Ученые смоделировали последствия падения метеорита на Землю

По оценкам ученых, 1–3 раза в миллион лет на Землю падает метеорит, порождающий кратер шириной не менее 20 км. Таким образом, на нашей планете есть масса структур, порожденных былыми столкновениями, достаточно многочисленными, учитывая длительность истории Земли (они есть и в России – например, сибирский кратер Попигай). 

Ученые из Принстонского и Мюнхенского университетов создали первую модель, которая учитывает эллиптичность формы Земли, рельеф ее поверхности и глубин океана, которая позволяет проследить, как сейсмические волны, возникшие от метеоритного удара, движутся по поверхности и в толще планеты. В существовавших до этого моделях Земля рассматривалась как гладкий шар, то есть особенности рельефа, которые могут приостановить движение волн, не учитывались, подчеркивает пресс-служба Принстонского университета. Работа, посвященная усовершенствованной модели, опубликована в октябрьском выпуске Geophysical Journal International.

Исследователи под руководством профессора геологии Джероэна Тромпа смоделировали удар метеорита, который привел к появлению кратера Чиксулуб (диаметр 180 км) в Мексике на полуострове Юкатан.

Этот удар был в 2 млн раз мощнее взрыва водородной бомбы и, по одной из гипотез, стал причиной массового вымирания динозавров 65 млн лет назад.

Моделирование показало, однако, что последовавшие за ударом сейсмические волны из-за особенностей местности были достаточно рассеянными и разнонаправленными, поэтому вызвали заметно меньшие, чем предполагалось, смещения земной коры, цунами, сейсмическую и вулканическую активности.

«После удара метеорита сейсмические волны проникают в глубь Земли так, как это происходит при падении камня в воду. Эти волны проходят весь земной шар и встречаются в одной точке на другой стороне. Наша модель показывает, что из-за эллиптичности Земли и гетерогенности (неоднородности) ее структуры сейсмические волны в разных областях двигаются с разными скоростями.

Таким образом меняется и «точка встречи», и амплитуда волн, дошедших до нее.

Повторный удар на обратной стороне сильно зависит от всех структур Земли», – говорит Маттиас Мешеде, ведущий автор работы из Мюнхенского университета.

Этот же принцип может быть применен и к ударам метеоритов о другие планеты и их спутники. Использование точной модели, таким образом, позволяет судить о невидимых в астрономических наблюдениях деталях внутреннего строения небесных тел. Кроме того, можно судить о силе так называемого антиподального фокуса метеорита – области, диаметрально противоположной месту падения метеорита (области кратера), где энергия от первого толчка вновь собирается, рождая второй, более слабый толчок. Исследователи выяснили, что мощность слабого толчка зависит от рельефа и состава «пострадавшего» небесного тела – в зависимости от этого сейсмические волны по-разному фокусируются и поглощаются.

Поэтому можно решить и обратную задачу: судить о характеристиках небесного тела по соотношению характеристик кратера и антиподального фокуса.

«Мы начали с того, что задались вопросом: мог ли метеорит, упавший на Земли в районе Чиксулуб в конце Мелового периода, стать причиной массового вымирания? Знаменитая теория гласит, что падение метеорита спровоцировало извержения вулканов, после которых началась «вулканическая зима», изменившая климат и вызвавшая вымирание.

Эти извержения, как предполагалось, произошли в районе плато Декан на территории современной Индии – примерно на другой стороне Земли от Чиксулуба. Правда, в конце Мелового периода Америка еще была ближе к Европе, а Мадагаскар – к Индии, поэтому большой вопрос, появились ли траппы (магматические горные породы) Декана в месте антиподального фокуса сейсмических волн от удара в Мексике.

Наша модель показала, что удар метеорита, породивший кратер Чиксулуб, сам по себе был недостаточно сильным, чтобы вызвать настолько массивные извержения, которые произошли позже в районе плато Декан.

Оценки мощности антиподального фокуса сейсмических волн на основании моделей сферической Земли оказались заметно завышены: предполагалось, что максимальное смещение достигало 15 м, а оказалось – всего 3-5 м. В сферической модели все волны сошлись в одной точке, поэтому амплитуда оказалась огромной.

По нашим расчетам, сейсмические волны распределились по поверхности из-за особенностей рельефа, и в точке антиподального фокуса энергия была заметно ниже», – уверен Мешеде.

Таким образом, гипотеза о гибели динозавров после падения на Землю крупного небесного тела, которая, казалось, уже получила исчерпывающие доказательства, вновь оказалась под вопросом.

Авторы работы в Geophysical Journal International предлагают с помощью их модели оценивать не только влияния крупных метеоритов на геологическое прошлое Земли, но и проводить аналогичные моделирования для метеоритных кратеров на других крупных космических телах, например, на Луне или Меркурии.