Ученые недооценивают астероид, создавший самый большой известный кратер на Земле

Кратер Вредефорт в Южной Африке — крупнейший ударный кратер на Земле. Новые исследования уточняют силу удара и его катастрофические последствия. 

Древние удары сыграли важную роль в сложной истории Земли. На других телах Солнечной системы, таких как Луна или Меркурий, история ударов сохраняется на их поверхности, потому что стереть ее нечем. Но геологическая активность Земли со временем стерла следы ударных кратеров, в некоторой степени благодаря эрозии.

Сложная история Земли подняла ее статус среди ее братьев и сестер Солнечной системы и создала мир, полный жизни. Древние гигантские удары сыграли свою роль в этой истории, принося катастрофы и разрушения и безвозвратно меняя ход событий. Расшифровать роль, которую сыграли эти гигантские удары, сложно, поскольку доказательства отсутствуют или сильно повреждены. Так как же ученые подходят к этой проблеме?

Один кратер за раз.

Наиболее известным гигантским столкновением с Землей является удар Чиксулуб, который уничтожил динозавров около 65 миллионов лет назад и расчистил путь млекопитающим. Но были и другие гигантские удары, в том числе в Южной Африке. Он называется кратер Вредефорт и является крупнейшим подтвержденным ударным кратером на Земле.

Импактор Вредефорт столкнулся с Землей около 2 миллиардов лет назад во время палеопротерозойской эры и сейчас находится в Южной Африке. Предыдущие исследования показали, что диаметр ударного элемента Вредефорта составляет от 10 до 15 км, а кратер — или ударная структура, как их называют ученые — имел диаметр около 160–300 км на момент образования. Однако эрозия уменьшила его размер за два миллиарда прошедших лет, из-за чего природа ударника, размер кратера и последствия удара трудно точно оценить.

Но новое исследование, опубликованное в Журнале геофизических исследований. Авторы исследования говорят, что ударный элемент был больше, чем предполагалось, ударил по Земле с большей скоростью, чем предполагалось, и имел разрушительные и далеко идущие последствия.

Исследование называется «Пересмотр условий образования кратера Вредефорт». Ведущий автор — Натали Аллен, доктор философии, студент факультета физики и астрономии Университета Джонса Хопкинса.

«Понимание самой большой ударной структуры, которая у нас есть на Земле, имеет решающее значение», — сказала Аллен в пресс-релизе. «Доступ к информации, предоставляемой такой структурой, как кратер Вредефорт, — это прекрасная возможность проверить нашу модель и наше понимание геологических свидетельств, чтобы мы могли лучше понять воздействия на Землю и за ее пределы».

Более поздние воздействия, такие как событие в Чиксулубе, также имели далеко идущие и катастрофические последствия. Чиксулуб стал причиной мегацунами, сильных землетрясений, огненных бурь, превративших леса в пепел и золу, скоплений атмосферной пыли, вызвавших длительное падение глобальной температуры, и, конечно же, вымирание динозавров. Но Земля была совсем другой, когда в палеопротерозойскую эру произошло столкновение с Вредефортом. Не было ни животных, ни лесов.

Предыдущие оценки ударника Вредефорта говорят о его диаметре около 15 км и скорости удара 15 км/с. Это вырыло бы кратер диаметром около 172 км. За прошедшие два миллиарда лет кратер сильно разрушился, поэтому более ранние геологические данные подтверждают оценку «15 × 15». Но проблема в том, что сейчас считается, что кратер намного больше. Наиболее полагающаяся современная оценка кратера составляет от 250 до 280 км (от 155 до 174 миль). симуляции.

Исследователи провели моделирование с помощью инструмента «импакт-код iSALE2D (impact Simplified Arbitrary Lagrangian Eulerian)». Это инструмент моделирования физики ударов, который помогает исследователям понять события столкновения. Ученые используют его для имитации ударов и воспроизведения их эффектов. Их моделирование привело к размеру и скорости ударника, которые более точно отражают современные данные. Исследователи говорят, что ударник Вредефорта на самом деле был либо телом диаметром 25 км, движущимся со скоростью 15 км/с, либо телом диаметром 20 км, движущимся со скоростью 20 км/с.

Размер кратера — не единственное доказательство, которое соответствует пересмотренным данным диаметру и скорости ударника. Некоторые особенности скалы под местом удара также предполагают более крупный ударный элемент, чем предполагалось. Исследователи обнаружили ударно-метаморфические черты в ударной структуре Вредефорта, в том числе «… брекчию, конусы разрушения, признаки плоской деформации в кварце и цирконе и расплаве», — пишут авторы. Их расположение предполагает, что удар был более мощным, чем предполагалось.

Эти пересмотренные результаты для удара Вредефорта означают, что удар был более сильным, чем считалось ранее. Удар затмевает удар Чиксулуба, убившего динозавров. В то время Чиксулуб был катастрофой для жизни на Земле, поэтому столкновение с Вредефортом было бы мегакатастрофой. Однако он не оставил записей о массовом вымирании и не оставил постоянного слоя пепла по всему земному шару, как это сделал Чиксулуб. Какой ущерб нанес ударный двигатель Вредефорт на Земле?

«В отличие от удара Чиксулуб, удар Вредефорта не оставил записей о массовом вымирании или лесных пожарах, учитывая, что два миллиарда лет назад существовали только одноклеточные формы жизни, а деревьев не существовало», — сказал профессор Мики Накадзима, один из авторов статьи. авторы также из Университета Джона Хопкинса. «Однако это воздействие могло бы повлиять на глобальный климат потенциально более широко, чем воздействие Чиксулуба».

Удар заполнил атмосферу пылью и аэрозолями, блокируя солнечный свет и вызывая падение температуры. В то время кислород накапливался в атмосфере, а фотосинтезирующие организмы были широко распространены и существовали уже миллиард лет. Что с ними случилось?

«Это могло иметь разрушительные последствия для фотосинтезирующих организмов», — сказал Накадзима. «После того, как пыль и аэрозоли осели — что могло занять от нескольких часов до десяти лет — парниковые газы, такие как углекислый газ, которые были выброшены в результате удара, потенциально повысили глобальную температуру на несколько градусов в течение длительного периода времени».

Как мы видим вокруг, повышение температуры всего на пару градусов оказывает сильное влияние на глобальный климат. В нашем потеплевшем мире все чаще происходят наводнения, ураганы, засухи и другие явления. Геологические доказательства трудно найти, но два миллиарда лет назад Земля только что вышла из гуронского оледенения, поэтому на поверхности планеты, вероятно, было много льда. Если бы удар Вредефорта повысил глобальную температуру, таяние могло бы значительно поднять уровень океана. Столкновение могло также предвещать период сильных штормов, хотя нет никакого способа узнать наверняка.

Авторы воздерживаются от точного объяснения последствий для жизни на Земле того времени. Но они приходят к нескольким выводам.

Предыдущие оценки размера кратера и размера ударника не соответствуют геологическим данным. Более слабое воздействие предыдущих исследований не может создать достаточного давления, чтобы создать геологические особенности на месте удара Вредефорта.

Удары такого размера также создают пласт расплава под местом удара. Хотя большая его часть разрушилась за два миллиарда лет, модели ученых показывают, что некоторые из них все еще должны существовать под центром, где он находится сегодня.

Другой их вывод касается расположения суши два миллиарда лет назад. Мы знаем, что континенты значительно дрейфовали и даже соединялись в прошлом, но определить их точное местоположение в определенное время сложно. Ученые находили выбросы от удара Вредефорта в разных местах по всему миру, особенно в Карелии, Россия, и они знают, как далеко могут распространяться выбросы от удара данной энергии. Так что при более точном понимании энергии удара Вредефорта авторы смогли ограничить местонахождение Карелии в момент удара. Когда произошел удар Вредефорта, Карелия находилась на расстоянии от 2000 до 2500 км от места удара. Теперь они в четыре раза дальше друг от друга.

«Невероятно сложно определить расположение массивов суши давным-давно», — говорит Аллен. «Самые лучшие симуляции на сегодняшний день отображают историю примерно на миллиард лет назад, и неопределенность становится больше, чем дальше вы уходите. Уточнение доказательств, таких как это картирование слоя выброса, может позволить исследователям проверить свои модели и помочь завершить взгляд в прошлое».

Ученым будет трудно когда-либо понять, что случилось с жизнью на Земле после удара импактора Вредефорт. Огромное количество выделившихся газов вместе со всей пылью, возможно, сделали фотосинтез неэффективным на большей части земного шара. Возможно, потребовалось десять лет, чтобы вся эта пыль осела и газы покинули атмосферу. Это была катастрофа, как ни крути.

Жизнь на Земле столкнулась с катастрофическими последствиями, вымираниями и глобальными климатическими колебаниями. Ударная волна Chicxulub, убивающий динозавров, уделяет этому большое внимание. Но это исследование показывает, что массивные столкновения могли повлиять на ход жизни на Земле, даже когда эта жизнь была только одноклеточной. Какие конкретные последствия оказало воздействие Вредефорта на долгое эволюционное путешествие жизни?

«Глобальные последствия этого удара были бы обширными», — пишут авторы. «Высвобождение климатических газов изменило бы глобальный климат, но дальнейшие прогнозы требуют изучения, выходящего за рамки этой работы».