Зима , вызванная ударом астероида или кометы, — это предполагаемый период продолжительной холодной погоды , вызванный падением крупного астероида или кометы на поверхность Земли . Если астероид упадет на сушу или мелководный водоем, он выбросит в атмосферу огромное количество пыли, пепла и других материалов , блокируя излучение Солнца . Это приведет к резкому снижению глобальной температуры. [ количественно ] [2] [3] Если астероид или комета диаметром около 5 км (3,1 мили) или более упадут в большой глубокий водоем или взорвутся до того, как достигнут поверхности, в атмосферу все равно будет выброшено огромное количество обломков. [2] [3] [4] Было высказано предположение, что зима, вызванная ударом астероида, может привести к массовому вымиранию , уничтожив многие из существующих в мире видов. Событие вымирания в мелово-палеогеновый период, вероятно, включало зиму, вызванную ударом астероида, и привело к массовому вымиранию большинства четвероногих, весивших более 25 килограммов (55 фунтов). [5]
Каждый год в Землю попадает метеороид диаметром 5 м (16 футов) , который производит взрыв на высоте 50 км (31 миля) над поверхностью с мощностью, эквивалентной одной килотонне тротила. [6] Каждый день в Землю попадает метеор диаметром менее 5 м (16 футов), который распадается, не достигнув поверхности. Метеоры, которые все же достигают поверхности, как правило, поражают ненаселенные районы и не причиняют вреда. Человек с большей вероятностью погибнет в пожаре, наводнении или другом стихийном бедствии, чем в результате удара астероида или кометы. [2] Другое исследование, проведенное в 1994 году, показало, что вероятность того, что в течение следующего столетия на Землю упадет крупный астероид или комета диаметром около 2 км (1,2 мили), составляет 1 к 10 000. Этот объект способен разрушить экосферу и убить большую часть населения мира. [2] Один из таких объектов, астероид 1950 DA , в настоящее время имеет вероятность столкновения с Землей в 2880 году 0,005%, [7] хотя на момент первого обнаружения вероятность составляла 0,3%. [6] Вероятность снижается по мере уточнения орбит с помощью дополнительных измерений.
Более 300 короткопериодических комет пролетают вблизи более крупных планет, таких как Сатурн и Юпитер , что может изменить траектории комет и потенциально вывести их на орбиту, пересекающую Землю. Это может произойти и с долгопериодическими кометами, но вероятность наиболее высока для короткопериодических комет. Вероятность их прямого столкновения с Землей намного ниже, чем у столкновения с объектом, близким к Земле (NEO). Виктор Клуб и Билл Напье поддерживают спорную теорию о том, что короткопериодическая комета на орбите, пересекающей Землю, не обязательно должна столкнуться с ней, чтобы быть опасной, поскольку она может распасться и вызвать пылевую завесу с возможностью сценария « ядерной зимы » с долгосрочным глобальным похолоданием, длящимся тысячи лет (что они считают схожим по вероятности со столкновением с расстояния 1 км). [8] [9] [10] [11]
Земля подвергается нескончаемому шквалу космического мусора. Мелкие частицы сгорают, попадая в атмосферу , и видны как метеоры . Многие из них остаются незамеченными для обычного человека, хотя не все они сгорают до того, как ударяются о поверхность Земли. Те, которые ударяются о поверхность, известны как метеориты . [4] Таким образом, не каждый объект, который ударяется о Землю, вызовет событие уровня вымирания или даже причинит какой-либо реальный вред. Объекты высвобождают большую часть своей кинетической энергии в атмосфере и взрываются, если они сталкиваются со столбом атмосферы, большим или равным их массе . [2] Удары уровня вымирания на Земле происходят примерно каждые 100 миллионов лет. [3] [4] [12] Хотя события вымирания случаются очень редко, крупные снаряды могут нанести серьезный ущерб. [2] [12] В этом разделе будет обсуждаться характер опасностей, создаваемых снарядами, в зависимости от их размера и состава.
Большой астероид или комета могут столкнуться с поверхностью Земли с силой в сотни или тысячи раз превышающей силу всех ядерных бомб на Земле. [4] Например, предполагается, что событие мел-палеогенового вымирания вызвало вымирание всех нептичьих динозавров 66 миллионов лет назад. Ранние оценки размера этого астероида составляли около 10 км (6,2 мили) в диаметре. Это означает, что он ударил с силой почти 100 000 000 МТ (418 ЗДж). [13] Это более чем в шесть миллиардов раз больше мощности атомной бомбы (16 килотонн, 67 ТДж), сброшенной на Хиросиму во время Второй мировой войны. Этот ударник вырыл кратер Чиксулуб диаметром 180 км (110 миль). При таком размере объекта пыль и мусор все равно будут выброшены в атмосферу, даже если он попадет в океан, глубина которого составляет всего 4 км (2,5 мили). [ 3] Астероид , метеор или комета останутся нетронутыми в атмосфере благодаря своей огромной массе. Однако объект размером менее 3 км (1,9 мили) должен иметь прочный железный состав, чтобы пробить нижние слои атмосферы — тропосферу или нижние уровни стратосферы . [ 2]
Существует три различных типа состава астероида или кометы: металлический , каменный и ледяной . Состав объекта определяет, достигнет ли он поверхности Земли целым, распадется ли до выхода из атмосферы или разрушится и взорвется непосредственно перед достижением поверхности. [2] [4] Металлический объект, как правило, состоит из сплавов железа и никеля . [2] Эти металлические объекты с наибольшей вероятностью ударятся о поверхность, поскольку они лучше выдерживают напряжения, вызванные давлением лобовой атаки, сплющиванием и фрагментацией во время торможения в атмосфере . [2] Каменные объекты, такие как хондритовые метеориты, имеют тенденцию сгорать, распадаться или взрываться до того, как покинуть верхние слои атмосферы. Те, которые достигают поверхности, нуждаются в минимальной энергии около 10 Мт (4 × 10 16 Дж ) или в диаметре около 50 м (160 футов), чтобы прорваться сквозь нижние слои атмосферы (это для каменного объекта, ударяющегося со скоростью 20 километров в секунду (40 000 миль в час)). Пористые кометоподобные объекты состоят из силикатов низкой плотности , органических веществ , льда, летучих веществ и часто сгорают в верхних слоях атмосферы из-за своей низкой объемной плотности (≤1 г/см 3 (60 фунтов/куб. фут)). [2]
Хотя астероиды и кометы , которые сталкиваются с Землей, ударяют с силой, во много раз превышающей взрывную силу вулкана , механизмы ударной зимы аналогичны тем, которые происходят после вулканической зимы, вызванной мегавулканическим извержением . В этом сценарии огромное количество мусора, выброшенного в атмосферу, будет блокировать часть солнечного излучения в течение длительного периода времени и понизит среднюю глобальную температуру на целых 20 °C за год. [3] Двумя основными механизмами, которые могут привести к ударной зиме, являются массовый выброс реголита и множественные огненные штормы .
В исследовании, проведенном Куртом Кови и др., было обнаружено, что астероид диаметром около 10 км (6,2 мили) с взрывной силой около 10 8 МТ может выбросить в атмосферу около 2,5x10 15 кг аэрозольных частиц размером 1 мкм . Все, что больше, быстро упадет обратно на поверхность. [3] Затем эти частицы будут распространяться по всей атмосфере и поглощать или преломлять солнечный свет, прежде чем он сможет достичь поверхности, охлаждая планету таким же образом, как сернистый аэрозоль, поднимающийся из мегавулкана , вызывая глубокое глобальное затемнение . [3] [14] Существует спорное предположение, что это произошло после извержения Тоба .
Эти измельченные частицы горных пород будут оставаться в атмосфере до сухого осаждения , и из-за своего размера они также будут действовать как ядра конденсации облаков и будут вымываться влажным осаждением /осадками, но даже тогда около 15% солнечного излучения может не достичь поверхности. [ почему? ] После первых 20 дней температура земли может быстро упасть, примерно на 13 °C. Примерно через год температура может подняться примерно на 6 °C, но к этому времени около трети Северного полушария может быть покрыта льдом. [3]
Однако этот эффект может быть в значительной степени смягчен, даже обращен вспять, за счет выброса огромного количества водяного пара и углекислого газа, вызванного начальным глобальным тепловым импульсом после удара. Если астероид попадет в океан (что произойдет в большинстве случаев ударов), водяной пар составит большую часть любого выброшенного вещества и, вероятно, приведет к сильному парниковому эффекту и чистому повышению температуры. [ необходима цитата ]
Если событие столкновения достаточно энергично, оно может вызвать мантийный плюм (вулканизм) в антиподальной точке (противоположная сторона света). [15] Этот вулканизм может сам по себе вызвать вулканическую зиму , независимо от других последствий столкновения.
В сочетании с первоначальным мусором, выброшенным в атмосферу , если ударник чрезвычайно большой (3 км (1,9 мили) или больше), как в случае вымирания в мел-палеогеновый период (оценочно 10 км (6,2 мили)), может произойти зажигание множественных огненных штормов , возможно, с глобальным охватом каждого густого и, следовательно, подверженного огненным штормам леса. Эти лесные пожары могут высвободить достаточное количество водяного пара, золы, сажи, смолы и углекислого газа в атмосферу, чтобы самостоятельно нарушить климат и заставить облако измельченной каменной пыли, закрывающее солнце, продержаться дольше. В качестве альтернативы это может привести к тому, что оно продлится гораздо меньше времени, так как будет больше водяного пара для частиц каменного аэрозоля, чтобы сформировать ядра конденсации облака . Если это заставит пылевое облако продержаться дольше, это продлит время охлаждения Земли, возможно, вызвав образование более толстых ледяных щитов. [3] [14]
В 2016 году в рамках научного проекта по бурению было проведено глубокое бурение в пиковом кольце ударного кратера Чиксулуб с целью получения образцов керна горной породы из самого удара. Этот кратер является одним из самых известных ударных кратеров и был ударом, ответственным за вымирание нептичьих динозавров .
Открытия широко рассматривались как подтверждение современных теорий, связанных как с ударом кратера, так и с его последствиями. Они подтвердили, что порода, составляющая пиковое кольцо, подверглась огромному давлению и силам, и была расплавлена огромным теплом и потрясена огромным давлением из своего обычного состояния в свою нынешнюю форму всего за несколько минут. Тот факт, что пиковое кольцо было сделано из гранита, также имел значение, поскольку гранит не является породой, встречающейся в отложениях морского дна — он зарождается гораздо глубже в земле и был выброшен на поверхность огромным давлением удара. Гипс , сульфатсодержащая порода, которая обычно присутствует на мелководном морском дне региона, была почти полностью удалена и, следовательно, должна была почти полностью испариться и попасть в атмосферу, и что за событием немедленно последовало огромное мегацунами (массивное движение морских вод), достаточное для того, чтобы отложить самый большой известный слой песка, разделенный по размеру зерна, непосредственно над пиковым кольцом.
Они решительно подтверждают гипотезу о том, что удар был достаточно большим, чтобы создать 120-мильное пиковое кольцо, выбросить расплавленный гранит из глубины земли, создать колоссальные движения воды и выбросить огромное количество испаренной породы и сульфатов в атмосферу, где они могли бы сохраняться в течение длительного времени. Это глобальное рассеивание пыли и сульфатов привело бы к внезапному и катастрофическому воздействию на климат во всем мире, вызвав большие перепады температур, опустошив пищевую цепочку . [16] [17]
Зима, вызванная ударом, окажет разрушительное воздействие на людей, а также на другие виды на Земле. При значительном уменьшении солнечной радиации первыми видами, которые умрут, будут растения и животные, которые выживут благодаря процессу фотосинтеза . Эта нехватка пищи в конечном итоге приведет к другим массовым вымираниям других животных, которые находятся выше в пищевой цепочке , и, возможно, убьет до 25% населения Земли. [6] В зависимости от местоположения и размера первоначального удара, стоимость усилий по очистке может быть настолько высокой, что вызовет экономический кризис для выживших. [19] Эти факторы сделают жизнь на Земле для людей чрезвычайно сложной.
При атмосфере Земли, полной пыли и других материалов, излучение солнца будет преломляться и рассеиваться обратно в космос и поглощаться этим мусором. Первым эффектом на Земле, после взрывной волны и потенциальных множественных огненных штормов , станет гибель большинства, если не всех, фотосинтетических форм жизни на Земле. Те, кто выживет в океане, возможно, впадут в спячку до тех пор, пока снова не выйдет солнце. [3] [6] Те, кто на суше, возможно, смогут выжить в подземном микроклимате , одним из таких примеров являются арагонитовые пещеры Збрашова . Теплицы в подземных комплексах с электростанциями на ископаемом или ядерном топливе, предположительно, могли бы поддерживать искусственные лампы для выращивания солнечного света , пока атмосфера не начнет очищаться. Между тем, те, кто снаружи, которые не погибнут из-за отсутствия солнечного света, скорее всего, будут убиты или останутся в состоянии спячки из-за экстремального холода ударной зимы. Эта гибель растений может привести к длительному периоду голода, если достаточное количество людей переживет первоначальную взрывную волну, и приведет к увеличению расходов на продовольствие в неразвитых странах всего через несколько месяцев после первых неурожаев. Развитые страны не столкнулись бы с голодом , если бы похолодание не длилось дольше года из-за больших запасов консервов и зерна в этих странах. Однако, если бы фактор воздействия был схож по размеру с фактором воздействия границы K/T, сельскохозяйственные потери не могли бы быть компенсированы импортом в северное полушарие из южного полушария или наоборот. [6] [19] Единственный способ избежать голода для каждой страны — накопить по крайней мере годовой запас продовольствия для своего населения. Не во многих странах это есть; средний уровень запасов зерновых в мире составляет всего около 30% от годового производства. [6] [20]
Стоимость ликвидации последствий падения астероида или кометы может составить от миллиардов до триллионов долларов в зависимости от места падения. [19] [20] Удар в Нью-Йорке (16-м по численности населения городе мира) может обойтись в миллиарды долларов финансовых потерь, а финансовому сектору (то есть фондовому рынку ) могут потребоваться годы на восстановление. [19] Однако вероятность такого естественно направленного удара будет чрезвычайно низкой.
По состоянию на 20 февраля 2018 года известно [обновлять]о 17 841 околоземном объекте . Известно о 8 059 потенциально опасных объектах; они больше 140 м (460 футов) и могут приблизиться к Земле на расстояние, в 20 раз превышающее расстояние до Луны . [6] Было обнаружено 888 околоземных астероидов размером более 1 км, [21] или 96,5% от предполагаемого общего числа около 920. [22]