Kraatteri

Törmäyskraatteri

Tycho-törmäyskraatteri Kuussa

Törmäyskraatteri eli meteoriittikraatteri on suuren meteoriitin tai asteroidin synnyttämä kraatteri, jonka läpimitta on tavallisimmin kymmenistä metreistä jopa satoihin kilometreihin. Törmäyskraattereita on planeetoissa, kuissa, asteroideissa ja muissa kiinteissä taivaankappaleissa. Kuussa ja Merkuriuksessa sekä Marsissa on havaittu jopa yli tuhannen kilometrin läpimittaisia törmäysmuodostelmia.

Suomen tunnetuin kraatteri on Lappajärvi. Virossa on pieni, melko nuori Kaalijärvin. Maapallon tunnetuin kraatteri lienee Arizona suuri meteoriittikraatteri. Maassa mannerliikunnat, tulivuoritoiminta, säiden aiheuttama eroosio, maaperän kerrostuminen ym. hävittävät monet yli 200 miljoonan vuoden ikäiset kraatterit nopeasti. Maasta on löydetty 150 kraatteria.

Kuun pinta on laajalti kraatteroitunutta, ja vanhoja kraattereita näkyy osittain entisten alla aavekraattereina. Tämä kertoo siitä, että Kuun pinta on vanha.

Kraatterin synty

Pienen meteoriitin energia ei riitä räjähdykseen, vaan meteoriitin mekaanisesta iskusta maahan syntyy iskukraatteri, esimerkiksi Sihote Alinin meteoriitissa. Tällaisen kraatterin läpimitta on maksimissaan muutamia kymmeniä metrejä.

Yleensä meteoriittikraatteri kuitenkin syntyy suuren meteoriitin räjähtäessä törmäyskitkan vaikutuksesta. Törmäyskitka puristaa ja kaasuunnuttaa meteoriitin, mikä johtaa räjähdykseen. Hiilikondriitit, hauraat meteoriitit, saattavat tosin räjähtää jo ilmakehässä ilmanvastuksen kuumentamina. Yli 1000 tonnin painoista kappaletta ei ilmakehän kitka merkittävästi hidasta. Törmäys murskaa kiveä ja synnyttää halkeamia kauempana. Sulaa lasimaista kiveä eli tektiittejä sinkoutuu kauas törmäyskohdasta. Alle 5 km:n läpimittaisen kraatterin synnyttäneessä räjähdyksessä säilyy vielä jonkin verran ehjiä meteoriitin tai asteroidin sirpaleita.

Suuri törmäys on valtava katastrofi, joka voi aiheuttaa maailmanlaajuisen joukkosukupuuton, jos törmäys sattuu Maassa. Suuri törmäyskraatteri muuttaa heti synnyttyään muotoaan mm. sen takia, että törmäyksen vaikutuksesta kasaan painunut kallioperä ponnahtaa takaisin, ja jyrkät reunavallit vyöryvät alaspäin kasvattaen kraatterin läpimittaa jopa 20%.

Kuussa havaitaan alle 15 kilometrin läpimittaisten kraattereiden olevan pyöreitä eli muodoltaan muuttumattomia. Näiden yksinkertaisten maljamaisten kraatterien syvyyden ja leveyden suhde on 1:5. Maan kraattereissa keskushuippu on yli 3–5 km:n läpimittaisissa kraattereissa, ja tätä pienemmät ovat maljamaisia. Maljamaisen ja keskushuipullisen raja eri taivaankappaleilla riippuu painovoimasta siten, että raja on kääntäen suhteessa painovoimaan. Mitä suurempi taivaankappaleen painovoima on, sitä pienempi kraatteri voi olla keskushuipullinen. Suurin tunnettu maljamainen kraatteri on pienellä Jupiterin kuulla Amalthealla. Kraatterin läpimitta on 90 km.

Monimutkaisella kraatterilla on keskushuippu ja sisään vyöryneet reunat. Monimutkaisen kraatterin syvyys kasvaa suhteessa läpimitan 0,3 potenssiin eli suunnilleen kuutiojuureen. Kaikkein suurimpia ovat monirenkaiset kraatterit. Esimerkiksi Kuun Mare Orientale on monirenkainen kraatteri, samoin Maan Popigai ja Chicxulub.

Suurissa kraattereissa, joiden läpimitta on 100 -– 200 kilometriä, kallioperää on purskahtanut ylöspäin jopa 10 -– 20 km/s. Räjähdyksestä lähtee yli 10 km/s šokkiaalto, joka ylittää äänen nopeuden kalliossa. Paine on yli 500 GPa, mutta heikkenee pian 1 –- 2 GPa järistysaalloksi ja kraatterin reunavallille ehtiessään luokkaan 0,1 GPa. Kallio kaasuuntuu 100 GPa:n rajan sisäpuolella ja sulattaa kallion 60 GPa:n sisällä, jolla rajalla lämpötila on yli 2 000 °C. Jos kraatterin kohdalla on hiilipitoista kiveä, suurissa lämpötiloissa ja paineissa syntyy törmäystimantteja. Timanttihan on erikoisella tavalla kiteytynyttä hiiltä.

Kraatterin synty jaetaan kaivautumisvaiheeseen, jossa ainetta lentää ulos kraatterista, ja muovautumisvaiheeseen, jossa vyöryt yms. muokkaavat kraatterin lopulliseen asuunsa šokkirintaman edetessä vielä lähellä kraatteria. Kraatteri levenee vyöryjen takia. Kraatteri laajenee syntyessään noin 1 km/s. Heite sinkoaa yli 100 m/s nopeudella.

Törmäyksen synnyttämän paineen vaikutus kiveen

Törmäys synnyttää suuremman paineen kuin tulivuorenpurkauksissa syntyy. Kuumuus lasittaa kiven.

Erisuuruisista paineista (GPa = gigapascalia eli miljardia pascalia) kivessä aiheutuu seuraavaa:

10-20 GPa: shokkilamelleja mineraaleissa
20-35 GPa: mineraalilaseja
35-100 GPa: koko kivi sulaa
yli 100 GPa: koko kivi kaasuuntuu.

Kraatterin muoto

Räjähdyskraatterit ovat aina pyöreitä muodostumia. Kraatterin perusmuoto on malja. Suuremmalla kraatterilla on keskushuippu, joka syntyy kallion ponnahtaessa törmäyksen voimasta takaisin niin kuin vesi ponnahtaa vesipisaran tippuessa siihen. Toisaalta kehämäisiä rakenteita syntyy kraatterin reunoille kallion vyöryessä eri vaiheissa kraatterin sisään välittömästi kraatterin synnyttyä. Tätä vaihetta edeltävää kraatteria sanotaan tilapäiseksi kraatteriksi. Keskushuippu voi olla myös rengasmainen tai rengas, jonka keskellä on korkea kohta. Tällainen keskusrengas on esim. maan alle peittyneessä Chicxulub-kraatterissa. Tasapohjaiset, keskushuiputtomat BIO- ja SOS-tyypin kraatterit ovat muita kraatterityyppejä harvinaisempia.

Tyyppi Kuvaus Läpimitta Esimerkkikraatteri Kuussa
ALC Pieni, kuppimainen kraatteri tyypillisesti alle 10 km Albategnius C
BIO Pieni, kuppimainen, mutta tasainen pieni pohja 1–27 km, tyypillisesti 10–20 km Biot
SOS Laaja, leveä pohja, ei keskushuippua, ei terassimaisia sisäreunoja 1–38 km, keskim. 20 km Siosigenes
TRI Sisäreunat luhistuneet kraatterin pohjalle 12–52 km, tyypillisesti 20–40 km Triesnacker
TYC Terassimaiset sisäreunat, tasainen syvennys, yleensä suuri keskushuippu yli 50 km Tycho
BIG Suuria sisäkkäisiä renkaita ja/tai tai laavalla täyttynyt allas yli 100 km Mare Orientale

Kraattereita

Kraatterien synnyn yleisyys

Suuria lajien joukkotuhoja sattuu noin 26–30 miljoonan vuoden välein ja hyvin suuria 50–150 miljoonan vuoden välein.

Kraatterin läpimitta Törmääjän läpimitta Törmäysvoima Gt Törmäysten väli vuosina
10 km 500 m 11 100000
20 km 1 km 87 350000
50 km 2,5 km 1300 4,5 miljoonaa
100 km 5 km 11 000 26 miljoonaa
200 km 10 km 87 000 50 -- 150 milj

Arvioidaan, että Maahan syntyisi 1–3 yli 20 kilometrin läpimittaista kraatteria miljoonassa vuodessa.

Maapallolta on löydetty vain kaksi halkaisijaltaan yli 200-kilometristä kraatteria (Vredefort ja Sudbury) sekä kolme 100–200 kilometrin läpimittaista kraatteria (Chicxulub, Manicoauagan ja Popigai). 50–99 km:n läpimittaisia kraattereita on 11. Lähin niistä on Siljan Ruotsissa. Tämän kokoisista kraattereista voidaan päätellä, että meteoriitin törmäys on aikoinaan aiheuttanut suurtuhon. Näin suuret kraatterit rapautuvat ja tuhoutuvat geologisissa prosesseissa, joten kaikista tappavista törmäyksistä ei Maan pinnalla enää näy jälkiä. Säilyneiden kraattereiden lukumäärä siis aliarvioi Maapallolle tulevien meteoriittien lukumäärää. 10–49 km:n läpimittaisia kraattereita on säilynyt noin 50.

Erään arvion mukaan tilastollinen todennäköisyys kuolla asteroidin tai komeetan tappamana olisi suurempi kuin kuolla tulipalossa. Maapallon historiassa on sattunut monia lajien joukkotuhoja, joiden syksi arvellaan asteroidin iskua. Suuria joukkotuhoja on sattunut noin 540 miljoonan vuoden aikana suunnilleen 23. Näiden arvellaan liittyvän yli 50–100 km:n läpimittaisiin meteoriittikraattereihin. Pienempiä alueellisia joukkotuhoja sattunee keskimäärin 10 miljoonan vuoden välein.

Lähimenneisyydessä väitetään sattuneen muutamia isoja meteoriitti-iskuja:

Sterlitamakissa keski-Venäjällä synnytti suuri rautameteoriitti 9-metrisen kraatterin ja kaatoi perunanvarsia 100 metrin säteellä.
Rio Curacán kraatteri Brasiliassa on läpimitaltaan 1,6 km ja sanotaan, että kraatteri olisi syntynyt 1830, mutta tämä ei ole varmaa. Törmäysräjähdyksen voima oli ehkä 50 Mt.
Wabarin Saudi-Arabiassa synnytti 1 magatonnin törmäys. Suurimman kraatterin läpimitta on 116 m ja ne saattavat liittyä 1863 nähtyyn tulipalloon.
Kaalijärvi Virollan Saarenmaa syntyi 2600 vuotta sitten meteoriitin iskusta.
3. helmikuuta 1490ssa meteoriittisade surmasi Shamshissa, Kiina, jopa 10 000 ihmistä. Taivaalta satoi jopa kaksikiloisia kiviä.

Törmäyskraatterit Suomessa

Kraatterit ovat listassa löytöjärjestyksessä.

Paikka	Läpimitta (km)	Ikä (milj. vuotta)	Koordinaatit
Lappajärvi	17-23	73	N63 09, E23 42
Sääksjärvi	5,0	543 ±12	N61 24, E22 24
Söderfjärden	5,0 - 6,0	560 (540)	N63 00, E21 35
Iso-Naakkima	2,0 - 3,0	900 - 1200	N62 11, E27 11
Lumparn	7-10	500 - 1200	N60 08, E20 07
Suvasvesi North	3,5	240 ±10 eller 780 ±10	N62 41, E28 11
Karikkoselkä	1,4	250 (230 - 450)	N62 13, E25 14
Saarijärvi	2,2	600-1980	N65 17, E28 25
Paasselkä	10 - 12,5	< 1900	N62 12, E29 23
Suvasvesi South	3,8	240 ±10 eller 780 ±10	N62 35, E28 14
Keurusselkä	11,5	1000 - 1880	N62 08, E24 37

Törmäyskraatterit Ruotsissa

Kraatterit ovat listassa nimen mukaan aakkosjärjestyksessä. http://www.somerikko.net/old/geo/imp/impacts.htm

Paikka Läpimitta (km) Ikä (milj. vuotta) Koordinaatit
Dellen 19 89 N61 55, E16 39
Granby 3,0 470 N58 25, E15 56
Hummeln 1,2 460-470 N57 13, E16 31
Lockne 7,5 455 N63 00, E14 48
Mien 9,0 121 N56 25, E14 52
Siljansringen 52 361 N61 02, E14 52
Tvären 2,0 455 N58 46, E17 25