formación de cráteres

Extractado del Lunar and Planetary Institute ampliado por Infobservador actualizada al 2017

La palabra cráter significa “copa” y es la forma exacta que tienen estos pozos.

Cráteres en la superficie lunar. Foto desde la Apolo 12. (es la misma zona de la siguiente foto lunar)

Los hay de dos tipos: por vulcanismos o por impacto.

Los primeros se deben a volcanes o derrumbes de terreno, a veces de forma semicircular.

Pero los mas interesantes desde el punto de vista astronómico son los de impacto.

Son producidos por rocas de distintos tamaños que viajan por el espacio y chocan contra la superficies solida de planetas, lunas, asteroides o cometas.

El choque el cometa Shoemaker – Levy 9 con Júpiter. A pesar de las marchas oscuras en las nubes (marcadas con letras), en pocos meses se disiparon.  Resultado: sin cráteres.

De hecho es muy simple su formación y pueden recrearse en casa muy fácilmente.

Para la formación de un cráter, el tamaño del objeto que golpea no debe ser muy grande comparado con el objeto mayor, ya que en general lo que acontece es la destrucción de ambos.

Es sumamente interesante también el hecho de que los cráteres prácticamente no se ven desde la superficie del objeto. O sea: un cráter espectacular de la Luna visible desde la Tierra, prácticamente no se nota desde la superficie lunar.

Deben ser ambos sólidos, sino no hay donde dejar la huella. Ya ha sucedido en 1994 la caída del cometa Shomaker -Levy 9 sobre Júpiter, que aunque dejo nubes oscuras que duraron varios meses en la superficie visible, no quedaron marcas permanentes, ya que Júpiter es gaseoso.

También sucede que el objeto pequeño puede ser doble, o fracturarse en varias partes, generando en el objeto solido mayor una “cadena de cráteres”.

Una cadena de cráteres en la Luna. Foto: LROC (es la misma región anterior tomada por la Apolo 12)

Las velocidades y ángulos de caída pueden ser cualquiera, y la forma final es circular. La única manera de lograr un cráter elíptico es que la velocidad de caída ser baja (cosa que en general no sucede) y/o que el terreno donde caiga sea blando. La otra opción es un angulo de caída muy bajo (menos de 10 grados) y alta velocidad, algo tampoco muy común.

Por ello la mayoría de los cráteres son circulares vistos desde arriba.

La fuerza de la explosión es tan grande, que la mayor parte de objeto que cae se desintegra, sea metálico o rocoso. En el caso de los metálicos es posible hallar trozos de varias toneladas en la zona, en los rocosos es mucho mas difícil hacerlo.

Las rocas destruidas que salen disparadas en todas direcciones, o quedan en el fondo, se llaman Breccias. A veces pretenden venderlas como si fueran meteoritos reales.

Nuevo cráter (flecha blanca), formado en la región de Arcadia Planitia occidental de Marte entre el 4 de junio de 2008 y el 10 de agosto de 2008. Crédito de la imagen: NASA / JPL / MSSS.


Mecánica del impacto

Cuando un objeto que viaja a alta velocidad golpea una superficie, produce una enorme cantidad de energía. Se llama energía cinética, ya que es causada por el movimiento. La cantidad de energía producida de esta manera depende de la masa del objeto impactante y la velocidad con la que golpea la superficie:

EC = ½ mv2

donde EC es la energía cinética, m es la masa del objeto y v es su velocidad de impacto.

Los asteroides que golpean la Tierra tiene velocidades de impacto de aproximadamente entre 11 y 25 kilómetros por segundo.

Las cantidades de energía liberadas por impactos, al ser proporcionales al cuadrado de la velocidad, son enormes.

Por ejemplo, una pequeño asteroide de 1 kilómetro de diámetro, que golpea una superficie a una velocidad de 15 kilómetros por segundo, dará nada menos que 4×1027 ergios de energía, el equivalente a 100.000 bombas de hidrógeno de un megatón.

El cráter formado por un evento como este, mediría unos 10 kilómetros de diámetro.

Si te interesa puedes usar este simulador para generar cráteres (solo para la Tierra, en ingles).

La energía del impacto se transfiere rápidamente a la corteza planetaria. La mayor parte de esta energía toma la forma de ondas de choque o de presión que viajan a velocidades supersónicas a través de la superficie.

Estas ondas de choque se propagan hacia el exterior por debajo del punto de impacto en una forma hemisférica en expansión.

Diagrama sobre como se distribuye la presión y el flujo de material, cuando se genera un cráter de impacto. Las flechas muestran el flujo hacia arriba y hacia el exterior del material que queda detrás de la onda de choque en rápida expansión. Fragmentos de material es expulsado  inicialmente en un ángulo de 45 °. Los contornos verdes representan los picos de presión (en Giga pascales) y la onda de choque que se mueve a través del material-objetivo. Las eyecciones cerca del lugar del impacto se desplazan a velocidades muy altas, mientras que las eyecciones  a mayores distancias viajan a velocidades más lentas. Crédito de la imagen: Ilustración de un cartel educativo, efectos geológicos de los cráteres de impacto, David A. Kring, NASA Univ. de Arizona.

La fuerza de las ondas de choque es tan grande que las rocas son sometidas a enormes presiones. La interacción de las ondas de choque con la superficie, llamada superficie libre, es responsable de la excavación del cráter.

El efecto neto es convertir momentáneamente la roca en un material similar a un fluido que se mueve lateralmente hacia arriba y fuera de una cavidad de excavación en constante crecimiento. Mientras tanto, el proyectil ha sido destruido en gran parte por las ondas de choque generadas dentro de ella.

Cráteres de impacto – Morfología

En general, los cráteres de impacto tienen un borde elevado con el suelo a un nivel mucho más bajo que el terreno circundante. Los cráteres recién formados están rodeados de un terreno montañoso bajo, con un enjambre de pequeños cráteres, causados ​​por el material expulsado desde el cráter principal.

Perfil de un cráter normal.

El borde está formado por una solapa de volcado del material objetivo. Se componen de material que originalmente se produjo a una mayor profundidad, y es por lo tanto más denso.

El tamaño de un cráter de impacto no sólo depende de la cantidad de energía liberada por el impacto, sino también en el campo de gravedad del planeta o satélite, y ciertas propiedades del proyectil y de la superficie.

Para un impacto determinado, se formará un cráter mas grande en un planeta con un campo de gravedad más débil, ya que es más fácil de excavar el material. En todos los casos, un cráter es muchas veces más grande que el proyectil que lo formó.

Aunque el diámetro de un cráter depende de la interacción compleja de muchos factores, una aproximación es que el cráter de excavación será de alrededor de 10 veces más grande que el proyectil que lo formó. La profundidad de un cráter es considerablemente menor que el diámetro. Por ejemplo, los cráteres simples en la Luna tienen una relación profundidad / diámetro de 0,14 hasta 0,2, es decir, el diámetro es de aproximadamente 5 a 7 veces mayor que la profundidad.

Para cráteres complejos en la luna (de más de 20 kilómetros de diámetro), la relación profundidad / diámetro oscila entre 0,1 y 0,05, es decir, el diámetro es de 10 a 20 veces mayor que la profundidad. Esto es porque hundimiento de las paredes internas y la formación del pico central provoca una menor profundidad.

Cráteres simples y complejos

Hay dos tipos básicos de cráter de impacto, simples y complejos. Un cráter de impacto simple no tiene estructura interior, en forma de cuenco.

En el enlace puedes ver un vuelo 3D del cráter complejo Tycho.

Los cráteres complejos en cambio muestran terrazas y es común que tengan un pico central.

El tamaño de los cráteres simples se corresponde estrechamente con el diámetro máximo de la cavidad de excavación. Sin embargo, en diámetros más grandes, el cráter comienza a cambiar de forma. Esto tiene lugar en un diámetro crítico llamado el diámetro de transición que depende, en general, de la gravedad del planeta o satélite. El diámetro de transición por lo general es menor en los planetas con un campo de gravedad más grande.

Formación de un cráter simple

Formación de un cráter simple.

Formación de un cráter complejo

Formación de un cráter complejo

 

Diagrama que muestra el diámetro de transición para los cráteres simples (imagen abajo a la izquierda) y complejos  (imagen arriba a la derecha). Nota que el diámetro de transición en la Luna es de unos 20 km., en cambio en la Tierra está mas bien en 3 km.

Algunos videos

En el primer video, la formación de estructuras similares a cráteres, filmadas en “cámara lenta”, y puedes ver que la gota que cae sobre solido a alta velocidad tiene una forma similar a un cráter simple. En el segundo, caídas sobre sólidos. El tercero, experimentos de la NASA de formación.

Recuentos de cráteres

Un estudio muy interesante que puede hacerse con los cráteres es el de recuentos. Contando los cráteres en una región, (o sea cantidad por kilómetro cuadrado) es posible determinar su edad geológica. Se trazan gráficos de isócronas. Cuanto mas cráteres por unidad de superficie, mas viejo es el terreno.

También es un indicativo de que tan vivo desde el punto de vista geológico es el planeta. Un planeta con muchos volcanes o erosión, tendrá pocos cráteres (la Tierra, Venus). Uno con poca atmósfera o sin actividad volcánica, tendrá muchísimos (la Luna, Mercurio).

Un diagrama de estudio de isócronas, con recuento de cráteres en Marte. Son estudios muy complejos, porque hay muchas fuentes posibles de error.

Duraciones y atmósferas

Los cráteres tienen duraciones variadas dependiendo de la erosión del cuerpo donde se formó, En la Tierra un cráter difícilmente dure mas allá de unos millones de años, aun los de varios kilómetros, En cambio en la Luna cuya erosión es insignificante, aun los cráteres de algunos pocos metros, pueden durar cientos de millones de años.

Ademas, en un objeto con atmósfera gruesa, los mas pequeños no llegan a la superficie, quemándose antes. En cambio en objetos sin atmósfera como la Luna o los asteroides, aun la mas pequeña piedra deja su huella.

Por todo ello, cada cuerpo en el Sistema Solar ha sido sometido al impacto de objetos como cometas, asteroides o restos.

La Luna, Marte y Mercurio tienen superficies enormemente craterizadas, que son el resultado de decenas de miles de impactos. La mayoría de los satélites en el Sistema Solar exterior también muestran miles de cráteres de impacto.

Nota como  desde la formación de la Luna, antes de los 4000 millones de años, va decayendo la cantidad de impactos. Luego, por un motivo aun desconocido, se reactivan los impactos, hace unos 3800 millones de años. Es lo que se considera el “bombardeo pesado final”, que se cree ocurrió en todos los planetas del Sistema Solar. Se ha registrado en la Luna, la Tierra y Mercurio. Se calcula que se hicieron 1700 cráteres de mas de 20 kilómetros en la Luna y 17 mil en la Tierra. Duró entre 20 y 200 millones de años. Muy poco después surge la vida en nuestro planeta.

En la formación del Sistema Solar, los astros sólidos han sufrido un periodo de enorme craterización (de hecho los planetas se formaron así: rocas chocando con otras rocas y creciendo hasta llegar a formar los planetas). Este proceso fue declinando con el tiempo.

Hay evidencia de un “Bombardeo pesado final”, que sucedió hace unos 3800 millones de años. Existe pruebas de ello en la Luna y Mercurio.

Todos los rastros de este período se han borrado de la superficie de la Tierra y Venus, ya que estos dos planetas han sido sometidos a una actividad mas reciente, incluyendo tectónica, volcánica, y la actividad de erosión.

Se cree que el bombardeo pesado final se debe al desplazamiento  (migración) de Júpiter y Saturno de sus órbitas desde su formación.

Desde este período de intenso bombardeo, la tasa de impacto ha caído alrededor de 100 veces. Sin embargo, durante los últimos 500 millones años se han producido varios impactos muy grandes en la Tierra que han afectado a todo el planeta.