Athugaðu, opna í nýjum glugga. Prenta útSenda hlekk á þessa síðu til vinar

Facebook

Árekstrargígar

„Ég ætti auðveldara með að trúa því að tveir norðurríkjaprófessorar lygju heldur en að steinar falli af himnum ofan.“
- Thomas Jefferson árið 1809

Á hverjum degi verður jörðin fyrir milljónum loftsteina. Flestir þeirra eru meinlausir og brenna upp í lofthjúpi jarðar. Þó getur komið fyrir að stórir loftsteinar, smástirni eða jafnvel halastjörnur stefni á jörðina og rekist á yfirborðið með tilheyrandi hamförum. Orkan í árekstri er gríðarleg svo þeir skilja oft eftir sig stóra gíga.

Á öllum hnöttum innra sólkerfisins eru greinileg merki um mikla loftsteinahríð í gegnum sögu þeirra. Á stöðum þar sem veðrun er hæg eða engin, eins og á tunglinu, Merkúríusi og Mars, varðveitast ummerkin sérstaklega vel. Flestir árekstrar urðu á þessum hnöttum mjög snemma í sögu sólkerfisins. Þess vegna segjum við að yfirborð hnatta með mikið af loftsteinagígum sé gamalt.

Jörðin hefur orðið fyrir öflugari loftsteinahríð en tunglið vegna sterkara þyngdartogs. Á jörðinni eru hins vegar miklu færri gígar sýnilegir. Hvers vegna? Jörðin er lifandi. Hér hverfa gígarnir smám saman af völdum veðrunar og jarðhræringa sem sífellt endurmóta landslagið. Þess vegna hverfa árekstrargígar tiltölulega hratt á jörðinni og fáir stórir gígar sýnilegir. Á jörðinni eru aðeins um 160 árekstrargígar þekktir en þrír til fjórir gígar finnast árlega á meginlöndunum eða sjávarbotninum. Flestir þeirra eru á jarðfræðilega stöðugum svæðum í Norður-Ameríku, Evrópu, sunnanverðri Afríku og Ástralíu, en þar hafa líka flestar rannsóknir farið fram. Gervitunglamyndir hafa komið að góðum notum í að greina gíga sem sjást illa. Í Kanada er vitað um að minnsta kosti tuttugu og fimm árekstrargíga og nítján í Ástralíu svo dæmi séu tekin.

Enginn árekstrargígur þekkist á Íslandi, enda landið okkar mjög ungt á jarðfræðilegan mælikvarða. Öll ummerki um árekstra hér á landi afmást mjög hratt vegna eldgosa. Á hverju ári lenda líklega tveir loftsteinar á Íslandi en skilja yfirleitt ekki eftir sig nein greinileg ummerki. Enn hefur ekki fundist neinn loftsteinn á Íslandi svo óyggjandi sé.

Þekktir árekstragígar á jörðinni.

Árekstrar eiga sök á aldauða dýrategunda

Rannsóknir á árekstrargígum komust í kastljós heimsbyggðarinnar þegar því var haldið fram að stór árekstur smástirnis eða halastjörnu hafi valdið aldauða helmings allra dýrategunda á jörðinni fyrir um 65 milljón árum, risaeðlanna þeirra á meðal. Sönnunargögn sem renna stoðum undir þessa tilgátu komu frá ítarlegum rannsóknum á þunnu lagi sem markar jarðalagamörkin milli krítar- og tertíertímabilanna (K/T-mörkin). Í þessu lagi finnst mikið af frumefninu iridíum sem bendir til þess að það sé einungis að litlu leyti jarðneskt efni. Hnattrænt magn þessa efnis í K/T-laginu jafngildir því að rúmlega 10 km breitt smástirni - nógu stórt til að skilja eftir sig 200 km breiðan gíg – hafi rekist á jörðina fyrir um 65 milljón árum.

Snemma á tíunda áratug tuttugustu aldar var síðan staðfest að Chicxulub-gígurinn (frb. Tjixulub) í Mexíkó væri K/T-gígurinn. Í kjölfar þessa gríðarharða áreksturs urðu miklar umhverfis- og loftslagsbreytingar sem stuðluðu að aldauða helmings allra dýrategunda. Út frá þessum forsendum hafa margir vísindamenn sett fram þá kenningu, sem enn er óstaðfest, að stórir árekstrar hafi leikið lykilhlutverk í þróun lífsins hér á jörðinni. Út frá þessu má ráða að menn hefðu tæpast komið fram ef smástirnið hefði sveigt af leið og þeyst framhjá jörðinni.

Sjá nánar: Hverjar eru líkurnar á árekstrum?

Barringer-gígurinn

Barringer-gígurinn í Arizona.

Þekktasta loftsteinagíg heims er líklega að finna í eyðimörkinni í Arizona í Bandaríkjunum. Barringer-gígurinn nefnist hann eftir námueigandanum Daniel Moreau Barringer (1860-1929) sem keypti gíginn í kringum aldamótin 1901. Seint á nítjándu öld fór menn að gruna að hann væri myndaður af völdum áreksturs þegar járnleifar af loftsteininum fundust í nánd við gíginn. Milli 1905 og 1928 ætlaði Barringer sér að verða ríkari og bora eftir járnloftsteininum sem hann taldi vera undir gígbotninum.

Á þessum tíma vissu menn lítið um þá gífurlegu orku sem losnar úr læðingi við áreksturinn, sem bæði gjöreyðir loftsteininum og myndar gíg sem er mörgum sinum stærri en upprunalegi steinninn. Þegar stærð- og stjörnufræðingurinn Forest Ray Moulton (1872-1952) reiknaði út orkuna í árekstrinum árið 1929 varð mönnum smám saman ljóst að engan stein væri að finna undir gígnum. Barringer hafði næstum eytt aleigunni í verkefnið sem hann taldi að myndi skila sér margfalt til baka. Svo fór að Barringer lést úr hjartaáfalli skömmu síðar en erfingjar hans erfðu gíginn og eiga hann enn í dag.

Barringer-gígurinn er einn yngsti árekstrargígur jarðar, aðeins um 50.000 ára gamall. Loftsteininn sem myndaði gíginn hefur verið milli 30-50 metrar í þvermál úr járni sem nægði til þess að mynda 1200 metra breiðan gíg. Til þess að skilja betur hvað á sér stað skulum við skoða eðlisfræðina.

Eðlisfræði árekstra og gígamyndunar

Til að skilja orkuna sem losnar úr læðingi við árekstur er mikilvægt að gera sér grein fyrir hraðanum. Hraði loftsteins getur verið einhvers staðar á milli 11,2 km/s (lausnarhraðinn úr kerfi jarðar og tungls) og 72 km á sekúndu (brautarhraði jarðar plús lausnarhraðinn úr sólkerfinu frá jörðinni). Þegar loftsteinn rekst á jörðina losnar hreyfiorka (K) í hlutfalli við massann (m) og hraðann (v) í öðru veldi (K = ½ x m x v2).

Við skulum til gamans skoða árekstur Deep Impact geimfarsins við halastjörnuna Tempel 1. Árekstrarfarið hafði 370 kg massa og ferðaðist á 10 km/s. Það þýðir að hreyfiorkan sem losnaði við áreksturinn var 19 gígajúl, sem jafngildir orkunni sem losnar sprengingu 4,8 tonna af dínamíti, eða álíka mikilli orku og venjulegt heimili notar á einum mánuði. (Hér er sýnt hvernig útreikningurinn er gerður.)

Eðlisfræðin segir okkur að heildarmagn orkunnar varðveitist þegar tveir hlutir rekast á hvorn annan. Orkan glatast ekki heldur flyst og veldur því að nokkrir þættir eiga sér stað:

  • Hluti efnisins úr bæði loftsteininum og fyrirbærinu sem verður fyrir árekstrinum bráðnar eða gufar jafnvel upp af völdum gífurlegs hita sem verður til við áreksturinn (loftsteinninn eyðist við áreksturinn en aðeins ómælanlega lítið magn efnis glatast með orkuvarðveislu).

  • Mikil orka og hverfiþungi fer í að hreyfa við efninu, hluti þess þrýstist niður en hinn hlutinn kastast út úr gígnum sem er að myndast.

  • Höggbylgja streymir bæði í gegnum loftsteininn og fyrirbærið sem verður fyrir árekstrinum.

  • Einhver innvermin efnahvörf (efnahvörf sem taka varma frá umhverfinu og krefjast þannig orku) gætu orðið, en einungis ef þau geta átt sér stað nógu snemma, áður en hitinn dreifist.

Við skulum því næst skoða helstu stig gígamyndunar. Þessi lýsing á betur við um stóra árekstra á yfirborðum reikistjarna eða tungla.

Gígamyndun skiptist í þrjú stig:

  1. Samþjöppun (e. compression): Á þessu stigi býr loftsteinninn til tiltölulega smáa holu í yfirborð fyrirbærisins og höggbylgja byrjar að ferðast í gegnum bæði fyrirbærin. Hér umbreytist orka loftsteinsins í hita og hreyfiorku í fyrirbærinu sem hann rekst á, þegar þrýstingur sem myndast við áreksturinn er svo mikill að jafnvel föst efni verða fljótandi og flæða burt úr gígnum sem er að myndast. Mjög lítið efni kastast upp og út úr gígnum þótt gufustrókur sem til verður við áreksturinn þenjist hratt út fyrir ofan gíginn. Þetta stig er stendur yfir í mjög skamma stund en tíminn veltur á þvermáli loftsteinsins deilt með árekstrarhraðanum. Við árekstur Deep Impact stóð þetta stig yfir í um 0,0001 sekúndu eða 100 míkrósekúndur (1m / 10200 m/s)

  2. Uppgröftur (e. excavation): Á þessu stigi byrjar höggbylgjan, sem varð til við samþjöppunina, að kasta efninu út á við. Höggbylgjan ferðast út frá punkti undir yfirborðinu þar sem áreksturinn varð en afleiðing þess er sú að bylgjan dreifist í raun upp á við frá loftsteininum og efni kastast upp og út frá gígnum. Þetta efni kallast „slettur“ (ejecta). Fyrst mynda sletturnar heitan gufustrók, bráðna efnisdropa og fínt brak. Þá dreifist keilulaga „efnistjald“ upp frá gígnum. Sumar eða allar sletturnar lenda á svæðinu í kringum gíginn og mynda „slettuteppi“. Gígurinn sjálfur stækkar hratt og mikið þegar hér er komið við sögu og efnið við gígbrúnina leggst saman og myndar gígbarm. Sprungu teygja sig oft á tíðum frá gígnum í umhverfið í kring. Þetta stig er talsvert lengra en samþjöppunin, en tíminn er næstum jafn kvaðratrótinni af þvermáli loftsteinsins deilt með hröðuninni, sem ræðst af þyngdarkrafti fyrirbærisins. Í Deep Impact tók stig þetta um 300 sekúndur.

  3. Smábreyting (e. modification): Á þessum tímapunkti renna lausar leifar eftir áreksturinn niður brattar hlíðar gígveggsins. Sumt af lausa efninu getur runnið í breiðum og myndað hjalla í hlíðunum. Í sumum gígum getur miðtindur myndast þegar einhver hluti efnisins skvettist upp frá miðpunkti árekstursins. Þetta stig stendur yfir í jafn langan tíma og uppgraftarstigið þótt gígurinn gæti vitaskuld enn tekið breytingum vegna veðrunar, seinni tíma árekstra, hraunrennslis eða flekahreyfinga í milljónir ára eftir á, en það veltur á aðstæðum hvers hnattar fyrir sig. Í Deep Impact verkefninu var þessi þáttur ekki ýkja mikilvægur því lágur þyngdarkraftur halastjörnunnar olli því að hrun við gígbrúnina varð ekki mikið. Engin upplyfting var heldur eins og sést í mörgum stórum gígum svo þar myndaðist enginn miðtindur.

Einfaldir og flóknir gígar

Árekstrargígum er skipt í tvo hópa, einfalda og flókna gíga. Einfaldir gígar eru tiltölulega smáir með slétta skálarlögun og er dýpt þeirra oft um 20% af þvermálinu. Í stórum gígum hafa brattir gígveggir fallið innávið vegna þyngdarkraftsins og myndað flókinn gíg með miðtindi eða hring. Flóknu gígarnir eru venjulega grunnir miðað við þvermálið (1:10 til 1:20) en stærð gígsins veltur á þyngdarkrafti reikistjörnunnar. Á jörðinni eru gígar flóknir ef þeir eru yfir tveir til fjórir km í þvermál en það veltur líka á berggrunninum. Á tunglinu, sem hefur einn-sjötta af þyngdarkrafti jarðar, verða gígar flóknir ef þeir eru á bilinu 15 til 20 km.

Dæmi um einfaldan gíg á jörðinni er Barringer-gígurinn en dæmi um flókinn gíg er Mistastin-gígurinn.

Hvernig þekkjum við í sundur árekstrargíga og eldgíga?

Eftir fyrstu rannsóknirnar á Barringer-gígnum fundust leifar loftsteina við aðra tiltölulega smáa gíga, sem í mörg ár voru einu haldbæru sönnunargögnin fyrir árekstrum. Við stóra árekstra myndast gífurlegur þýstingur og hiti svo loftsteinninn gufar upp eða bráðnar og blandast öðru bergi í kring. Þrýstingurinn og hitinn myndar kristalla í berginu sem ekkert jarðneskt ferli getur myndað. Á nokkur þúsund árum geta öll greinileg efnasambönd úr loftsteininum veðrast burt. Í sumum tilfellum er þó hægt að greina efni úr loftsteininum í bergi innan gígsins og önnur merki um áreksturinn.

Myndir af gígum

Chicxulub-gígurinn („Risaeðlugígurinn“)

Staðsetning: Mexíkó
Þvermál:250-280 km
Aldur:65 milljón ár

Þetta tölvuunna þyngdaraflskort sýnir Chicxulub-gíginn á Yucatán-skaganum í Mexíkó. Gígurinn myndaðist fyrir 65 milljón árum og stuðlaði að aldauða ríflega helmings allra dýrategunda á jörðinni.

Gígurinn er ósýnilegur á yfirborðinu en kort unnið úr mælingum á þyngdarsviði leiða hann í ljós.

Manicouagan-gígurinn

Staðsetning: Kanada
Þvermál: 100 km
Aldur: 212 milljón ár

Manicouagan gígurinn í Quebec í Kanada myndaðist fyrir næstum 212 milljón árum þegar smástirni rakst á jörðina. Þessa mynd tóku geimfarar um borð í geimferjunni Kólumbíu árið 1983 og sést stél ferjunnar á myndinni. Manicouagan gígurinn hefur veðrast talsvert af völdum jökla og annarra þátta. Úr vatninu í gígnum rennur Manicouagan-áin um 483 km suður þar sem hún sameinast Saint Lawrence-á.

Gosses Bluff-gígurinn

Staðsetning: Norðurhluti Ástralíu
Þvermál: 24 km
Aldur: 142 milljón ár

Gosses Bluff-gígurinn í norðurhluta Ástralíu myndaðist fyrir um 142 milljón árum þegar smástirni eða halastjarna rakst á yfirborðið. Gígurinn er flókinn, 24 km í þvermál og 5 km djúpur og mjög veðraður enda mjög gamall.

Mistastin-gígurinn

Staðsetning: Nýfundnaland/Labrador Kanada
Þvermál: 28 km
Aldur: 38 milljón ár

Þessi fallega mynd sýnir Mistastin-gíginn í Kanada í vetrarbúningi. Gígurinn er mjög veðraður af völdum jökla en hann myndaðist fyrir um 34-42 milljónum ára. Í gígnum er vatn og í miðju þess er miðtindur gígsins sem myndar eyju sem kallast Skeifueyja (Horseshoe Island).

Clearwater-gígarnir

Staðsetning: Kanada
Þvermál: 36 og 26 km
Aldur: 270-310 milljón ár

Þessi tvíburavötn mynduðust við árekstur smástirnis sem líklega hefur brotnað í tvennt rétt áður en þau skullu á jörðina fyrir um 290 milljón árum. Vötnin eru nærri austurströnd Hudsonflóa í Kanada. Í vestara vatninu, sem er stærra, má greinilega sjá hringlaga fjall sem á stöku stað stingur upp kollinum og myndar eyjur. Hringfjallið er um 10 km í þvermál. Stærri gígurinn er 36 km í þvermál en sá minni er 26 km í þvermál.

Einfaldur gígur á Mars

Þessa mynd tók Mars Global Surveyor geimfarið af ónefndum gíg við Elysium-sléttuna á Mars. Gígurinn er um 2,3 km í þvermál og er einfaldur.

Flókinn gígur á tunglinu

Þessa mynd tóku geimfarar um borð í Apollo 17 og sýnir hún Euler-gíginn á tunglinu. Euler-gígurinn er nefndur eftir stærðfræðingnum Leonhard Euler og er hann 28 km í þvermál og um 2,5 km djúpur. Þessi gígur er gott dæmi um flókinn gíg. Í honum er gígbotninn flatur, lítið fjall í miðjunni og efni sem hefur hrunið af innri brúninni. Í kringum gíginn eru sletturnar augljósar.

Tengd svör á Vísindavefnum

  • Hvað gerðist í Tunguska í Síberíu?

Heimildir:

  • Lunar and Planetary Institute, Terrestrial Impact Craters

  • Lunar and Planetary Institute, Lunar Orbiter: Impact Craters

  • Views of the Solar System

Facebook