…aneb Nové poznatky o fyzikálních efektech impaktu K-Pg
O devastačních fyzikálních účincích srážky Země s planetkou na konci křídy před 66 miliony let jsem psal již mnohokrát. Nově publikovaná experimentální práce, zpřesňující naše povědomí o podobě rázové vlny a expandujícího oblaku vypařujícího se materiálu nám nicméně pomáhá v lepším pochopení dramatických dějů, které okamžitě po dopadu v místě srážky a jeho blízkém okolí nastaly.[1] Připomeňme jen, že dopad zhruba 8 bilionů tun vážícího tělesa o objemu kolem 2600 km3 při rychlosti přibližně 20 km/s vyvolal explozi o síle ekvivalentní asi 300 milionům megatun trinitrotoluenu a vytvořil kráter Chicxulub o průměru 180 až 240 kilometrů. Jednalo se o jednu z největších katastrof v dějinách života na Zemi[2] a pravděpodobně šlo také o největší srážku naší planety s mimozemským tělesem za posledních několik stovek milionů let[3]. Je jisté, že žádný organismus v okruhu mnoha stovek kilometrů nemohl následky této události přežít, jaké ale byly průvodní jevy dopadu a kdo zde byl oním pomyslným prvním jezdcem z apokalypsy? Pomineme-li oslepující záři vyvolanou průletem tělesa zemskou atmosférou, nejrychlejší formou destrukce byl samotný náraz a následná rázová vlna, která se začala šířit všesměrně od místa dopadu obrovskou rychlostí. O jak velkou rychlost se ale ve skutečnosti jednalo? Charles Frankel ve své knize The End of the Dinosaurs („Konec dinosaurů“) z roku 1999 uvádí, že tato kolosální atmosférická porucha zahájila svoji expanzi rychlostí blízkou rychlosti dopadajícího tělesa, tedy až kolem 20 km/s (72 000 km/h). V průběhu několika minut se pak ovšem výrazně snížila tím, jak prstenec vzduchu expandoval a narážel do stále větší atmosférické masy. Za zhruba 10 minut od dopadu už klesla rychlost tohoto smrtícího „vichru“ pod 1000 km/h (přibližně pod rychlost zvuku), přičemž v té době už byl její okraj zhruba 500 kilometrů od epicentra dopadu. Asi po hodině dosáhla vzdálenost tohoto „prstence zkázy“ hodnoty 1000 kilometrů, ale rychlost vzdušné expanze stále překonávala i ty nejsilnější hurikány zaznamenané člověkem.[4] Zhruba až do této vzdálenosti byli zabiti prakticky všichni větší, ničím nechránění živočichové a zdevastována byla i většina povrchové vegetace. A to byl samozřejmě jen jeden z mnoha projevů zkázy, provázený zemětřesnými vlnami, pršícími tektity, smrtící infračervenou radiací, impaktní megacunami apod.[5] Podle odborné práce z roku 1997 byla takto zcela zdevastována oblast ve vzdálenosti 900 až 1800 km od místa dopadu.[6] V knize Chicxulub: The Impact and Tsunami z roku 2017 uvádějí autoři David Shonting a Cathy Ezrailson, že ve vzdálenosti 400 kilometrů od epicentra dopadu bychom asi po 2 minutách pocítili extrémně silné zemětřesení a po 20 až 25 minutách by dorazily dvě drtivé vlny atmosférického tlaku. Jedna v podobě neuvěřitelně silného aerodynamického třesku a jen o několik sekund později v podobě extrémně silných vírů podobných tornádům, ovšem dosahujících fantastických rychlostí kolem 350 m/s (1260 km/h).[7]
———
Obří azdarchidní ptakoještěr rodu Quetzalcoatlus zděšeně pozoruje účinky dopadu planetky do oblasti budoucího Mexického zálivu v době před 66 miliony let. I když je tento létající archosaur od místa srážky vzdálen mnoho stovek kilometrů, nejpozději za několik desítek minut bude zabit extrémně silnou rázovou vlnou, šířící se do všech směrů od epicentra dopadu, zpočátku ohromující rychlostí v řádu jednotek kilometrů za sekundu. Kredit: Vladimír Rimbala, titulní ilustrace k autorově knize Velké vymírání na konci křídy (Socha, V.; nakl. Pavel Mervart, 2017).
———
Takovou spoušť by nejspíš nebylo možné přežít ani v protiatomovém krytu (rozhodně ne blízko k místu dopadu a ne s perspektivou drastických, mnoho let trvajících devastačních účinků impaktu). Odhady intenzity mnoha zmíněných údajů se napříč literaturou značně liší, jak ukazuje například nádherně ilustrovaná kniha Asteroid Impact od Douglase Hendersona z roku 2000. Autor v ní uvádí, že expandující oblak vypařené hmoty měl rychlost kolem 18 mil za sekundu, tedy asi 29 km/s (přičemž se zde vychází z nejspíše chybného předpokladu, že k impaktu došlo rychlostí 60 tisíc mil za hodinu, neboli 96 600 km/h).[8] Nová práce každopádně do problematiky vnáší poněkud více světla. Řízený laboratorní experiment v maximální možné míře napodobil podmínky, které panovaly v oblasti dopadu v době před 66 miliony let. Tento pokus měl podobu laserového odpaření (ablace) terčové horniny, kterou byl karbonát, získaný přímo z jednoho z vrtů do kráteru Chicxulub. Probíhal v simulovaných podmínkách pozdně křídové atmosféry s obsahem 0,16 % CO2, 30 % O2 a 69,84 % N2 při tlaku 1 baru a teplotě 25 °C.[9] Podmínky šíření rázové vlny i expandujícího oblaku odpařené hmoty pak byly vysokorychlostně snímány a vědci díky tomu získali lepší představu o pravděpodobné podobě a proměnách těchto atmosférických efektů po skutečném dopadu. Podstatnou informací jsou kromě chemického složení přeměněné hmoty a emisního spektra prvků ve výsledném miniaturním „atomovém hřibu“ také rychlosti rázové vlny i expandujícího oblaku, které činí 4,5 km/s (16 200 km/h) a 2,3 km/s (8 280 km/h), resp. Teplota plazmatu při experimentu v čase 0,2 mikrosekundy dosahovala dle měření asi asi 18 000 K, velmi rychle ale klesala (na zhruba 6 900 K po dalších 4 mikrosekundách). Zpočátku tak byla teplota plazmatu v místě dopadu více než třikrát vyšší než teplota povrchu Slunce.[10] Tlak v tomto místě byl na začátku expanze odhadnut asi na 103 barů, po uplynutí 0,2 mikrosekundy však už klesl na pouhé 3 bary a po uplynutí času 4,2 mikrosekundy poklesl přibližně na 0,1 baru. Získané fyzikální i chemické parametry při pokusu sice nemusí přesně odpovídat těm skutečným, které před 66 miliony let provázely na mnohem větší škále události po dopadu planetky (roli sehrálo také množství dalších okolností, které neznáme nebo přinejmenším nevíme, do jaké míry se mohly uplatnit)[11], nepochybně se ale jedná o velmi přínosnou práci. Ta by nám měla do budoucna i v kombinaci s jinými novými poznatky výrazně zpřesnit představu o chemickém složení expandujícího oblaku roztaveného materiálu i mnoha dalších průvodních jevech této strašlivé a zároveň i fascinující katastrofické události.
———
Pohled na sedimenty geologického souvrství Hell Creek na území Státního parku Hell Creek ve východní Montaně. Právě v době ukládání těchto vrstev došlo ve více než 3000 kilometrů vzdálené části proto-Karibiku k osudné srážce. Jak ukazují objevy na několika lokalitách v Montaně a Severní Dakotě, i přes tuto značnou vzdálenost zde měly již první krátkodobé projevy impaktu extrémně devastující účinky. Kredit: Vlastní snímek autora, červenec 2009 (převzetí je možné pouze se souhlasem autora).
———
Short Summary in English: A new study sheds light on some physical and chemical specifics of the Chicxulub impact, which triggered one of the largest mass extinctions in the history of life on our planet. Results of this research should help us in better understanding of the processes involved after the giant impact occurred 66 million years ago.
———
Odkazy:
https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/regional-effects/
https://en.wikipedia.org/wiki/Chicxulub_crater
http://www.chicxulubcrater.org/
———
[1] Robertson, D. S.; et al. (2004). Survival in the first hours of the Cenozoic (PDF). GSA Bulletin. 116 (5–6): 760–768. doi: 10.1130/B25402.1
[2] Schulte, P.; et al. (2010). The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary (PDF). Science. 327 (5970): 1214–1218. doi: 10.1126/science.1177265
[3] Rampino, M.; et al. (2020). A 27.5-My underlying periodicity detected in extinction episodes of non-marine tetrapods. Historical Biology: 1–7. doi: 10.1080/08912963.2020.1849178
[4] Frankel, C. (1999). The End of the Dinosaurs. Cambridge University Press, str. 112-114.
[5] Pope, K. O.; et al. (1997). Energy, volatile production, and climatic effects of the Chicxulub Cretaceous/Tertiary impact. Journal of Geophysical Research. 102 (E9): 21645–21664. doi: 10.1029/97JE01743
[6] Toon, O. B.; et al. (1997). Environmental perturbations caused by the impacts of asteroids and comets (PDF). Reviews of Geophysics. 35 (1): 41-78.
[7] Shonting, D.; Ezrailson, C. (2017). Chicxulub: The Impact and Tsunami. Springer Praxis Book, str. xx-xxiv (prolog)
[8] Henderson, D. (2000). Asteroid Impact. Dial Books for Young Readers, str. 15 a 20.
[9] Naafs, B. D. A.; et al. (2018). High temperatures in the terrestrial mid-latitudes during the early Palaeogene (PDF). Nature Geoscience. 11 (10): 766–771. doi: 10.1038/s41561-018-0199-0
[10] Mullan, D. J. (2000). Solar Physics: From the Deep Interior to the Hot Corona. In Page, D.; Hirsch, J. G. (eds.). From the Sun to the Great Attractor. Springer, str. 22.
[11] MacLeod, N.; et al. (1997). The Cretaceous–Tertiary biotic transition. Journal of the Geological Society. 154 (2): 265–292. doi: 10.1144/gsjgs.154.2.0265
———