9.3: Viboko vya athari

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Linganisha na kulinganisha mawazo kuhusu jinsi craters za mwezi zinavyounda
• Eleza mchakato wa malezi ya volkeno ya athari
• Jadili matumizi ya makosa ya volkeno kuamua umri wa jamaa wa landforms mwezi

Volkeno dhidi ya Athari Mwanzo wa Craters

Mwezi hutoa benchmark muhimu ya kuelewa historia ya mfumo wetu wa sayari. Ulimwengu wengi wenye nguvu huonyesha madhara ya athari, mara nyingi hupanua nyuma wakati ambapo uchafu mkubwa kutoka kwenye mchakato wa malezi ya mfumo wetu bado ulikuwepo. Kwenye Dunia, historia hii ndefu imefutwa na jiolojia yetu ya kazi. Juu ya Mwezi, kinyume chake, historia nyingi za athari zinahifadhiwa. Ikiwa tunaweza kuelewa kilichotokea Mwezi, tunaweza kutumia ujuzi huu kwa ulimwengu mwingine. Mwezi unavutia hasa kwa sababu si mwezi wowote tu, bali Mwezi wetu—ulimwengu wa jirani ambao umeshiriki historia ya Dunia kwa zaidi ya miaka bilioni 4 na kuhifadhi rekodi ambayo, kwa Dunia, imeharibiwa na jiolojia yetu inayofanya kazi.

Mpaka katikati ya karne ya ishirini, wanasayansi hawakutambua kwa ujumla kwamba craters za mwezi zilikuwa matokeo ya athari. Kwa kuwa volkeno za athari ni nadra sana duniani, wanajiolojia hawakutarajia kuwa kipengele kikuu cha jiolojia ya mwezi. Walihoji (labda bila kujua) kwamba tangu craters tuliyo nayo duniani ni volkeno, volkeno za mwezi lazima ziwe na asili sawa.

Mmoja wa wanajiolojia wa kwanza kupendekeza kwamba volkeno za mwezi zilikuwa matokeo ya athari ilikuwa Grove K. Gilbert, mwanasayansi mwenye Utafiti wa Kijiolojia wa Marekani katika miaka ya 1890. Alisema kuwa volkeno kubwa za mwezi—mlima-rimmed, sifa za mviringo na sakafu kwa ujumla chini ya kiwango cha pazia jirani—ni kubwa na zina maumbo tofauti kutoka kwa volkeno zinazojulikana duniani. Craters za volkeno duniani ni ndogo na zaidi na karibu kila mara hutokea kwenye vilele vya milima ya volkeno (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Njia mbadala pekee ya kuelezea volkeno za Mwezi ilikuwa asili ya athari. Hoja yake ya makini, ingawa haikukubaliwa wakati huo, iliweka misingi ya sayansi ya kisasa ya jiolojia ya mwezi.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) volkeno na Athari Craters. Maelezo ya volkeno ya volkeno ya kawaida ya volkeno na volkeno ya kawaida ya athari ya mwezi ni tofauti kabisa.

Gilbert alihitimisha kuwa volkeno za mwezi zilizalishwa na athari, lakini hakuelewa kwa nini zote zilikuwa za mviringo na si za mviringo. Sababu iko katika kasi ya kutoroka, kasi ya chini ambayo mwili lazima ufikie ili kuvunja kabisa na mvuto wa mwili mwingine; pia ni kasi ya chini ambayo projectile inakaribia Dunia au Mwezi itapigwa nayo. Kuvutia na mvuto wa mwili mkubwa, chunk inayoingia inakuja na kasi ya kutoroka angalau, ambayo ni kilomita 11 kwa pili kwa Dunia na kilomita 2.4 kwa pili (maili 5400 kwa saa) kwa Mwezi. Kwa kasi hii ya kutoroka imeongezwa kila kasi ambayo projectile tayari ilikuwa na heshima na Dunia au Mwezi, kwa kawaida kilomita 10 kwa pili au zaidi.

Kwa kasi hii, nishati ya athari hutoa mlipuko wa vurugu ambao huchimba kiasi kikubwa cha nyenzo kwa njia ya usawa. Picha za mabomu na craters za shell duniani zinathibitisha kwamba volkeno za mlipuko daima ni mviringo. Tu kufuatia Vita Kuu ya Dunia wanasayansi kutambua kufanana kati ya craters athari na volkeno mlipuko, lakini, kwa huzuni, Gilbert hakuishi kuona athari yake hypothesis kukubalika sana.

Mchakato wa Cratering

Hebu tuchunguze jinsi athari katika kasi hii ya juu inazalisha volkeno. Wakati projectile hiyo ya haraka inapiga sayari, inapenya mara mbili au tatu kipenyo chake kabla ya kuacha. Wakati wa sekunde hizi chache, nishati yake ya mwendo huhamishiwa kwenye wimbi la mshtuko (ambalo linaenea kupitia mwili wa lengo) na kwenye joto (ambalo linapunguza zaidi ya projectile na baadhi ya lengo linalozunguka). Mshtuko wimbi fractures mwamba wa lengo, wakati mvuke kupanua silicate inazalisha mlipuko sawa na ile ya bomu nyuklia detonated katika ngazi ya chini (Kielelezo). Ukubwa wa volkeno iliyochimbwa inategemea hasa kasi ya athari, lakini kwa ujumla ni mara 10 hadi 15 ukubwa wa projectile.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Hatua katika malezi ya Crater Impact. (a) Athari hutokea. (b) Projectile hupuka na wimbi la mshtuko linaenea kupitia mwamba wa mwezi. (c) Ejecta hutupwa nje ya volkeno. (d) Nyenzo nyingi zilizoondolewa huanguka nyuma ili kujaza volkeno, na kutengeneza blanketi ya ejecta.

mlipuko athari ya aina ilivyoelezwa hapo juu inaongoza kwa aina tabia ya volkeno, kama inavyoonekana katika Kielelezo. Cavity ya kati ni ya awali ya bakuli (neno “volkeno” linatokana na neno la Kigiriki kwa “bakuli”), lakini upungufu wa ukanda huijaza kwa sehemu, huzalisha sakafu ya gorofa na wakati mwingine hufanya kilele cha kati. Karibu na mdomo, maporomoko ya ardhi yanaunda mfululizo wa matuta.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Mfano Impact Crater. King Crater upande wa mbali wa Mwezi, volkeno ya hivi karibuni ya mwezi kilomita 75 mduara, inaonyesha vipengele vingi vinavyohusishwa na miundo kubwa ya athari.

Kipande cha volkeno kinageuka na nguvu ya mlipuko, hivyo huinuka juu ya sakafu zote na eneo la karibu. Kuzunguka mdomo ni blanketi ya ejecta yenye nyenzo zilizotupwa nje na mlipuko. Uchafu huu huanguka nyuma ili kuunda mkoa mkali, wenye hilly, kwa kawaida kuhusu upana kama kipenyo cha volkeno. Ziada, juu-kasi ejecta kuanguka katika umbali mkubwa kutoka volkeno, mara nyingi kuchimba volkeno ndogo sekondari ambapo kugonga uso (Kielelezo/(9.2.4\)).

Baadhi ya mito hii ya ejecta inaweza kupanua kwa mamia au hata maelfu ya kilomita kutoka volkeno, na kujenga mionzi ya volkeno angavu ambayo ni maarufu katika picha za mwezi zilizochukuliwa karibu na awamu kamili. Mionzi ya volkeno ya mwezi mkali zaidi huhusishwa na volkeno kubwa vijana kama vile Kepler na Tycho.

kuangalia mwezi

Mwezi ni moja ya vituko mazuri zaidi mbinguni, na ni kitu pekee karibu kutosha kufunua topography yake (makala uso kama vile milima na mabonde) bila ziara kutoka spacecraft. Darubini ndogo ya amateur inaonyesha kwa urahisi craters na milima juu ya Mwezi kama ndogo kama kilomita chache kote.

Hata kama inavyoonekana kupitia jozi nzuri ya binoculars, tunaweza kuona kwamba kuonekana kwa uso wa Mwezi hubadilika sana na awamu yake. Katika awamu kamili, inaonyesha karibu hakuna maelezo ya kijiografia, na lazima uangalie kwa karibu ili uone zaidi ya craters chache. Hii ni kwa sababu jua huangaza uso moja kwa moja, na katika taa hii ya gorofa, hakuna vivuli vinavyopigwa. Kufunua zaidi ni mtazamo karibu na robo ya kwanza au ya tatu, wakati jua inapita kutoka upande, na kusababisha vipengele vya topographic kutupa vivuli vikali. Ni karibu daima zaidi ya kuridhisha kujifunza uso wa sayari chini ya taa hiyo ya oblique, wakati taarifa ya juu kuhusu misaada ya uso inaweza kupatikana.

Taa ya gorofa katika awamu kamili haina, hata hivyo, inaongeza mwangaza tofauti juu ya Mwezi, kama vile wale kati ya maria na nyanda za juu. Taarifa katika Kielelezo kwamba kadhaa ya volkeno kubwa mare wanaonekana kuwa kuzungukwa na nyenzo nyeupe na kwamba Streaks mwanga au rays ambayo inaweza kunyoosha kwa mamia ya kilomita katika uso ni wazi. Vipengele hivi nyepesi ni ejecta, vilivyotokana na athari ya kutengeneza crater.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Uonekano wa Mwezi katika Awamu tofauti. (a) Mwangaza kutoka upande huleta craters na vipengele vingine vya kijiografia katika misaada mkali, kama inavyoonekana upande wa kushoto wa mbali. (b) Katika awamu kamili, hakuna vivuli, na ni vigumu zaidi kuona vipengele vile. Hata hivyo, taa ya gorofa katika awamu kamili huleta baadhi ya vipengele vya uso, kama vile mionzi mkali ya ejecta ambayo hutoka kwenye volkeno chache vikubwa vijana.

Kwa njia, hakuna hatari katika kuangalia Mwezi na binoculars au telescopes. Jua lililojitokeza halijawahi mkali wa kutosha kuumiza macho yako. Kwa kweli, uso wa jua wa Mwezi una mwangaza sawa na mazingira ya jua ya mwamba wa giza duniani. Ingawa Mwezi unaonekana mkali katika anga ya usiku, uso wake ni, kwa wastani, chini ya kutafakari kuliko Dunia, na anga yake na mawingu meupe. Tofauti hii ni nicely mfano na picha ya Moon kupita mbele ya Dunia kuchukuliwa kutoka Deep Space Climate Observatory spacecraft (Kielelezo). Tangu spacecraft alichukua picha kutoka nafasi ndani ya obiti ya Dunia, tunaona vitu vyote vilivyoangazwa kikamilifu (Mwezi kamili na Dunia kamili). Kwa njia, huwezi kuona maelezo mengi juu ya Mwezi kwa sababu mfiduo umewekwa kutoa picha angavu ya Dunia, si Mwezi.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Mwezi Kuvuka uso wa Dunia. Katika picha hii ya 2015 kutoka kwenye chombo cha anga cha Deep Space Cymate Observatory, vitu vyote viwili vimeangazwa kikamilifu, lakini Mwezi unaonekana kuwa nyeusi kwa sababu una reflectivity ya chini sana kuliko Dunia.

Jambo moja la kuvutia kuhusu Mwezi ambalo unaweza kuona bila binoculars au darubini linajulikana kama “Mwezi mpya katika mikono ya Mwezi wa zamani.” Angalia Mwezi wakati ni crescent nyembamba, na mara nyingi unaweza kufanya mzunguko wa kukata tamaa wa disk nzima ya mwezi, ingawa jua huangaza kwenye crescent tu. Diski iliyobaki inaangazwa si kwa jua bali kwa mwanga wa duniani—jua linalojitokeza kutoka Dunia. Nuru ya Dunia kamili juu ya Mwezi ni karibu mara 50 nyepesi kuliko ile ya Mwezi kamili inayoangaza duniani.

Kutumia makosa ya Crater

Ikiwa ulimwengu umekuwa na mmomonyoko mdogo au shughuli za ndani, kama Mwezi katika kipindi cha miaka bilioni 3 iliyopita, inawezekana kutumia idadi ya volkeno za athari juu ya uso wake ili kukadiria umri wa uso huo. Kwa “umri” hapa tunamaanisha wakati tangu usumbufu mkubwa ulitokea juu ya uso huo (kama vile mlipuko wa volkeno uliozalisha maria ya mwezi).

Hatuwezi kupima moja kwa moja kiwango ambacho volkeno zinaundwa duniani na Mwezi, kwa kuwa muda wa wastani kati ya athari kubwa za kutengeneza crater ni mrefu kuliko muda wote wa historia ya binadamu. Mfano wetu unaojulikana zaidi wa volkeno kubwa kama hiyo, Meteor Crater huko Arizona (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)), ni karibu na umri wa miaka 50,000. Hata hivyo, kiwango cha cratering kinaweza kuhesabiwa kutoka kwa idadi ya craters kwenye maria ya mwezi au mahesabu kutoka kwa idadi ya “projectiles” (asteroids na comets) zilizopo katika mfumo wa jua leo. Wote mistari ya hoja kusababisha kuhusu makadirio sawa.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) Meteor Crater. Picha hii ya angani ya Meteor Crater huko Arizona inaonyesha aina rahisi ya volkeno ya athari ya meteorite. Kipenyo cha mdomo wa volkeno ni karibu kilomita 1.2.

Kwa Mwezi, mahesabu haya yanaonyesha kwamba volkeno kilomita 1 mduara inapaswa kuzalishwa karibu kila baada ya miaka 200,000, volkeno ya kilomita 10 kila baada ya miaka milioni chache, na volkeno moja au mbili za kilomita 100 kila baada ya miaka bilioni. Ikiwa kiwango cha cratering kimekaa sawa, tunaweza kufikiri ni muda gani unapaswa kuchukuliwa ili kufanya craters zote tunazoziona katika maria ya mwezi. Mahesabu yetu yanaonyesha kwamba ingekuwa imechukua miaka bilioni kadhaa. Matokeo haya ni sawa na umri uliowekwa kwa maria kutoka kwa urafiki wa mionzi ya sampuli zilizorudishwa-3.3 hadi 3.8 miaka bilioni.

Ukweli kwamba mahesabu haya mawili yanakubaliana inaonyesha kwamba dhana ya awali ya astronomia ilikuwa sahihi: comets na asteroids kwa takriban idadi yao ya sasa wamekuwa wakiathiri nyuso za sayari kwa mabilioni ya miaka. Mahesabu yaliyofanywa kwa sayari nyingine (na miezi yao) yanaonyesha kwamba pia wamekuwa chini ya idadi sawa ya athari za interplanetary wakati huu.

Tuna sababu nzuri ya kuamini, hata hivyo, kwamba mapema zaidi ya miaka bilioni 3.8 iliyopita, viwango vya athari lazima viwe vya juu zaidi. Hii inakuwa dhahiri mara moja wakati wa kulinganisha idadi ya craters kwenye nyanda za juu za mwezi na wale walio kwenye maria. Kwa kawaida, kuna mara 10 zaidi ya volkeno kwenye nyanda za juu kuliko kwenye eneo sawa la maria. Hata hivyo dating mionzi ya sampuli nyanda ilionyesha kuwa wao ni kidogo tu wakubwa kuliko maria, kwa kawaida miaka bilioni 4.2 badala ya miaka 3.8 bilioni. Kama kiwango cha athari kingekuwa mara kwa mara katika historia ya Mwezi, nyanda za juu ingekuwa angalau mara 10 zaidi. Kwa hivyo wangeweza kuunda miaka bilioni 38 iliyopita—muda mrefu kabla ya ulimwengu wenyewe kuanza.

Katika sayansi, wakati dhana inaongoza kwa hitimisho implausible, ni lazima kurudi nyuma na kuchunguza tena kwamba dhana-katika kesi hii, mara kwa mara kiwango cha athari. Utata huo unatatuliwa ikiwa kiwango cha athari kilikuwa tofauti kwa muda, na bombardment nzito zaidi kuliko miaka bilioni 3.8 iliyopita (Kielelezo). Hii “bombardment nzito” ilizalisha volkeno nyingi tunazoziona leo katika nyanda za juu.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) Cratering Viwango juu ya Muda. Idadi ya volkeno inayofanywa juu ya uso wa Mwezi imebadilika na wakati katika kipindi cha miaka bilioni 4.3 iliyopita.

Wazo hili tumekuwa tukichunguzi—kwamba athari kubwa (hasa wakati wa historia ya mwanzo ya mfumo wa jua) zilikuwa na jukumu kubwa katika kuunda ulimwengu tunaoo—sio pekee kwa utafiti wetu wa Mwezi. Unaposoma kupitia sura nyingine kuhusu sayari, utaona dalili zaidi kwamba idadi ya sifa za sasa za mfumo wetu zinaweza kuwa kutokana na zamani zake za vurugu.

Muhtasari

Karne iliyopita, Grove Gilbert alipendekeza kuwa craters za mwezi zimesababishwa na athari, lakini mchakato wa cratering haukueleweka vizuri hadi hivi karibuni. Athari za kasi huzalisha milipuko na kuchimba volkeno mara 10 hadi 15 ukubwa wa mshtuko na rims zilizofufuliwa, mablanketi ya ejecta, na mara nyingi vilele vya kati. Viwango vya cratering vimekuwa takribani mara kwa mara kwa kipindi cha miaka bilioni 3 lakini mapema walikuwa kubwa zaidi. Makosa ya Crater yanaweza kutumiwa kupata umri wa takriban kwa vipengele vya kijiolojia kwenye Mwezi na ulimwengu mwingine wenye nyuso imara.