5 – зювиты; 6 — псаммито-алевритовые брекчии; 7 – аллогенные брекчии; 8 – гребень кольцевого поднятия; 9 – надвиги и сбросы; 10 – разрывные нарушения не установленной морфологии; 11 – центр кратера. По Масайтису и др., [1980, 1998].

 

Геологический разрез Попигайского кратера по линии СЗ-ЮВ (см. рис. 8). [Масайтис и др., 1998].

Зювиты наиболее распространены среди импактитов. Они залегают в основном на аллогенной брекчии, а на кольцевом поднятии и юго-западном борту непосредственно на фундаменте. Суммарная мощность зювитов в центре кратера может превышать1 км. В верхней части разреза преобладают пепловые и реже лапиллиевые зювиты с преобладанием обломков осадочных пород и в меньшей степенти обломков импактного стекла, тогда как в нижней части разреза широким распространением поользуются зювиты с преобладанием обломков кристаллических пород и импактнрого стекла. Среди зювитов выделяются многочисленные петрографические разновидности. Тагамиты (от реки Тагама в восточной части кратера) состоят из стекловатой или раскристаллизованной в той или иной мере матрицы с включениями фрагментов пород мишени различного размера. Крупные класты размером более первых сантиметров и до первых метров, как правило, не содержатся в количестве, превышающем первые проценты, тогда как содержание более мелких фрагментов колеблется от 5 % до 30 %. Соотношение осадочных и кристаллических кластов варьирует около значения 1:9. Различаются низкотемпературная и высокотемпературная разновидности. Основными отличиями служат более высокая степень вторичной измененности низкотемпературных тагамитов и более сильное развитие реакционных каемок вокруг фрагментов породи их большее проплавление в высокотемпературных разностях. Тагамиты слагают тела различной формы – субгоризонтальные пластообразные тела, линзовидные, неправильные и ветвящиеся бескорневые тела, дайки и жилы. Наиболее распространены они во внешней воронке. Тагмиты составляют примерно 35% от объема зювитов.

Истинное ложе кратера в наиболее глубоких частях прослеживается на глубине2 кми характеризуется сложным строением – присутствует кольцевое поднятие диаметром45 км, выходящее на поверхность в западном секторе кратера. Возможно, что существует и центральное поднятие диаметром 10-15 кмс амплитудой поднятия в несколько сотен метров. Крутизна кольцевого поднятия варьирует в различных участках от 3? – 5? до 30?, достигая 45?, внутренний борт кольцевого поднятия более крутой, чем внешний. Кольцевое поднятие обрамлено внешним кольцевым желобом с диаметром по днищу 55 –60 кми глубиной от 1,2 –1,5 кмна северо-западе до 1,7 –2,0 кмна юго-востоке. Крутизна внешнего склона составляет 10 – 20?. Рельеф кольцевого желоба осложнен локальными радиальными желобами шириной 10 –15 км. Снаружи депрессии наблюдается внешняя кольцевая зона террас с хаотично залегающими гигантскими блоками осадочных пород, смещенными по центробежными дугообразными надвигами, взбросо-надвигами, складками, трещинами и др.

Зювиты и тагамиты содержат алмазы, образованные в результате твердофазного преобразования графита кристаллических пород мишени. В результате бурения и других геолого-разведочных работ были найдены большие запасы этих промышленных алмазов. Попигайские алмазы, равно как и алмазы других кратеров, сингенетичны ударному событию. Содержания Ni, Co, Cr в тагамитах превышают содержания в породах мишени, что может быть результатом примеси метеоритного вещества, предположительно обыкновенного хондрита. Так, если концентрации этих элементов в гнейсах составляют соответственно 27, 13 и 80 нг/г, то в тагамитах в они достигают 85, 9 и 110 нг/г с Ni/Co отношением около 10. Ir содержится в тагамитах в количестве 0,1 нг/г при содержании в гнейсах 0,01 нг/г, а в ударных стеклах его концентрация может достигать 4,7 нг/г. Попигайский метеорит, образовавший эту астроблему, мог достигать в диаметре около8 километров.

Как показали исследования, образование апографитовых алмазов в астроблеме контролировалось только ударными давлениями >35-50 ГПа. Они равномерно затухали во всех направлениях от центра взрыва, и поэтому пространственные вариации содержания алмазов в тагамитах исходно отражали только неравномерное распределение графита в породах мишени. Далее, в зависимости от термичес-кой эволюции расплавов (закалка или длительное охлаждение в составе мощных погребённых масс) их начальная алмазоносность могла снижаться под действием процессов растворения, на что указывают следы коррозии, широко распространённые в алмазах из тагамитов.

Ученые считают, что главным фактором растворения алмазов является высокотемпературное воздействие K и Na в присутствии воды, которая является активным агентом такого процесса. Особенно интенсивно растворение алмазов протекало в крупных, долго остывавших массах расплава с температурой >1000°С. При закалке расплавов роль такого растворения снижалась. Однако, в целом, при всех прочих равных условиях, сохранность алмазов в «сухих» расплавах была всегда выше, чем и объясняется повышенная алмазоносность тагамитов I типа. Кроме участия в коррозии алмазов, вода как мощный агент кристаллизации влияла на постимпактную эволюцию расплавов. Их «сухие» вязкие разности были закалены в гологиалиновые продукты (бомбы тагамитов в зювитах) или образовали крипто- и тонкозернистые агрегаты (медленное остывание в составе крупных тел). «Влажные» расплавы, напротив, были частично (закалка в зювитах) или хорошо (медленное остывание в составе крупных тел) раскристаллизованы, с широким развитием остаточных стёкол, явлений растворения и импактного анатексиса реститных обломков гнейсов, ликвационных и коронарных структур. Таким образом, вода в расплавах определяла не только их итоговую алмазоносность, но и кристаллизационную эволюцию, что стало петрологической причиной образования тагамитов I и II типа.

 

 

Использованы материалы

meteorites.ru

Масайтис В.Л. и др. Алмазоносные импактиты Попигайской астроблемы. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1998. 179 с.

Вишневский С.А. Астроблемы. Новосибирск: “Нон-парель”, 2007. 288 с.

Tags: , ,

Эта статья была опубликована: Вторник, сентября 18, 2012 в 5:24 в категории Россия. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha