Törmäyskraatteri

Törmäyskraatteri eli meteoriittikraatteri, tavallisesti lyhyemmin kraatteri (kreikan sanasta krātēr ’krateeri’ eli viinin sekoitusmalja), on räjähdyksen synnyttämä kuoppa. Törmäyskraatteri syntyy asteroidin tai komeetan törmätessä suuremman kappaleen pintaan useita kilometrejä sekunnissa (ns. kosmisella nopeudella).
Kaikki maan pinnalta löydetyt pyöreät painumat eivät ole törmäyskraattereita. Esimerkiksi Åvan rengasintruusio ja Fjälskarin graniittinen stokki ovat kumpikin vanhoja endogeenisiä intruusioita. Törmäyskraatterin voi joskus sekoittaa vulkaanisessa purkauksessa tai ydinräjähdyksissä syntyneisiin kraatteriin.
Törmäyskraattereita syntyy kaikkien kiinteäkuoristen taivaankappaleiden (planeettojen, kuiden, asteroidien, komeettojen, yms) pinnoille. Kraatterin läpimitta voi avaruudessa olla mitä tahansa mikrometeoroidien aiheuttamista tuhansien kilometrien läpimittaisiin (mm. Hellas, Etelänapa-Aitken). Ilmakehän vuoksi pienimmät kraatterit ovat Maan pinnalla joitain kymmeniä metrejä (esim. Carancas). Mannerlaattojen liike taas tuhoaa, eroosio kuluttaa ja sedimentaatio peittää aikaa myöten suurimmatkin maanpäälliset kraatterit. Ne voidaan tunnistaa vain tarkoilla painovoimamittauksilla tai porauksilla. Useat alun perin kraattereiksi syntyneet rakenteet ovat kuluneet niin pahoin, etteivät enää täytä kraatterin määritelmää; tällöin puhutaan törmäysrakenteesta (esim. Vredefort, Sudbury).
Muodoltaan meteorikraatterit ovat useimmiten pyöreitä ja niitä reunustaa reunavalli. Pienimmät ns. yksinkertaiset kraatterit ovat maljamaisia. Hieman suurempien, ns. kompleksikraattereiden pohja on tasainen keskelle syntyvää keskuskohoumaa tai -vuorta lukuun ottamatta; tällaisten kraattereiden reunoilla näkyy lisäksi terassimaisia romahduksia. Vielä suurempien törmäysaltaiden keskelle syntyy keskuskohouman sijaan kehämäinen keskusvuoristo tai jopa useita kehiä.
Maasta tunnetaan noin 180–190 törmäyskraatteria (tai -rakennetta). Suomestakin niitä tunnetaan 11 kappaletta, suurin osa on järviä, Tunnetuin lienee suurin kraatterijärvi Lappajärvi Pohjanmaalla; muita esimerkkejä ovat Suvasveden kraatterit Savossa sekä Karikkoselkä Petäjävedellä. Muita tunnettuja kraattereita ovat Viron nuori Kaalijärvi, Saksalainen Ries, dinosaurusten tappajana tunnettu Chicxulub, sekä ehkä Maapallon tunnetuin kraatteri, Arizonan suuri meteoriittikraatteri. 
Kraatteritiheyden avulla voidaan arvioida taivaankappaleen pinnan ikää ja olosuhteita. Jupiterin Io-kuun pinnalta ei tunneta ainuttakaan kraatteria, joten sen pinta on geologisesti erittäin nuori. Venuksen pinnalta taas on löydetty noin 900 yli 1,5–2 km:n läpimittaista kraatteria, joiden iät ovat 300–500 miljoonaa vuotta. Törmääjät, jotka normaalisti aiheuttaisivat 1,5 km pienempiä kraattereita, tuhoutuvat syöksyessään Venuksen tiheän ja paksun kaasukehän läpi. Kuun pinta on laajalti kraatteroitunutta, ja vanhoja kraattereita näkyy osittain entisten alla aavekraattereina. Tämä kertoo siitä, että Kuun pinta on erittäin vanha.

Kraatterin synty

Törmäävä kappale synnyttää kraatterin suuren liike-energiansa vuoksi. Törmäyksessä kappale pysähtyy silmänräpäyksessä, ja energia siirtyy kohdeaineeseen synnyttäen räjähdyksen. Syntyvän törmäyskuopan laatuun vaikuttavat monet vallitsevat olosuhteet, kuten mm. alustan ja törmääjän aineen laatu, lujuus, yms. Suurissa törmäyksissä liike-energia riittää sulattamaan tai kaasuunnuttamaan sekä törmääjän että törmäyskohdan kiveä.
Varsinainen törmäyskraatteri syntyy kahden paineaallon edetessä kohdeaineessa. Hitaampi puristusaalto kulkee edellä, ja hieman sen perässä tulee nopeampi ns. purkuaalto.
1000 tonnin painoinen, 6,26 metrin läpimittainen pallomainen rautakappale synnyttää kohtisuoraan maahan nopeudella 20 km/s törmätessään kovaan kiveen 200 metrin läpimittaisen kraatterin. Vastaavan kokoinen kraatteri syntyy teoriassa 9 metrin läpimittaisesta 3 kg/dm³ kivestä ja 11 metrin läpimittaisesta hiilikondriittityypin kevyestä kivestä, ja 15 metrin läpimittaisesta, 0,8 kertaa veden tiheyksisestä komeetasta.
Alle 5 kilometrin läpimittaisen kraatterin synnyttäneessä räjähdyksessä säilyy vielä jonkin verran ehjiä meteoriitin tai asteroidin sirpaleita. Suuri, yli 1–2 kilometrin läpimittaisen asteroidin törmäys on valtava katastrofi, joka voi aiheuttaa maailmanlaajuisen joukkosukupuuton, jos törmäys sattuu Maassa. Tämä johtuu siitä, että törmäyksen paineaalto, kuuma kaasu ja heite leviävät laajalle alueelle. Lisäksi voi syntyä hyökyaalto, ja törmäyksen nostattama pöly voi viedä kasveilta auringonvalon pitkäksi aikaa. 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.
Kun törmääjä on hyvin pieni (massa arviolta alle 1000 tonnia), se hidastuu ilmakehässä niin, ettei liike-energia enää riitä räjähdykseen. Sen sijaan pintaan tömähtää meteoriitti, ja mekaanisesta iskusta maahan syntyy enintään muutamia kymmeniä metrejä läpimitaltaan oleva iskukraatteri. Joskus kappale hajoaa ilmassa pitkäksi törmääjien vanaksi; näin kävi esimerkiksi sekä Sihote Alinin meteoriitin että Kaalin kraatterikentän tapauksessa.