Krater uderzeniowy Kaali na wyspie Sarema w Estonii (Keith Ruffles, CC BY 3.0, zdjęcie modyfikowane / Wikimedia)
Niewielkie asteroidy są dla ludzkości większym zagrożeniem niż duże obiekty, bo trudniej je w kosmosie wypatrzyć. Ślady po ich uderzeniach mogą wyjaśnić, jak często się zdarzają i jakie mogą być ich konsekwencje. Sposób na wyszukiwanie takich kraterów znalazł międzynarodowy zespół kierowany przez Polkę.
„Największe asteroidy – takie, które mogą spowodować globalną katastrofę, wywołują największe emocje wśród ludzi. Ale to nie one są dla nas największym zagrożeniem: na szczęście są one bardzo rzadkie i stosunkowo łatwe do wypatrzenia. Dzięki temu, że mamy je już na oku – wiemy, że nic dużego w nas nie celuje” – mówi PAP dr Anna Łosiak z Instytutu Nauk Geologicznych PAN i University of Exeter w Wielkiej Brytanii.
Bardziej należy się obawiać mniejszych asteroid, wielkości 30-100 m. Im asteroida jest mniejsza, tym trudniej ją dojrzeć przed zderzeniem, i tym szybciej ślady po tej kosmicznej katastrofie znikają. W zależności od tego, gdzie asteroida spadnie, może niemal nie mieć żadnych skutków – lub nieść poważne konsekwencje dla mieszkańców feralnego obszaru.
W XX i XXI w. dwa takie uderzenia spowodowały zniszczenia na masową skalę. W 1908 roku asteroida, która spadła na Ziemię w środkowej Syberii, powaliła drzewa w promieniu 40 km, widziana była w promieniu 650 km, a słyszana – w promieniu 1000 km. Według doniesień do katastrofy mogło doprowadzić uderzenie obiektu o średnicy zaledwie 50 m. Zdarzenie to nazywane jest katastrofą tunguską. Z kolei w 2013 roku w Czelabińsku nad południowym Uralem fala uderzeniowa i okruchy z eksplozji meteorytu o wielkości ok. 17-20 m uszkodziły ponad 7500 budynków, a także spowodowały obrażenia u ponad tysiąca pięciuset osób.
„Warto przygotować się na tego typu zdarzenia; to tylko kwestia czasu, kiedy kolejna asteroida znowu uderzy w naszą planetę” – powiedział Witold Szczuciński, prof. Uniwersytetu im Adama Mickiewicza, zaangażowany w nowe badania dotyczące kraterów, opublikowane w prestiżowym piśmie „Geology”.
Inny współautor badań prof. Andrzej Muszyński z UAM przypomniał, że już kiedyś w Polskę, w teren dzisiejszego Poznania, uderzyło ciało niebieskie wystarczająco duże, żeby utworzyć stumetrowy krater Morasko.
Obrazowe przedstawienie usytuowania planetoid w wewnętrznej części Układu Słonecznego i aż do okolic orbity Jowisza (rzut na płaszczyznę ekliptyki). Zaznaczono planetoidy z pasa planetoid (białe punkty), dwie grupy planetoid trojańskich (obóz trojański i grecki; zielone), rodzinę planetoidy Hilda (pomarańczowe) i inne (tłumaczenie do polskiej wersji: John Belushi; pierwotnie przesyłającym polską wersję był Roo72 z pl.wikipedia. Pierwotnym autorem był Mdf z en.wikipedia. Na Commons przeniósł z pl.wikipedia użytkownik Masur z pomocą narzędzi CommonsHelper / domena publiczna)
„Liczne zwęglone szczątki zagrzebane w materiale wyrzuconym z krateru świadczą o tym, że w przypadku takiego wydarzenia lepiej znajdować się gdzieś indziej” – dodaje doktorantka tej samej uczelni Monika Szokaluk.
Aby przygotować się na przyszłe zagrożenia, naukowcy starają się zrozumieć, jak często zdarzają się takie kolizje, i poznać ich specyfikę czy możliwe konsekwencje. Jednak lokalizacja ok. 70 proc. wszystkich kraterów powstałych w wyniku uderzeń w holocenie, czyli obecnej epoce geologicznej, pozostaje nieznana. Zaginionych kraterów jest wiele, bo bardzo trudno je odnaleźć.
Dlaczego tak się dzieje? Trudno jest odróżnić cechy powierzchni spowodowane uderzeniami asteroid od tych, które wynikają z wulkanizmu, działalności lodowców, erozji lub innych procesów geologicznych.
W przypadku uderzeń większych obiektów sprawa jest prostsza, bo ciśnienia i temperatury przy zderzeniu są tak duże, że powodują deformację skały w bardzo specyficzny sposób. Jedynymi innymi zdarzeniami, które powodują podobne skutki, są wybuchy jądrowe.
Najtrudniejsze do odnalezienia są kratery spowodowane właśnie przez mniejsze asteroidy. W ich przypadku ciśnienia i temperatury są niższe, a małe ilości przetworzonego materiału bywają rozrzucone na dużym obszarze wraz z gruzami wyrzuconymi z krateru siłą uderzenia, glebą i lokalnymi skałami.
Dotąd naukowcy w miejscach, które posądzali o bycie kraterem uderzeniowym, najczęściej po prostu szukali fragmentów asteroidy, która uderzyła w Ziemię. Spośród 14 znanych małych kraterów o średnicy poniżej 200 m, 13 zidentyfikowano poprzez znalezienie fragmentów obiektu powodującego uderzenie. Jednak ponieważ większość asteroid w naszym Układzie Słonecznym jest zbudowana ze skał, to rozpada się po uderzeniu. Odnalezienie pozostałości kamiennej asteroidy wśród ziemskich kamieni i żwiru jest jak szukanie igły w stogu siana.
Okazuje się jednak, że jest na to sposób. Znaleźli go naukowcy z Instytutu Nauk Geologicznych PAN i brytyjskiego University of Exeter, a artykuł na ten temat opublikowali w „Geology”. Metoda opiera się na badaniu węgla drzewnego z roślinności zabitej podczas wybuchu, który towarzyszył uderzeniu asteroidy w Ziemię. Nowa metoda pozwala naukowcom identyfikować nawet małe kratery, powstałe do kilkunastu tysięcy lat wstecz. „Po dłuższym czasie wątpliwe jest, czy kratery przetrwają. W większości przypadków erozja małych kraterów następuje bardzo szybko i nie są już później dostrzegalne” – opisuje Anna Łosiak.
Wiatrołom wokół miejsca eksplozji fenomenu tunguskiego. Zdjęcie z magazynu „Vokrug Sveta”, 1931. Oryginalne zdjęcie zostało zrobione w maju 1929 r. (Leonid Kulik, the expedition to the Tunguska event – „Vokrug Sveta”, 1931, copied from the German Wikipedia, uploaded there by user Dilerius who copied it from the English Wikipedia, uploaded there by user Avsa / domena publiczna)
Okazało się, że właściwości węgla drzewnego powstałego w wyniku uderzenia asteroidy znacznie różnią się od cech węgla drzewnego ze starożytnych i współczesnych pożarów lasów. Różnicę daje się zauważyć w strukturze węgla drzewnego i ilości odbijanego światła.
Aby zmierzyć właściwości węgla drzewnego po uderzeniu, zespół wykopał rowy badawcze wokół czterech znanych już kraterów: tysiącletniego Whitecourt w Kanadzie; Kaali Main oraz Kaali ze współczesnej Estonii, a także Morasko w Polsce. Kratery te znajdują się na dwóch kontynentach – w trzech krajach – i powstały tysiące lat od siebie.
Znalezione tam kawałki węgla drzewnego o rozmiarach od milimetra do centymetra przygotowano tak, by precyzyjnie zmierzyć współczynnik odbicia światła. Wyniki porównano następnie z węglem drzewnym powstałym podczas pożarów. Różnice okazały się znaczące.
Jak tłumaczy dr Łosiak, im więcej dostarczymy energii do danego fragmentu materii organicznej, im wyższa temperatura dostarczana jest przez długi czas – tym bardziej regularnie porozmieszczane są cząsteczki węgla tworzące strukturę pseudografitu. Tym lepiej też odbija ona światło.
Średnia temperatura podczas pożaru lasu to powyżej 800 st. C. W przypadku takich pożarów mamy kawałki drewna, które bezpośrednio dotykały płomienia i one bardzo silnie odbijają światło, ale i kawałki, które są mało zwęglone. Węgiel taki jest więc bardzo zróżnicowany pod względem współczynnika odbicia.
„W przypadku węgla drzewnego z kraterów uderzeniowych wszystkie te węgielki są bardzo do siebie podobne, i wszystkie są ‘spieczone’ do dokładnie takich samych właściwości. Wszystkie zostały ‘upieczone’ w relatywnie niskiej temperaturze (kilkuset stopni) – niższej niż ta, która towarzyszy pożarom” – wskazała geolog planetarna w rozmowie z PAP.
Choć węgle uderzeniowe powstały podczas gwałtownego wydarzenia, to jednak prawdopodobnie w stosunkowo niskich temperaturach, które oddziaływały na materię organiczną przez wiele godzin. Prawdopodobnie – jak tłumaczą naukowcy – uderzenie asteroidy zakopuje drzewa, gałęzie, gałązki i inny materiał organiczny pod dużą masą wyrzuconego materiału, zapewniając stosunkowo wysoką temperaturę przez długi czas.
Trudno tu o pomyłkę, bo węgiel o zbliżonych właściwościach człowiek jest w stanie wytworzyć tylko w tzw. smolarniach – miejscach, w których dawniej produkowano smołę. Może też on powstawać poprzez wciągnięcie do materiału piroklastycznego wulkanów. „Jednak w obu tych przypadkach średnia odbijalność światła jest dużo wyższa niż w kraterze pouderzeniowym” – zwraca uwagę badaczka.
Publikacja jest dostępna na stronie: geoscienceworld.org.
Autorka: Ewelina Krajczyńska, PAP.
