Атмосфера Земли, помимо всего прочего, играет и роль щита, оберегающего ее поверхность от высокоскоростных падений (> 11 км/сек) вторгающихся в нее небольших космических тел. Эти тела в результате торможения подают с небольшой скоростью в виде космической пыли или метеоритов, что зависит от их начальных размеров. Однако более крупные тела могут прорваться сквозь атмосферу, практически не потеряв своей первоначальной энергии движения. Расчеты показывают, что тело размером уже в 10 - 20 метров может столкнуться с твердой поверхностью Земли со скоростью в первые километры в секунду, что достаточно для образования взрывного (или импактного) метеоритного кратера. Тела размером больше 100 метров практически не теряют своей первоначальной скорости входа в атмосферу. Скорости подхода метеороидов к Земле лежат в интервале 11 - 76 км/сек с наиболее вероятной скоростью около 25 км/сек. Для сравнения стоит отметить, что это значение гораздо больше максимальных начальных скоростей снарядов современной артиллерии (1 -2 км/сек) и практически недостижимо при больших массах ударника для самых изощренных лабораторных метательных установок. При соударении с плотными горными породами, слагающими земную поверхность, происходит мгновенное торможение ударяющего тела с практически полным переходом его кинетической энергии в тепловую энергию и энергию движения материала мишени - т.е. происходит взрыв, приводящий к образованию метеоритного кратера.

Образование ударно-взрывных метеоритных кратеров начинается с момента соударения высокоскоростного внеземного тела с поверхностью Земли. Кратер формируется благодаря действию интенсивной ударной волны, которая возникает в точке соударения и радиально распространяется наружу через породы мишени. Ударные волны являются волнами сжатия, развивающие в твердых средах высокие напряжения. Фронт ударной волны можно представить себе как поверхность разрыва, распространяющуюся по среде со сверхзвуковой скоростью, причем перед фронтом ударной волны вещество находится в невозмущенном состоянии, а за фронтом оно сжато и обладает массовой скоростью, вектор которой совпадает по направлению с направлением распространения фронта ударной волны (Рис.1). Волна разгрузки может образоваться при выходе ударной волны на свободную поверхность, а ее головная часть распространяется со скоростью, большей скорости распространения фронта, так что по прошествии некоторого времени первоначально прямоугольный импульс сжатия приобретает треугольную форму. Соударение тела, обладающего скоростью в несколько десятков км/сек, создает в области соприкосновения ударные давления в несколько сотен ГПа (1 ГПа ≈ 10 000 атм) при скорости распространения ударной волны больше 15 км/сек. Распространяясь по горным породам, ударная волна ослабевает, но все равно давление в ней превосходит предел упругости горных пород (примерно или меньше 0,5 ГПа), которые испытывают в ней необратимые трансформации, не встречающиеся при обычных геологических процессах. Вследствие неадиабатичности ударного сжатия и адиабатичности разгрузки, вещество после сброса ударного давления обладает некоторой массовой скоростью, т.е. течет. Именно это течение приводит в движение массы пород мишени и ответственно за образование кратерной полости.

Рис. 1. Профили давления и массовой скорости в ударной волне. Фронт ударной волны распространяется со скоростью D, большей скорости звука в невозмущенной среде, скорость распространения головной части chR больше скорости фронта, а скорость хвостовой части ctR меньше. За счет неадиабатичности ударного сжатия вещество после разгрузки обладает некоторой остаточной массовой скоростью.

Успехи газодинамики и механики быстропротекающих процессов, в первую очередь обусловленные военными нуждами, нашли свое отражение и в понимании процессов метеоритного кратерообразования. Совместными усилиями геологов и физиков в настоящее время созданы модели, позволяющая хорошо описывать формирование кратера, по крайней мере на его начальных этапах. В настоящее время принято для удобства выделять три стадии образования кратерной полости - стадия сжатия, стадия экскавации и стадия модификации [Melosh, 1989]. Границы между ними полностью условны, однако каждая стадия характеризуется тем или иным превалирующим моментом.

Первая стадия - так называемая контактная стадия или стадия сжатия, начинается с момента соприкосновения метеороидного тела с твердой поверхностью, в результате чего в плоскости соприкосновения метеороида (ударника ) с веществом поверхности (мишени) образуется ударная волна. (рис. 2 а,б). Благодаря высоким скоростям соударения, в начальный момент она сжимает и нагревает вещество. Так, при падении железного астероида со скоростью 30 км/сек в контактной зоне развивается давление около 1500 ГПа , что примерно в 50 раз выше давления в центре Земли, а температура сжатого вещества достигает многих десятков тысяч градусов. После сброса ударного давления при разгрузке, запасенной тепловой энергии в приконтактной зоне остается достаточно для полного или частичного испарения (в этом случае совместно с плавлением) вещества ударника и части вещества мишени. Именно этим и объясняется отсутствие видимого метеоритного вещества в взрывных метеоритных кратерах. Лишь в небольших структурах, образованных низкоскоростными железными метеоритами, как например Аризонский метеоритный кратер в США или кратер Хенбери в Австралии, на валу и в окрестностях кратеров можно найти непереплавленные обломки ударника. Распространяясь вглубь мишени, давление в ударной волне, фронт которой имеет примерно сферическую форму, падает. Соответственно, материальными последствиями прохождения такой ослабевающей ударной волны будут концентрические зона плавления, изменения горных пород в твердом состоянии и дробления. Все эти изменения, начиная от испарения и до простого дробления, называются ударными преобразованиями или ударным (импактным) метаморфизмом, а образующиеся горные породы носят общее название импактиты. Из-за высоких скоростей распространения ударной волны - многие километры в секунду - этот процесс занимает от сотых долей до секунд в зависимости от размера ударяющего тела.

Проходя по горным породам, ударная волна производит в них необратимые преобразования, которые остаются после снятия давления и могут сохраняться сколь угодно долго. Преобразование горных пород под действием ударной волны носит название ударного метаморфизма. Одним из важнейших диагностических признаков ударного метаморфизма (т.е. доказательством воздействия ударной волны) служат системы микроскопических планарных элементов или планарные деформационные структуры, которые под микроскопом при увеличениях порядка 200х выглядят как плоскопараллельные системы кристаллографически ориентированных нарушений оптической сплошности минерала. Планарные деформационные структуры наиболее ярко проявлены в кварце (рис. 3). Под оптическим микроскопом планарные элементы в кварце неразрешимы, но применение просвечивающей электронной микроскопии показало, что в ударно-метаморфизованных свежих образцах они состоят из близкорасположенных ламеллей аморфного кремнезема толщиной в первые десятки - сотни нанометров. Вторичные изменения в результате низкотемпературной гидротермальной переработки импактитов (что в общем характерно для импактных толщ) приводят к раскристаллизации аморфного кремнезема ламеллей и формирования вдоль нарушений газовых включений. Образовавшиеся таким образом декорированные планарные деформационные структуры весьма характерны для кварца импактных пород. Другой важный диагностический признак ударного метаморфизма - образование диаплектового стекла (преимущественно по кварцу и полевым шпатам) - аморфной фазы, характеризующейся промежуточными показателем преломления и плотностью между кристаллическим состоянием и стеклом плавления и не имеющей текстурных признаков пребывания в жидком состоянии. Более редки высокобарные минералы, образующиеся в ходе ударного сжатия под действием высокого давления, такие например как высокоплотные модификации кремнезема, в т.ч. коэсит и стишовит, а также и алмазы, образующиеся по графиту, обычно содержащемуся в том или ином количестве в горных породах.. Макроскопическим признаком ударного метаморфизма является присутствие в породах так называемых конусов сотрясения (Рис. 4). Содержащая их порода распадается действительно на конуса размером от первых сантиметров до метров и характерной бороздчато-ветвящейся скульптурой поверхности. Эти диагностические признаки позволяют надежно опознавать ударно-метаморфизованные породы и, следовательно, метеоритные кратеры. Наличие бомб или обломков стекла плавления по породам мишени также может служить лишь косвенным признаком воздействия ударной волны, однако в этом случае в породе должны присутствовать и другие признаки. Остальные проявления ударного метаморфизма, такие как различные пластические деформации, брекчированность и/или трещиноватость пород не являются критическими, поскольку могут быть образованы в результате тектонических движений.

Рис. 2. Диаграммы, схематически показывающие в разрезе образование взрывных метеоритных кратеров в слоистой мишени. а) Начальное проникновения ударника в мишень, сопровождающееся образованием сферической ударной волны, распространяющейся вниз; б) развитие полусферической кратерной воронки, ударная волна оторвалась от контактной зоны ударника и мишени и сопровождается с тыловой части догоняющей волной разгрузки, разгруженной вещество обладает остаточной скоростью и растекается в стороны и вверх; в) дальнейшее формирование кратерной переходной воронки, ударная волна затухает, днище кратера выстлано ударным расплавом, от кратера распространяется наружу сплошная завеса выбросов; г) окончание стадии экскавации, рост воронки прекращается. Стадия модификации протекает по-разному для малых и больших кратеров. В малых кратерах происходит соскальзывание в глубокую воронку несвязного материала стенок - ударного расплава и раздробленных пород. Перемешиваясь, они образуют импактную брекчию. Для переходных воронок большого диаметра начинает играть роль гравитация - из-за гравитационной неустойчивости происходит выпучивание вверх днища кратера с образованием центрального поднятия. Модификация рис. 3.3 и 3.10 из B.M. French [1998].

а)		б)
Рис. 3. а - зерно кварца (светло-серое) с тремя системами планарных элементов, ориентированных в направлениях запад-восток (З-В), ЗСЗ - ВЮВ, СЗ-ЮВ. Ширина изображения - 0,7 мм, прозрачный шлиф, плоскополяризованный свет с включенным анализатором, обломок ударно-метморфизованного гранита, кратер Сувасвези, Финляндия. б - микрофотография зювита, кратер Сувасвези, Финляндия. Ширина изображения - 1,4 мм прозрачный шлиф, плоскополяризованный свет с включенным анализатором. Вверху располагаются два ударно-метаморфизованных зерна кварца (светло-серые) с одной системой планарных элементов, справа прослеживается включение разложенного импактного стекла

Рис. 4. Конуса сотрясения в пермских песчаниках. Карский метеоритный кратер, р. Кара у впадения р. Тогорей.

При выходе ударной волны на свободную поверхность сжатое вещество расширяется и сбрасывает давление. Эта разгрузка распространяется в сжатое вещество, в результате чего образуется так называемая волна разгрузки. Разгруженное вещество растекается наружу и в стороны от контактной области с остаточной скоростью порядка первых десятков метров в секунду. Именно это течение является причиной образования кратерной воронки. С появлением зоны течения наступает вторая стадия кратерообразования - стадия экскавации, во время которой образуется кратерная полость. Эта стадия характеризуется формированием переходной кратерной полости путем течения материала мишени и выбросом части вещества мишени наружу за кратерную полость. Стадия экскавации перекрывается во времени с первой контактной стадией и длится в течение десятков секунд или первых минут. Образующаяся воронка на первых порах имеет полусферическую форму, трансформирующуюся по мере развития поля течения в параболическую (рис. 2, в,г)

После того, как переданная ударником в мишень кинетическая энергия израсходуется на выдавливание вещества из полости и выброс из нее материала, наступает третья стадия - стадия модификации переходной кратерной полости. Причиной модификации является гравитационную неустойчивость достаточно глубокой переходной полости. Она характеризуется соскальзыванием вниз материала стенок полости с образованием донной линзы перемешанных ударно-метаморфизованных пород и, в крупных кратерах, с образованием прослоев импактного расплава, подобно субвулканическим породам (рис. 2, д,е). В кратерах диаметром более 3-5 километров наблюдается также образование центрального поднятия, а для более крупных кратеров - кольцевого поднятия. Падение дождевой капли в лужу и обратное выплескивание водяной струйки из образовавшейся каверны служит неплохим аналогом образования центрального или кольцевого поднятия, только при кратеробразующем событии этот процесс замораживается на разных стадиях. В принципе, в разрезе взрывные метеоритные кратеры выглядят как неглубокие депрессии, заполненные импактными породами - различными брекчиями и более специфическими породами, такими как зювиты (брекчии с большим содержанием обломков и телец импактного стекла) и тагамиты - расплавные породы, образующие собственные геологические тела. Метеоритные кратеры на Земле принято называть астроблемами - звездными шрамами.

Рельеф истинного ложа кратера для небольших структур - менее 3 - 5 км - имеет простую вогнутую форму, близкую к параболической, отношение глубины воронки к диаметру кратера составляет около 0,10 - 0,12. В неэродированных кратерах воронку окаймляет вал, состоящий из взброшенных вверх пород фундамента и насыпного материала выбросов из кратера. Воронка заполнена импактными брекчиями, в которой в виде линз может встречаться импактный расплав. Брекчии в виде пятен на невозмущенных породах могут располагаться и вне кратера на удалении порядка 2-х радиусов, очевидно представляя собой остатки некогда практически сплошного покрова выбросов. В связи с рыхлостью, брекчии легко эродируются и выносятся из кратера. Поскольку кратер в рельефе выражен как неглубокая котловина, то он легко заполняется озерными или эоловыми отложениями.У кратеров диаметром более 3-5 км рельеф дна осложнен центральным или кольцевым поднятием (рис.5). Диаметр центрального поднятия составляет около 0,2 диаметра кратера, а подъем пород относительно их первоначальной глубины составляет 2 -3 км, так что центральное поднятие представляет собой как бы вздутие пород фундамента. Кольцевое поднятие встречается чаще всего у самых больших кратеров - диаметром более 80 - 100 км. Внутри кольцевого поднятия расположена депрессия или слабо выраженное центральное поднятие. Внутренняя зона сложных кратеров окружена зоной террас, образовавшихся в результате сползания блоков пород внешней части переходной воронки. Существует тенденция уменьшения относительной глубины кратера с ростом его диаметра - т.е. чем больше диаметр кратера, тем меньше его относительная глубина - так для относительно хорошо сохранившегося Попигайского кратера диаметром 100 км суммарная мощность брекчий, зювитов и тагамитов не превышает 2 км, т.е. отношение глубина кратера - диаметр кратера составляет около 0,02 -0,03, что в 5 раз меньше этого же отношения для простых кратеров. На Луне наблюдаются гигантские многокольцевые бассейны, однако не обнаруженные на Земле, где самый крупный кратер не превышает в диаметре 200-250 км (структура Вредефорт в Африке). Метеоритные кратеры на Земле принято называть также астроблемами - звездными шрамами.

Согласно современной классификации, породы, образовавшиеся в результате ударно-взрывного события, предлагается называть импактитами, т.е. импактиты - породы, содержащие те или иные признаки воздействия ударной волны. В.Л. Масайтисом [Масайтис и др., 1998] импактитами предлагается называть породы, содержащие более 10% импактного стекла, т.е. стекла, образовавшегося в результате ударно-инициированного плавления - плавления вследствие высоких остаточных температур после разгрузки ударного давления. D. Stoeffler и др. (http://www.bgs.ac.uk/scmr/docs/paper_12/scmr_paper_12_1.pdf) предложили выделять среди импактитов (1) ударно-метаморфизованные (шокированные) породы, (2) импактные расплавы (богатые, бедные и не содержащие обломков) и (3) брекчии (катакластические или мономиктные, литоидные без частиц расплава и зювиты, содержащие ра