Диаметр 15 миль — астероид, образовавший самый большой кратер на Земле, больше, чем считалось ранее

Согласно новым исследованиям, ударная волна должна была иметь размеры от 20 до 25 километров (12,4-15,5 мили) и двигаться со скоростью 15-20 километров (9,3-12,4 мили) в секунду.

Исследователи из Университета Рочестера создали более точную модель удара, в результате которого два миллиарда лет назад образовался кратер Вредефорт.

Около двух миллиардов лет назад в сторону Земли устремился импактор, который врезался в планету недалеко от того места, где сейчас находится Йоханнесбург (Южная Африка). Импактор, скорее всего, астероид, образовал самый большой кратер на Земле. Основываясь на более ранних исследованиях, ученые в основном признают, что кратер Вредефорт был образован объектом диаметром около 15 км (около 9,3 мили) и скоростью 15 км/с.

Однако недавнее исследование, проведенное в Рочестерском университете, позволяет предположить, что ударная волна могла быть значительно больше, что привело бы к катастрофическим последствиям для всей планеты. Это исследование, результаты которого недавно были опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research, улучшает наше представление о масштабном ударе и открывает путь к более реалистичному моделированию ударных событий, происходивших на Земле и других планетах как в прошлом, так и в будущем.

«Понимание крупнейшей ударной структуры, которую мы имеем на Земле, очень важно», — говорит Натали Аллен (Natalie Allen ’20), которая в настоящее время является доктором философии в Университете Джона Хопкинса. Аллен — первый автор статьи, основанной на исследованиях, которые она проводила в Рочестере в качестве студента вместе с Мики Накаджимой, доцентом кафедры наук о Земле и окружающей среде. «Доступ к информации, предоставляемой такой структурой, как кратер Вредефорт, — это прекрасная возможность проверить нашу модель и наше понимание геологических данных, чтобы лучше понять воздействие на Земле и за ее пределами».

Около двух миллиардов лет назад в сторону Земли устремился импактор — скорее всего, астероид — и врезался в планету недалеко от современного Йоханнесбурга (ЮАР). В результате столкновения образовался кратер Вредефорт, который сегодня является самым большим кратером на нашей планете. Используя обновленные данные моделирования, ученые Рочестерского университета обнаружили, что импактор, образовавший кратер Вредефорт, был гораздо больше, чем считалось ранее. Credit: NASA Earth Observatory image by Lauren Dauphin / University of Rochester illustration by Julia Joshpe

Обновленное моделирование предполагает «разрушительные» последствия

Кратер Вредефорт подвергался эрозии в течение двух миллиардов лет. В связи с этим ученым трудно определить точные размеры кратера на момент первоначального удара и, соответственно, размеры и скорость ударной волны, создавшей кратер.

Кратер диаметром 172 км (107 миль) был бы создан объектом размером 15 км (9,3 мили), двигавшимся со скоростью 15 км (9,3 мили) в секунду. Однако это значительно меньше, чем существующие оценки кратера Вредефорт. Основываясь на новых геологических данных и измерениях, ученые предполагают, что первоначальный диаметр структуры в момент столкновения составлял от 250 до 280 км (от 155 до 174 миль).

Аллен, Накаджима и их коллеги провели моделирование, чтобы сопоставить уточненные размеры кратера. Результаты показали, что для объяснения кратера размером 250 км ударная волна должна была быть гораздо больше — около 20-25 км (12,5-15,5 мили) — и двигаться со скоростью 15-20 км (9,3-12,4 мили) в секунду.

Это означает, что ударная волна, образовавшая кратер Вредефорт, была бы крупнее астероида, который 66 млн. лет назад уничтожил динозавров, образовав кратер Чиксулуб. Это столкновение имело разрушительные последствия для всего мира, включая парниковый эффект, широкомасштабные лесные пожары, кислотные дожди, разрушение озонового слоя, а также вызвало меловое-палеогеновое вымирание, в результате которого погибли динозавры.

Если кратер Вредефорт был еще больше, а удар был более энергичным, чем тот, который образовал кратер Чиксулуб, то удар Вредефорт мог привести к еще более катастрофическим глобальным последствиям.

«В отличие от Чиксулубского удара, Вредефортский удар не оставил следов массового вымирания или лесных пожаров, поскольку два миллиарда лет назад существовали только одноклеточные формы жизни и не было деревьев», — говорит Накаджима. «Однако это столкновение могло повлиять на глобальный климат потенциально сильнее, чем столкновение с Чиксулуб».

По ее словам, пыль и аэрозоли от удара Вредефорта распространились бы по всей планете и блокировали солнечный свет, охлаждая поверхность Земли. Это могло оказать разрушительное воздействие на фотосинтезирующие организмы». После оседания пыли и аэрозолей, которое могло занять от нескольких часов до десятилетия, парниковые газы, такие как углекислый газ, выброшенные в результате столкновения, могли бы поднять глобальную температуру на несколько градусов в течение длительного периода времени».

Многогранная модель кратера Вредефорт

Моделирование также позволило исследователям изучить материал, выброшенный в результате удара, и расстояние, на которое он удалился от кратера. Эта информация может быть использована для определения географического положения массивов суши, существовавших миллиарды лет назад. Например, предыдущие исследования показали, что материал от импактора был выброшен на территорию современной Карелии (Россия). Используя свою модель, Аллен, Накаджима и их коллеги установили, что два миллиарда лет назад расстояние между массивом суши, на котором находилась Карелия, и кратером в Южной Африке составляло бы всего 2000-2500 км — гораздо ближе, чем эти два района находятся сегодня.

«Невероятно трудно определить местоположение земных масс в давние времена», — говорит Аллен. «Лучшие из существующих на сегодняшний день моделей позволили составить карту на миллиард лет назад, и неопределенность растет тем больше, чем дальше в прошлое вы уходите. Уточнение таких данных, как картирование эжектированных слоев, может позволить исследователям проверить свои модели и дополнить картину прошлого».

Исследования студентов привели к публикации

Идея этой статьи возникла в ходе подготовки к выпускной работе по курсу «Физика планетных интерьеров» (теперь он называется «Физика планетных интерьеров»), который читал Накаджима и который Аллен читал на первом курсе.

Аллен говорит, что опыт, когда работа студента вылилась в статью в рецензируемом журнале, был очень полезен и помог ей при поступлении в аспирантуру.

«Когда профессор Накаджима подошел ко мне и спросил, хочу ли я работать вместе, чтобы превратить эту работу в публикацию, это было очень приятно и полезно», — говорит Аллен. «Я сформулировала свою собственную исследовательскую идею, и она показалась другому ученому настолько убедительной, что он счел ее достойной публикации!»

Она добавляет: «Этот проект выходил за рамки моей привычной зоны комфорта, но я думала, что он станет отличным учебным опытом и заставит меня по-новому применить свои навыки. Он придал мне большую уверенность в своих исследовательских способностях, поскольку я готовилась к поступлению в аспирантуру».

Ссылка: «A Revision of the Fo rmation Conditions of the Vredefort Crater» Natalie H. Allen, Miki Nakajima, Kai Wünnemann, Søren Helhoski and Dustin Trail, 8 августа 2022 г., Journal of Geophysical Research Planets . DOI: 10.1029/2022JE007186

Исследование финансировалось Национальным научным фондом.