Метеоритный кратер на Востоке Московской области

Сер. 7. 2009. Вып. 2

ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ГЕОЛОГИЯ

УДК 551.4:552.6 С. Ю. Енгалычев

МЕТЕОРИТНЫЙ КРАТЕР НА ВОСТОКЕ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Развитие на поверхности Земли процессов денудации и осадконакопления приводит к тому, что метеоритные кратеры в первозданном виде сохраняются относительно недолго в геологическом масштабе времени. На территории современной России сейчас выявлено всего шестнадцать достоверных импактных структур [1], поэтому каждая находка новой структуры весьма значима. В отличие от крупных структур обнаружение кратеров малого и среднего размера достаточно проблематично, и их, как правило, пропускают при геолого-съемочных работах.

В Шатурском районе Московской области, в 140 км к юго-востоку от Москвы, рядом с границей Московской и Владимирской областей расположено озеро Смердячье (рис. 1), котловина которого имеет много общего с известными метеоритными кратерами; так при диаметре водного зеркала около 280 м, глубина озера составляет около 30 м. На спутниковых и аэрофотоснимках заметно, что озеро окружено отчетливо выраженным кольцевым валом (см. рис. 1). В разное время, совместно с краеведом из г. Рошаль Н. А. Филиным, озеро изучали эстонские геологи [2] и сотрудники лаборатории метеоритики ГЕОХИ РАН [3], однако, до сих пор из-за отсутствия обоснованных аргументов вопрос о происхождении котловины оз. Смердячье остается открытым.

Целью статьи является изложение материалов по строению котловины оз. Смердячье и окружающей его территории, собранных в ходе полевых работ осенью 2007 г. Были получены данные об особенностях морфологии озерной котловины, строению кольцевого вала. На современном аналитическом оборудовании были исследованы структурно-вещественные особенности импактных пород, обнаруженных на берегах озера. Весь комплекс полученных данных позволяет идентифицировать котловину оз. Смердячье в качестве молодого поздне-плейстоценового метеоритного кратера.

Как сообщают местные жители, озеро сформировалось относительно недавно (в 70-80-х годах XX в.) в результате затопления в половодье глубокой сухой воронки. Гниение органических остатков, находившихся в котловине, в первые годы существования озера придавало его воде запах сероводорода, из-за которого озеро получило свое название. Сейчас запах отсутствует, и вода в озере чистая. За последние 5-8 лет уровень воды вырос на 5-6 м, и вода затопила прибрежную торфяную сплавину вместе с растущими на нем деревьями. Теперь в береговой зоне на 20-40 м из воды торчат сухие стволы деревьев; уровень воды в озере ниже окружающей местности на 2,5-4 м.

Строение озерной котловины. Озеро расположено на плоской равнине южнее слияния рек Поля и Воймега. На карте хорошо заметно, что оно имеет округлую форму, несколько

© С. Ю. Енгалычев, 2009

вытянутую в западном направлении (рис. 1, 2). В настоящее время максимальный размер зеркала воды по направлению запад-восток составляет 290 м, а по линии север-юг — 260 м. На карте глубин озера хорошо заметно, что котловина имеет симметричное строение. До изобаты в 5-6 м (в 20-50 м от берега) рельеф дна озера относительно пологий, далее, с глубины 10-11 м начинается резкое понижение дна (в южной части уклон дна до 45°), которое заканчивается на глубине в 22-27 м. В центре озера находится небольшая, диаметром около 30-40 м, относительно плоская площадка со средними глубинами 28-31 м. Максимальная глубина в пределах котловины озера выявлена в его юго-восточной части и составляет 31,4 м. Донные отложения незначительные. По причине больших перепадов глубин в пределах озерной

Рис. 1. Топографическая карта района озера Смердячье (А), положение озера на карте Московской области (Б) и аэрофотоснимок озера и его окрестностей (В) на начало 90-х годов ХХ века, на котором

отчетливо виден кольцевой вал вокруг озера

©

Западный

40 60 80 100 120 м

Северный

О 20 40 60 80 100 120 м

©

Рис. 2. Морфология котловины озера Смердячье

карта подводного рельефа озера, 2 — разрезы поверхностной части кольцевого вала, 3 -и меридианальный (Б) профиль через центр озера.

широтный

котловины, с большой долей уверенности, можно предполагать наличие на дне плотных пород.

Кольцевой вал, окружающий озеро, имеет высоту 4-5 м над уровнем воды и 1-2 м над уровнем окружающей местности. Он асимметричен — резко обрывается в сторону озера и плавно снижается в сторону окружающей равнины. Вал проявлен неодинаково в различных частях берега и наиболее четко выражен на восточном берегу. Здесь его гребень находится на расстоянии 60 м от береговой линии озера, а высота над урезом воды озера составляет 3,7 м и 1,2-1,5 м над уровнем окружающей местности. На западе вал выражен слабо, что связано с общим слабым уклоном приозерной равнины к востоку. Вал на северном и южном берегах озера невелик и достигает высоты 3,6-3,8 м над уровнем воды и 1,2-1,4 м над уровнем окружающей территории, а его гребень располагается на расстоянии 42 м от берега озера.

Сопоставление формы котловины оз.Смердячье с морфологией известных метеоритных кратеров подобного размера. Соотношения между различными морфологическими параметрами кратеров были установлены в 60-х годах XX века, для чего привлекались данные по импактным структурам на поверхности Луны [4] и ряда планет, полученных со спутников [5]. Кроме того, использовались материалы по параметрам воронок, образованных при ядерных взрывах [6]. Для типичных метеоритных кратеров размером около 1-2 км

установлена прямая зависимость диам кратера от его глубины и ширины вала. Таким образом, имея параметры структуры, генезис которой не установлен, путем сравнения с известными метеоритными кратерами можно получить дополнительный критерий для определения природы исследуемого объекта.

В ходе работ было проведено сопоставление морфологических параметров котловины оз. Смердячье с аналогичными параметрами известных метеоритных кратеров подобного размера. В качестве сравнения были выбраны следующие объекты: Аризонский кратер (Аризона, США), Wolf Creek (Западная Австралия), Temimichat-Ghallaman, Aouelloul (Мавритания), Boxhole (Северная Австралия), Odessa-I, Odessa-II (Техас, США), Kaalijarv, Ilumetsa-I, Ilumetsa-II (Эстония), Dalgaranga (Западная Австралия), Campo Del Cielo-II (Аргентина), Henbury-3, Henbury-8 (Северная Австралия), Сихотэ-Алинь-60 (Россия), Соболевский (Россия) [4, 7].

Автором были использованы три базовых параметра, принятых в мировой практике для описания морфологии импактных структур. Это диаметр кратера по кромке вала (rim-crest diameter [RCD]), глубина кратера по кромке вала (depth [D]) и ширина внешней части вала по радиусу от кромки вала (width of rim flank [RW]). Перечисленные параметры связаны между собой достаточно четкими прямыми зависимостями.

Средний диаметр котловины оз. Смердячье по кромке кольцевого вала составляет в среднем 352 м, при глубине 35,1 м и ширине вала 55 м. На диаграммах в координатах RW-RCD и D-RCD (рис. 3) точки котловины оз. Смердячье располагаются на тренде типичных импакт-ных структур, что является важным аргументом в пользу импактного происхождения озерной котловины. Кроме того асимметричный характер кольцевого вала, резко обрывающегося к центру котловины, идентичен профилям кольцевых валов, наблюдаемых в типичных метеоритных кратерах близкого размера, и может являться дополнительным критерием генезиса данного объекта.

на основе исследования морфологии котловины оз. Смердячье можно сделать ряд выводов: а) котловина имеет почти идеально круглую форму, б) аномально большую глубину, не характерную для озер такого размера, в) озерная котловина окружена кольцевым валом, г) морфология дна котловины характерна для ударных кратеров близкого размера [8],

225 -200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 -0

«Смердячье»

RCD

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 м

225200  175  150  125  100  75  50  25  0

«Смердячье»

RCD

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 м

Рис. 3. Соотношения основных морфологических параметров известных импактных структур (черные точки) и котловины озера Смердячье (белая точка) RCD — диаметр по гребню кольцевого вала, D — глубина котловины, от гребня вала до дна, RW — ширина вала

по радиусу из центра котловины

д) сопоставление морфологических параметров исследуемого объекта с аналогичными параметрами типичных метеоритных кратеров показало их значительное сходство.

Особенности геологического строения территории. В геологическом отношении озеро расположено в поле развития пород юрского и мелового возраста, залегающих на отложениях среднего и нижнего карбона. Мезозойские отложения перекрыты песчаными, реже глинисто-песчаными озерно-ледниковыми четвертичными образованиями [9].

Каменноугольные отложения в нижней части представлены речицким горизонтом, сложенным глинами с прослоями песчаников и алевролитами с редкими прослоями известняков и доломитов. Их перекрывают отложения амеревского горизонта, сложенные окремнелыми доломитами и доломитистыми органогенно-обломочными известняками, с редкими прослоями мергелей и глин. В районе оз. Смердячье кровля каменноугольных отложений установлена на глубине 63-69 м, а их мощность составляет около 38-42 м.

Юрские отложения представлены сложно построенным песчано-глинистым комплексом пород, залегающих во впадинах посткаменноугольного вреза. Снизу вверх выделяются: песчано-глинистая толща, содержащая прослои фосфатных желваков (волжский ярус), ее перекрывают серые, светло-серые глины и глинистые алевролиты с линзами кварц-глауконитового песка, общей мощностью 10-20 м (оксфордский ярус). Выше по разрезу залегают серые извест-ковистые глины с раковинным детритом и глауконитом мощностью 1,5-5 м (киммериджский ярус). Отложения мелового возраста (готерив-баррем), перекрывающие юрские образования, расположены южнее оз. Смердячье и представлены алевритами и песками.

Шурфовочные работы, проведенные нами в северной части кольцевого вала, позволили выяснить его внутреннее строение до глубины 2,5 м. Было установлено, что он имеет сложное строение и состоит из нескольких комплексов пород, находящихся в сложных взаимоотношениях между собой (рис. 4).

Под почвенным слоем (5-10 см) на внутреннем склоне, обращенном к озеру, развиты делювиальные песчано-глинистые отложения. Вне склона, под маломощным слоем почвы, залегают светло-желтые мелкозернистые кварц-полевошпатовые пески, мощностью до 2,5 м. В песках встречаются хаотически расположенные остроугольные обломки кремней размером от 2-3 до 15-20 см. Обнаруженные в кремнях кораллы указывают на их каменноугольный возраст. В средней части разреза песков изредка наблюдаются линзы грубозернистого

М

Рис. 4. Геологический разрез через северную часть кольцевого вала 1 — серые песчанистые глины (суглинки) — водно-ледниковые отложения времени максимального распространения московского оледенения (московский горизонт), 2 — отложения кратерного вала, сложенные деформированными серыми песчанистыми глинами (суглинками), содержащими фрагменты вышележащих песков. В нижней части присутствуют фрагменты-блоки углефицированной органики (торф, сапропель), датированные серединой микулинского межледниковья, 3 — светло-желтые мелкозернистые пески — озерно-аллювиальные отложения валдайского горизонта, 4 — делювиальные песчано-глинистые отложения, 5 — почвенно-растительный слой, 6 — шурфы. Стрелкой показан современный уровень воды оз. Смердячье.

материала. Необходимо отметить, что кремни, обломки юрских (глауконитовые песчаники) и меловых (песчаники с железистыми оолитами) пород, перекрытых на окружающей территории четвертичными отложениями, встречаются только в породах кольцевого вала и за его пределами не выявлены. Описанные пески в генетическом отношении представляют собой озерно-аллювиальные отложения, датированные валдайским горизонтом, временем развития Валдайского оледенения на северо-западе Европейской России.

Под толщей песков залегают серые, светло-серые песчанистые глины (суглинки). В кровле они интенсивно перемяты и разбиты трещинами, однако с глубиной количество признаков давления в песчанистых глинах сокращается, и на глубине около 1,5-2 м они становятся плотными и в них появляется заметная тонкая горизонтальная слоистость. Эти породы представляют собой водно-ледниковые отложения краевой части ледника и относятся ко времени московского оледенения, южная граница которого проходила северо-западнее, в районе города Москва.

В описываемых глинах преобладают пластичные нарушения — раздувы (наиболее крупные из которых достигают 1,5 м в диаметре), следы вдавливания глин в толщу песков. Взаимоотношение толщи глин с вышележащими песками имеет сложный характер, и часто можно наблюдать проникновение песков в толщу глин по наклонным и вертикальным трещинам. Кроме того в толще глин присутствуют фрагменты вышележащих песков. В данном комплексе пород были обнаружены деформированные фрагменты-блоки углефицированной органики (торф, сапропель). По результатам споро-пыльцевого анализа, обнаруженные остатки торфа можно датировать серединой микулинского межледниковья, длившегося с 125 до 70 т ыс. лет тому назад. Время формирования деформаций по берегам озера и образования самой озерной котловины, вероятнее всего, можно отнести к ранним этапам Валдайского оледенения (70-50 тыс. лет), когда уже сформировалась нижняя часть песчаных озерно-аллювиальных отложений, участвующих в деформированном комплексе пород.

Выявленные деформации указывают на нарушенности коренных пород по берегам озера. Подобные смятия характерны для бортов метеоритных кратеров. наиболее правдоподобная интерпретация таких фактов возможна только с позиции метеоритной гипотезы происхождения озерной котловины. В таком контексте, породы кольцевого вала оз. Смердячье можно рассматривать в качестве аллогенных брекчий импактного происхождения.

Исследование берегов оз. Смердячье с использованием металлодетектора не дало положительного результата, и фрагментов метеоритного железа в приповерхностной части кольцевого вала обнаружено не было. Для обнаружения вещественных свидетельств метеоритного удара нами из пород кольцевого вала отбирались пробы объемом 10-15 литров, из которых на сите извлекался крупнозернистый материал. В нем было выявлено несколько разновидностей измененных пород, несущих на себе следы проявления наложенных процессов.

В песках на внутреннем склоне северного вала, в 22 м от воды озера, были обнаружены остроугольные фрагменты пород красновато-коричневого цвета (размером 6-8 см), сложенные обломками песчаной размерности, сцементированными пузырчатой стекловатой массой. на снимках пришлифованных поверхностей образцов, полученных с растрового электронного микроскопа, отчетливо видно, что зерна находятся в стекловатом матриксе (рис. 5). В нем по данным химического анализа присутствуют две фазы (см. рис. 5). Первая фаза (более темная на снимке) обогащена кремнеземом ^Ю2 до 66,6 %), натрием (№2О до 3,1 %) и калием (К2О до 5,2 %) и обеднена железом, тогда как вторая (более светлая на снимке) обеднена кремнеземом ^Ю2 46,6 %) и обогащена железом ^еО 25,2 %) и магнием (MgO 6,7 %) (табл. 1). В стекловатом матриксе расположены оплавленные зерна кварца, полевого шпата и циркона, диагностированные микрозондовым анализом.

Рис. 5. Растровые электронные микрофотографии полированной поверхности стекловатого импактита,

найденного в северной части кольцевого вала

На микрофотографиях заметно, что округлые зерна кварца располагаются в матриксе стекла. Номера около точек

соответствуют номерам анализов в табл. 1.

В песках кольцевого вала повсеместно распространены небольшие (2-25 мм) округлые или угловатые обломки глинисто-железистого состава, составляющие до 1-2 % объема породы. Они окрашены в характерный темно-коричневый цвет, с поверхности покрыты глянцевой коркой толщиной 0,5-2 мм и сложены глинисто-железистой массой, содержащей примесь алевритового материала. По данным рентгенофазового анализа в их составе преобладает гётит (60-70 %) и кварц (30-40 %), при незначительной примеси клинопироксена и плагиоклаза. Такой минеральный состав хорошо соотносится с результатами химического анализа (см. табл. 1, обр. 5) по данным которых доля Fe2Oз общ достигает 72,1 %.

Кремнистые породы, остроугольные обломки которых присутствуют в породах кольцевого вала, несут следы наложенных преобразований, выраженных в изменении их окраски. они окрашены в красноватые, коричневатые, зеленоватые цвета, а на их поверхности присутствуют следы коррозии. Такие цвета совершенно не типичны для кремней из каменноугольных отложений данного района. отдельные блоки кремней брекчированы. По данным рентгенофазо-вого анализа в составе кремней кроме кварца, составляющего до 90 % породы, присутствуют кальцит (10-5 %) и муассанит (5-10 %). Химический состав изученных кремней кольцевого вала приведен в табл. 1 (обр. 6, 7, 8), из которой понятно, что кремни в целом имеют близкий состав с главенствующей ролью кремнезема до 98,2 %).

обнаруженные стекловатые импактиты свидетельствуют о частичном плавлении пород, участвующих в строении кольцевого вала. Угловатые, темно-коричневые фрагменты железисто-глинистого состава, распространенные в песчаных породах вала, представляют собой уплотненные и оплавленные с поверхности фрагменты глинистых пород, развитых до метеоритного удара на месте озерной котловины. Ими, возможно, являются юрские глины волжского яруса (залегающие под серыми глинами московского горизонта), обогащенные фосфором, ведь доля оксида фосфора в обнаруженных железисто-глинистых фрагментах весьма высока — до 1,9 %.

Таблица 1

Химический состав стекловатых импактитов и измененных кремней из кратера Смердячье, по данным микрозондового (1-4) и рентгено-флоуресцентного количественного анализа

Компоненты 1 2 3 4 5 6 7 8

SiO2 65,89 66,62 60,78 46,57 11,00 97,10 98,20 98,20

А1А 0,44 0,15 0,65 0,83 2,57 0,94 0,33 0,51

ТЮ2 16,46 20,07 20,92 14,47 0,19 <0,01 <0,01 <0,01

FeO 2,47 1,32 4,12 25,23 72,1* 0,34* 0,26* 0,52*

МпО - - 0,06 0,16 0,11 0,04 0,03 0,04

MgO 0,64 1,01 1,58 6,7 0,33 0,14 0,09 0,06

СаО 4,32 3,83 1,38 2,4 0,45 0,69 0,4 0,39

№20 1,48 3,05 1,53 0,66 0,14 0,10 <0,05 <0,05

к2о 2,84 3,55 5,23 1,27 0,35 0,06 0,05 0,09

Р2О5 - - - - 1,89 <0,05 <0,05 <0,05

ппп не опр. не опр. не опр. не опр. 11,30 0,43 0,37 0,27

Сумма 94,63 99,64 96,31 98,35 100,30 99,9 99,7 100,0

Примечание: «не опр.» — не определялось, «-» — отсутствует элемент. *— По результатам микрозондового анализа (1-4) все железо определено в форме окиси, а по результатам рентгено-флюоресцентного анализа (5-8) в форме закиси. 1-4 — матрикс стекловатого импактита, 1-3 — фаза, обогащенная кремнеземом, 4 — фаза, обогащенная железом; 5 — темно-коричневые обломки из песчаной толщи северной части кольцевого вала, 6-8 — корродированные фрагменты кремней из песчаной толщи, слагающей верхнюю часть кольцевого вала

Изменение окраски кремней и коррозия их поверхности, вероятно, связаны с воздействием на них горячих растворов, циркулировавших в породах после взрыва. Брекчирование кремней лишний раз подтверждает существование высоких ударных нагрузок на породы мишени.

Выводы о природе озерной котловины. Допустить образование котловины за счет карста не представляется возможным, так как карстующиеся породы на данной территории не развиты. Аномально большая глубина и почти идеально круглая форма не позволяют отнести озеро к ледниковым водоемам. Основными критериями отнесения котловины к метеоритному кратеру являются: округлая форма; аномально большая глубина; близость соотношения основных морфологических параметров котловины с известными метеоритными кратерами близкого размера; наличие по периметру впадины кольцевого вала, в строении которого участвуют дислоцированными коренные породы; присутствие в породах вала стекловатых импактитов, а также брекчированных и корродированных кремней, нетипичных для окружающей местности и не встречающихся за пределами кольцевого вала.

Сейчас с уверенностью можно говорить об импактной природе котловины оз. Смердячье.

Отчетливое проявление исследуемого объекта в современном рельефе указывает на его молодой позднеплейстоценовый возраст. Направление полета ударника в настоящее время определить трудно, однако, круглая форма чаши указывает на субвертикальное или близкое к такому направление падение. Столкновение метеорита с поверхностью Земли вызвало образование воронки, деформацию пород и выброс на поверхность пород с глубины.

Формирование кратера, несомненно, отразилось на изменении обстановки и могло привести к формированию на окружающей территории катастрофического слоя, который еще не обнаружен, по причине слабой изученности плейстоценовых отложений Шатурского

района. Датировка этого слоя позволит уточнить возраст описываемого кратера. Аналогичная задача по датированию кратера на основании данных о возрасте катастрофического слоя была успешно решена для группы кратеров Каали в Эстонии [10-12]. В настоящее время для уточнения деталей строения чаши и кольцевого вала кратера «Смердячье» необходимо проведение малоглубинных геофизических исследований и бурения.

Несомненно, описанное озеро-кратер является национальным достоянием и требует государственной охраны в качестве памятника природы федерального значения. В данной связи целесообразно использовать успешный опыт охраны Аризонского кратера (США), кратера Рис (Германии) и кратерных полей Кали и Илуметса в соседней Эстонии. За рубежом вокруг кратеров проводят экскурсии, создаются небольшие музеи. Такая деятельность является весьма прибыльной, ведь миллионы людей со всего мира стремятся увидеть своими глазами уникальное явление природы. Обнаруженный кратер, несомненно, редчайшая достопримечательность Подмосковья, которая должна стать объектом научно-просветительского и экологического туризма россии.

Автор выражает глубокую благодарность краеведу Н. А. Филину и А. К. Киселеву. Литература

1. Масайтис В. Л., Данилин А. Н., Мащак М. С. и др. Геология астроблем. Л. 1980.

2. Кестлане Ю. В., Мелла К. Х. Новые вероятные четвертичные метеоритные кратеры СССР // Тез. докл. XX Всесоюзная метеоритная конференция. М., 1987. Ч. 1.

3. Badjukov D. D., Brandstatter F., Ivanova M. A. and other. The Smerdyachee lake: a possible impact crater near Moscow, Russia // Lunar and Planetary Science XXXIV. 2003.

4. Pike R. Geometric interpretation of Lunar Craters // US Geological Survey Professional Paper, 1046-C. Washington, 1980.

5. Взрывные кратеры на Земле и планетах / пер. с англ. М., 1968.

6. Болдуин Р. Б. Соотношение между параметрами кратера // Взрывные кратеры на Земле и планетах. (Пер. с англ.). М., 1968.

7. Хрянина Л. П. Соболевский метеоритный кратер // Изв. АНСССР. Сер. геол. 1978. № 8.

8. Аалоэ А. О. Ударные метеоритные кратеры // Метеоритика. 1972. Вып. 31.

9. Объяснительная записка к государственной геологической карте масштаба 1:200 000. лист. N-37-IV. Серия Московская. (Шик Е. М. и др.) М., 1987.

10. RaukasA. Study of meteoritic matter for precise regional stratigraphy // Geologos. 2000. № 5.

11. Raukas A., Tiirmaa R. Kaali meteorite craters — unique objects for the spherule studies. Papers presented to the 1998 Annual Meeting of I. G.C. P. 384 «Impact and Extraterrestrial Spherules: New Tools for Global Correlation». Budapest, 1998.

12. Shymanovichc S., Kolosova T., Raukas A., Tiirmaa R. Extraterrestrial spherules in the surroundings of Kaali meteorite craters (Saaremaa Island, Estonia). Proceedings of the Estonian Academy of Sciences // Geology. 1993. 42, v. 3.