Çarpma krateri

Tarih

Daniel Barringer(1860-1929) ,çarpma kraterini tanımlayan ilk insan, Arizona'daki Meteor Krateri'ni  tanımladı,ve bu krater Barringer Krateri olarak adına atfedildi.İlk olarak Barringer'in fikirleri tam olarak kabul edilmemişti ,hatta Meteor Kraterleri'nin kökeni tam olarak tanımlandığında bile.
1920'lerde ,Amerikalı yer bilimci Walter.H.Butcher şimdilerde çarpma krateri olduğu fark edilen Amerika Birleşik Devletleri'ndeki  birçok alan üzerinde çalıştı.Bu kraterlerin büyük patlayıcı olaylar neticesinde oluştuğu kanaatine vardı,ama bu kuvvetin büyük ihtimalle volkanik kökenli olabileceğine inanıyordu.Bununla birlikte 1936'da yerbilimci John D.Boon ve Claude C.Albrittton Jr ,Bucher'ın araştırmalarını yeniden gözden geçirdiler ve üzerinde çalıştığı kraterlerin büyük ihtimalle çarpmalara bağlı olarak oluştuğu kanaatine vardılar.
Krater oluşumu konusu 1960'lara kadar spekülatif kalmaya devam etti.Bu zamanlarda bazı araştırmacılar,en dikkat çekeni Eufene M.Shoemaker(Shoemaker-Levy 9 kuyrukluyıldızının kaşifi) birçok krater üzerindeki detaylı araştırmaları bir araya getirdi ve açık bir şekilde bunların çarpmalara bağlı olarak oluştukları sonucuna vardı,özellikle şoklanmış metamorfik etkilerinin belirlenmesi çarpma olayları ile ilişkilendirildi (en aşına olunanı şoklanmış kuvars).
Şoklanmış metamorfik özelliklerin bilgisiyle donatılmış olarak Carlyle S.Beals ve  Dominyon Gözlemevi'ndeki meslektaşları ve de Almanya'daki Tübingen Universitesi'nden Wolf von Engelhardt ,çarpma kraterlerini sistematik olarak araştırmaya başladı.1970li yıllarda, 50 den fazla çarpma krateri tanımladılar.Yaptıkları çalışmalar tartışmaya açık olmasına rağmen,o zamanlarda sürdürülmekte olan Apollo Ay Yolculuğu Projesi, Ay'daki  çarpma krateri oluşumu oranını göstererek,çalışmalara destekleyici bir kanıt sunmuş oldu.Ay'daki erozyon  süreci  minimal düzeydedir ve de böylelikle kraterler nereyde süresiz olarak varlıklarını korumuşlardır. Dünya'nın neredeyse Ay ile aynı oranda krater bulundurma ihtimali düşünüldüğünde,Dünya'nın görünenden daha fazla  çarpmaya mağruz kaldığı açık hale geldi.

Krater Oluşumu

Çarpa krateri oluşumu ,katı objeler arasında gerçekleşen yüksek hız çarpmalarını içerir ve bu hız ses hızından bile daha yüksektir.Bu tarz hiper-hız çarpmaları aşina olunan  ses hızının altındaki çarpışmalarda görünmeyen erime ve buharlaşma gibi fiziksel etkilere neden olur.Dünya üzerinde,atmosfere doğru yolculuğun yavaşlatıcı  etkileri gözardı edildiğinde,uzaydan bir obje ile en düşük  çarpışma hızı 11 km/s'lik bir yerçekimsel kurtulma hızına eşittir.En hızlı çarpışmalar ,parabolik yörüngelerin tersine doğru hareket eden cisimlerin Dünya'ya çarpması gibi en kötü senaryoda bile 72 km/s 'dir.(Çünkü kinetik enerji hızın karesine bağlı olarak artar,Dünya'nın yer çekimi sadece 1 km/s kadar kadar katkıda bulunur 11 km's kadar değil).Dünya üzerindeki ortalama çarpma hızı yaklaşık saniyede 20 kilometredir.
Bununla birlikte atmosferin yavaşlatıcı etkileri ,herhangi bir olası çarpma aygıtını hızlı bir şekilde yavaşlatacaktır,özellikle Dünya'nın atmosfer kütlesinin %90'nın bulunduğu en düşük 12 kilometrelik seviyede.7.000 kilograma kadar olan meteorlar atmosfer direncine bağlı olarak kozmik hızlarını kaybedecekler ve 0.09 dan 0.16 km/s 'lik son hızına ulaşana kadar Dünya'nın yer çekimine bağlı olarak hızlanmaya başlayacaklardır.Göktaşı(asteroidler ve kuyrukluyıldızlar) ne kadar büyükse muhafaza edeceği ilk kozmik hızı da o kadar büyüktür.9.000 kilogramlık bir cisim orijinal hızının yaklaşık %6 sını idame ettirirken,900.00 kilogramlık bir cisim %70 ni muhafaza eder.Fazlasıyla geniş cisimler(yaklaşık 100.00 ton) atmosfer tarafından yavaşlatılmaz ve eğer bir parçalanma meydana gelmezse  ilk kozmik hızları ile çarparlar..
Bu kadar yüksek hızdaki çarpışmalar katı cisimlerde şok dalgaları meydana getirir, çarpa aygıtı ve  çarpılan cisim hızlı bir şekilde yüksek yoğunluğa sıkıştırılır.İlk sıkışmanın sonrasında yüksek yoğunlukta ve sonuna kadar sıkıştırılmış olan bölge hızlı bir şekilde basıncı düşürür ve patlar.Çarpma-krateri oluşumu bu yüzden mekanik yer değiştirmeden daha çok yüksek patlayıcılar tarafından oluşturulmaya yakındır.
Aslında çarpma krateri oluşumunda yer alan bazı maddelerin enerji yoğunluğu yüksek patlayıcılar tarafından oluşturanlardan daha yüksektir.Kraterler patlamalara bağlı olarak oluştuğu için,neredeyse her zaman dairesellerdir.-sadece çok küçük açılı çarpmalar eliptik kraterlerin oluşumuna neden olur.-
Bu katı yüzeylerdeki çarpışmaları açıklar.Hyperion'daki gibi gözenek ile çarpmalar ise püskürtme yapmadan içsel bir sıkışma meydana getiriyor olabilir ve bu da Ay'ın süngerimsi görünümünü açıklayabilir. Çarpma sürecini üç belirgin aşamaya bölmek uygundur:
(1)ilk temas ve sıkışma,(2)oyum,(3)değiştirme  ve çökme.Uygulamada, bu 3 aşama arasında çakışmalar vardır.Mesela krater oyumu bazı bölgelerde devam ederken değiştirme ve çökme diğerlerinde çoktan seyir halindedir.

İlk Temas ve Sıkışma

Atmosfer yokluğunda,çarpma aygıtının  hedefin yüzeyiyle ilk temasa geçimesiyle çarpma süreci başlar.Bu temas hedefe ivme kazandırırken,çarpma aygıtının ivmesini düşürür.Çünkü çarpma aygıtı süratle hareket etmektedir ,cismin arkası kısa ama  sınırlı bir sürede çarpa aygıtının ivmesini azaltmak için belirgin bir yol kateder.Sonuç olarak, çarpma aygıtı sıkışır,yoğunluğu artar ve böylelikle basınç önemli ölçüde artar.Geniş çarpmalarda basınç tepe değeri  1 TPa'yı aşar.
Fiziksel anlamda,şok dalgası temas noktasından başlatılır.Bu şok dalgasının genişlemesiyle birlikte,ivmesi azalır ve çarpa aygıtını sıkıştırır ,ivme kazanır ve hedefi sıkıştırır.Şok dalgası dahilindeki sıkışma seviyesi katı cisimlerin dayanma gücünü aşar,dolayısıyla çarpma aygıtı ve de hedef  çarpma bölgesine yakın bir yerde değiştirilemez bir şekilde hasar görürü. Birçok kristal mineraller şok dalgaları tarafından yüksek-yoğunluk evrelerine dönüştülebilir. Örnek olarak, yaygın mineral olan kuvarslar yüksek-basınç formu olan koesit ve stişovit e dönüştürülebilir. Diğer birçok  şok-ilişkili değişimler şok-dalgasının nüfuz etmesiyle çarpma aygıtında ve de hedefte meydana gelir,ve bu değişimlerden bazıları jeolojik karakterlerin çarpma kraterleri tarafından  oluşturulup oluşturulmadığını tanımlamak için araç olarak kullanılabilir.
Şok dalgasının bozulmasıyla birlikte,şoklanmış bölgenin basıncı daha olağan bir basınca ve yoğunluğa doğru  azalır.Şok dalgası tarafından oluşturulan hasar maddenin sıcaklığını arttırır.Daha küçük çarpmalarda sıcaklıktaki bu yükseliş çarpma aygıtını eritmek için yeterlidir,daha büyük çarpmalarda ise birçok kısmını buharlaştırır ve de  hedefin büyük bi kısmını eritir.

Oyum

Şok dalgasının temas,sıkışma,basınç azaltımı ve de geçişi büyük çarpmalar için saniyenin onda birinde gerçekleşir.Kraterin daha sonraki oyumu daha yavaş meydana gelir. ve bu süreç boyunca madde akışı ses hızının altındadır.Oyum süresince krater, ivme kazanan hedef maddenin çarpma noktasından uzaklaşmasıyla birlikte büyür.
hedefin hareketi ilk olarak aşağı ve yukarı doğrudur ama sonrasında dışarı ve içeri doğru olur.Akış  ilk olarak neredeyse yarı küresel bir çukur meydana getirir.Çukur büyümeye devam eder,zamanla paraboloid (kase biçiminde) ,merkezin aşağı itildiği  maddenin önemli bir kısmının püskürtüldüğü ve krater kenarlarının yükseltildiği bir krater  oluşur.Bu çukur maksimum genişliğe eriştiğinde,kısa süreli çukur olarak adlandırılır.
Geçici çukurun derinliği yarıçapının üçte biri kadardır.Kraterden atılan püskürükler geçici kraterin en derininden kazılmış olan maddeleri kapsamaz.;tipik olarak maximum oyumun derinliği toplam derinliğin üçte biri kadardır.Sonuç olarak, geçici kraterin  neredeyse üçte birlik hacmi maddelerin püskürtülmesiyle oluşmuştur. Geri kalan üçte ikisi ise maddenin aşağı,yukarı ve dışarı doğru yer değiştirmesinden oluşmuştur.gözenekli maddelere doğru olan çarpmalarda ise, önemli miktarda krater hacmi boşluk hacminin kalıcı kompaksiyonu tarafından oluşmuş olabilir. Bu tarz kompaksiyon kraterleri asteroidler,kuyrukluyıldızlar ve de küçük uydular için önem arz ediyor olabilir.
Geniş çarpmalarda,  maddenin yer değiştirmiş ve de kraterden püskürtülmüş olmasıyla beraber, hedef maddenin önemli miktardaki bir hacmi erimiş veyahut orijinal çarpma aygıtı ile buharlaşmış olabilir.Bu erimiş kayalardan bir kısmı püskürtülmüş olabilir ama büyük bir kısmı geçici kraterle birlikte varlığını sürdürür.Tersine, sıcak e yoğun buharlaşmış madde hızlı bir şekilde büyüyen çukurdan dışarı doğru genişler.Genişlerken bazı katı ve eriyik  maddeleri kendisi ile birlikte taşır.Bu buhar bulutu genişledikçe, geniş nükleer patlamalardan oluşan arketipik mantar bulutu gibi yükselir  ve de soğur.Geniş çarpmalarda genişleyen buhar bulutu atmosferin yüksekliğine oranla daha fazla yüksekliğe ulaşabilir ve boş alana yayılabilir.
Kraterden püskürtülen maddenin çoğu krater yarıçapı dahilinde tortulaşmıştır ama küçük bir kısmı yüksek hızda geniş uzaklıklara hareket eder ve geniş çarpmalarda kurtulma hızını aşabilir ve çarpılan gezegeni veya uyduyu terk edebilir. En hızlı maddelerin çoğunluğu çarpma merkezine yakın yerden püskürtülmüştür ve en yavaş maddeler ise düşük hızda kenarlara yakın yerden püskürtülmüştür. Püskürüğün genişleyen kraterden kurtulmasıyla beraber, ters çevrilmiş koni şeklinde genişleyen bir bölme meydana getirir.;bölme dahilindeki her bir parçacığın yörüngesinin geniş balistik olduğu düşünülmektedir.

Değiştirme ve çökme

Çoğu durumda,geçici çukur kararlı değildir:yerçekimi altında çöker.Küçük kraterlerde,Dünya üzerinde yarıçapı neredeyse 4 kilometreden küçük olan, molozla birleşmiş krater duvarlarına doğru kayan ve çarpma eriyiklerinin daha derin çukura çekimi ile birleşmiş krater kenarlarının sınırlanmış çökmesi vardır.Oluşan yapı basit krater olarak adlandırılır ve çanak-şeklini koruru ve yüzeysel olarak geçici kratere benzer.Basit kraterlerde,orijinal oyum çukurunun üzeri  breş,püskürük ve erimiş kayaların çökmesi ile örtülür, ve de merkez krater zemininin  bir kısmı düz olabilir.
Gezegensel yerçekimine göre değişiklik gösteren belirli alt sınır boyutunun üzerinde,geçici kraterin çökme ve de değiştirmesi daha geniş çaplıdır ve de oluşan yapı kompleks krater olarak adlandırılır.Geçici kraterin çökmesi yer çekimi tarafından gerçekleştirilir ve  merkez bölgenin yukarı kaldırılmasını  ve kenarların içe doğru çökmesini içerir. Merkezsel yukarı kaldırım elastik geri sekmenin bir sonucu değildir.(elastik dayanımlı maddenin kendi orijinal geometrisine dönmeye çalıştığı sürecin tersine çökme çok az dayanımlı veya dayanımsız maddenin yerçekimsel denge durumuna dönmeye çalıştığı süreç)
Kompleks kraterler, yukarı kaldırılmış merkezlere ve de geniş  düz derin olmayan krater zeminlerine ve de teraslı duvarlara sahiptir.En geniş boyutlarda,bir ya da daha fazla dış ve iç halkalar gözükebilir ve  yapı çarpma kraterinden ziyade çarpma havuzu olarak etiketlenebilir. Merkezsel topografik tepeli küçük kompleks kraterler merkezsel tepe kraterleri olarak adlandırılır,örneğin Tycho: merkezsel tepenin tepe halkaları tarafından yer değiştirdiği orta seviye boyutlu kraterler tepe-halka kraterleri olarak adlandırılır,örneğin Schrödinger: ve de çoklu eş merkezli yersel halkaları içeren en geniş kraterler , çoklu-halkalı havuzlar olarak adlandırlır,örneğin Orientale.Kayalık cisimlerin tersine donmuş yüzeylerde, merkezsel tepelerden ziyade merkezsel çukurlara sahip morfolojik formlar görülebilir ve de en geniş boyutlarda birçok eş merkezli halkaları içerebilir-Valhallaon Callisto bunlara bir örnektir.

Çarpma Kraterlerini Tanımlamak

Bazı volkanik şekiller çarpma kraterlerini andırabilir, ve breşlenmiş kayalar çarpma kraterlerinin yanı sıra diğer jeolojik formlarla ilişkilendirilmiştir.Sönmüş volkanik kraterler düzensiz şekillerinden ve de volkanik akımlarından ve de diğer volkanik  maddelerinden dolayı  çarpma kraterlerinden ayırt edilebilir.Çarpma kraterleri de erimiş kayalar oluşturur ama  genellikle daha küçük hacimlerde ve de farklı özelliklerde.
Çarpma kraterlerinin ayırt edici bir işareti de, parçalanma konileri,erimiş kayalar,bozulmuş kristaller gibi şok-metaformik etkilere maruz kalmış kayaların varlığıdır.Sorun ise bu maddelerin  derin olarak gömülmeye yatkın olmasıdır,en azından bazı basit kraterler için.Bunlar  kompleks kraterlerin yukarı kalkmış merkezinde meydana çıkmaya eğilimlidir.
Çarpmalar çarpma bölgesinin ayırıcı bir şekilde tanımlanabilmesine izin veren kendine özgü şok-metamorfik etkilere neden olur.Bu tarz şok-metamorfik etkiler şunları içerir:
- Parçalanmış bir tabaka veya kraterin zemininin altında breşik bir kaya.Bu tabaka breş mercekleri olarak adlandırılır.
-Kayalarda zikzak-şekilli izlenim bırakan parçalanma konileri.Bu tarz koniler ince taneli kayalarda kolaylıkla oluşabilir.
-Kumun ,top örütlerin,tektitlerin veya camsı serpmelerin katmerli ve kaynaklı bloklarını içeren yüksek-sıcaklık kaya tipleri.Tektitlerin  çarpma kökeni  bazı araştırmacılar tarafından sorgulandı:tektitlerde,impactitlerde bulunmayan bazı valkonik şekiller gözlemlediler.Tektitler tipik impactitlere göre daha kuru(daha az su içeren)dur.Çarpma tarafından eritilen kayalar volkanik kayaları andırırken,tektitler  erimemiş temel kaya parçalarını bünysinde bulundurur,alışılmamış büyük ve kırılmayan alanlar oluşturur,Dünya'nın içerisinden çıkan volkanik maddelere göre   daha fazla karışık kimyasal kompozisyonlara sahiptir.Göktaşları ile ilişkilendirilmiş nikel,platinyum,iridyum  ve kobalt gibi elementlere göreceli olarak daha fazla sahiptir.Not:Bilimsel literatür, sadece çarpma olayları ile ilişkilendirilen küçük parçalanma konileri gibi bazı "şok" şekillerin karasal volkanik püskürtülerde bulunduğunu bildirmiştir.
-Minerallerin mikroskobik basınç bozulmaları.Bunlar feldispat,kuvars,kristal ve diğer karbon bileşiklerinden oluşmuş elmas gibi yüksek-basınç maddelerinin oluşumunda çatlak örnekleri içerir.
-Decorah Krateri gibi gömülü kraterler,çekirdeklenme,hava elektromanyetik direnç görüntülemeleri ve hava kaynaklı yerçekimi eğimölçeri sayesinde tanımlanabilir.