كاسه هاي طبيعي

زمين هميشه در معرض خطر برخورد سيارك ها و دنباله هاست؛ حتي با اين كه احتمال چنين برخوردهايي بسيار اندك است، نبايد اين چنين در نظر گرفت كه هرگز رخ نمي دهند. اما پس از برخورد اجرام با زمين چه چيزي شكل مي گيرد و چه اتفاقاتي روي مي دهد؟

امواج ضربه و تشكيل گودال
 

بيشتر مواقع درباره ي احتمال برخورد اجرام فضايي مانند شهاب سنگ ها، سيارك ها و ... صحبت مي شود اما اين بار مي خواهيم درباره ي گودال ها يا كاسه هاي طبيعت، چگونگي شكل گيري و انواع آن ها بگوييم. شناخت و بررسي اين عوارض بخشي هيجان انگيز براي بسياري از منجمان آماتور است.
گودال يا دهانه ي برخوردي به علت برخورد اجرام با سرعت بسيار زياد انجام مي شود. شهاب سنگ هاي سنگي با قطري بيشتر از 50 متر و آهني ها با قطري بيشتر از 20 متر چندان تحت تأثير نيروي مخالف جوّ زمين قرار نمي گيرد. طي برخورد اجرام بزرگ، امواج ضربه اي با سرعت هاي بسيار زياد ايجاد مي شوند كه باعث ذوب و تبخير شدن جرم مهاجم و منطقه ي برخورد مي شوند. در حالي كه سرعت اجرام با اندازه ي چند متر به شدت كاسته مي شود و حتي ممكن است سرعت فضايي آن ها را به صفر برساند. در اين صورت اين سنگ ها در زمين گودال هايي قيفي شكل با قطري اندكي بزرگ تر از قطر جرم مهاجم ايجاد مي كنند كه معمولاً خود سنگ در ته گودال ديده نمي شود.
فرايند ايجاد شدن اين گودال ها كاملاً مكانيكي است و ارتباطي به امواج ضربه ندارد. اما در گودال هاي برخوردي انفجاري يا سرعت بالا، گودال هنگامي ايجاد مي شود كه جرم مهاجم با همان سرعت فضايي خود، كه بسيار بيشتر از سرعت صوت است، با زمين برخورد مي كند. در نقطه ي برخورد، امواج ضربه اي ايجاد مي شوند و با سرعت بيش از 10 كيلومتر بر ثانيه به سنگ هاي ميزبان يا هدف وارد مي شوند. اين امواج زودگذر بسيار با انرژي اند و در هيچ يك از فرايندهاي معمول زميني ايجاد نمي شوند. مثلاً بيشينه ي فشار در نقطه ي برخورد ممكن است به صدها گيگا پاسكال برسد كه تفاوت بسياري با فشارهاي حداكثر چند گيگاپاكسال فرايندهاي دگرگوني زميني دارد. به علت اين برخورد تغييرات عمده اي در سنگ ها ايجاد مي شود كه ممكن است در شناسايي گودال هاي برخوردي قديمي به كار آيند. به طور كلي فرايند ايجاد گودال برخوردي بزرگ را، كه ممكن است طي چند دقيقه ايجاد شود، مي توانيم به سه مرحله تفكيك كنيم؛ تماس/تراكم، حفر و اصلاح.

مرحله ي تماس/تراكم
 

اين مرحله هنگامي آغاز مي شود که لبه ي بيروني جسم مهاجم با سطح زمين تماس پيدا مي كند. اگر سطح زمين سخت باشد جسم بيش از يك يا دو برابر قطر خود در زمين نفوذ نمي كند و در كسري از ثانيه متوقف مي شود. با گسترش امواج ضربه اين امواج به سوي جسم مهاجم، كه اكنون بسيار فشرده شده است، روانه مي شوند. هنگام رسيدن به بخش عقبي جسم به شكل امواج كششي عمل مي كنند و باعث انبساط ناگهاني جسم مي شوند. به همين علت آن جسم مهاجم به كلي ذوب و حتي تبديل به بخار مي شود. علت اين كه در گودال هاي برخوردي بزرگ قطعاتي از آن ديده نمي شود همين فرايند است كه در آن به كلي جسم نابود شده است.
با گسترش امواج ضربه اي از نقطه ي برخورد، انرژي هم كاهش مي يابد كه علت عمده ي آن اين است كه با افزايش فاصله از نقطه ي برخورد امواج هم از هم دور مي شوند. در نتيجه چگالي آن ها در منطقه كاهش مي يابد. علت ديگر تبديل آن ها به گرما و ايجاد دگرشكلي است كه در سنگ هاي منطقه رخ مي دهد. اگر فشار در منطقه ي برخورد را به صورت ايزوبارهاي نيم دايره اي در نظر بگيريم، در هر بخش تغييرات خاصي در سنگ هاي منطقه ايجاد مي شود. در نقطه ي برخورد، كه بيشترين فشار حاكم است، بيشترين تغييرات در سنگ ها يعني تبخير و ذوب شدگي نيز رخ مي دهد و در فشار كمتر از آن، تا نزديك به پنج گيگاپاسكال، دگرگوني برخوردي ديده مي شود و در فشارهاي كمتر فقط بُرِش و خردشدگي ديده مي شود.اندكي دورتر و در منطقه ي يك تا دو گيگاپاسكال، كه لبه ي گودال را هم مشخص مي كند، سرعت امواج به پنج تا هشت كيلومتر بر ثانيه كاهش مي يابد و به شكل امواج لرزه اي رفتار مي كند و تا هزاران كيلومتر گسترش مي يابد ولي تغييرات چنداني را در سنگ هاي منطقه ايجاد نمي كنند.
مدت مرحله ي تماس/تراكم حتي براي برخوردهاي اجرام بزرگ نيز بيش از چند ثانيه طول نمي كشد؛ مثلاً براي جسمي بزرگ و با قطر 50 كيلومتر كه با سرعت 25 كيلومتر بر ثانيه برخورد مي كند فقط دو ثانيه است. و براي جسمي با قطر 100 متر با سرعت مشابه كمتر از يك صدم ثانيه! پس از پايان اين مرحله جسم مهاجم، كه نابود شده است، در مراحل بعدي ديگر نقشي ندارد و بقيه ي فرايندها را امواج ضربه كنترل مي كنند. مرحله ي تماس/تراكم بلافاصله به مرحله ي حفر مي رسند.
* نماي گودال برخوردي ساده و هفت کيلومتري «مولتکه» در سطح ماه، در اين تصوير همه ي مشخصات گودال برخوردي ساده و معمولي مشخص اند. شکل کاسه اي، لبه ي برآمده، مواد بيرون ريخته شده در اطراف لبه، گودالي با اين اندازه در زمين و تحت جاذبه ي آن به شکل يک گودال برخوردي پيچيده ظاهر مي شود.

* گودال بارينجر در آمريکا
 

مرحله ي حفر: گودال ناپايدار
 

همان طور كه درباره ي امواج كششي در جسم مهاجم گفتيم، در سنگ هاي ميزبان هم با نفوذ امواج و برگشت دوباره ي آن ها نوعي رهاسازي به سوي بالا صورت مي گيرد كه سنگ ها را خرد و بخشي از امواج را به انرژي جنبشي تبديل مي كند. مواد به سوي بالا و بيرون پرتاب مي شوند و گودالي كاسه اي شكل و ناپايدار ايجاد مي شود. در نواحي نزديك به سطح، مواد با سرعت چند كيلومتر بر ثانيه به اطراف پخش مي شوند و گودالي را به اندازه ي 20 تا 30 برابر قطر جسم مهاجم ايجاد مي كنند. مدت زمان مرحله ي حفر، با اين كه اندكي طولاني تر از مرحله ي قبلي است، در مقابل فرايندهاي معمولي زميني بسيار سريع روي مي دهد. مثلاً اگر سرعت خروج مواد در برخوردي يك كيلومتر بر ثانيه باشد گودال برخوردي با قطر 200 كيلومتر (اندازه ي گودال وردرفورت) در زمان كمتر از دو دقيقه شكل مي گيرد. گودالي به قطر يك كيلومتر (اندكي كوچك تر از گودال بارينجر) در شش ثانيه به وجود مي آيد. بر اساسس مطالعات آزمايشگاهي كوچك مقياس مشخص شده است كه بيشينه ي عمق گودال ناپايدار يك سوم قطر آن مي تواند باشد. پس از «حفر» گودال نوبت به آخرين مرحله يعني «اصلاح» مي رسد. در اين مرحله شكل نهايي گودال، البته در گودال هايي كه به علت عوامل ثانويه ايجاد نشده اند، به وجود مي آيد.

مرحله ي اصلاح
 

«حفر» هنگامي تمام مي شود كه گودال ناپايدار به بيشينه ي اندازه رسيده است و پس از آن بلافاصله «اصلاح» آغاز مي شود. در اين مرحله مواردي كه به زمين پرتاب شد هاند، سقوط مي كنند و گودال به نوعي پايداري مي رسد. در اين مرحله امواج ضربه ي تبديل به امواج لرزه اي شده اند و ديگر نقشي ندارند. تأثير اصلي برعهده ي نيروي جابه و مشخصات مكانيكي سنگ است. مدت اين مرحله از مرحله ي حفر طولاني تر و براي گودالي كوچك كمتر از يك دقيقه و براي عوارض بزرگ تر چند دقيقه است. پايان اين مرحله زماني است كه همه ي مواد پرتاب شده سقوط كرده اند. شايد بتوان فرايندي بعدي را مانند فرسايش در اين مرحله گنجاند.

گودال هاي برخوردي ساده و پيچيده
 

در مرحله ي «اصلاح» تغييرات ظاهري در گودال پديد مي آيند كه ميزان آن ها به اندازه ي گودال و همچنين مشخصات سنگ هاي ميزبان بستگي دارد. معمولاً گودال هاي كوچك تغيير چنداني نمي كنند اما در گودال هاي برخوردي بزرگ درمرحله ي اصلاح تغييراتي مانند ريزش ديواره ها و رشد مركز برآمده روي مي دهد. با توجه به تغييراتي كه در اين مرحله صورت مي گيرد سه نوع عارضه ي برخوردي ممكن است تشكيل شود: گودال هاي ساده، گودال هاي پيچيده و حوزه هاي چند حلقه اي.

گودال هاي ساده
 

كوچك ترين گودال هاي برخوردي به شكل گودي هايي كاسه اي با اندازه ي چند كيلومتر ديده مي شوند كه بررسي آن ها به وضعيت شكل و اندازه ي گودال ناپايدار كمك مي كند. ممكن است در اصلاح، بخشي از مواد لبه ي گودال به درون آن ريزش كند كه در نتيجه قطر آن افزايش مي يابد. اين افزايش قطر ممكن است تا 20 درصد باشد. ممكن است مواد پرتاب شده و موادي كه از كناره ها ريزش كرده اند نصف دهانه را پُر كنند. اين واحد پُر كننده با نام هاي گوناگوني مانند عدسي برشي، برش پُر كننده ي گودال و سوئويت شناخته مي شود كه مخلوطي از قطعات سنگي دگرگون شده و سالم به همراه عدسي ها يا قطعاتي از مواد ذوب شده است.

گودال هاي پيچيده
 

گودال هاي برخوردي بزرگ تر، عوارض بيشتر و پيچيده تري را از خود نشان مي دهند؛ مانند مركز برآمده و كف صاف گودال. تبديل شدن از گودال ساده به پيچيده به گرانش جرم ميزبان و نوع سنگ هاي منطقه بستگي دارد. هرچقدر نيروي گرانش بيشتر باشد اين تبديل در قطر كمتر صورت مي گيرد. به همين علت است كه در سطح ماده گودالي به قطر هفت كيلومتر به شكل ساده ديده مي شود در حالي كه در زمين چنين عارضه اي پيچيده خواهد بود. معمولاً تبديل از ساختار ساده به پيچيده در زمين در سنگ هاي توده اي بلورين در قطر چهار كيلومتر و در رسوبات در دو كيلومتري انجام مي گيرد. در مرحله ي اصلاح در برخوردهايي بزرگ، سنگ هاي كف گودال ناپايدار منطقه ي برآمده ي مركزي ايجاد مي كنند همچنين سنگ هاي موجود در لبه ي گودال به شكل گسل هاي عادي متحد المركز گرابن هاي حلقه اي را به وجود مي آورند. ارفتاع قله ي برآمده ي مركزي معمولاً يك دهم قطر گودال است كه براي گودالي به اندازه ي 100 تا 200 كيلومتر، 10 تا 20 كيلومتر است. بسيار سخت در تصور مي گنجد كه چنين بالا آمدگي وسيعي در زمان بسيار كوتاه چند دقيقه اي اتفاق مي افتد! با افزايش قطر گودال، شكل آن و به ويژه منطقه ي برآمده ي مركزي تغيير مي كند و به جاي تك قله مجموعه از قله ها، حلقه ها و حوزه ها تشكيل مي شوند. به ترتيب افزايش قطر گودال دست كم سه نوع گودال برخوردي پيچيده را مي توانيم ببينيم: ساختارهاي قله ي مركزي، ساختارهاي قله - حوزه ي قله ي حلقوي. ايجاد آخرين ساختار در ماه در 150 تا 200 كيلومتري در حالي كه در زمين در 20 تا 25 كيلومتري روي مي دهد.
* نمايي از گودال برخوردي 320 کيلومتري «شرودينگر» نزديک قطب جنوب ماه. حلقه ي مرکزي متشکل از قلل مرتفع در چنين عوارض بزرگي تشکيل مي شود.
*نمونه اي از گودال برخوردي پيچيده در سوي تاريک ماه به نام کينگ. در اين گودال همه ي مشخصات گودال هاي پيچيده ديده مي شوند؛ سطح صاف گودال، ديواره هاي فروريخته به داخل و مجموعه قلل برآمده ي مرکزي.

حوزه هاي چند حلقه اي
 

بزرگ ترين عوارض برخوردي در اجرام منظومه ي شمسي قطر چند صد تا هزار كيلومتري دارند. اين ساختارها در زمان هاي پيش از 3/9 ميليارد سال پيش شكل گرفته اند كه ميزان چنين برخوردهايي بيشتر بود. برخورد كننده هايي با اندازه ي ده ها تا صدها كيلومتري ايجاد شده اند. بهترين نمونه ها از اين نوع در اجرامي ديده مي شوند كه سطوح قديمي مربوط به اين زمان ها را دارند؛ اجرامي مانند ماه، عطارد و بخش هايي از مريخ. ايجاد چنين ساختارهايي به احتمال فراوان در زمين نيز در گذشته روي داده است كه در قطرهاي بيشتر از صد كيلومتر در اين سياره ايجاد شده اند.
* حوزه ي چند حلقه اي عظيم در سطح ماه. درياي شرقي با قطر 930 کيلومتر يکي از نمونه هاي بسيار جالب اين عوارض است که در 8/3 ميليارد سال پيش ايجاد شده است. علاوه بر حلقه ي بيروني، حلقه هاي 620، 480و320 کيلومتري نيز ديده مي شوند.
منبع:نشريه نجوم، شماره 215
/ع