9.3: Cráteres de impacto

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrás:

• Compara y contrasta ideas sobre cómo se forman los cráteres lunares
• Explicar el proceso de formación de cráteres de impacto
• Discutir el uso de recuentos de cráteres para determinar edades relativas de accidentes geográficos lunares

Origen Volcánico Versus Impacto de Cráteres

La Luna proporciona un importante punto de referencia para comprender la historia de nuestro sistema planetario. La mayoría de los mundos sólidos muestran los efectos de los impactos, que a menudo se remontan a la época en que todavía estaban presentes muchos desechos del proceso de formación de nuestro sistema. En la Tierra, esta larga historia ha sido borrada por nuestra geología activa. En la Luna, en contraste, se conserva la mayor parte de la historia de impacto. Si podemos entender lo que ha sucedido en la Luna, tal vez podamos aplicar este conocimiento a otros mundos. La Luna es especialmente interesante porque no es cualquier luna, sino nuestra Luna, un mundo cercano que ha compartido la historia de la Tierra por más de 4 mil millones de años y ha conservado un registro que, para la Tierra, ha sido destruido por nuestra geología activa.

Hasta mediados del siglo XX, los científicos en general no reconocían que los cráteres lunares fueran el resultado de impactos. Dado que los cráteres de impacto son extremadamente raros en la Tierra, los geólogos no esperaban que fueran la característica principal de la geología lunar. Razonaron (quizás inconscientemente) que dado que los cráteres que tenemos en la Tierra son volcánicos, los cráteres lunares deben tener un origen similar.

Uno de los primeros geólogos en proponer que los cráteres lunares fueron el resultado de impactos fue Grove K. Gilbert, científico del Servicio Geológico de Estados Unidos en la década de 1890. Señaló que los grandes cráteres lunares —con borde de montaña, rasgos circulares con pisos generalmente por debajo del nivel de las llanuras circundantes— son más grandes y tienen formas diferentes a las de los cráteres volcánicos conocidos en la Tierra. Los cráteres volcánicos terrestres son más pequeños y profundos y casi siempre ocurren en las cimas de las montañas volcánicas (Figura\(\PageIndex{1}\)). La única alternativa para explicar los cráteres de la Luna fue un origen de impacto. Su cuidadoso razonamiento, aunque no fue aceptado en su momento, sentó las bases de la ciencia moderna de la geología lunar.

Figura Cráteres\(\PageIndex{1}\) Volcánicos y de Impacto. Los perfiles de un cráter volcánico terrestre típico y un cráter típico de impacto lunar son bastante diferentes.

Gilbert concluyó que los cráteres lunares fueron producidos por impactos, pero no entendió por qué todos eran circulares y no ovalados. El motivo radica en la velocidad de escape, la velocidad mínima que un cuerpo debe alcanzar para separarse permanentemente de la gravedad de otro cuerpo; también es la velocidad mínima con la que golpeará un proyectil que se aproxima a la Tierra o a la Luna. Atraídos por la gravedad del cuerpo más grande, el trozo entrante golpea con al menos velocidad de escape, que es de 11 kilómetros por segundo para la Tierra y 2.4 kilómetros por segundo (5400 millas por hora) para la Luna. A esta velocidad de escape se le suma cualquier velocidad que el proyectil ya tuviera con respecto a la Tierra o a la Luna, típicamente 10 kilómetros por segundo o más.

A estas velocidades, la energía de impacto produce una violenta explosión que excava un gran volumen de material de manera simétrica. Fotografías de cráteres de bombas y proyectiles en la Tierra confirman que los cráteres de explosión son siempre esencialmente circulares. Sólo después de la Primera Guerra Mundial los científicos reconocieron la similitud entre los cráteres de impacto y los cráteres de explosión, pero, lamentablemente, Gilbert no vivió para ver su hipótesis de impacto ampliamente aceptada.

El proceso de cráteres

Consideremos cómo un impacto a estas altas velocidades produce un cráter. Cuando un proyectil tan rápido golpea un planeta, penetra dos o tres veces su propio diámetro antes de detenerse. Durante estos pocos segundos, su energía de movimiento se transfiere a una onda de choque (que se propaga a través del cuerpo objetivo) y en calor (que vaporiza la mayor parte del proyectil y parte del objetivo circundante). La onda de choque fractura la roca del objetivo, mientras que el vapor de silicato en expansión genera una explosión similar a la de una bomba nuclear detonada a nivel del suelo (Figura). El tamaño del cráter excavado depende principalmente de la velocidad de impacto, pero generalmente es de 10 a 15 veces el diámetro del proyectil.

\(\PageIndex{2}\)Etapas de la Figura en la Formación de un Cráter de Impacto. a) El impacto se produce. b) El proyectil se vaporiza y una onda de choque se extiende a través de la roca lunar. c) Las expulsiones son arrojadas fuera del cráter. d) La mayor parte del material expulsado vuelve a caer para llenar el cráter, formando una manta de eyección.

Una explosión de impacto del tipo descrito anteriormente conduce a un tipo característico de cráter, como se muestra en la Figura. La cavidad central tiene inicialmente forma de cuenco (la palabra “cráter” proviene de la palabra griega para “cuenco”), pero el rebote de la corteza la llena parcialmente, produciendo un piso plano y a veces creando un pico central. Alrededor del borde, los deslizamientos crean una serie de terrazas.

Figura Cráter de Impacto\(\PageIndex{3}\) Típico. King Crater en el otro lado de la Luna, un cráter lunar bastante reciente de 75 kilómetros de diámetro, muestra la mayoría de las características asociadas con grandes estructuras de impacto.

El borde del cráter es volteado por la fuerza de la explosión, por lo que se eleva tanto por encima del piso como del terreno adyacente. Rodeando el borde hay una manta de eyección que consiste en material arrojado por la explosión. Estos escombros vuelven a caer para crear una región rugosa y montañosa, típicamente aproximadamente tan ancha como el diámetro del cráter. Las eyectas adicionales de mayor velocidad caen a mayores distancias del cráter, a menudo cavando pequeños cráteres secundarios donde golpean la superficie (Figura/(9.2.4\)).

Algunas de estas corrientes de eyecta pueden extenderse por cientos o incluso miles de kilómetros del cráter, creando los brillantes rayos del cráter que son prominentes en las fotos lunares tomadas cerca de la fase completa. Los rayos de cráter lunar más brillantes están asociados con cráteres jóvenes grandes como Kepler y Tycho.

observar la luna

La Luna es una de las vistas más bellas del cielo, y es el único objeto lo suficientemente cerca como para revelar su topografía (rasgos superficiales como montañas y valles) sin una visita desde una nave espacial. Un telescopio amateur bastante pequeño muestra fácilmente cráteres y montañas en la Luna tan pequeños como a pocos kilómetros de ancho.

Aun como se ve a través de un buen par de prismáticos, podemos observar que la apariencia de la superficie de la Luna cambia drásticamente con su fase. En plena fase, no muestra casi ningún detalle topográfico, y hay que mirar de cerca para ver más de unos pocos cráteres. Esto se debe a que la luz solar ilumina la superficie recta, y en esta iluminación plana, no se proyectan sombras. Mucho más reveladora es la vista cercana al primer o tercer trimestre, cuando la luz solar entra desde un lado, lo que hace que las características topográficas emitan sombras nítidas. Casi siempre es más gratificante estudiar una superficie planetaria bajo tal iluminación oblicua, cuando se puede obtener la máxima información sobre el relieve superficial.

La iluminación plana en plena fase, sin embargo, acentúa los contrastes de brillo en la Luna, como los que se encuentran entre la maria y las tierras altas. Observe en Figura que varios de los grandes cráteres de yegua parecen estar rodeados de material blanco y que las rayas o rayos de luz que pueden extenderse por cientos de kilómetros a través de la superficie son claramente visibles. Estas características más ligeras son expulsadas por el impacto de formación de cráteres.

Figura\(\PageIndex{4}\) Apariencia de la Luna en Diferentes Fases. a) La iluminación lateral trae cráteres y otras características topográficas en relieve agudo, como se ve en el extremo izquierdo. b) En plena fase, no hay sombras, y es más difícil ver tales rasgos. Sin embargo, la iluminación plana en fase completa resalta algunas características superficiales, como los brillantes rayos de eyección que se extienden desde unos pocos cráteres jóvenes grandes.

Por cierto, no hay peligro en mirar a la Luna con binoculares o telescopios. La luz solar reflejada nunca es lo suficientemente brillante como para dañar tus ojos. De hecho, la superficie iluminada por el sol de la Luna tiene aproximadamente el mismo brillo que un paisaje iluminado por el sol de roca oscura en la Tierra. Si bien la Luna luce brillante en el cielo nocturno, su superficie es, en promedio, mucho menos reflectante que la de la Tierra, con su atmósfera y nubes blancas. Esta diferencia está muy bien ilustrada por la foto de la Luna pasando frente a la Tierra tomada de la nave espacial del Observatorio del Clima del Espacio Profundo (Figura). Desde que la nave espacial tomó la imagen desde una posición dentro de la órbita de la Tierra, vemos ambos objetos completamente iluminados (Luna llena y Tierra llena). Por cierto, no se puede ver mucho detalle en la Luna porque la exposición se ha establecido para dar una imagen brillante de la Tierra, no de la Luna.

Figura\(\PageIndex{5}\) La Luna Cruzando la faz de la Tierra. En esta imagen de 2015 de la nave espacial Observatorio del Clima del Espacio Profundo, ambos objetos están completamente iluminados, pero la Luna se ve más oscura porque tiene una reflectividad promedio mucho menor que la Tierra.

Una cosa interesante de la Luna que se puede ver sin binoculares ni telescopios se llama popularmente “la Luna nueva en los brazos de la vieja Luna”. Mira la Luna cuando es una media luna delgada, y a menudo puedes distinguir el tenue círculo de todo el disco lunar, a pesar de que la luz del sol brilla solo en la media luna. El resto del disco está iluminado no por la luz solar sino por la luz de la tierra, la luz solar reflejada desde la Tierra. La luz de la Tierra llena en la Luna es aproximadamente 50 veces más brillante que la de la Luna llena que brilla en la Tierra.

Usando Recuentos de Cráteres

Si un mundo ha tenido poca erosión o actividad interna, como la Luna durante los últimos 3 mil millones de años, es posible utilizar el número de cráteres de impacto en su superficie para estimar la edad de esa superficie. Por “edad” aquí nos referimos al tiempo desde que se produjo una perturbación importante en esa superficie (como las erupciones volcánicas que produjeron la maria lunar).

No podemos medir directamente la velocidad a la que se están formando cráteres en la Tierra y la Luna, ya que el intervalo promedio entre grandes impactos formadores de cráteres es más largo que todo el lapso de la historia humana. Nuestro ejemplo más conocido de un cráter tan grande, Meteor Crater en Arizona (Figura\(\PageIndex{6}\)), tiene aproximadamente 50,000 años de antigüedad. Sin embargo, la tasa de cráteres puede estimarse a partir del número de cráteres en la maria lunar o calcularse a partir del número de “proyectiles” potenciales (asteroides y cometas) presentes en el sistema solar hoy en día. Ambas líneas de razonamiento conducen a aproximadamente las mismas estimaciones.

Figura Cráter\(\PageIndex{6}\) Meteoro. Esta foto aérea de Meteor Crater en Arizona muestra la forma simple de un cráter de impacto de meteorito. El diámetro del borde del cráter es de aproximadamente 1.2 kilómetros.

Para la Luna, estos cálculos indican que se debe producir un cráter de 1 kilómetro de diámetro aproximadamente cada 200 mil años, un cráter de 10 kilómetros cada pocos millones de años, y uno o dos cráteres de 100 kilómetros cada mil millones de años. Si la tasa de cráteres se ha mantenido igual, podemos averiguar cuánto tiempo debió haber tardado en hacer todos los cráteres que vemos en la maria lunar. Nuestros cálculos muestran que habría llevado varios miles de millones de años. Este resultado es similar a la edad determinada para la maria a partir de la datación radiactiva de muestras devueltas, de 3.3 a 3.8 mil millones de años.

El hecho de que estos dos cálculos coincidan sugiere que la suposición original de los astrónomos era correcta: cometas y asteroides en aproximadamente su número actual han estado impactando las superficies planetarias durante miles de millones de años. Los cálculos realizados para otros planetas (y sus lunas) indican que también han sido objeto de aproximadamente el mismo número de impactos interplanetarios durante este tiempo.

Tenemos buenas razones para creer, sin embargo, que antes de hace 3.8 mil millones de años, las tasas de impacto debieron haber sido muy superiores. Esto se hace evidente de inmediato al comparar los números de cráteres en las tierras altas lunares con los de la maria. Por lo general, hay 10 veces más cráteres en las tierras altas que en una zona similar de maria. Sin embargo, la datación radiactiva de las muestras de tierras altas mostró que solo son un poco mayores que las maria, típicamente 4.2 mil millones de años en lugar de 3.8 mil millones de años. Si la tasa de impactos hubiera sido constante a lo largo de la historia de la Luna, las tierras altas habrían tenido que ser al menos 10 veces más antiguas. Así habrían tenido que formarse hace 38 mil millones de años, mucho antes de que comenzara el universo mismo.

En la ciencia, cuando una suposición conduce a una conclusión inverosímil, debemos retroceder y reexaminar esa suposición, en este caso, la tasa de impacto constante. La contradicción se resuelve si la tasa de impacto varió a lo largo del tiempo, con un bombardeo mucho más pesado antes que hace 3.8 mil millones de años (Figura). Este “intenso bombardeo” produjo la mayoría de los cráteres que vemos hoy en día en las tierras altas.

Figura Tasas de\(\PageIndex{7}\) cráteres a lo largo del tiempo. El número de cráteres que se hacen en la superficie de la Luna ha variado con el tiempo en los últimos 4.3 mil millones de años.

Esta idea que hemos estado explorando, de que los grandes impactos (especialmente durante la historia temprana del sistema solar) jugaron un papel importante en la configuración de los mundos que vemos, no es exclusiva de nuestro estudio de la Luna. Al leer los otros capítulos sobre los planetas, verá más indicios de que algunas de las características actuales de nuestro sistema pueden deberse a su pasado violento.

Resumen

Hace un siglo, Grove Gilbert sugirió que los cráteres lunares fueron causados por impactos, pero el proceso de cráteres no se entendió bien hasta más recientemente. Los impactos de alta velocidad producen explosiones y excavan cráteres de 10 a 15 veces el tamaño del impactador con llantas elevadas, mantas de eyección y, a menudo, picos centrales. Las tasas de cráteres han sido aproximadamente constantes durante los últimos 3 mil millones de años, pero antes eran mucho mayores. Los recuentos de cráteres se pueden utilizar para derivar edades aproximadas de características geológicas en la Luna y otros mundos con superficies sólidas.