…aneb Ještě jednou k fyzikálním účinkům K-Pg impaktu
Asi před 50 000 lety dopadl na území Arizony v USA zhruba 50 metrů veliký železoniklový meteorit, který vytvořil 1,2 kilometru široký a 200 metrů hluboký kráter Barringer.[1] Dodnes je arizonský kráter vidět dobře i z oběžné dráhy a jeho objem činí asi 0,2 kubického kilometru (zhruba 80 Louisianských superdómů[2]). Lokální následky impaktu byly zdrcující – těleso se srazilo se zemí při rychlosti kolem 13 km/s (zhruba 47 000 km/h)[3] – tedy mnohem rychleji, než letí vystřelený náboj z pušky. Oproti drobnému náboji však objem tohoto tělesa činil asi 62 300 m3 (zhruba jako patnáctipodlažní kancelářská budova) a vzhledem k průměrné hustotě kovového materiálu kolem 8000 kg/m3 vychází jeho hmotnost na asi 300 000 až 500 000 metrických tun, což odpovídá třem až pěti velkým letadlovým lodím třídy Nimitz. Výsledná energie impaktu pak dosahuje hodnoty asi 1,2 x 1017 J. To přibližně odpovídá 1930 hirošimským atomovým bombám nebo 29 Mt TNT. Výsledkem dopadu bylo kromě vypaření většiny impaktoru[4] také usmrcení všeho živého na povrchu do vzdálenosti mnoha kilometrů, přičemž těžká zranění způsoboval živočichům ještě ve vzdálenosti kolem 20 kilometrů. Rázová vlna představovala jakési „horké supertornádo“, které se hnalo na vzdálenost nejméně 5 kilometrů všemi směry fantastickou počáteční rychlostí. Následovaly jej miliony tun vyvrženin, které se dostaly vysoko do atmosféry. Zničena byla vegetace na celkové ploše asi 800 až 1500 km2, stromy byly vyvráceny v okruhu asi 14 až 19 kilometrů.[5] Pokud by se něco podobného stalo dnes a navíc v hustě obydlené oblasti, šlo by nepochybně o největší přírodní katastrofu, jakou zatím lidstvo poznalo (v době dopadu nicméně severoamerický kontinent ještě zřejmě nebyl osídlen). Skutečně impozantní výčet. A jak si tedy „impaktor Barringer“ vede ve srovnání se svým mnohem starším a větším mexickým protějškem? Dá se říci, že jednoduše nijak, obě události jsou totiž svojí intenzitou zcela neporovnatelné. Energie, uvolněná při impaktu na konci křídy, byla totiž více než 700milionkrát větší (o dramatických následcích této události jsem na blogu psal již před dvěma roky).[6]
———
Podobný pohled se mohl naskytnout něšťastným obyvatelům proto-Karibiku před 66,0 miliony let řádově několik desítek minut až hodin po dopadu impaktoru Chicxulub. Díky menší hloubce okolních vod nebyla tsunami až tolik vysoká (mohla mít i řádové kilometry), přesto dosahovaly vlny výšky u pobřeží až přes 300 metrů. Kredit: Jake Bailey a David Kring, Lunar and Planetary Institute
———
O rozdílnosti obou událostí vypovídá už jen fakt, že Chicxulub je obří komplexní impaktní kráter s kruhovými valy a středovým vrcholkem, zatímco v průměru téměř dvacetkrát menší Barringer je pouze jednoduchý kráter, při jehož vzniku nebyly ve hře ani zdaleka tak impozantní tlaky a teploty (nemluvě o dalších fyzikálních projevech). Co se týká velikosti impaktoru Chicxulub, jeho odhadovaný rozměr je dobře známý (odhaduje se obvykle v rozmezí 6 až 18 km, nejpravděpodobněji pak 10 až 15 km). Jeho celkový objem pravděpodobně činil nějakých 2600 km3, což odpovídá asi 30 000 Gibraltarským skalám nebo dobré polovině „izolovaného“ objemu nejvyšší hory současného světa Mount Everestu. Sám Walter Alvarez uvádí, že objem tohoto tělesa se mohl rovnat objemu všech staveb ve Spojených státech k roku 1997.[7] Hmotnost této planetky při průměrné hustotě kolem 3000 kg/m3 mohla činit asi 7,8 x 1012 tun (téměř 8 bilionů metrických tun), což odpovídá přibližně třiceti milionům obřích supertankerů! Při 40-80ti násobku rychlosti zvuku narazil po 2 až 3 sekundách průletu zemskou atmosférou do relativně mělkého moře a výsledný tlak v místě nárazu dosáhl asi 10 GPa (100 000 atmosfér, tedy plošná hmotnost zhruba 100 metrických tun na čtvereční centimetr). Pro srovnání lze uvést, že je to téměř stonásobně více, než kolik činí hydrostatický tlak na dně Mariánského příkopu ve více než desetikilometrové hloubce! Nárazem bylo vyvrženo asi 100 až 500 Gt síry uvolněné z horninového podloží do atmosféry a následně se zde tento materiál smísil s 35 000 km3 horké vody ze zálivu. Celkově bylo takto katapultováno asi 90 000 gigatun materiálu desítky kilometrů vysoko, přičemž větší a pevné částice dosahující únikové rychlosti přes 11,18 km/s (40 250 km/h) měly před sebou osud osamělých kosmických těles, obíhajících často na celé další miliony roků kolem Slunce. Drtivá většina vyvržené hmoty však po nějaké době opět dopadla na povrch Země (jen v samotném kráteru se polovina roztaveného materiálu zpětně usadila ve vrstvě o mocnosti přes 800 metrů[8]). Zatímco ve vzdálených oblastech to byly mikrotektity a drobné sférule, v relativně blízkém okolí nově vzniklého impaktního kráteru padaly na zem nadzvukovou rychlostí kusy hornin o velikosti domů.
———
Přibližná podoba impaktoru, který narazil rychlostí několika desítek kilometrů za sekundu do povrchu naší planety. Jeho hmotnost činila asi 8 bilionů tun a objem přibližně 2600 kilometrů krychlových. Kredit: NASA, Wikipedie
———
Během několika minut po dopadu se impaktní prohlubeň rozšířila na 90 kilometrů a její hloubka dosáhla asi 25 až 30 kilometrů, tedy do svrchní části zemského pláště. Následovalo další rozpínání a kolaps, přičemž celá struktura se chovala jako tavenina až tekutina.[9] Během několika minut se vytvářela a zahlazovala mnoho kilometrů vysoká pohoří, následovaly gigantické sesuvy a laviny, doprovázené masivním zemětřesením o hodnotách 11 – 13 stupňů na Richterově škále a vznik až několik kilometrů vysokých megatsunami. Vápenec v podloží dopadu se v ohromné hloubce (třikrát překonávající dnešní Mariánský příkop) rozlil ve viskózním stavu jako poleva na dort, ovšem v objemu zhruba 20 000 km3. Voda se sice po uplynutí maximálně 24 hodin začala do kráteru vracet, byla ale neustále odpařována taveninou na jeho dně (vlivem sesuvů již „pouze“ o hloubce asi 10 – 15 km).[10] Narušení vrstvy Mohorovičičovy diskontinuity zřejmě způsobilo přísun horkého magmatu, které přispělo k udržení vysoce horkého stavu dna kráteru. Vyvrženo bylo celkově asi 130 000 až 140 000 km3 materiálu[11], což představuje asi 5,5 % objemu vody v současném Mexickém zálivu (tehdy byla místní vodní plocha asi trojnásobně širší). Odpovídá to také 11 Hořejším jezerům v Severní Americe, 6 Bajkalským jezerům na Sibiři nebo 0,01 % vodstva ve všech pozemských oceánech. Výsledkem bylo, že když se voda konečně vlila zpět do kráterové dutiny, poklesla hladina v širokém okolí pravěkého zálivu o dobrých 10 až 20 metrů! Samotná vlna tsunami oběhla za 24 – 36 hodin celou zeměkouli, zaplavila níže položené oblasti, zdevastovala v cestě stojící pevniny do hloubky desítek kilometrů a ještě i v Tichém oceánu na druhé straně planety měla po desítkách tisíc kilometrů putování výšku 30 až 50 metrů.[12] Naopak pouhé dvě hodiny po dopadu dorazila na východě tato pohyblivá vodní pohoří k blízkým ostrovům (například budoucí Kuba či Haiti) a to s výškou 300 až 500 metrů. I hollywoodské katastrofické trháky jsou jen slabým odvarem této skutečné pradávné zkázy, která (naštěstí pro nás) zachvátila před 66 miliony let svět končící křídy.[13]
———
———
———
Poznámka autora: O katastrofě K-Pg, jejích účincích na biosféru a o dějinách objevů spojených s touto událostí bude pojednávat zhruba 120stránková práce autora, která by měla vyjít v knižní podobě na jaře příštího roku (v tomto případě půjde ovšem o odbornější text). Více informací bude uvedeno včas i na stránkách tohoto blogu.
———
Short English Summary: The story of Chicxulub describes what was likely the most traumatic astrophysical event, that took place during the last 250 million years. When giant 10-km asteroid plummeted into what is now Yucatán Peninsula, it caused a great disruption to the Earth´s biosphere.
———
[1] http://www.passc.net/EarthImpactDatabase/barringer.html
[2] Louisianský Mercedes-Benz Superdóm je ohromná stavba s průměrem základny 210 metrů a s kapacitou 76 000 diváků.
[3] Melosh H. J.; Collins G. S. (2005). „Planetary science: Meteor Crater formed by low-velocity impact“. Nature. 434 (7030): 157. Bibcode:2005Natur.434..157M. doi:10.1038/434157a
[4] Schaber, Gerald G. „A Chronology of Activities from Conception through the End of Project Apollo (1960–1973)“, 2005, U.S. Geological Survey Open-File Report 2005-1190.
[5] http://www.lpi.usra.edu/science/kring/epo_web/impact_cratering/enviropages/Barringer/barringerstartpage.html
[6] Shonting, D. a Ezrailson C.: Chicxulub: The Impact and Tsunami, Springer Praxis Books, 2016 (str. 38)
[7] Alvarez, W.: T. rex and the Crater of the Doom, Princeton University Press, 2008 (2. vydání)
[8] http://impact.ese.ic.ac.uk/ImpactEffects/Chicxulub.html
[9] http://www.youtube.com/watch?v=f9tySQsUokc
[10] Shonting, D. a Ezrailson C.: Chicxulub: The Impact and Tsunami, Springer Praxis Books, 2016 (str. 57 – 61)
[11] Jiné odhady udávají hodnotu až kolem 200 000 km3 (např. viz http://www.smithsonianmag.com/science-nature/we-finally-know-how-much-dino-killing-asteroid-reshaped-earth-180958222/)
[12] Shonting, D. a Ezrailson C.: Chicxulub: The Impact and Tsunami, Springer Praxis Books, 2016 (str. 99 – 106)
[13] Schulte, Peter (March 5, 2010). „The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary“. Science. American Association for the Advancement of Science. 327 (5970): 1214–1218. Bibcode:2010Sci…327.1214S. doi:10.1126/science.1177265
———