Угроза из космоса. Метеориты в истории человечества. Часть вторая. Вселенские бомбардировщики (С. Н. Зигуненко, 2014)

Исчезнувшее железо

Начнем мы этот рассказ опять-таки несколько издалека. Побываем в Аризоне, где некогда был обнаружен один из первых на Земле астероидных кратеров. С ним связана вот какая любопытная история…

Переселенцы из Европы, попавшие на Дикий Запад в конце XIX века, были поражены, обнаружив у местных индейцев большое количество чистого железа. Откуда оно у племен, не знавших металлургии? «С неба», – последовал лаконичный ответ.

Ученые, к которым попали образцы «небесного железа», подтвердили первоначальную догадку: металл оказался метеоритного происхождения. Вскоре была обнаружена и достаточно обширная впадина, в окрестностях которой находили обломки метеорита. Она находилась неподалеку от ущелья с соответствующим названием – Каньон-Дьябло, или Каньон Дьявола.

В 1905 году кратером диаметром в 1200 м и глубиной в 180 м заинтересовался инженер и предприниматель Даниэль Барринджер. Он решил, что после удара гигантский метеорит зарылся в землю, да так там и лежит. Мысль о нескольких миллионах тонн чистого железа с включениями мелких алмазов и платины, выявленных при анализе осколков, не давала покоя инженеру-дельцу Наконец, он принял чисто американское решение: купил участок земли с кратером и организовал компанию по добыче из него полезных ископаемых.

Однако несмотря на многочисленные шурфы, скважины, даже шахты, никакого железа обнаружить не удалось. Вы, наверное, уже догадались почему. Аризонский астероид от удара о нашу твердую планету попросту испарился.

«Как показывают расчеты, – говорит сотрудник Института физики Земли Борис Иванов, – тело при ударе начинает испаряться, если его скорость достигает 5 километров в секунду. Наблюдения астрономов показывают, что скорости метеоритов в окрестностях Земли составляют от 10 до 70 километров в секунду. Мелкие метеориты, конечно, сгорают в атмосфере. Более крупные сгореть не успевают, но тормозятся о воздух, поэтому их находят на поверхности планеты. Только самые крупные небесные тела типа Аризонского астероида могут прорваться к поверхности, не потеряв своей космической скорости. И… испаряются, ударившись о нее».

Железа, таким образом, в метеоритном кратере не найдешь. Так, быть может, тогда и вообще не стоит искать метеоритные следы? Ведь произошедшие некогда катастрофы нам уже не страшны. Зачем же тогда ежегодно для поисков и обследования астроблем снаряжаются специальные экспедиции?

«Попробую ответить на этот вопрос на примере одной из экспедиций, в которой мне самому довелось принимать участие, – продолжал Иванов. – Янис Ярви – в переводе "Заячье озеро" расположено в Карелии, неподалеку от поселка Вяртсиля. По данным геологов, на месте этого озера примерно 700 миллионов лет назад упал гигантский метеорит, образовав кратер диаметром около 120 километров. Затем, 40 миллионов лет назад, ледник, двигавшийся из Скандинавии на юго-восток, прошел через кратер и, словно исполинский бульдозер, снял слой горных пород толщиной в полкилометра. Конечно, при этом был стерт и кратер. Теперь здесь только озеро с островами посредине.

Однако даже неискушенному взгляду очевидна разница между горными породами, слагающими берега озера, и его островами. На берегах – светло-серые сланцевые скалы, а на островах – темно-коричневая порода, будто обожженная в гигантской печи. Это тот же сланец, что и на берегу, только подвергшийся обработке мощной ударной волной, которая прокатилась по земной коре в момент соударения. Интересно, какое при этом развилось давление? Чтобы получить нужные сведения, я беру геологический молоток и откалываю кусок породы. Дома, в лаборатории института, мы воспроизведем в маленьком образце при помощи взрывчатки ударную волну заданной интенсивности и сравним полученные результаты…»

Удар и… кратер

На сегодняшний день на Земле открыто порядка 150 ударных кратеров, причем каждый год к ним прибавляется несколько новых. Возраст ударных кратеров на Земле различен – от нескольких тысяч до почти двух миллиардов лет. Большинство ударных кратеров имеют возраст менее 200 млн лет, хотя, глядя на Луну, можно предположить, что на протяжении последних 3 млрд лет кратеры образуются примерно с одной и той же частотой.

Принято считать, что 70 % всех метеоритов падают в океан. Однако обнаружено их на морском дне пока что немного – все их, пожалуй, можно пересчитать по пальцам.

Поскольку крупные астероиды падают на Землю, к счастью, нечасто и ударяются они о земную поверхность со средней скоростью около 25 км/с (что вдвое больше, чем у современных ракет), то большое значение в изучении этого процесса имеет компьютерное моделирование.

Так вот оно показало, что тело массой более 1000 т проходит через атмосферу практически беспрепятственно. Если же масса тела меньше 100 т, то в атмосфере его скорость уменьшается примерно наполовину. Однако при столь высокой скорости даже небольшие метеориты еще имеют значительную кинетическую энергию, которая затем переходит в тепло и ударную волну деформаций. При этом давление, возникающее в момент удара метеорита о земную поверхность, может достигать 100 ГПа (в миллион раз больше атмосферного), а температура – нескольких тысяч градусов.

Эти характеристики зависят от скорости метеорита в момент удара, а также от состава метеорита и поверхности Земли в месте его падения. Самые маленькие, медленно летящие метеориты при ударе о земную поверхность просто разлетаются на куски. При ударе более крупных метеоритов могут развиться такие давление и температура, что небесное тело и часть пород на поверхности плавятся и даже испаряются. Поэтому, если крупный метеорит не разрушился на более мелкие обломки при прохождении через атмосферу, его фрагменты вблизи ударного кратера чаще всего отыскать не удается. Что мы и имеем на практике в случае того же кратера Барринджера.

Простые и сложные

Кстати, известны две формы ударных кратеров – простая и сложная. Так вот кратер Барринджера являет собой классический пример простой формы. Подобно другим простым кратерам, он выглядит как чаша с приподнятыми краями. Его поперечник – 1200 м, глубина 170 м.

Ниже его видимого дна находится линза брекчированных, т. е. разломанных и перемешанных пород. Брекчиевая линза содержит часть пород, преобразованных под воздействием высокого давления и высокой температуры, т. е. в результате ударного метаморфизма.

Дно линзы находится на 380 м ниже вершины вала кратера (вдвое глубже, чем видимое дно). Породы, окружающие линзу, также раздроблены и обнаруживают последствия ударного метаморфизма, но они сдвинуты незначительно и мало изменили ориентацию. Эти породы образуют истинные борта кратера.

Телом, создавшим кратер Барринджера, как уже говорилось, был железный метеорит, диаметр которого оценивается в 60 м, а масса в 1 000 000 т. Метеорит имел скорость около 15 км/с.

Передача огромного количества энергии породам мишени и приводит к образованию кратера. Большая часть энергии уходит на возбуждение полусферических ударных волн, которые распространяются через породы. Ударная волна сжимает и сдвигает их вниз, а также в стороны от места удара со скоростью порядка нескольких километров в секунду.

За ударной волной возникает волна разгрузки, или разрежения, в которой происходит разгрузка пород мишени от сжатия. Волна разрежения, подобно ударной волне, сдвигает породы вниз точно под местом удара. За пределами этой области волна разрежения создает более сложную картину воздействий. Волна разрежения настигает частицы породы, которые под действием ударной волны начали двигаться вниз и в стороны. Взаимодействуя с ними, волна разрежения заставляет их, по крайней мере частично, двигаться вверх и наружу.

В результате часть материала выбрасывается из центра образующегося кратера. Выброс материала из центра в сочетании с направленным вниз движением в центре создает временную полость, выстланную трещиноватыми породами. Почти так же быстро, как образуется полость, трещиноватая порода коллапсирует внутрь. Обрушившиеся стенки образуют брекчиевую линзу, которая частично заполняет возникший простой кратер.

Размер, которого может достичь кратер, оставаясь простым, зависит от того, какие породы находятся в месте удара. Известно, что максимальный размер связан с прочностью породы, однако другие факторы, определяющие максимальный диаметр простых кратеров, еще плохо изучены. Тем не менее известно, что простые кратеры могут достигать в диаметре 2 км, если в месте удара находились осадочные породы, и 4 км, если там были кристаллические породы.

Ударные кратеры диаметром более 4 км обнаруживают черты, характерные для сложных кратеров. Ширина таких кратеров может быть в 100 раз больше, чем глубина. Сложные кратеры имеют в центре некий пик, окруженный кольцевой впадиной и трещиноватым валом.

Вначале образование сложного кратера идет примерно так же, как простого. Во время роста временной полости, однако, часть пород в центре отскакивает вверх. В результате такой отдачи дно временной полости приподнимается, образуя центральную структуру. Подъем в центре сложного кратера достигает одной десятой его конечного диаметра. Например, подъем в кратере Маникуаган в провинции Квебек (Канада), имеющем в поперечнике 100 км, равен 10 км.

Образование сложного кратера напоминает падение капли на водную поверхность. Если сфотографировать поверхность воды сразу после того, как по ней ударяет капля, можно увидеть, что в центре области удара вода поднимается вверх, тогда как дальше от центра образуется круговая рябь, «украшенная» разлетающимися в стороны брызгами. Однако если поверхность воды через некоторое время становится гладкой, то породы, расплавленные во время удара, в некоторый момент застывают и «отпечаток» удара сохраняется.

Идентифицировать ударный кратер только по структуре зачастую очень сложно. Большинство опознанных ударных кратеров подверглись эрозии и стали нечеткими круговыми структурами на поверхности. Лишь самые молодые из них сохранили какое-то подобие своей первоначальной формы. Но и в таких случаях остается вероятность, что структура, напоминающая по виду ударный кратер, на самом деле возникла в результате вулканической деятельности или других геологических процессов. Более того, поскольку брекчированные породы находят и в местах, не являющихся ударными кратерами, они не могут рассматриваться как доказательство падения небесного тела в данном месте.

Поэтому даже в наши дни можно встретить научные статьи, в которых подвергается сомнению ударное происхождение какого-то конкретного кратера сложного типа. Это касается прежде всего самых крупных и самых старых структур, таких как Сэдбэри в Канаде или Вредефорт в Южной Африке, первоначальный диаметр которых оценивается в 150–200 км и которые сильно изменились за последние 2 млрд лет.

Тем не менее исследователи старательно ищут и изучают «звездные раны» на поверхности Земли. Причем движет ими не только научное любопытство. Скажем, поверхностные слои на территории бывшего СССР разведаны геологами достаточно хорошо. Теперь их интересует, что лежит в глубинах планеты. Эту информацию и могут дать метеоритные кратеры. Во-первых, при соударении они выбрасывают из глубины на поверхность любопытные образцы. Во-вторых, давления при этом развиваются примерно такие же, как и в недрах планеты, а значит, можно получить представление о происходящих внутри процессах.

Кроме того, метеоритные кратеры представляют интерес и для планетологов. Ученые предполагают, что метеориты могли сыграть решающую роль в истории Солнечной системы как нагреватели планетарных тел. Ведь почти вся энергия при соударении переводится в тепло. И когда примерно около 4 млрд лет назад на поверхность только что родившихся планет в изобилии сыпался метеоритный «мусор», оставшийся после окончания строительства планетарной системы, интенсивность бомбардировки могла оказаться достаточной, чтобы этот источник тепла мог конкурировать с разогревом планет за счет радиоактивного распада элементов внутри них.

По следу иридия

Выше мы говорили, как астроблемы помогли исследователям удовлетворить свое любопытство. Но наличие «звездных ран» одновременно и настораживает…

«Около 65 млн лет назад гигантское небесное тело – астероид или комета диаметром около километра – низринулось с небес, столкнувшись с Землей на скорости более 10 километров в секунду. Огромное количество энергии, выделившейся при ударе, породило кошмарную цепь катастроф – бури, цунами, холод и тьму, парниковое потепление, кислотные дожди и всемирные пожары. Когда же восстановилось спокойствие, оказалось, что более половины видов существовавшей флоры и фауны исчезли. История Земли пошла по-новому, непредвиденному пути».

Так считают американские исследователи Уолтер Альварес и Фрэнк Азаро, разработавшие сценарий подобной катастрофы. Американцев поддержал швейцарский астроном Андрэ Медер, подсчитавший, что столкновение должно было привести к поднятию огромного количества пыли и мельчайших частиц, которые способны затмить земную атмосферу на несколько месяцев или даже лет. Наступившая «полярная ночь» с резким понижением температуры и привела к вымерзанию большинства ранее существовавших видов флоры и фауны.

Свою гипотезу специалисты построили вовсе не на пустом месте. Отец одного из авторов «сценария катастрофы» лауреат Нобелевской премии Луис Альварес и его коллега Элен Мишель из Беркли около сорока лет тому назад нашли фактическое подтверждение такого столкновения. Они обнаружили необычайно большое количество очень редкого металла иридия в осадочных породах слоев, соответствующих времени гибели динозавров в конце мелового периода. «Он мог попасть на Землю разве что в результате столкновения с нашей планетой астероида диаметром около 10 км», – решили эксперты.

Их метод основан на следующем соображении. Обычное содержание иридия в земной коре – около 0,003 части на миллиард. Однако анализ «небесных гостинцев» – метеоритов – показывает, что содержание металла в них достигает 500 частей на миллиард. Если в доисторические времена Земля действительно подверглась атаке из космоса, рассудили исследователи, то в донных осадках должна содержаться прослойка, имеющая в своем составе аномально большое количество иридия. Ведь некоторое количество его при ударе должно было испариться, а затем тонким слоем рассеяться по всей планете, зафиксировавшись в осадочных породах.

«Дуплет» воронок

Прослойка была обнаружена, теперь оставалось расследовать механизм атаки из космоса. Компьютерное моделирование показало, что астероид должен был пробить гигантскую дыру в атмосфере. В нее, вполне возможно, и были выброшены испарившиеся остатки астероида, а также частицы земных пород.

Далее компьютерная модель продемонстрировала, что удар по Земле тела диаметром 1–2 км и более не только привел бы к образованию кратера больше 150 км в поперечнике, но и уничтожил все живое в пределах видимости огненного шара. Пыль, поднятая в верхние слои атмосферы и даже за ее пределы, способна задержать свет, без которого прекратился бы фотосинтез в растениях.

Если падение астероида пришлось на океан, тоже ничего хорошего. Тогда в атмосферу поднялась бы не только пыль со дна и берегов, но и водяной пар. Он должен был оставаться в воздухе еще дольше, чем пыль, окутывая Землю подобно ватному одеялу. Поэтому вслед за «полярной ночью» и «зимой» должен был последовать период парникового потепления. И многие виды животных и растений, которые сумели пережить холода, погибли потом от теплового удара.

Оставалось уточнить место действия – найти кратер диаметром 150, а возможно, 200 или даже 300 км! Однако долгое время поиски оставались безуспешными; хотя в ходе их были обнаружены десятки кратеров, однако все они не подходили к данному случаю либо по времени, либо по диаметру. И вокруг идеи разгорелись споры, постепенно стали накапливаться противоречивые данные, указывающие на разные места и даты предполагаемой катастрофы.

Более того, в 1981 году профессор Йельского университета Лью Хики опубликовал в британском научном журнале «Nature» статью, в которой утверждал, что апокалиптические изменения флоры и фауны происходили в конце мелового периода постепенно и не обязательно могли быть результатом катастрофы.

Конец ознакомительного фрагмента.