Törmäyskraatteri

 

Kuun kraattereita Apollo 11:n kuvaamana.

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 alunperin 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 lukuunottamatta; 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.

Tycho-törmäyskraatteri Kuussa

Adivar-kraatteri Venuksesta otetussa tutkakuvassa.

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

Nördlinger Riesin tyyppisen suuren meteoriittikraatterin synty kaavakuvana. Meteoriitti tai asteroidi osuu kallioon, ja kaasuuntuu törmäyskitkan kuumuudessa. Kraatteri alkaa syntyä.

Heitteet lentävät kraatterista kartiomaisena muodostumana pois, ja kraatteri leviää. Sen kohdalta nousee törmäystulipallo ja sienipilvi.

Kraatterin reunat romahtavat kohti keskustaa ja kraatteri laajenee.

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.^lähde? 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.^lähde? 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.^lähde? 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.

Copernicus -kraatteri.

Törmäyksen synnyttämän paineen vaikutus kiveen

Törmäys synnyttää suuremman paineen kuin tulivuorenpurkauksissa syntyy. Kuumuus lasittaa kiven. Nämä vaikutukset synnyttävät kiveen muutoksia, joiden tuotteita sanotaan yleisnimellä impaktiiteiksi. Sulamattomilla alueilla syntyy kraatterin lähelle kartiomaisesti asettuneita halkeamia ja haljennutta kvartsia. Eräs tunnettu impaktiittityyppi on kartiomaiset halkeamamuodostumat, joita syntyy noin 2-6 GPa:n paineessa.. Kvartsi muokkautuu šokissa halkeamia sisältäväksi coesiitiksi 30-50 GPa:n paineessa, ja stishoviitiksi 15-40 GPa:n paineessa. Kvartsi sulaa ehkä noin 50-65 GPa:n paineessa, plagioklaasi 45-65 GPa:n paineessa ja oliviini yli 70 GPa:n paineessa. Grafiitista syntyy törmäyksessä timanttia. Törmäys viskaa ympäristöön pieniä lasimaisia pallosia ja suurempia lasimaisia tektiittejä.

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 lähtökohtaisesti 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

Kraatterin muoto voi kuitenkin poiketa pyöreästä perusmuodosta hyvinkin paljon. Vinot alle 12 asteen kulmassa sattuvat törmäykset aiheuttavat ellipsin muotoisia kraattereita. Kohdeaineen heikkousvyöhykkeet voivat ohjata joko räjähdystä tai kraatterin muokkautumista niin, että siitä muodostuukin monikulmio pyöreän rakenteen sijaan.

Kraattereita

Kraatterien synnyn yleisyys

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

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.^lähde? 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.^lähde? 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.^lähde?

Maapallon historiassa on sattunut monia lajien joukkotuhoja, joiden syyksi arvellaan asteroidin iskua. Suuria joukkotuhoja on sattunut noin 540 miljoonan vuoden aikana suunnilleen 23. Näiden arvellaan liittyvän yli 50–100 km:n läpimittaisiin meteoriittikraattereihin.^lähde? Pienempiä alueellisia joukkotuhoja sattunee keskimäärin 10 miljoonan vuoden välein.^lähde?

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 vuonna 1830, mutta tämä ei ole varmaa. Törmäysräjähdyksen voima oli ehkä 50 Mt.
• Wabarin Saudi-Arabiassa synnytti 1 megatonnin törmäys. Suurimman kraatterin läpimitta on 116 m. Kraatterien tarkkaa ikää ei tunneta, mutta niitä pidetään epätarkkojen ajoitusmittausten perusteella korkeintaan muutaman sadan vuoden ikäisinä. ne saattavat liittyä vuonna 1703 tai 1863 nähtyyn tulipalloon.
• Kaalijärvi Viron Saarenmaalla syntyi 2600 vuotta sitten meteoriitin iskusta.
• 3. helmikuuta 1490 meteoriittisade surmasi Shamshissa, Kiinassa, 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	85	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	710	N62 35, E28 14
Keurusselkä	11,5	1000 - 1880	N62 08, E24 37

Törmäyskraatterit Ruotsissa

Kraatterit ovat listassa nimen mukaan aakkosjärjestyksessä.

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

Katso myös

• Arizonan suuri meteoriittikraatteri
• Meteoriitti
• Asteroiditörmäys
• Maan lähelle tuleva asteroidi
• Kaalijärvi
• Chicxulub-kraatteri
• Boltysh-kraatteri

Aiheesta muualla

• Suomen kallioperä: Meteoriittitörmäyskraaterit
• Terrestrial Impact Craters
• The Earth Impact Database
• Asteroid Impact Crater, Stephen R. Schmitt
• Crater sites from explosions or impacts, Keith A. Holseapple, englanniksi, laske kraatterien kokoja
• Asteroid Impact Crater Calculator