Ударная зима

Импактная зима — это предполагаемый период продолжительной холодной погоды из-за воздействия большого астероида или кометы на поверхность Земли . Если бы астероид столкнулся с землей или неглубоким водоемом, он выбросил бы в атмосферу огромное количество пыли, пепла и других материалов блокируя излучение Солнца , . Это приведет к резкому снижению глобальной температуры. [ количественно ] [ 2 ] [ 3 ] Если бы астероид или комета диаметром около 5 км (3,1 мили) или более врезался в большой глубокий водоем или взорвался до того, как коснулся поверхности, в атмосферу все равно было бы выброшено огромное количество мусора. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Было высказано предположение, что ударная зима может привести к массовому вымиранию , уничтожив многие существующие в мире виды. Мел -палеогеновое вымирание, вероятно, было связано с ударной зимой и привело к массовому вымиранию большинства четвероногих весом более 25 килограммов (55 фунтов). [ 5 ]
Возможность воздействия
[ редактировать ]Каждый год на Землю падают метеориты диаметром 5 м (16 футов) , которые производят взрыв на высоте 50 км (31 миль) над поверхностью с мощностью, эквивалентной одной килотонне в тротиловом эквиваленте. [ 6 ] На Землю каждый день падает метеор диаметром менее 5 м (16 футов), который распадается, не достигнув поверхности. Метеоры, долетающие до поверхности, обычно падают на безлюдные территории и не причиняют никакого вреда. У человека больше шансов погибнуть в результате пожара, наводнения или другого стихийного бедствия, чем умереть из-за падения астероида или кометы. [ 2 ] Другое исследование, проведенное в 1994 году, выявило вероятность 1 из 10 000, что в течение следующего столетия на Землю столкнется большой астероид или комета диаметром около 2 км (1,2 мили). Этот объект был бы способен разрушить экосферу и убить значительную часть населения мира. [ 2 ] Один из таких объектов, астероид 1950 DA , в настоящее время имеет вероятность 0,005% столкновения с Землей в 2880 году. [ 7 ] хотя при первом обнаружении вероятность составляла 0,3%. [ 6 ] Вероятность снижается по мере уточнения орбит дополнительными измерениями.
Более 300 короткопериодических комет проходят вблизи более крупных планет, таких как Сатурн и Юпитер , что может изменить траектории комет и потенциально может вывести их на орбиту, пересекающую Землю. Это может произойти и с долгопериодическими кометами, но вероятность наибольшая для короткопериодических комет. Вероятность их прямого столкновения с Землей намного ниже, чем вероятность столкновения с околоземным объектом (ОСЗ). Виктор Клуб и Билл Нэпьер поддерживают противоречивую теорию о том, что короткопериодическая комета на орбите, пересекающей Землю, не обязательно должна столкнуться с ней, чтобы стать опасной, поскольку она может распасться и вызвать пылевой завесу с возможностью сценария « ядерной зимы » с длительным сроком действия. -временное глобальное похолодание, продолжающееся тысячи лет (которое, по их мнению, по вероятности аналогично удару высотой 1 км). [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
Необходимые факторы воздействия
[ редактировать ]Земля испытывает нескончаемый шквал космического мусора. Мелкие частицы сгорают при попадании в атмосферу и становятся видимыми как метеоры . Многие из них остаются незамеченными для обычного человека, хотя не все из них сгорают до того, как достигают поверхности Земли. Те, которые падают на поверхность, известны как метеориты . [ 4 ] Таким образом, не каждый объект, попавший на Землю, вызовет событие уровня вымирания или даже причинит какой-либо реальный вред. Объекты выделяют большую часть своей кинетической энергии в атмосферу и взрываются, если на них попадает столб атмосферы, превышающий или равный их массе . [ 2 ] Воздействие уровня вымирания на Землю происходит примерно каждые 100 миллионов лет. [ 3 ] [ 4 ] [ 12 ] Хотя случаи вымирания случаются очень редко, крупные снаряды могут нанести серьезный ущерб. [ 2 ] [ 12 ] В этом разделе будет обсуждаться характер опасностей, исходящих от снарядов, в зависимости от их размера и состава.
Размер
[ редактировать ]Большой астероид или комета может столкнуться с поверхностью Земли с силой, в сотни и тысячи раз превышающей силу всех ядерных бомб на Земле. [ 4 ] Например, было высказано предположение, что мел-палеогеновое вымирание вызвало вымирание всех нептичьих динозавров 66 миллионов лет назад. По ранним оценкам размера этого астероида его диаметр составлял около 10 км (6,2 мили). Это означает, что сила удара составила почти 100 000 000 МТ (418 ЗДж). [ 13 ] Это более чем в шесть миллиардов раз превышает мощность атомной бомбы (16 килотонн, 67 ТДж), сброшенной на Хиросиму во время Второй мировой войны. Этот ударник образовал кратер Чиксулуб диаметром 180 км (110 миль). Для объекта такого размера пыль и мусор все равно будут выброшены в атмосферу, даже если он упадет в океан, глубина которого составляет всего 4 км (2,5 мили). [ 3 ] Астероид метеор , атмосфере или комета останутся нетронутыми в благодаря своей огромной массе. Однако объект размером менее 3 км (1,9 мили) должен иметь сильный состав железа , чтобы проникнуть в нижние слои атмосферы — тропосферу или нижние уровни стратосферы . [ 2 ]
Состав
[ редактировать ]Существует три различных типа состава астероида или кометы: металлический , каменный и ледяной . Состав объекта определяет, достигнет ли он поверхности Земли в целости и сохранности, распадется ли он до того, как нарушить атмосферу, или распадется и взорвется непосредственно перед достижением поверхности. [ 2 ] [ 4 ] Металлический предмет обычно состоит из сплавов железа и никеля . [ 2 ] Эти металлические предметы с наибольшей вероятностью ударятся о поверхность, поскольку они лучше выдерживают напряжения, давлением тарана, вызванные сплющиванием и фрагментацией во время торможения в атмосфере . [ 2 ] Каменистые объекты, такие как хондритовые метеориты, имеют тенденцию гореть, распадаться или взрываться, прежде чем покинуть верхние слои атмосферы. Тем, кто доберется до поверхности, потребуется минимальная энергия около 10 Мт (4 × 10 16 J ) или диаметром около 50 м (160 футов), чтобы пробить нижние слои атмосферы (это для каменного объекта, летящего со скоростью 20 километров в секунду (40 000 миль в час)). Пористые кометоподобные объекты состоят из силикатов низкой плотности , органики , льда, летучих и часто сгорают в верхних слоях атмосферы из-за своей низкой объемной плотности (≤1 г/см). 3 (60 фунтов/куб футов)). [ 2 ]
Возможные механизмы
[ редактировать ]Хотя астероиды и кометы , которые сталкиваются с Землей, ударяются с силой взрыва, во много раз превышающей мощность вулкана , механизмы ударной зимы аналогичны тем, которые возникают после извержением мега-вулкана , вызванной вулканической зимы . В этом сценарии огромное количество мусора, выброшенного в атмосферу, заблокирует часть солнечного излучения на длительный период времени и снизит среднюю глобальную температуру на целых 20 °C через год. [ 3 ] Двумя основными механизмами, которые могут привести к ударной зиме, являются массовый выброс реголита и множественные огненные бури .
Массовый выброс реголита
[ редактировать ]
В исследовании, проведенном Куртом Кови и др., было обнаружено, что астероид диаметром около 10 км (6,2 мили) с силой взрыва около 10 8 MT может отправить вверх примерно 2,5x10 15 кг 1 мкм частиц размером аэрозольных в атмосферу . Все, что больше, быстро упадет обратно на поверхность. [ 3 ] Эти частицы затем будут распространяться по всей атмосфере и поглощать или преломлять солнечный свет, прежде чем он сможет достичь поверхности, охлаждая планету аналогично тому, как сернистый аэрозоль, поднимающийся из мегавулкана , вызывая глубокое глобальное затемнение . [ 3 ] [ 14 ] Существует противоречивая версия, что это произошло после извержения Тобы .
Эти измельченные частицы горных пород останутся в атмосфере до тех пор, пока не выпадут в сухом виде , и из-за своего размера они также будут действовать как ядра конденсации облаков и будут вымываться в результате влажных отложений /осадков, но даже в этом случае около 15% солнечной радиации может не попасть в атмосферу. достичь поверхности. [ почему? ] Через первые 20 дней температура суши 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 покрыто льдом. [ 3 ]
Однако этот эффект можно было бы в значительной степени смягчить или даже обратить вспять за счет выброса огромного количества водяного пара и углекислого газа, вызванного первоначальным глобальным тепловым импульсом после удара. Если астероид столкнется с океаном (что будет иметь место в большинстве случаев удара), водяной пар составит большую часть выброшенного вещества и, вероятно, приведет к серьезному парниковому эффекту и чистому повышению температуры. [ нужна ссылка ]
Если событие удара будет достаточно энергичным, оно может вызвать мантийный плюм (вулканизм) в антиподальной точке (противоположная сторона света). [ 15 ] Следовательно, этот вулканизм сам по себе мог вызвать вулканическую зиму , независимо от других последствий воздействия.
Множественные огненные бури
[ редактировать ]В сочетании с первоначальными обломками, выброшенными в атмосферу , если ударник чрезвычайно велик (3 км (1,9 мили) или более), как во время мел-палеогенового вымирания (по оценкам, 10 км (6,2 мили)), может произойти возникновение многочисленных огненных ураганов , возможно, с глобальным охватом каждого густого и, следовательно, подверженного огненным ураганам леса. Эти лесные пожары могут выпустить в атмосферу достаточное количество водяного пара, пепла, сажи, смолы и углекислого газа, чтобы сами по себе нарушить климат и привести к тому, что облако измельченной каменной пыли, закрывающее солнце, будет существовать дольше. В качестве альтернативы это может привести к тому, что оно продлится гораздо более короткое время, поскольку в каменистых аэрозольных частицах будет больше водяного пара, чтобы сформировать ядра конденсации облаков . Если это приведет к тому, что пылевое облако будет существовать дольше, это продлит время охлаждения Земли, что, возможно, приведет к образованию более толстых ледяных щитов. [ 3 ] [ 14 ]
Прошедшие события
[ редактировать ]В 2016 году в рамках научного проекта бурения было пробурено глубокое кольцо пика ударного кратера Чиксулуб, чтобы получить образцы керна горной породы самого удара. Этот кратер является одним из самых известных ударных кратеров и стал причиной вымирания нептичьих динозавров .
Эти открытия были широко восприняты как подтверждение существующих теорий, связанных как с воздействием кратера, так и с его последствиями. Они подтвердили, что порода, составляющая кольцо вершины, подверглась огромному давлению и силам, была расплавлена под воздействием огромного тепла и потрясена огромным давлением и превратилась из своего обычного состояния в нынешнюю форму всего за несколько минут. Тот факт, что кольцо вершины было сделано из гранита, также имел большое 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 этого региона, был почти полностью удален и поэтому, должно быть, почти полностью испарился и попал в атмосферу, и что за этим событием сразу же последовало огромное мегацунами ( массивное движение морских вод), достаточное для того, чтобы отложить самый большой из известных слоев песка, разделенных по размеру зерен, непосредственно над кольцом пика.
Это убедительно подтверждает гипотезу о том, что ударник был достаточно большим, чтобы создать кольцо пика длиной 120 миль, выбросить расплавленный гранит из глубины земли, создать колоссальные движения воды и выбросить огромное количество испаренной породы и сульфатов в атмосферу, где они сохранялся бы еще долго. Такое глобальное рассеивание пыли и сульфатов привело бы к внезапному и катастрофическому воздействию на климат во всем мире, вызвав большие перепады температур, разрушающие пищевую цепочку . [ 16 ] [ 17 ]
Влияние на человека
[ редактировать ]
Ударная зима окажет разрушительное воздействие на людей, а также на другие виды на Земле. Поскольку солнечная радиация значительно уменьшится, первыми вымрут виды растений и животных, которые выживают за счет процесса фотосинтеза . Эта нехватка еды в конечном итоге приведет к массовым вымираниям других животных, находящихся на более высоких уровнях пищевой цепи , и, возможно, убьет до 25% человеческого населения. [ 6 ] В зависимости от места и размера первоначального воздействия, стоимость усилий по ликвидации последствий может быть настолько высокой, что может вызвать экономический кризис для выживших. [ 19 ] Эти факторы сделают жизнь на Земле для людей чрезвычайно трудной.
Сельское хозяйство
[ редактировать ]Поскольку атмосфера Земли полна пыли и других материалов, солнечное излучение будет преломляться, рассеиваться обратно в космос и поглощаться этими обломками. Первым эффектом на Земле после взрывной волны и возможных многочисленных огненных бурь станет гибель большинства, если не всех, фотосинтетических форм жизни на Земле. Те, кто выживет в океане, возможно, впадут в спячку, пока снова не взойдет солнце. [ 3 ] [ 6 ] Те, кто живет на суше, возможно, смогут сохраниться в подземном микроклимате , одним из таких примеров являются Збрашовские арагонитовые пещеры . Теплицы в подземных комплексах с электростанциями, работающими на ископаемом или ядерном топливе, предположительно могли бы поддерживать лампы для выращивания искусственного солнечного света включенными до тех пор, пока атмосфера не начнет проясняться. Между тем, те, кто снаружи не погиб из-за отсутствия солнечного света, скорее всего, будут убиты или останутся в спячке из-за сильного холода ударной зимы. Эта гибель растений может привести к длительному периоду голода , если достаточное количество людей переживет первоначальную взрывную волну, и приведет к увеличению цен на продукты питания в неразвитых странах всего через несколько месяцев после первого неурожая. Развитые страны не столкнулись бы с голодом , если бы похолодание не продлилось дольше года из-за больших запасов консервов и зерна в этих странах. Однако если бы ударник по размеру был аналогичен пограничному ударнику К/Т, сельскохозяйственные потери не могли бы быть компенсированы импортом в северное полушарие из южного полушария или наоборот. [ 6 ] [ 19 ] Единственный способ не умереть с голоду — это обеспечить каждой стране продовольствием как минимум на год. Не во многих странах это есть; средние мировые запасы зерновых составляют лишь около 30% годового производства. [ 6 ] [ 20 ]
Экономика
[ редактировать ]Затраты на очистку после падения астероида или кометы будут стоить от миллиардов до триллионов долларов, в зависимости от места удара. [ 19 ] [ 20 ] Удар в Нью-Йорке (16-м по численности населения городе в мире) может стоить финансовых потерь в миллиарды долларов, а финансового сектора (то есть фондового рынка ) может занять годы. восстановление [ 19 ] Однако вероятность такого естественно целенаправленного воздействия будет крайне низкой.
Живучесть
[ редактировать ]По состоянию на 20 февраля 2018 г. [update]Известно 17 841 объект, сближающийся с Землей . Известно 8059 потенциально опасных объектов; они больше 140 м (460 футов) и могут приближаться к Земле на расстояние, более чем в 20 раз превышающее расстояние до Луны . [ 6 ] Обнаружено 888 АСЗ размером более 1 км. [ 21 ] или 96,5% от примерно 920 человек. [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]- Стратегии отклонения астероидов
- База данных о воздействии на Землю
- Ударное событие
- Список известных астероидов
- Околоземные объекты
- Ядерная зима
- Вулканическая зима
- Кометы в художественной литературе
- Астероиды в художественной литературе
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Остерлофф, Эмили (2018). «Как астероид положил конец эпохе динозавров» . Лондон : Музей естественной истории . Архивировано из оригинала 26 апреля 2022 года . Проверено 18 мая 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к ЧЭПМАН, ЧР; МОРРИСОН, Д. (1994), «Воздействие астероидов и комет на Землю – оценка опасности» (PDF) , Nature , 367 (6458): 33–40, Бибкод : 1994Natur.367...33C , doi : 10.1038 /367033a0 , S2CID 4305299
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж МАККРАКЕН, MC; Кови, К.; Томпсон, СЛ; Вайсман, PR (1994), «Глобальные климатические эффекты атмосферной пыли от удара астероида или кометы на Землю», Global and Planetary Change , 9 (3–4): 263–273, Bibcode : 1994GPC.....9. .263C , дои : 10.1016/0921-8181(94)90020-5
- ^ Jump up to: а б с д и Льюис, Джон С. (1997), Дождь из железа и льда: вполне реальная угроза бомбардировки комет и астероидов , Helix Books, ISBN 978-0-201-48950-7
- ^ Мюнх, Дэвид; Мюнх, Марк; Гилдерс, Мишель А. (2000). Первобытные Силы . Портленд, Орегон: Издательство Центра графических искусств. п. 20. ISBN 978-1-55868-522-2 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Энгвильд, Кьельд К. (2003), «Обзор рисков внезапного глобального похолодания и его воздействия на сельское хозяйство», Сельскохозяйственная и лесная метеорология , 115 (3–4): 127–137, Бибкод : 2003AgFM..115.. 127E , дои : 10.1016/с0168-1923(02)00253-8
- ^ «Таблица рисков охраны» . Офис программы НАСА/Лаборатории реактивного движения по объектам, сближающимся с Землей. 9 декабря 2014 года. Архивировано из оригинала 31 декабря 2014 года . Проверено 10 декабря 2014 г.
- ^ «Была ли гигантская комета ответственна за катастрофу в Северной Америке в 11 000 году до нашей эры?» . Наука Дейли . 1 апреля 2010 года . Проверено 5 ноября 2014 г.
- ^ Роуч, Джон (7 апреля 2010 г.). «Комета «Душ» убила млекопитающих ледникового периода?» . Нэшнл Географик. Архивировано из оригинала 10 апреля 2010 года . Проверено 5 ноября 2014 г.
- ^ Хехт, Джон (2 апреля 2010 г.). «Рой комет поразил Америку 13 000 лет назад?» . Новый учёный . Проверено 5 ноября 2014 г.
- ^ Дженнискенс, Петрус Матеус Мари (2006). Метеоритные дожди и их родительские кометы . Издательство Кембриджского университета . п. 455. ИСБН 978-0521853491 .
- ^ Jump up to: а б Кови, К; Моррисон, Д.; Тун, О.Б.; Турко, РП; Занле, К. (1997), «Возмущения окружающей среды, вызванные воздействиями астероидов и комет», Обзоры геофизики , 35 (1): 41–78, Бибкод : 1997RvGeo..35...41T , doi : 10.1029/96rg03038
- ^ Альварес, ЛВ; Альварес, В.; Асаро, Ф.; Мишель, Х.В. (1980). «Внеземная причина мел-третичного вымирания». Наука . 208 (4448): 1095–1108. Бибкод : 1980Sci...208.1095A . CiteSeerX 10.1.1.126.8496 . дои : 10.1126/science.208.4448.1095 . ПМИД 17783054 . S2CID 16017767 .
- ^ Jump up to: а б Бэйнс, К.Х.; Янов, Б.А.; Окампо, AC; Поуп, Нокаут (1994), «Ударная зима и мел-третичные вымирания - результаты модели удара астероида Чиксулуб», Earth and Planetary Science Letters , 128 (3–4): 719–725, Бибкод : 1994E&PSL.128.. 719P , дои : 10.1016/0012-821x(94)90186-4 , PMID 11539442
- ^ Хагструм, Джонатан Т. (2005). «Антиподальные горячие точки и биполярные катастрофы: были ли причиной столкновения крупных океанических тел?» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 236 (1–2): 13–27. Бибкод : 2005E&PSL.236...13H . дои : 10.1016/j.epsl.2005.02.020 .
- ^ «Обновлено: бурение ударного кратера, убившего динозавров, объясняет наличие погребенных круглых холмов» . 03.05.2016.
- ^ Флер, Николас Ст (17 ноября 2016 г.). «Бурение кратера Чиксулуб, эпицентра вымирания динозавров» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Майкл Р. Рампино, Стэнли Х. Эмброуз, 2000. «Вулканическая зима в Эдемском саду: суперизвержение Тоба и крах человеческого населения в позднем плейстоцене» , Вулканические опасности и катастрофы в древности человечества, Флойд В. Маккой, Грант Хейкен
- ^ Jump up to: а б с д Бобровский, Питер Т.; Рикман, Ганс (2007), Воздействие комет/астероидов и человеческое общество: междисциплинарный подход , Springer, Bibcode : 2007caih.book.....B , ISBN 978-3-540-32711-0
- ^ Jump up to: а б Льюис, Джон С. (2000), Опасности воздействия комет и астероидов на населенную Землю: компьютерное моделирование , Academic Press , ISBN 978-0-12-446760-6
- ^ «Статистика открытия – совокупные итоги» . НАСА/Лаборатория реактивного движения CNEOS. 5 февраля 2018 г. . Проверено 8 февраля 2018 г.
- ^ Мэтт Уильямс (20 октября 2017 г.). «Всем хорошие новости! Смертоносных неоткрытых астероидов меньше, чем мы думали» . Вселенная сегодня . Проверено 14 ноября 2017 г.