Kärdla kraater

Kärdla kraater ehk Kärdla impaktstruktuur (ka: Kärdla astrobleem) asub Loode-Eestis Hiiumaal. Kraatri kese jääb rannajoonest umbes 3 kilomeetri kaugusele ja see tekkis meteoorkeha plahvatuse tagajärjel umbes 455 miljonit aastat tagasi Ülem-Ordoviitsiumis.
Kärdla kraater on üks kõige paremini uuritud ja säilinud kraater varajase Paleosoikumi ajajärgul. Paluküla, Tubala ja Linnumäe kõrgendikud on Kärdla kraatri ringvalli paremini säilinud osad. Tuhandeid aastaid kestnud kraatri arengu jooksul on setted kraatrisüviku täitnud, mistõttu on kraater maastikul vaid aimatav. 
Kraatrit katavad metsad, väärtuslikud põllumaad ja hõre asustus. Kärdla kraater on muutunud turismiobjektiks – näiteks Paluküla, kus on jälgitav üks osa kraatri 4-kilomeetrilise läbimõõduga ringvallist, kuhu on ehitatud külastajatele vaateplatvorm.

Ajaloost ja uurimisest

Hiiumaal Paluküla aluspõhja fenomeni uurimisega tegelesid 19. sajandi keskel Karl Eduard von Eichwald, Aleksandr Ozerski ja Alexander von Schrenck. Nad mainisid mitmeid kordi oma töödes Paluküla paemurru lubjakivide kallutust. Henry von Winkler, Hans Scupin ja Hendrik Palmre märkisid samas kohas esinevaid bituumenite ja maagistumiste ilminguid. Aastal 1967 avastati Paluküla kõrgendikul kaevu puurimisel 22 meetri sügavuselt kristalliinne aluskord, mis antud kohas oleks pidanud lasuma ligikaudu 250 meetri sügavusel. Aluskorra rikke seletamiseks alustas samal aastal geoloogilis-geofüüsikalist uurimistööd Teaduse Akadeemia Geoloogia Instituut. Kuigi sellele järgnes hulgaliselt puurimistöid, ei jõutud ühtse arusaamani, et tegu on meteoriidikraatriga, vaid seletati struktuuri olemust ülikeeruliste maamurrangurikete ning tõstetud ja vajunud plokkide süsteemiga.
1971. aastal alustas riiklik geoloogiateenistus uuringuid Paluküla kerke aladel selleks, et planeerida kristalsest aluskorrast kvaliteetse killustiku tootmist. Lõpetati varem Teaduse Akadeemia Geoloogia Instituudi tehtud gravi- ja magnetomeetriline kaardistamine. 1973/1974. aastaks jõuti struktuuri morfoloogia ja aluskorra kristalsete kivimite purustuse põhjal järeldusele, et tegu on plahvatusliku iseloomuga endogeense vulkaani kraatriga. 1980. aastal teostatud Hiiumaa gravi- ja magnetomeetrilise kaardistamiste tulemusena selgus Kärdla struktuuri erinevus ümbritsevast geoloogilisest struktuurist. 1981. aastal alustati Lääne-Eestis aluspõhja aerogeoloogilist kaardistamist, lisaks puuriti kraatri lähiümbrusse 6 uut puurauku. 1981. aastal jõudis Leningradi geoloog Viktor Masaitis tufilaadsete bretšade õhikuid uurides järeldusele, et Kärdlas asub meteoorkeha plahvatusel tekkinud struktuur. Aastal 1984 nõustusid kraatri morfoloogia ja arengu uurijad Väino Puura ja Kalle-Mart Suuroja selle käsitlusega.
Aastal 1983 leiti, et kraatri kesksüvikust võib saada kõrgendatud mineraalsusega vett, mida aasta hiljem hakati pumpama 400 m sügavuselt, millele järgnes raviotstarbelise Kärdla mineraalvee tootmine. 1993. aastaks lõpetati mineraalvee Kärdla villimine ning Kärdla meteoriidikraatris Palukülas mineraalvee tootmiseks ehitatud seadmed ja mahuti jäid seisma. 1986–1991 tehti Hiiumaal keskmõõtkavalist (1:200 000) geoloogilist süvakaardistamist, mis andis ka täiendavaid andmeid kraatri ehituse kohta. Selle raames rajati Eesti sügavaim (815,2 m) puurauk K-1, mis paljastas ligi 300 meetri ulatuses impaktsündmusest purustatud kristalse aluskorra granitoide.
1991. aastal valmis Peterburi Eelkambriumi Instituudi geoloogide koostööl uurimus Hiiumaa kristalse aluskorra kivimite fluidsetest suletistest. Töö kajastas kokkupõrke käigus esmaste aluskorrakivimite fluidide lendumist kokkupõrke käigus ja nende asendumist sekundaarsete fluididega. Aastatel 1988–1993 süveneti plahvatusega seotud setete ja sulfiidse materjali maagistumise protsesside uurimisele. Aastal 1994 avaldas Kalle-Mart Suuroja ülevaate, mis hõlmab impaktiga seotud setete klassifitseerimist. Sellega eraldati kaks kihistut: Kärdla ja Paluküla, millest esimene on otseselt plahvatusega seotud kivimite kompleks ja teine koosneb hilisematest terrigeensetest setenditest ja karbonaatsetest kivimitest. Aastatel 1993–1995 modelleeris geoloog Jüri Plado gravi- ja magnetomeetrilise kaardi alusel kraatri morfoloogiat, jõudes järeldusele, et kokkupõrkest purustatud kivimite tsoon ulatub ligi 1 km sügavusele kraatri põhjast.

Langenud meteoroidi parameetrid ja päritolu

Langevat taevakeha iseloomustavad põhiliselt 3 näitajat: mass, kiirus ja langemisnurk.
Kärdla kraatri tekitanud meteoroidi parameetreid tuleb interpreteerida, kasutades geoloogilisi ja geofüüsikalisi meetodeid, kuna otsesed andmed puuduvad.
Ringvalli asümmeetria vihjab sellele, et taevakeha langes madala nurga (umbes 45–30 kraadi) all – Paluküla poolses massiivis on valli osa alusest ligi 240 m kõrgune, samal ajal kui Tubala-Kärdla poolses lõigus jääb kõrgus alla 100 meetri ehk kõrguste vahe on ligi 140 meetrit.
Kärdla impaktsündmust seostatakse Ülem-Ordoviitsiumis suurenenud kokkupõrgete arvuga, mille põhjustas L-kondriidi tüüpi asteroidi lagunemine umbes 470 ± 6 miljonit aastat tagasi. Ligi 100-kilomeetrise diameetriga asteroidi lagunemise ja Maale suundumise tulemusena pommitati meie planeeti ligi 2 miljoni aasta vältel. Sama nähtus põhjustas ka Neugrundi, Lockne, Tväreni ja teiste samaaegsete kraatrite tekke.

Kokkupõrge

Kärdla meteoroid tabas merepinda umbes kiirusega 21 km/s. Impaktor deformeeris aluspinda (merepinda) lööklainega, avaldades survet ning andes aluspinnale edasi oma kiirenduse ja kineetilise energia. Plahvatuse tagajärjel tõrjuti kattev merekiht ligi 10 kilomeetri raadiuses plahvatustsentrist minema. Edasi järgnes hõrenduslaine, mis aurustas ja sulatas langenud keha ja aluse ainet.
Kõrge rõhk tekitas impaktbretšasid ja planaarse deformatsiooni nähtusi. Viimase leidmine kvartsiterades andis ka lõpliku kinnituse kraatri meteoroidse päritolu kohta.
Pinnale mõjunud rõhk ja kiirendus lõhestasid kivimeid, pindmine kiht lõhestus ning paiskus suure kiirusega üles. Kokkupõrke tulemusena paiskusid hiljem kraatrit moodustava voolava ainena välja Kambriumi terrigeensed setted ja kristalse aluskorrakivimi tükid. Osakeste kiirus oli pöördvõrdeline väljapaiske koha kaugusega plahvatustsentrist. Seega keskmes olev materjal lendas kaugemale kui äärtes olev.
Kokkupõrke alguses, mille plahvatuse tsenter jäi umbes 300 meetri sügavusele merepinnast, moodustus umbes 10 sekundiga 3,2 kilomeetri läbimõõduga 500 meetri sügavune üleminekuline kraater. Järgnes materjali tagasivoolamine esmasesse kraatrisse: 130–140-meetrise pangasbretša kihi moodustumine impaktbretšade peale. Samal ajal moodustus plahvatustsentri all tugevalt kokkusurutud kivimite paisumisest ja üles tagasi liikumisest keskkerge.
Ajutise kraatri muutumine 3,6-kilomeetrise läbimõõduga ja 250 meetri sügavuseks erineva kõrgusega umbes 190 meetri kõrguse ja 800–900-meetrise läbimõõduga ringvalliga ümbritsetud kompleksseks kraatriks kestis umbes 20 sekundit. Järgnes tsunami lainena veemassi tagasiliikumine plahvatuspunkti. Tsunami murdis 500 meetri laiusest ja vähemalt 150 meetri kõrgusest ringvallist läbi kolmest kohast. Läbimurde käigus tungis kraatrisse hulgaliselt (kuni 50 meetrit) nii kruusakat, savikat kui liivakat peenosa ning suuremaid rahne. Järgmiste päevade kuni nädala jooksul settis kraatri süvikusse õhkupaisatud, ligi 30 meetri paksune peenhõljumi kiht. Sellega lõppes otseselt kokkupõrkega seostuv kraatriareng.

Plahvatusjärgne periood

Kuna Kärdla kraater mattus kiiresti pärast plahvatust mereliste setete alla ning pole ka kuigi tugevalt erodeeritud, on see üks kõige paremini säilinud varajase Paleosoikumi aegseid kraatreid.
Impakti järel, 455 Ma tagasi, kujunes Kärdla kraatrist üle veepinna ulatuvate ringvalli segmentidega ümbritsetud rõngassaar, mille keskmes oli ligi 200 meetri sügavune vesi. 3,6 kilomeetrise läbimõõduga sisebasseini ühendas merega kolm voolukanalit, mis asusid põhjas, lõunas ja läänes.
Kokkupõrke järel tekkis kraatrisse maapinda lõksu jäänud soojuse arvelt hüdrotermaalne süsteem, mis oli aktiivne 9000 – 10 000 aastat. Isegi 100 aastat pärast plahvatust ületas keskkõrgendiku vahetus läheduses temperatuur 100 °C.
Sealsetes spetsiifilistes tingimustes kujunesid Haljala lademe Kärdla kihistu ja Paluküla kihistu, mille kivimid esinevad üksnes meteoriidikraatris.
Seejärel algas kiire karbonaatide sedimentatsioon: mõnekümne tuhande aastaga tekkis ligi 90 meetri paksune merglite ja lubjakivide lasund. Ümbritsevas meres settis sama ajaga paarikümne sentimeetri paksune kiht lubjakive. Järgmise 10 miljoni aastaga vähenesid settekiirused basseini ja avamere vahel 2–3 korda. Siluri Llandovery ajajärguks oli Kärdla kraater mattunud umbes 100 meetri paksuse karbonaatse lasundi alla ja setteprotsessid lakkasid. 
Siluri algusest kuni Kvaternaari ajastu pleistotseense jäätumiseni olulisi muutusi ei olnud, välja arvatud ringvalli karbonaatide dolomiidistumine ja sellega kaasnev polümetalne sulfiidne maagistumine. Jäätumisele järgnes surve alt vabanemise tõttu lubjakivikihtide näiv tõus ringvalli kohal ja vajumine kraatrisüvikus (kuni 60 meetrit). Mandrijää täielikul taganemisel settisid algsel kraatril olevasse nõkku jääjärvelised viirsavid ja merelised liivad paksusega üle 20 meetri.