تضاريس أنتجتها النيازك عبر تاريخ الكرة الأرضية

ما هي فوهة النيازك؟

فوهة النيزك هو انخفاض ناتج عن تأثير جسم طبيعي من الفضاء بين الكواكب مع الأرض أو مع أجسام صلبة كبيرة نسبياً، مثل القمر والكواكب الأخرى وأقمارها الصناعية أو الكويكبات والمذنبات الأكبر حجما، وقد تم اعتبار مصطلح فوهة النيزك مرادفاً لحفرة الصدمة في الجيولوجيا، وعلى هذا النحو لا تقتصر الأجسام المتصادمة بالحجم على النيازك كما هي موجودة على الأرض، حيث يكون أكبر نيزك معروف هو جسم من الحديد والنيكل يقل عرضه عن 3 أمتار (10 أقدام)، بدلا من ذلك فهي تشمل قطع من المواد الصلبة من نفس طبيعة المذنبات أو الكويكبات وفي نطاق واسع من الأحجام تبدأ من النيازك الصغيرة حتى المذنبات والكويكبات نفسها.

خصائص فوهة النيازك على سطح الأرض:

• يمكن القول أن تشكيل فوهة النيزك هو أهم عملية جيولوجية في النظام الشمسي، حيث تغطي الحفر النيزكية معظم الأجسام ذات السطح الصلب وتعتبر الأرض استثناءً ملحوظاً.

• يمكن العثور على فوهات النيزك ليس فقط على الأسطح الصخرية مثل سطح القمر، ولكن أيضاً على أسطح المذنبات والأقمار المغطاة بالجليد للكواكب الخارجية.

• ترك تكوين النظام الشمسي قطعاً لا حصر لها من الحطام على شكل كويكبات ومذنبات وشظاياها.

• تفاعلات الجاذبية مع الأجسام الأخرى ترسل بشكل روتيني هذا الحطام في مسار تصادم مع الكواكب وأقمارها.

• ينتج عن التأثير الناتج عن قطعة من الحطام انخفاضاً في السطح أكبر بعدة مرات من الجسم الأصلي.

• على الرغم من أن جميع الحفر النيزكية متشابهة بشكل كبير، إلا أن مظهرها يختلف اختلافاً كبيراً مع كل من الحجم والجسم الذي تحدث فيه.

• إذا لم تحدث أي عمليات جيولوجية أخرى على كوكب أو قمر فإن سطحه بالكامل مغطى بالحفر نتيجة للتأثيرات المستمرة على مدى 4.6 مليار سنة الماضية.

• من ناحية أخرى فإن غياب أو تناثر الحفر على سطح الجسم كما هو الحال بالنسبة لسطح الأرض، وهو مؤشر على بعض العمليات الجيولوجية الأخرى (مثل التعرية أو ذوبان السطح) التي تحدث خلال تاريخ الجسم والتي تقضي على الحفر.

أثر عملية اصدام النيازك بسطح الأرض:

عندما يصطدم جسم كويكب أو مذنب بسطح كوكبي فإنه يسافر عادة بسرعة عدة عشرات من الكيلومترات في الثانية أي عدة أضعاف سرعة الصوت، والاصطدام بمثل هذه السرعات القصوى يسمى تأثير السرعة الفائقة، لكن على الرغم من أن الاكتئاب الناتج قد يحمل بعض التشابه مع الثقب الناتج عن إلقاء حصاة في صندوق رمل، فإن العملية الفيزيائية التي تحدث هي في الواقع أقرب بكثير إلى انفجار القنبلة الذرية.

يطلق تأثير نيزكي كبير كمية هائلة من الطاقة الحركية في منطقة صغيرة خلال فترة زمنية قصيرة، وتُستمد معرفة علماء الكواكب بعملية تكوين الحفرة من:

• الدراسات الميدانية للانفجارات النووية والكيميائية وتأثيرات الصواريخ.

• من المحاكاة المختبرية للتأثيرات باستخدام مقذوفات عالية السرعة مدفوعة بالبندقية.

• من النماذج الحاسوبية لتسلسل تشكيل الحفرة.

• من ملاحظات الحفر النيزكية نفسها.

يفترض النموذج المقبول عموماً لحفرة الصدمة التسلسل التالي للأحداث، والذي يشير لأغراض التوضيح إلى كوكب على أنه الجسم المتأثر، ومباشرة بعد أن يضرب نيزك سطح الكوكب تنتقل موجات الصدمة إلى كل من المواد السطحية والنيزك نفسه، لكن مع توسع موجات الصدمة في الكوكب والنيزك فإنها تبدد الطاقة وتشكل مناطق من المواد المتبخرة والمنصهرة والمكسرة إلى الخارج من نقطة تحت سطح الكوكب تكون تقريباً بعمق قطر النيزك.

عادة ما يتم تبخير النيزك بالكامل بواسطة الطاقة الصادرة، وداخل الكوكب تتبع موجة الصدمة المتوسعة عن كثب موجة ثانية تسمى خلخلة أو إطلاق موجة ناتجة عن انعكاس الموجة الأصلية من السطح الحر للكوكب، ويؤدي تشتت هاتين الموجتين إلى تكوين تدرجات ضغط كبيرة داخل الكوكب، كما تولد تدرجات الضغط تدفقاً تحت السطح يقوم بإخراج المواد إلى أعلى وإلى الخارج من نقطة التأثير، والمادة التي يجري حفرها تشبه ستارة مائلة للخارج تبتعد عن نقطة التأثير.

يكون الاكتئاب الناتج على شكل وعاء مكافئ متجه للأعلى يبلغ عرضه أربعة أضعاف عمقه، ويعتمد قطر الفوهة بالنسبة لقطر النيزك على عدة عوامل، ولكن يُعتقد أن معظم الفوهات تتراوح بين 10 إلى 1، وبوجد مادة محفورة تحيط بالحفرة مما يتسبب في ارتفاع حافتها فوق التضاريس المحيطة، ويمثل ارتفاع الحافة حوالي 5 بالمائة من إجمالي عمق الحفرة، وتسمى المادة المحفورة خارج فوهة البركان بطانية المقذوفات، كما يكون ارتفاع بطانية المقذوفات أعلى مستوى عند الحافة ويسقط بسرعة مع المسافة.

الاختلافات في الحفر النيزكي عبر النظام الشمسي:

• على الرغم من أن الفوهات الصدمية على جميع الأجسام الصلبة في النظام الشمسي متشابهة إلى حد كبير، إلا أن مظهرها من جسم إلى آخر يمكن أن يختلف بشكل كبير.

• كانت أبرز الاختلافات نتيجة للاختلافات بين الأجسام في جاذبية السطح وخصائص القشرة الأرضية.

• يؤدي تسارع جاذبية السطح الأعلى إلى إحداث فرق ضغط أكبر بين أرضية الحفرة والسطح المحيط بالحفرة.

• يُعتقد أن فرق الضغط هذا يلعب دوراً كبيراً في دفع عملية الانهيار التي تشكل حفراً معقدة، والتأثير هو أن أصغر الحفر المعقدة التي تُرى على الأجسام عالية الجاذبية تكون أصغر من تلك الموجودة في الأجسام منخفضة الجاذبية.

• على سبيل المثال أقطار أصغر الفوهات ذات القمم المركزية على القمر وعطارد والزهرة تنخفض في تناسب عكسي مع جاذبية سطح الأجسام، تبلغ جاذبية سطح عطارد أكثر من ضعف جاذبية سطح القمر في حين أن جاذبية كوكب الزهرة تزيد عن خمسة أضعاف جاذبية سطح القمر.

أثر الفوهات على أسطح الكواكب عبر الزمن الجيولوجي:

القوة الكامنة في السطح المتأثر لها تأثير مشابه لتأثير الجاذبية السطحية من حيث أنه من السهل على الفوهات الانهيار على الأجسام ذات المواد الأضعف بالقرب من السطح، وعلى سبيل المثال فإن وجود الماء في المواد القريبة من سطح المريخ (وهي حالة يُعتقد أنها مرجحة) من شأنه أن يساعد في تفسير سبب وجود أصغر الفوهات المعقدة الموجودة على كوكب عطارد والتي لها جاذبية سطحية مماثلة.

يُعتقد أن وضع طبقات في مادة قريبة من سطح الجسم، حيث تغطي المواد الضعيفة طبقات أقوى يعدل عملية الحفر ويساهم في وجود فوهات ذات أرضيات مسطحة تحتوي على حفرة مركزية، وإن هذه الفوهات بارزة بشكل خاص في غانيميد وهو أكبر قمر لكوكب المشتري.

تظهر ملاحظات الكواكب الصلبة بوضوح أن وجود الغلاف الجوي يغير مظهر الفوهات الصدمية، لكن تفاصيل كيفية تغيير عملية الحفر غير مفهومة جيداً، ولا تظهر مقارنة الحفر على الكواكب مع الغلاف الجوي أو بدونه أي دليل واضح على أن الغلاف الجوي يؤثر بشكل طفيف على حفر التجويف وأي انهيار لاحق، ومع ذلك فإنه يظهر أن الغلاف الجوي يؤثر بشدة على تمركز بطانية المقذوفات، وفي وجود الغلاف الجوي تمتزج معظم هذه المواد مع الغلاف الجوي وتخلق تدفقاً مائعاً يحتضن السطح بعيداً عن الفوهة التي تشبه التدفق البركاني على الأرض.

على جسم خالٍ من الهواء تُظهر بطانية مقذوفة انخفاضاً ثابتاً في السُمك بعيداً عن فوهة البركان، ولكن على كوكب به غلاف جوي فإن تدفق السوائل من المواد المحفورة يضع بطانية ثابتة نسبياً في السُمك بعيداً عن الفوهة، وتنتهي فجأة عند الحافة الخارجية للتدفق، وتُظهر بطانيات المقذوفات المحفوظة جيداً حول فوهات كوكب الزهرة هذا التدفق، وتشير الملاحظات الميدانية لهياكل تأثير الأرض إلى أن الكثير من مقذوفاتهم قد وُضعت كتدفقات، ويبدو أيضاً أن معظم بطانيات المقذوفات على سطح المريخ قد وُضعت كتدفقات، ولكن من المحتمل أن يكون العديد منها تدفقات طينية ناتجة عن وفرة المياه بالقرب من سطح المريخ.