Badanie skutków kolizji planetoidy z Ziemią

0

Już niebawem – 8 listopada, niedaleko Ziemi przeleci planetoida 2005 YU55. Astronomowie już wyznaczyli parametry jej orbity – przebiega ona w bezpiecznej odległości od naszej planety. Możliwość wcześniejszych obserwacji komet czy planetoid, pozwala nam na przewidywanie katastrof (lub ich braku), ale co się stanie, gdy już dojdzie do takiego zdarzenia?

Impakty meteorytów miały swoje miejsce w ziemskiej historii. Pozostałość po najsłynniejszym z nich, krater Chicxulub w Meksyku, jest najlepszym tego przykładem. Takie dane umożliwiają przewidywanie skutków uderzenia meteorytu o powierzchnię Ziemi. Dodając do tego kształt ziemskiej geoidy, utwory powierzchniowe na niej rozmieszczone a także środowisko wewnętrzne, można utworzyć symulację impaktu dużych ciał niebieskich. W ten sposób przeprowadzili ją naukowcy z Princeton University. Stworzyli model zderzenia meteorytu z Ziemią.

Główny autor pracy Matthias Meschede wraz ze swoją grupą za cel obserwacji obrali sobie przemieszczanie się fal sejsmicznych po uderzeniu. By jak najbardziej zbliżyć się do rzeczywistych warunków, uwzględnili w komputerowej symulacji takie czynniki jak: niesferoidalny kształt Ziemi, utwory powierzchniowe oraz głębie oceaniczne.

Określenie takich czynników w modelu jest ważne, ponieważ pozwala określić zmiany, które wywołują przemieszczające się fale sejsmiczne.

Zmiany te mogą dotyczyć przemieszczeń gruntu, fal tsunami a nawet wybuchów wulkanów i lokalnych trzęsień ziemi. Fale powstające po kolizji meteorytu z Ziemią, przypominają trochę wypukłości na tafli wody po wrzuceniu do niej kamienia. Przemieszczają się od punktu centralnego w koncentrycznych okręgach i wszystkie spotykają się w przeciwległym punkcie globu – tak to przynajmniej powinno wyglądać w idealnej sytuacji, gdyby Ziemia była płaską kulą o jednakowej chropowatości i gęstości.

W rzeczywistości na prędkość fal sejsmicznych i umiejscowienie punktu przeciwległego wpływ ma wiele czynników. Jednym z nich jest elipsoidalność Ziemi, kolejnym ukształtowanie powierzchni, dalej ważne jest to, czy fale przemieszczają się po dnie oceanicznym czy po lądzie. Dlatego punkt ten nie znajduje się na przedłużeniu prostej (średnicy), która biegnie od krateru przez środek planety do punktu przeciwnego.

Zagadnienie przeciwległego punktu jest ważne w takim samym stopniu jak sam krater po-uderzeniowy. W miejscu zbiegnięcia się fal sejsmicznych, szczególnie po dużych impaktach, wyzwolona zostaje wtórna energia. To tak jakby spadł kolejny meteoryt. Następuje przesunięcie mas skalnych, mogą wystąpić wybuchy wulkanów lub tsunami.

Wspomniany wcześniej krater Chicxulub może być związany z innymi przyczynami wymierania kredowego. Jego przeciwległy punkt mógł znajdować się na Trapach Dekanu – pokrywach lawowych tworzących płaskowyż w Indiach. Powstały one pod koniec ery mezozoicznej, zbiegając się z masowym wymieraniem, dlatego mogą być jedną z jego przyczyn. (Chociaż energia fal sejsmicznych związanych z powstaniem krateru Chicxulub byłaby zbyt mała na wyniesienie takich mas gruntu, ze względu na jej zanikanie przez napotkane na drodze utwory powierzchniowe).

Z bardziej praktycznego punktu widzenia, znajomość umiejscowienia krateru oraz jego przeciwległego odpowiednika w miejscu zbiegnięcia się fal, daje nowe możliwości analizy ciał niebieskich. W ten sposób można w przybliżeniu określić budowę wewnętrzną danego obiektu oraz jego ukształtowanie powierzchni. W Układzie Słonecznym wiele jest takich ciał: na przykład Merkury lub księżyce gazowych gigantów.

Jest to globalne podejście do impaktu meteorytów, przede wszystkim związane z sejsmologią. Kolejnym aspektem uderzenia jest wyzwalanie olbrzymich ilości energii, zdolnej przetopić skały na ścianach krateru. W takim wypadku spójrzmy na upadek meteorytu z punktu widzenia wulkanologii.

Trudno jest badać kolizje meteorytów z dużymi ciałami niebieskimi w danej chwili – należy korzystać z materiałów z przeszłości. Jednak jest to wiedza niedokładna, którą fragmentarycznie rozszerza się o kolejne dane. Badacze z Universities of Leicester i Durham analizowali produkty uderzenia meteorytu sprzed miliona lat.

Porównano ze sobą skały pochodzenia wulkanicznego i meteorytowego, dostrzegając istotne podobieństwa. Wydostający się z krateru pył, pokrywa okolicę w promieniu wielu kilometrów warstwą analogiczną do tej tworzonej przez drobiny z wybuchów wulkanów. Z przetopionych w trakcie uderzenia skał powstają także lapille.

Powiązanie pyłów meteorytowych z wulkanicznymi (już dobrze poznanymi) pozwoli lepiej przewidywać bezpośrednie skutki takich katastrof w przyszłości.

Oddalając się trochę od specjalistycznych badań naukowych można, przy użyciu kalkulatora Impact: Earth! przeprowadzić ogólną symulację kolizji planetoidy 2005 YU55 z Ziemią (choć należy zaznaczyć, że orbita tego ciała niebieskiego wyklucza jakikolwiek kontakt z naszą planetą). Wpisując poszczególne dane:

Średnica (diameter): 400 metrów
Gęstość (density): 1500 kilogramów na metr sześcienny
Prędkość (velocity): 14 kilometrów na sekundę (dokładnie 13,7 km/s)

i określając kąt upadku (angle), cel (target) oraz dystans od miejsca impaktu (distance) możemy uzyskać różne wyniki ze szczegółowym opisem wyzwalanej energii w trakcie impaktu, globalnego zagrożenia (np. przesunięcia orbity Ziemi), powstałego krateru, wyrzucanych szczątków, energii cieplnej, fal sejsmicznych, wiatru a także możliwości wystąpienia tsunami (gdy celem było morze).

Źródła:

Princeton University: Impact study: Princeton model shows fallout of a giant meteorite strike

University of Leicester: CSI-style investigation of meteorite hits on Earth

Kalkulator Impact: Earth!

Zdjęcia przedstawiają skały wulkaniczne i powstałe w wyniku impaktu meteorytu. Po lewej szczątki z krateru uderzeniowego, po prawej skały wulkaniczne. Dwa górne zdjęcia ukazują lapille, a dwa dolne granulki powstałe z pyłu. (Image credit: From Branney and Brown 2011 (Journal of Geology 199, 275-292))

Share.

Comments are closed.