El impacto meteorítico de Monturaqui, región de Antofagasta, Chile: Productos y Procesos

Roeschmann, C.1 y Rada, C.2


1   Servicio Nacional de Geología y Minería, Til-Til 1993, Ñuñoa.
2 Departamento de Astronomía, Universidad Católica de Chile. Campus San Joaquín.
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El cráter de Monturaqui se ubica a 200 Km al ESE de la ciudad de Antofagasta (II Región) en la Precordillera cerca del borde Sur del Salar de Atacama a una altura aproximada de 3500 m.s.n.m. Sus coordenadas geográficas son 23º57? latitud Sur y 68º17? longitud W. El cráter fue descrito por primera vez como de un posible origen meteorítico por el geólogo Joaquín Sánchez (1962) y confirmado posteriormente por Sanchez y Cassidy (1). Las dimensiones del cráter son 360 m en sentido N-S y 380 m en sentido E-O, medidos en relación a la parte más alta del borde del cráter. El relieve ondulado del terreno hace que el borde Sur se encuentre 11 m más alto que el borde norte. La profundidad del cráter es de 31 m. Estas mediciones son el resultado de un levantamiento topográfico de detalle efectuado por Buchwald (2).

El cráter se encuentra emplazado en un terreno formado por un granito de microclina del Paleozoico inferior (Ordovicico sup) con una edad Rb-Sr de 467 ± 50 ma. (Davidson et al, en Ramírez y Gardeweg, (3)). Este granito se encuentra cubierto por una ignimbrita (Ignimbrita Tucucaro) de edad Pliocena, con espesores variables de 0 a 6 m. en el sector del cráter (Fig. 1).


 

La edad del cráter es incierta. Es más joven que el relieve formado por los cursos de quebradas secas las cuales interrumpe produciéndose en el cráter un relieve más joven invertido. La existencia de bordes redondeados por la erosión en contraste con las hombreras de cráteres más jóvenes como es el Meteor Crater en Arizona, muestra que su antigüedad es mayor. Una determinación de edad en granos de cuarzo por el método de termoluminicencia dio un valor mayor de 100.000 años, con un error apreciable (Buchwald, 2).

Los materiales relacionados con el impacto consisten predominantemente en impactitas que se distribuyen en las inmediaciones del cráter y en menor cantidad, dentro de éste. Fragmentos de rocas graníticas con efectos cataclásticos se distribuyen de preferencia dentro del cráter, así como en escasos afloramientos. En una fecha no consignada, se construyó un pequeño pique y socavón, dentro del cráter, emplazado en rocas muy fracturadas, que corresponden a un granito cataclástico.

Se han encontrado además, escasos fragmentos pequeños que corresponden a "iron shale". A diferencia de otros cráteres de impacto, no se encuentran fragmentos del meteorito en él o alrededor del cráter. Solo se ha encontrado un fragmento metálico muy oxidado que ha permitido reconocer el meteorito como una octaedrita gruesa, que fue clasificada como siderito perteneciente al grupo 1 A en la clasificación química de estos. El objetivo de este trabajo es describir los productos asociados al impacto y discutir los procesos físicos asociados a éste.

Impactitas

Las impactitas son el material de origen meteorítico más importante presente en el cráter. Consisten en un agregado altamente hetereogéneo formado por granos de minerales derivados de un granito y fragmentos de rocas graníticas cataclasticas, con tamaños que van desde algunos micrones hasta 4 cm, en una matriz altamente vesicular de color café con aspecto de ceniza. Los minerales presentes, de formas angulares, consisten en cuarzo, plagioclasa (oligoclasa - andesina) microclina, clorita y otros accesorios dentro de un vidrio que al paso de la luz presenta un color verde, rojizo o café oscuro. Englobado por el vidrio se observan pequeños glóbulos opacos que corresponden a una aleación de Fe-Ni, de tamaños que van desde algunos micrones hasta 2 mm. Su contenido de Niquel puede llegar hasta 30% (Bunch y Cassidy, 4) (Fig. 2). Algunos de los granos de mineral muestran efectos de metamorfismo de choque, pero la mayoría de ellos no presentan estos efectos o solo los presenta en forma incipiente.
 
 

Figura 2. Glóbulos de aleación Fe-Ni, de origen meteorítico y condensados a partir de un vapor metálico, englobadas en vidrio color verde resultante de la fusión de las rocas. Microfot., 65 X y nicoles paralelos.

El origen de estas impactitas es el resultado del impacto explosivo del meteorito que lanza al aire material parcialmente evaporado, fundido o fracturado. Las impactitas corresponden a material parcialmente fundido con numerosos fragmentos de diversos tamaños de minerales, "choqueados" o no, y rodeados por vidrio.

Se ha estudiado al microscopio numerosas muestras de impactitas provenientes del borde del cráter con la finalidad de mostrar los efectos del metamorfismo de choque y evaluar las condiciones de presión y temperatura que alcanzaron estos durante el impacto. Los efectos más notorios consisten en la formación de maclas de compresión en cuarzo y feldespatos, la formación de materiales diaplecticos, maskelynite en feldespatos, vidrios diaplecticos en el cuarzo y polimorfos del cuarzo como coesita y posiblemente stishovita. Estos efectos son el resultado de la combinación de efectos de alta presión de la onda de choque que se produce y el gran aumento de la temperatura consiguiente.

Los efectos de presión de la onda de choque sobre los minerales componentes pueden agruparse de acuerdo en sus efectos en dos grupos.

Grupo de bajo efecto que se producen a presiones menores a 10 GPa, a 25 GPa (1 GPa = 10 Kb) y temperaturas menores de 300º C. Los efectos bajo estas condiciones son la formación de "Knick bands" en biotitas y cloritas, cuarzo con fuerte extinción ondulosa y fracturamiento paralelo grueso (Fig. 3).

Efectos moderados a fuertes con presiones de 25 a 50 GPa o más y temperaturas hasta 1500º a 1600 ºC. Bajo estas condiciones se producen en el cuarzo maclas de compresión en 2 direcciones de 60º de diferencia (Fig. 4a, 4b), plagioclasas y feldespatos de potasio total o parcialmente convertidos a la forma diaplectica (maskelynita) (Fig. 5) y cuarzos fundidos a vidrio incoloro.


 
Figura 3. Grano de cuarzo con fracturamiento paralelo grueso por efecto de presiones de la onda de choque. Microfot., 100 X, nicoles paralelos. Figura 4a. Granos de cuarzo con maclas de compresión en ángulo de 60º. Microsoft., 100 X, nicoles paralelos.


 
Figura 4b. Detalle de cuarzo con maclas de compresión en ángulo de 60º. Vidrio color café. Microsoft., 250 X, nicoles paralelos. Figura 5. Plagioclasa parcialmente convertida en maskelinita. Microfot., 100 X, nicoles cruzados.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Figura 6. Vidrio de cuarzo entre mezclado con un vidrio de fusión de rocas. Muestra fenómenos de desmezclamiento de vidrios. Microfot., 100 X, nicoles paralelos.

La mayoría de las veces entremezclado con vidrio verde o café proveniente de la fusión de las rocas (Fig. 6). También Bunch y Cassiddy (4) han reportado la presencia de Coesita en granos microscópicos, identificados por Rayos X.

Las evidencias mineralógicas anteriormente indicadas permiten determinar las condiciones máximas de presión y temperatura a que estuvieron expuestos las rocas. Estas se pueden estimar en un máximo de 50 a 60 GPa y temperaturas que exceden los 1400ºC.


 
Figura 7. Calibración de presión de la onda de choque en cuarzo, basada en datos experimentales, según P.Stoffler (5, 6). Figura 8. Régimen de presión - temperatura en el metamorfismo endógeno y de choque, según H.J. Melosh (7).

En la Fig. 7 según Stoffler (5, 6) puede determinarse los niveles máximos de presión definida con la presencia de coesita y vidrios de cuarzo. De acuerdo a la literatura, las presiones necesarias para transformar feldespatos en la forma diaplectica maskelunita es de 30 GPa y la formación de vidrio (leachtlerita) es de ~ 40 GPa.

La relación presión - temperatura puede observarse en la Fig. 8, en un gráfico debido a R. Grive (8), el cual muestra las diferentes condiciones físicas del metamorfismo de choque.

Estos datos nos fijan aproximadamente las máximas presiones y temperaturas que se alcanzaron en el impacto que formó el cráter de Monturaqui.

Estimación del tamaño del meteorito.

Existe una amplia literatura sobre el proceso físico de un impacto de proyectil sobre un blanco sólido a hipervelocidades. Estos estudios han tenido múltiples motivaciones que provienen de diferentes campos: formación de cráteres en la luna y otros planetas, impacto de meteoritos en satélites artificiales, cráteres de impactos terrestre, cráteres de explosiones nucleares subterráneas y otros. El modo de estudio de estos procesos de impacto ha sido mezcla de un acercamiento experimental, teórico y empírico. Se trata de un proceso físico extraordinariamente complejo que ha sido estudiado por medio de modelos computacionales y para el cual existe un conocimiento aceptable pero no completo.

Diferentes autores han aproximado ecuaciones matemáticas que relacionan el diámetro de un cráter con la energía disipada en la explosión que los forma. Una de las mejores aproximaciones para el diámetro del cráter en función de la energía de la explosión se debe a Gault (9), relación que usaremos para calcular la energía del impacto en el caso del cráter de Monturaqui.

La relación es la siguiente:

D = 0,027dp1/6db-1/2(sen Ø)1/2W0,28

D es el diámetro del cráter en m, dp es la densidad del proyectil expresada en gr/cm3, db es la densidad del blanco (granito) Ø es el ángulo de incidencia del proyectil. Para este caso, es 90º, puesto que la trayectoria sería vertical. La energía W está dada en Joule.

Los valores utilizados son los siguientes:

D = 370 m dp = 7,85 gr/cm3 db= 2,8 gr/cm3 Ø = 90º

Efectuando los cálculos encontramos que W = 1,1051 x 1015 Joule.

Una tonelada de explosivo TNT equivale a 4,0 x 109 Joule. La energía disipada por el impacto del meteorito es 276.280 ton de TNT. La explosión atómica de Hiroshima tenía una potencia de 125 Kt TNT, por lo cual, el impacto que formó el cráter de Monturaqui equivale a 2,2 bombas de Hiroshima.

Para calcular la masa y la velocidad con que impactó el meteorito a la tierra, emplearemos la relación matemática que determina la energía cinética de un cuerpo en movimiento en función de su masa y velocidad. Esta relación es W = ½ mv2, donde la energía está expresada en Joule, la masa en Kg y la velocidad en m/seg.

La determinación de la velocidad con que impactó el meteorito es un problema muy difícil de resolver a partir de los datos de presión de la onda de choque. Por ello, efectuamos el cálculo de la masa y la dimensión del meteorito a partir de velocidades asignadas. Se sabe que la mayoría de los meteoritos se trasladan en sus órbitas a velocidades de 30 a 40 Km/seg. La tierra se mueve en su órbita alrededor del sol con una velocidad de 28,9 Km/seg y los meteoritos pueden caer a la tierra desde cualquier ángulo. Por ello, podemos considerar dos casos extremos 1) los meteoritos se mueven en dirección opuesta al movimiento de traslación de la tierra. En este caso, la velocidad de choque podría alcanzar un máximo de 70 Km/seg. 2) la tierra y el meteorito se mueven en la misma dirección. En este caso, la tierra sería alcanzada por el meteorito a una velocidad de alrededor de 10 Km/seg. Se debe considerar la disminución de la velocidad del meteorito por efecto del rozamiento con la atmósfera de la tierra, la cual es mínima para un meteorito de gran tamaño.

De acuerdo a estas consideraciones, podemos calcular la masa y las dimensiones correspondientes para 3 velocidades diferentes, que son: 10Km/seg, 30Km/seg y 70Km/seg.

Resolviendo la ecuación de la energía cinética para estas tres velocidades de impacto, obtendremos las siguientes masas y diámetros en m para el meteorito, considerando una densidad de 7,85 gr/cm3 para este.
 
Velocidad
Masa en t
Diámetro en m.
10 Km/seg
22102
17,8
30 Km/seg
2245
8.4
70 Km/seg
1052
6.4

De acuerdo a estimaciones de la velocidad de impacto en otros cráteres, la velocidad de 15 km/seg podría ser la más probable. Con esta velocidad, la masa y la dimensión serían de 9870 t y 13,4 m de diámetro.

Conclusiones.

El cráter de Monturaqui se produjo como consecuencia de un impacto meteorítico ocurrido hace alrededor de 100.000 años. El impacto generó una onda de choque que sobrepasó los 50 GPa de presión y un efecto de calentamiento que sobrepasó la temperatura de 1400ºC. La velocidad de impacto más probable fue alrededor de 15 Km/seg. La masa del meteorito habría sido de 9870 t y la dimensión, 13,4 m de diámetro. La energía disipada en este impacto explosivo sería similar a por 2,2 bombas atómicas semejantes a la de Hiroshima.

Agradecimientos : Los autores desean agradecer a los Señores Axel Bonacic, Fernando Peña, José Miguel Fernández y Ricardo Demarco, estudiantes de Astronomía y a Marcela Palomino, estudiante de Geografía, todos ellos pertenecientes a la Universidad Católica de Chile, por su colaboración en los trabajos de terreno. En especial, se agradece a Eugenia Fonseca y Felipe Llona por la colaboración en la ejecución de este trabajo. Igualmente, nuestros agradecimientos a Sergio Ross y Mariela González por su participación en la diagramación y escritura del texto. Publicación auspiciada y patrocinada por la Sudirección de Geología, SERNAGEOMIN.
 
 

Referencias



 

  1. Sánchez, I. And Cassidy, W (1966): An previously undiscribed meteorite crater in Chile. J. Geophys. Res. 71, p. 1891 - 1895.
  2. Buchwald V. F. (1975): Iron meteorites. University of California Press., Vol 3.
  3. Ramirez C. y Gardeweg, M. (1982) Carta Geológica de Chile, Hoja Toconao. Servicio Nacional de Geología y Minería, 121 p. y 1 mapa escala 1:250.000.
  4. Bunch P.E. and Cassidy, W (1972): Petrographic and Electrón Mcroprob study of the Monturaqui impactite. Contr. Mineral and Petrol 36, p. 95-112.
  5. Stoffler, D. (1971 a): Progressive metamorphism and classification of shocked and brecciated crystalline rocks at impact craters. J Geophys. Res. 76, p. 5541 - 5551.
  6. Stoffler, D (1984) : Glasses formed by hypervelocity impact. J. Non crystalline Solids, 67, p. 465 - 502.
  7. Melosh, H.J. (1980): Cratering mechanics - observational, experimental and theoritecal. Ann Rev Earth and Planet, Sci, 8, p. 65 - 98.
  8. Grieve, R. (1987): Terrestrial impact structures. Ann Rev. Earth and Planet. Sci. 15, p41 - 70.
  9. Gault, D.F. (1974): Impact Cratering in A primer in Lunar Geology, ed. R.Greeley. P. Schultz, pp. 157 - 175, NASA, Ames, 575 pp.