Impaktová struktura Alamo v USA

Geodeti a astronomové mohou na Zemi vytipovat místa, kam dopadla kosmická tělesa. Další výzkum je v rukou geologů (Vesmír 88, 92, 2009/2). Geologický záznam – zejména v geologicky starém terénu – však bývá nepoměrně složitější než obrázek geografický či obraz gravimetrické anomálie. A naopak mnohé geologicky prokazatelné impaktové struktury nemusejí vůbec mít parametry, které by je činily nápadnými při geografickém, geofyzikálním či astronomickém přístupu k věci. Vlivem deskové tektoniky, amalgamace terénů, zanořování, stlačení anebo roztažení mohly někdejší impaktové krátery dávno ztratit kruhový obrys a nemusí být zachována centrální část kráteru (nebo nemusí být přístupná povrchovému geologickému průzkumu a geofyzikálně se též nemusí projevovat žádnou nápadnou anomálií).

Příkladem nedávno objevené impaktové struktury, která byla rozpoznána pouze geologicky, a dokonce jen podle okrajových zón někdejší kruhové struktury, je soubor geologických fenoménů v okolí města Alamo v Nevadě. Kosmické těleso zde dopadlo ve svrchním devonu, ve střední části stupně frasn [čti frán], a stáří impaktu se odhaduje na dobu před 382 miliony let. Na území České republiky v té době vznikalo mohutné vápencové souvrství, které je v současnosti dobře odkryté v Moravském krasu (viz rámeček 1 ).

Jihovýchodní Nevada je dnes nedílnou součástí severoamerického kontinentu a geologicky je jen malou částí rozlehlé provincie nemetamorfovaných, obvykle mírně ukloněných usazenin staroprvohorního stáří. Zhruba vytvářejí pás mezi Kordillerami a vodorovně uloženými horninami známými například z východněji položené Koloradské plošiny. Tektonické celky přibližně odpovídají systému dnešních horských hřbetů a pánví severojižního směru – nenalezneme zde ani drobnou nepřehlednou mozaiku tektonických šupin, ale ani tisíce kilometrů nenarušeného záznamu vzniklého v jediné mořské pánvi. Zachovalé celky mají rozměry zpravidla nemnoho set kilometrů.

Do logiky těchto základních údajů o geologické stavbě oblasti pak dobře spadá údaj, že dnešní rozsah zachovalých zbytků alamského impaktu je asi 200 × 400 km, nehledě na ještě vzdálenější nálezy jednotlivých kusů vyvrženiny (obrázek 3). Neúplný srpkovitý tvar pozůstatků impaktu není jen výsledkem tektonického postižení, ale také důsledkem existence jedné z nejstřeženějších vojenských zón světa – známé nevadské Zóny 51, za jejíž hranice se nedostanou ani geologové. ¹⁾

Kosmické těleso dopadlo zřejmě na okraj prvotního Tichého oceánu v těsném sousedství kontinentálního šelfu ležícího západně od tehdejšího severoamerického kontinentu. Průměr dnes už nedochovaného kráteru, zaniklého pod Roberts Mountains, byl vypočítán na 44–65 km. Dopad tělesa narušil nejenom oceánskou kůru, ale i horniny okraje kontinentální kůry v blízkosti dopadu – průkazně do hloubky 1,7 km (uloženiny kambria) a pravděpodobně až do 2,5 km (horniny proterozoického a kambrického stáří). Tehdejší šelf v blízkosti kráteru byl karbonátový, tedy tvořený zejména různými typy vápenců.

Dnešní šelfy (například ten v Severním moři) jsou pokryty převážně pískem a bahnem. Rychlé usazování vápenců potřebuje zpravidla teplé klima a přirozenou ochranu před zanášením právě jíly a písky, tzn. například dostatečnou vzdálenost od ústí velkých řek. Dnešním (notoricky uváděným, protože nejlepším) příkladem karbonátového šelfu je bahamská lavice v karibské oblasti. Vápence a podobné horniny mají tu vlastnost, že se po usazení zpravidla velmi rychle zpevňují. Dna karbonátových šelfů mají proto mnohde spíš charakter skalního povrchu než sypké vrstvy usazenin. To je klíčové pro rozvoj specifických společenstev živočichů. Z hlediska kosmického tělesa je však zásadní, že dopadne „do tvrdého“. Výsledkem pak není převážně plastická deformace zemského povrchu, ale tříštění v okolí místa dopadu doprovázené vznikem tavenin, nebo dokonce odparem části materiálu. Kosmické těleso se pohybuje rychlostí v řádu desítek kilometrů za sekundu, takže pro něj vodní sloupec nepředstavuje významnější překážku. Těleso samotné se při kontaktu se Zemí a při následném zahloubení rozptýlí do okolí.

V oblasti Alamo je výsledná „tříšť“ známa již po velmi dlouhou dobu jako alamská brekcie. Jako výsledek impaktu ji však identifikovali až poměrně nedávno J. Warme a C. Sandberg [3, 4]. Jaké jsou její hlavní rysy? V první řadě je to onen srpkovitý tvar. Dále okolnost, že ve středu vnitřního okraje „srpku“ je mocnost brekcie kolem 100 m a směrem k okrajům nepravidelně v koncentrických zónách klesá: nejprve na 50–80 m, posléze na méně než 5 m. Svérázné tektonické narušení lze vysledovat i v podložních vápencích. Jsou to bloky o rozměrech stovek metrů, které byly jen nepatrně posunuty či navzájem pootočeny; nelze je tedy již považovat za součást brekcie. Také tento jev slábne směrem k okraji struktury.

Na bázi brekcie, v části, která je předpokládanému místu dopadu nejblíže, jsou vyvinuty karbonátové horniny se stopami přetavení, přesněji řečeno zkapalnění; nemají žádné prvky někdejších usazených vápenců. Zpravidla však na odkryvech můžeme rozlišit brekcii tří řádů: naspodu bloky o velikosti desítek metrů, uprostřed brekcie z úlomků metrových až decimetrových rozměrů a nejvýše brekcie z kaménků o rozměrech několika cm. Největším „budovatelem“ vápenců před impaktem byly stromatopory, živočišné houby s autotrofními symbionty (Vesmír 78, 212, 1999/4 a 78, 210, 1999/4), kteří stromatoporám umožňovali mimořádný rozvoj v zóně dobře osvětlené sluncem. Podobně jako dnešní korály zde vytvářely trsovité porosty i drobné biohermy (kupolovité útvary vzniklé na místě, kde rostou organismy). Při „procházce“ odspoda nahoru podél odkryvu brekcie můžeme pozorovat jejich nejrůznější růstové varianty i složitě propojené dutinky uvnitř trsů, což je výsledek napadení vrtavými houbami. ²⁾ Hranice mezi jednotlivými polohami je víceméně ostrá, což odpovídá představě neobyčejně rychlého usazení celé brekcie (v řádech hodin). Každá vlna vody směřující zpět do středu kráteru vytvořila novou polohu a postupně byl k dispozici stále jemnější materiál.

Na vrchu Hancock Summit můžeme vidět krásně odkrytý povrch brekcie. Je poměrně rovný a je provrtán dvěma typy chodbiček živočichů. První mohl vzniknout jedině v měkkém nezpevněném materiálu, druhý je charakteristický pro konsolidovaná bahna a již téměř plně impregnované povrchy. Nějaké organismy tedy osídlily mořské dno velmi krátce po usazení brekcie; snad byly přímo přineseny poslední vlnou cunami. Ve vápencích překrývajících alamskou brekcii však takřka chybějí stromatopory. Existující biohermy byly impaktem zničeny. Nová obrovská bioherma vznikla až po nějakém čase, snad za desítky tisíc let, jež odpovídající usazení 5–10 m vápence. Dnes dávná bioherma tvoří velkou část vrcholu hory Mt. Irish (obrázek 1), která je vzdálena asi 25 km od Hancock Summit a asi 60 km od středu impaktové struktury (pokud současný tvar extrapolujeme do plného kruhu). Impaktová událost je tedy zároveň popisem zániku a opětovného vytvoření živočišného společenstva biohermy.

Profil na Mt. Irish poskytuje další úchvatný pohled. Pod nejjemnější brekcií je několikadecimetrová vrstva šedého vápence, hlavně akreční lapilli, tvořené koncentrickými či někdy i zcela nepravidelnými „kuličkami“ karbonátu velkými několik mm až 2 cm (obrázek 8). V jejich jádře občas bývá přetavený uhličitan vápenatý, který se roztavil poblíž místa dopadu (obrázek 10). Kuličky pak v atmosféře chladly, „nabalovaly“ se jako sněhové koule a v intervalu mezi dvěma obřími cunami spadly zpátky na zem.

V brekciích byly nalezeny i úlomky šokově metamorfovaného křemene, což je jednoznačný a geologicky nesmírně odolný indikátor šokové metamorfózy. V brekciích je také vyšší obsah iridia – až 140 ppt (v ostatních místních materiálech bývá méně než 25 ppt). Nízký obsah iridia spolu s nepřítomností jiných hmatatelných projevů asteroidu (např. fragmenty kovu či neobvyklé typy hornin) někteří badatelé považují za důkaz, že tu před 380 miliony let dopadla kometa. Mimo to byly v některých brekciích nalezeny ještě zuhelnatělé zbytky rostlin, což vede k úvahám, že spad horkých vyvrženin z kráteru zapálil místní vegetaci. To vše dohromady jednoznačně potvrzuje vznik brekcií procesy spojenými s dopadem mimozemského tělesa do mělkého oceánu a dává velmi pěkný obrázek alamské události.

Při minimálním odhadovaném průměru kráteru 44 km lze odvodit průměr kosmického tělesa na 1,5 až 2,2 km. Pokud vezmeme v úvahu ještě vodní sloupec, jehož výška v době impaktu činila zhruba 300 m, je možné uvažovat o dalším navýšení průměru projektilu o 10 %. Prokáže-li se, že některé vzdálenější materiály představují vyvrženiny z kráteru, může být průměr kráteru ještě vyšší – až 65 km. To by přirozeně významnou měrou zvýšilo i odhadovaný průměr kosmického tělesa. Z hlediska geologické historie zřejmě nešlo o událost nijak mimořádnou. Nezpůsobila ani významnější vymírání, ačkoliv právě pro devon jsou drastické změny fauny charakteristické.

Geologický záznam klade také další otázky. Nebyla alamská událost jen jednou v řadě podobných v krátkém geologickém údobí? Pomůže alamská brekcie, nádherně odkrytá v pouštní a polopouštní krajině Nevady, k identifikaci dalších podobných událostí? A pomůže geologický záznam v okolí Alama k vytvoření určité standardní metodiky jak identifikovat impakt v karbonátovém šelfu? To by mohlo geologům v budoucnu pomoci „prosít“ indicie o impaktech dodávané například geografy či astronomy.