…aneb Fascinující historie ďábelské jámy v Arizoně
Dopady těles z vesmíru byly po dlouhou dobu pro středověké až raně novověké učence i prostý lid něčím zcela neakceptovatelným. Ještě na začátku 19. století se americký prezident Thomas Jefferson (1743–1826) k pozorování dopadajících meteoritů vyjádřil, že „raději uvěří, že dva profesoři z Yale lžou, než že kameny mohou padat z nebes“. Ale situace už byla na počátku 19. století uznání meteoritů coby vesmírných těles padajících na Zemi mnohem více příznivá. V roce 1813 píše francouzský astronom, fyzik a matematik Pierre-Simon Laplace (1749–1827), že obří meteorit by při dopadu na Zemi vyvolal kataklyzma, které by vyhubilo celé druhy! Jak prozíravá myšlenka, předcházející svou dobu o více než jedno a půl století. V této době ještě nikdo nemohl tušit, že dopad na konci křídy před 66 miliony let nejspíš nasměroval vývoj života k modernímu světu a člověk by se bez něj možná na Zemi nikdy neobjevil. Když nyní poněkud výrazně poskočíme v čase, můžeme konstatovat, že meteority byly postupně vzaty na milost a jejich hledání se dokonce brzy stalo výnosným obchodem. Například jen mezi roky 1740 a 1990 bylo nalezeno asi 4660 meteoritů o celkové hmotnosti bezmála půl milionu tun, průměrně 106 kilogramů na kus. Zemí zaslíbenou je v tomto směru nehostinná Antarktida, kde bylo jen do roku 2000 objeveno již více než 30 000 kusů meteoritů. Přesto i v průběhu 19. století nadále převládalo mínění, že jde o události nepříliš významného druhu, a že pády těchto objektů nemohou ve skutečnosti ovlivnit dlouhodobé dění na Zemi. Geologové však podobné myšlenky většinou odmítali. Žádných katastrof v podobě dopadu obřích těles z vesmírného prostoru jednoduše nebylo třeba a nikdo v této době jejich stopy ani nehledal.
———
Výškový pohled na Barringerův kráter, který dokládá jeho poměrnou symetrii i celkovou velikost. Při průměru kolem 1200 metrů se však stále jedná o poměrně malý kráter – pro lepší porovnání lze uvést, že například kráter Chicxulub v Mexickém zálivu má průměr přibližně 150krát větší. Kredit: National Map Seamless Server – NASA Earth Observatory (2009); Wikipedia (volné dílo).
———
Ale důkazy se přece jen nabízely a nebylo možné je donekonečna ignorovat. Na konci 19. století začali vědci poprvé zkoumat velkou kruhovou jámu zvanou Kráter z kaňonu Diablo (Canyon Diablo Crater) o průměru zhruba 1,2 kilometru, nacházející se v Arizoně. Prstencový val z vyvržené zeminy zde byl vysoký kolem 40 metrů a celková hloubka jámy činila dokonce přes 170 metrů. Protože v okolí San Franciska se vyskytují hojné sopečné horniny, od samotného začátku se předpokládalo, že i tento kráter má nejspíš vulkanický původ. V roce 1891 označil geolog Grove Karl Gilbert (1843–1918), jeden ze zakladatelů americké geologické služby U. S. Geological Survey, kráter mylně za výsledek podpovrchové vulkanické exploze. Paradoxně to byl právě Gilbert, kdo zároveň jako jeden z prvních prokázal impaktní původ kráterů na Měsíci. Zásadní osobou, která měla dosavadní nesprávné mínění o podivném útvaru z Arizony změnit, tak byl až jiný člověk, jehož hlavní profesí byl kupodivu zejména obchod a paragrafy. V roce 1903 se totiž k nápadnému kráteru dostal důlní inženýr, právník a obchodník Daniel Moreau Barringer, Jr. (1860–1929), jehož další osud už s ním měl být navždy spjat. Barringer nesdílel názor geologa Gilberta, naopak arizonskou jámu brzy označil za impaktní kráter, skutečný pozůstatek po dopadu železného meteoritu. Kdo ze zmíněných mužů měl nakonec pravdu, zjistíme snadno, když si vyhledáme dnešní název arizonského kráteru – jmenuje se Barringerův. Samozřejmě existují i jiné názvy, například „Meteorický kráter“, „Kráterová hora“ či „Kráter Canyon Diablo“, jméno Daniela Barringera je ale v souvislosti s ním zmiňováno takřka pokaždé.
Barringer, sám zkušený autor knihy o důlním právu v USA, si byl impaktním původem kráteru jistý již kolem roku 1906, nikdo ale nebral jeho názor příliš v potaz. Prosazení impaktního původu příliš nepomohl ani fakt, že obchodník byl neúspěšný ve snaze najít zbytky meteoritu pode dnem kráteru. K tomu ale ve skutečnosti nikdy nemohlo dojít, protože těleso se při impaktní explozi z drtivé části vypařilo a zbytek byl rozprášen po okolí. Barringer strávil bezvýsledným pátráním po domnělém meteoritickém pokladu celých 27 let, přičemž uskutečnil 28 nákladných vrtů a nechal razit dvě šachty na dně kráteru jdoucí do hloubky 55 metrů. Definitivní potvrzení impaktního původu této struktury přišlo až o půl století později, kdy se kráterem začal zabývat geolog a planetolog Eugene Merle Shoemaker (1928–1997). Tento agilní vědec obhájil svoji doktorskou práci o mechanice meteoritického impaktu a po roce 1960 se začal věnovat astrogeologii a studiu kráterů na Měsíci i na Zemi. V arizonské struktuře objevil jasné známky impaktu v podobě minerálů stišovitu a coesitu i šokem přeměněných křemenů (minerálů, jimž byla prudkým nárazem a žárem po dopadu pozměněna lomivost, resp. krystalová struktura). Porovnal také vzhled a strukturu kráteru s výsledky podzemních explozí jaderných náloží v Nevadské poušti (například umělý kráter Sedan o průměru 390 m) a rovněž našel jisté shodné znaky. Těmi byly třeba i převrácené vrstevní sledy hornin v okrajových valech kráterů. Od doby Shoemakerových výzkumů v 60. letech už o impaktním původu Barringerova kráteru i mnoha dalších podobných struktur prakticky nikdo nepochybuje. Dnes víme, že k impaktu, který tento kráter ležící dnes ve výšce kolem 1719 metrů nad mořem na území Koloradské plošiny vytvořil, došlo v období pozdního pleistocénu, asi před 50 až 49 tisíciletími.
Vulkanismus tedy mohl být jako původce kráteru vyloučen, arizonská struktura (a některé další, které již byly v té době objeveny) měla prokazatelně impaktní původ. Od 50. a 60. let je právě díky Shoemakerovi a některým jeho kolegům nauka o impaktech planetek a kometárních jader skutečnou vědou a dopady velkých až obřích kosmických těles – nikoliv pouze malých meteoritů – je definitivně prokázanou a nikým nezpochybňovanou skutečností. Dnes už se proto o impaktech běžně učí na většině škol, podobně jako například o zemětřeseních nebo o sopečné činnosti. Pro českého čtenáře je zajímavým detailem i fakt, že o arizonské impaktní struktuře se již roku 1948 zmiňuje český geolog a báňský odborník Radim Kettner (1891–1967) ve svém nejvýznamnějším díle Všeobecná geologie. Na poměry tehdejší doby přitom věnuje tomuto tématu poměrně značný prostor. Ve druhé polovině 20. století se myšlenka dopadů velkých těles z vesmíru stává uznávaným faktem. Barringerův kráter měl však zajímavou historii i v následujících letech a desetiletích. Již od roku 1960 v něm trénovali američtí astronauti své budoucí cesty na Měsíc, o osm let později byla tato oblast prohlášena chráněným přírodním výtvorem. Každoročně již od roku 1982 je také udělována Barringerova medaile úspěšným výzkumníkům, zabývajícím se impakty. V blízkosti kráteru se dnes nachází naučné středisko i muzeum a pořádají se zde pravidelné prohlídky impaktní struktury zvědavými turisty z celého světa. K uznání velkých impaktů mezitím významně přispěl také kosmický věk a výzkum povrchu Měsíce i kamenných planet a měsíců sondami jako byly (či dosud jsou) Mariner 9, Magellan, Voyager 2, Cassini, New Horizons a další. Výzkum provedený kosmickými sondami prokázal, že vznik kráterů na tělesech s pevným povrchem je ve sluneční soustavě spíše pravidlem než výjimkou a na Zemi tomu v minulosti nemohlo být jinak. Dnes známe i z povrchu Země pravděpodobné pod zemí pohřbené krátery, vzniklé před více než 3 miliardami let, jejichž odhadované původní rozměry přesahují 400 kilometrů.
———
Zajímavé obrazové porovnání velikosti některých impaktních těles – impaktor, který v pozdním pleistocénu vytvořil Barringerův kráter, měl odhadovaný průměr kolem 50 metrů. I takové relativně malé těleso však dokáže způsobit naprostou zkázu v širokém okolí místa dopadu. Kredit: cmglee, Wagner51, domdomegg; Wikipedia (CC BY-SA 4.0)
———
Za zmínku na tomto místě stojí také kuriózní historka, související s údajným „Českým kráterem“. Již na počátku 17. století přirovnal italský učenec Galileo Galilei (1564–1642) svým dalekohledem pozorované měsíční krátery k tvaru, který vykazovala na renesančních a barokních mapách česká kotlina. Tuto podobu ostatně Galilei zmínil roku 1610 ve svém slavném díle Sidereus Nuncius („Hvězdný posel“). V roce 1988 zašli ještě mnohem dál dva američtí badatelé z Bostonské univerzity Farouk El-Baz a Michael D. Papagiannis. Ti studovali satelitní snímky Země pořízené z výšky 36 000 kilometrů geostacionární družicí Meteosat. Když si v literatuře zjistili, že se na území tehdejšího Československa vyskytují tektity vltavíny, utvrdili se v dřívějším přesvědčení, že česká kotlina a její pohraniční hory mají impaktní původ. Svůj předpokládaný kráter o průměru asi 300 kilometrů potom nazvali „pražská kráterová pánev“. Papagiannis, který není geologem, dokonce podle morfologie terénu odhadl stáří kráteru na zcela nesmyslných 100 milionů let, tedy na období přelomu spodní a svrchní křídy. Tato hypotéza byla potom velmi rychle vyvrácena českými geology, kteří ihned prokázali geologickým i geofyzikálním rozborem, že pohraniční hory nejsou okraji žádného kráteru, nýbrž geologicky mladým útvarem, vzniklým standardními geologickými pochody. K myšlence impaktního kráteru na našem území se později vrátil geolog a popularizátor vědy Petr Rajlich (nar. 1944), jeho mnohem propracovanější a geologicky poněkud lépe doložená představa (tzv. „hypotéza Českého kráteru“) však dnes rovněž není mezi geology obecně uznávána. Pokud by se nicméně v budoucnu impaktní původ domnělé, asi 2 miliardy let staré struktury přece jen potvrdil, představoval by tento útvar s průměrem asi 300 až 500 kilometrů jeden z největších známých kráterů na Zemi a dokonce i v celé Sluneční soustavě. A když už jsme zamířili domů, je třeba zmínit ještě jeden útvar, který byl dříve považován za impaktní kráter. Tato kontroverzní struktura je známá jako tzv. Ševětínský kráter a nachází se na území Jižních Čech. Její stáří je odhadováno asi na 250 milionů let (shodující se s katastrofou na konci permského období) nebo podle jiných údajů na 75 až 85 milionů let (období svrchní křídy) a průměr tohoto domnělého astroblému činí přibližně 46 kilometrů. Ani v tomto případě se však zřejmě o skutečný kráter nejedná.
Síly a energie, působící při dopadu asteroidu na konci křídy, jsou sotva představitelné. O fantastické intenzitě této události nám pomůže s vytvořením lepší představy také následující srovnání. Zhruba 50 metrů veliký železoniklový meteorit vytvořil 1,2 kilometru široký a 200 metrů hluboký kráter, dodnes viditelný i z oběžné dráhy. Jeho objem činí asi 0,2 kubického kilometru (zhruba 80 Louisianských superdómů). Lokální následky impaktu byly zdrcující – těleso se srazilo se zemí při rychlosti kolem 12,8 až 18 km/s (zhruba 46 000 až 65 000 km/h) – 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 tun, což odpovídá třem až pěti velkým letadlovým lodím třídy Nimitz. Výsledná energie impaktu pak dosahuje hodnoty asi 1,2 · 1017 J. To přibližně odpovídá 1930 hirošimským atomovým bombám nebo 29 megatunám TNT. Výsledkem dopadu tak bylo kromě vypaření většiny impaktoru také usmrcení všeho živého na povrchu do vzdálenosti mnoha kilometrů, přičemž těžká zranění způsobovala událost živočichům ještě ve vzdálenosti kolem 20 kilometrů od místa dopadu. 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. Obnova zpustošeného místa (návrat souvislého vegetačního pokryvu apod.) pak trvala zhruba celé století. Pokud by se něco podobného stalo dnes a navíc v hustě obydlené oblasti, šlo by nepochybně o největší přírodní katastrofu, jakou zatím lidstvo poznalo, a počet obětí by mohl jít do milionů. V době dopadu nicméně severoamerický kontinent ještě zřejmě nebyl osídlen a potenciálními oběťmi tak byli hlavně mamuti a velcí pozemní lenochodi. Dopady podobné síly se odehrávají v průměru asi jednou za tisíciletí…
A jak si „impaktor Barringer“ vede ve srovnání se svým mnohem starším a větším mexickým protějškem jménem Chicxulub? 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. Odhadované rozměry impaktoru Chicxulub činí pravděpodobně 10 až 15 km, jeho celkový objem činil nějakých 2600 km3, což odpovídá asi 30 000 Gibraltarským skalám nebo dobré polovině objemu nejvyšší hory současného světa Mount Everestu. Hmotnost této planetky při průměrné hustotě kolem 3000 kg/m3 mohla činit asi 7,8 · 1012 tun (téměř 8 bilionů tun), což odpovídá přibližně třiceti milionům obřích supertankerů! Při 40 až 80násobku 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). To je téměř stonásobně více, než kolik činí hydrostatický tlak na dně Mariánského příkopu! Nárazem bylo vyvrženo až 500 gigatun síry, uvolněné z horninového podloží do atmosféry a následně se zde tento materiál smísil s přibližně 35 000 km3 horké vody. Celkově bylo katapultováno asi 90 000 gigatun materiálu desítky kilometrů vysoko, přičemž větší a pevné částice překonávající únikovou rychlost 11,19 km/s (40 270 km/h) měly před sebou osud osamělých kosmických těles, obíhajících další miliony roků kolem Slunce. Netušíme přitom, zda některé z těchto poutníků náhodou nepotkal osud meteoritů, končících svoji cestu srážkou s povrchem jiných těles. Drtivá většina vyvržené hmoty však po nějaké době dopadla zpět na povrch Země (jen v samotném kráteru se roztavený materiál zpětně usadil ve vrstvě o mocnosti kolem 800 metrů). Zatímco ve vzdálených oblastech to byly mikrotektity a drobné impaktní sférule, v relativně blízkém okolí nově vzniklého impaktního kráteru padaly na zem nadzvukovou rychlostí kusy hornin o velikosti domů a hmotnosti tisíců tun.
———
Pohled na současnou podobu kráteru. Výzkumy odhalily, že eroze už snížila valy po okrajích kráteru zhruba o 15 až 20 metrů, přesto mají stále výšku kolem 45 metrů. Dno kráteru (dnes v průměrné hloubce asi 170 metrů) již také vyplnily postupně akumulované naplaveniny a další sedimenty, a to v celkové výšce zhruba 30 metrů. Kredit: Grahampurse; Wikipedia (CC BY-SA 4.0)
———
Během několika minut po dopadu se impaktní prohlubeň rozšířila na 90 kilometrů a její hloubka dosáhla asi 25 až 30 kilometrů, tedy možná až do svrchní části zemského pláště. Následovalo další rozpínání a kolaps, přičemž celá struktura se chovala jako tekutina. Během několika minut se vytvářela a zahlazovala mnoho kilometrů vysoká pohoří, následovaly gigantické sesuvy a laviny, doprovázené masivním zemětřesením a vznikem 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 po uplynutí maximálně 24 hodin začala do kráteru vracet, byla ale neustále odpařována taveninou na jeho dně. Neobvyklé až unikátní hydrotermální podmínky zřejmě časem vedly ke vzniku izolované biosféry v kráteru, tvořené především extrémofilními organismy (jakýsi nový ekosystém tu vznikl již v řádu několika tisíciletí po samotném impaktu, což doložily rozbory mikrofosilií ve vrtných vzorcích ze dna kráteru). Vyvrženo bylo podle odhadů kolem 140 000 km3 materiálu, což představuje asi 5,5 % celkového objemu vody v současném Mexickém zálivu. Odpovídá to také například jedenácti Hořejším jezerům v Severní Americe, šesti 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 tsunami oběhla za dobu 24 až 36 hodin celou zeměkouli, zaplavila všechny níže položené oblasti, zdevastovala v cestě stojící pevniny do hloubky mnoha desítek kilometrů a ještě i v Tichém oceánu na druhé straně planety měla po desítkách tisíc kilometrů putování výšku v rozmezí asi 30 až 50 metrů. Naopak pouhé dvě hodiny po dopadu dorazila na východě tato pohyblivá vodní pohoří k blízkým ostrovům (například k budoucí Kubě či Haiti), a to stále s výškou v řádu stovek metrů. Ale to už je samozřejmě jiný příběh…
(text zčásti vychází z článku, který autor napsal v roce 2020 pro časopis Tajemství vesmíru)
