Cráter de Impacto o Astroblema

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Cráter de Impacto o Astroblema

Cráteres de impacto y de explosión

Los cráteres de explosión son bien conocidos por los ingenieros militares y civiles desde hace muchos siglos, ya que las explosiones enterradas se han utilizado en las “guerras de minas” y en la extracción de minerales. Cuando se empezó a pensar en los cráteres lunares, se utilizó la experiencia de las explosiones para entender el origen de los cráteres lunares.

Proyectiles y objetivos

La formación de planetas terrestres, tal como se ve ahora, terminó hace ~4,5 Ga. Una complicada evolución colisional de planetesimales, condensados previamente desde la nebulosa de gas-polvo, dio lugar a la formación de planetas principales. Los restos de estos procesos -planetesimales y asteroides que no se incorporaron a los planetas principales- fueron la posible población de proyectiles de bombardeo, registrados en las primeras superficies planetarias de Mercurio, la Luna y Marte como cráteres del período de bombardeo pesado tardío (que terminó hace ~3,3 Ga). Después de este periodo, una lenta evolución orbital de los cuerpos pequeños del sistema solar continuó soportando un flujo de bombardeo aproximadamente constante. Este flujo de impactos, que continúa en la actualidad, dio lugar a la formación permanente de cráteres de impacto recientes en las superficies planetarias (“objetivos”), incluyendo, por supuesto, la superficie de la Tierra.

Los cráteres de impacto son huellas de impactos de cuerpos pequeños, a menudo denominados “proyectiles”. El espectro de tamaño de los proyectiles es producto del proceso de evolución de acumulación/colisión, mientras que el espectro de velocidad de los impactos está definido por la gravedad del cuerpo planetario objetivo y los parámetros orbitales.

La elevada densidad de energía inicial de los impactos confiere al proceso algunas características de una explosión (ondas de choque, fusión y vaporización, alteración mecánica de las rocas objetivo). Como un impacto se acerca a una explosión cercana a la superficie, el resultado más visible es la producción de un cráter de impacto. La cadena de procesos implicados en la formación de cráteres de impacto se denomina “craterización por impacto” o simplemente “craterización”.

Es útil dividir el proceso de craterización en una cadena de “etapas”, que difieren en el proceso que las rige. La división más popular es por etapas: (I) la etapa de contacto y penetración, (II) la propagación de la onda de choque y la etapa de crecimiento de la cavidad transitoria, (III) la etapa de colapso de la cavidad transitoria, y (IV) la etapa tardía de reajuste final del cráter.
En algunos casos, el proceso que gobierna cada etapa puede describirse analíticamente (muy útil para las estimaciones de primer orden), mientras que la comprensión de todo el proceso exige un modelado experimental de laboratorio y natural, incluyendo los cráteres formados por proyectiles artificiales en la Luna, así como los formados por cometas y asteroides.Entre las Líneas En las últimas décadas, potentes modelos numéricos han mejorado la comprensión de la craterización de alta velocidad.

Puntualización

Sin embargo, muchos detalles de los modelos numéricos necesitan ser calibrados con experimentos y observaciones de cráteres naturales. Una excelente introducción a la secuencia general de los procesos de craterización por impacto se encuentra en Melosh (1989). La craterización por impacto como proceso geológico está bien ilustrada por Osinski et al. (2018).

Etapas de la craterización

Etapa de contacto y penetración (Etapa I)

Cuando el proyectil toca la superficie del objetivo, comienza a desacelerar, acelerando el material del objetivo cerca del punto de contacto.Entre las Líneas En los sólidos, la velocidad máxima de propagación de la excitación fuerte es la velocidad del frente de choque.

Una Conclusión

Por lo tanto, desde el punto de contacto inicial comienzan a propagarse dos ondas de choque: una es la onda de choque en el blanco (comprimiendo y acelerando el material del blanco), y la segunda es en el proyectil (comprimiendo y desacelerando el material del proyectil. Debido a la desaceleración, una parte de la energía cinética inicial del proyectil se convierte en energía interna.Entre las Líneas En los sólidos, la energía interna consta de dos partes (1) la energía “fría” de la red cristalina comprimida (aproximadamente, “muelles” comprimidos de fuerzas interatómicas), y (2) la energía “caliente” (térmica) de los átomos que oscilan en torno a su posición de equilibrio.

Una Conclusión

Por lo tanto, el material detrás de la onda de choque se comprime y se calienta.

A continuación, se analizan principalmente los impactos de alta velocidad, en los que la resistencia de los sólidos es pequeña en comparación con las presiones derivadas del impacto.

Propagación de la onda de choque, crecimiento transitorio de la cavidad y etapa de excavación (etapa II)

Cuando la onda de choque se ha propagado a una distancia aproximadamente igual al tamaño del proyectil, las ondas de rarefacción de la superficie libre comienzan a seguir a la onda de choque principal. Las “ondas de rarefacción” se originan en la superficie libre (o en el límite entre el objetivo y la atmósfera) cuando una onda de choque en compresión alcanza la superficie. La señal de ausencia de soporte de presión comienza a propagarse hacia el objetivo comprimido, disminuyendo la presión.

La onda de choque principal envuelve un volumen cada vez mayor de material objetivo, gastando algo de energía para acelerar, comprimir y calentar el material.Entre las Líneas En un ejemplo sencillo de una onda de choque plana y constante, el 50% del aumento de energía se destina a la energía cinética (aceleración) y otro 50% a la energía interna (compresión y calentamiento). Por estas dos razones (ondas de rarefacción y pérdida de energía por compresión), así como por la razón de la simple propagación geométrica (divergencia), la amplitud de la onda de choque disminuye (“decae”) con la distancia de recorrido.

Hay que separar el decaimiento del frente de choque con la distancia del decaimiento de la presión en el tiempo en una partícula material individual, una vez comprimida con el paso del frente de choque. La liberación de presión en una partícula devuelve parcialmente la energía acumulada a energía cinética, pero una parte de la energía total permanece como energía térmica de la partícula incluso cuando la presión en la partícula vuelve a cero (o a la presión ambiente). La energía térmica residual (calor) puede ser lo suficientemente grande como para provocar la vaporización o la fusión de la partícula de material.Entre las Líneas En consecuencia, los impactos con velocidades suficientemente altas son capaces de producir fusión y vapores de impacto.

En el caso de los cráteres de impacto terrestres, existen estimaciones del volumen de fundido por impacto, conservado en el cráter y observado ahora por el trabajo de campo de los geólogos. La razonablemente buena concordancia de estas observaciones y los resultados de la modelización numérica proporcionan más confianza en los modelos disponibles y permiten trasladar la experiencia terrestre a otros cuerpos planetarios.

El agujero que crece en el objetivo se llama “cavidad transitoria”. “Transitorio” significa aquí que la cavidad crece hasta que la fuerza y/o la gravedad detienen el crecimiento de la cavidad. Durante el crecimiento transitorio de la cavidad se expulsa una parte del material, formando un “manto de eyecta” tras su posterior deposición. La forma final de la cavidad -el cráter final- depende de muchos parámetros. Por ejemplo, la cavidad transitoria en el agua se colapsará, mientras que en los objetivos metálicos el cráter final se aproxima a una semiesfera.

Las propiedades de resistencia del blanco son muy importantes para controlar la forma de la cavidad transitoria. Los metales, por ejemplo, pueden describirse con un valor constante de resistencia al corte. El comportamiento de las rocas es más complejo, incluyendo la fractura frágil y la conversión en un material granular.Entre las Líneas En los materiales granulares, la resistencia al cizallamiento depende de la presión ambiental. La proporcionalidad de la resistencia al cizallamiento con la presión ambiental es un buen modelo simplificado en muchas aplicaciones de cráteres. Este comportamiento se denomina “fricción seca”.

En el caso más común en un contexto planetario -un objetivo rocoso con fricción seca en material fragmentado- la cavidad transitoria comienza a crecer, teniendo una forma cercana a la de un hemisferio hasta que se alcanza la profundidad máxima.Entre las Líneas En el período siguiente (de cinco a seis veces más largo), la cavidad transitoria sigue creciendo sólo en volumen y diámetro.Entre las Líneas En esta fase se lanza el volumen principal de “eyecta”. Ejecta es el nombre que reciben los fragmentos de material expulsados de la cavidad transitoria a lo largo de trayectorias balísticas, que se curvan hacia el objetivo en un campo de gravedad. El movimiento combinado de los eyectos forma un cono invertido, conocido como cortina de eyectos, que se expande por la superficie del objetivo y se deposita como un manto de eyectos.

Etapa de modificación del cráter transitorio (Etapa III)

La evolución posterior de la cavidad transitoria depende del tamaño del cráter y de las propiedades de resistencia del material objetivo.Entre las Líneas En los líquidos, la cavidad transitoria se colapsa en un campo de gravedad, produciendo una salpicadura (como un guijarro caído en un estanque).Entre las Líneas En los metales, la cavidad transitoria se “congela” debido a la gran resistencia del material; en este caso, la forma final del cráter es casi idéntica a la forma de la cavidad transitoria al final del flujo de craterización.Entre las Líneas En los materiales con fricción interna (como la arena o las rocas fragmentadas, el caso más típico en las superficies planetarias), la cavidad transitoria máxima evoluciona de forma diferente según su tamaño.

Las cavidades de pequeño tamaño (en la Tierra, las cavidades con diámetros inferiores a 2 o 4 km) experimentan mayoritariamente un desprendimiento de la pared, formando cráteres simples en forma de cuenco, en los que el “verdadero” fondo de la cavidad transitoria queda enterrado bajo el material fragmentado de la pared del cráter parcialmente colapsado (la lente de brecha). Las cavidades a gran escala evolucionan de forma enigmática: la cavidad comienza a colapsarse como en el agua, y el verdadero fondo de la cavidad transitoria comienza a moverse hacia arriba antes de que los derrumbes de la pared lo cubran. Más adelante, el colapso de tipo líquido se detiene, y el cráter final (“complejo”) muestra un levantamiento central de rocas, inicialmente enterradas a una profundidad de D/10 (D es el diámetro final visible del cráter). Por ejemplo, en el centro de los cráteres terrestres de 40 km de diámetro se observan rocas situadas inicialmente a unos 4 km por debajo del nivel previo al impacto.

En los cráteres terrestres, el verdadero fondo de una cavidad transitoria está cubierto de brecha y fundido de impacto.Entre las Líneas En los cráteres simples, encontramos rocas fundidas bajo el material deslizado de las paredes del cráter.Entre las Líneas En los cráteres complejos con un levantamiento central, las rocas fundidas fluyen hacia abajo desde el levantamiento central, formando depósitos en forma de anillo a medio camino desde el centro del cráter hasta el borde del mismo.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

El proceso de levantamiento se denomina “enigmático” por la siguiente razón: el principal parámetro de resistencia de las rocas fracturadas y pulverizadas bajo un cráter es su coeficiente de fricción seca. La modelización del colapso transitorio de la cavidad muestra que, con un coeficiente de fricción seca “normal”, la transición de cráter simple a complejo debería producirse con un diámetro de cráter mucho mayor que el observado en la Tierra y otros cuerpos planetarios. Para explicar el tamaño del cráter de transición observado, en el que se observa por primera vez el levantamiento central, hay que suponer una disminución drástica de la fricción de la roca -un coeficiente de fricción seca inferior a 0,05 en contraste con el valor “normal” de 0,5 a 0,6.

Puntualización

Sin embargo, la inspección y la perforación en cráteres terrestres muestran la presencia de rocas “normales” con propiedades de fricción normales. Para poner estos hechos en un proceso, se ha propuesto el modelo de disminución temporal de la fricción dinámica.Entre las Líneas En general, este modelo supone que algunos procesos dinámicos alrededor de la cavidad transitoria en crecimiento dan lugar a una disminución temporal de la fricción. Más adelante en el tiempo, cuando el levantamiento central se mueve hacia arriba (como en el agua), las propiedades normales de fricción seca se restauran gradualmente y finalmente “congelan” la forma final de un cráter complejo.

Se han propuesto varios modelos físicos y mecánicos para explicar esta disminución temporal de la fricción dinámica. Algunos ejemplos son los modelos de fusión local por fricción y la fluidificación acústica de las rocas fragmentadas alrededor de un cráter.

Puntualización

Sin embargo, la mecánica clara del proceso aún no está clara.Entre las Líneas En el modelo de fluidización acústica más avanzado (y ampliamente utilizado en la modelización informática), los parámetros clave del modelo deben estimarse mediante un conjunto de ejecuciones del modelo dirigidas a ajustarse a la geometría final del cráter o a la estructura del subsuelo.

Etapa IV

La última etapa del reajuste final del cráter incluye muchos procesos geológicos y geofísicos (nuevo equilibrio térmico, arrastre lento de las rocas, etc.).

Datos verificados por: Andrews

Recursos

Véase También

Ciencia Planetaria, Espacio Exterior, Desastre natural, Geografía física,
Geología de impactos, Ciencia lunar. Depresiones (geología), Geología planetaria
Evento de extinción del Cretácico-Paleógeno – Evento de extinción masiva
Ilusión de cráteres
Cráter expandido
Profundidad de impacto
Evento de impacto – Colisión de dos objetos astronómicos con efectos medibles
Lagos en Marte – Visión general de la presencia de lagos en Marte
Cráter LARLE
Lista de cráteres en Marte
Némesis (estrella hipotética) – Estrella hipotética que orbita alrededor del Sol, responsable de eventos de extinción
Panspermia – Hipótesis sobre la propagación interestelar de la vida primordial
Cráter pedestal
Peter H. Schultz
Cráter Rampart
Sistema de rayos
Cráter secundario

Bibliografía

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