Wpływ zimy -Impact winter

Zima uderzeniowa to hipotetyczny okres przedłużającego się chłodu spowodowanego uderzeniem dużej asteroidy lub komety na powierzchnię Ziemi . Gdyby asteroida uderzyła w ląd lub płytki zbiornik wodny, wyrzuciłaby do atmosfery ogromną ilość pyłu, popiołu i innych materiałów , blokując promieniowanie słoneczne. Spowodowałoby to drastyczny spadek globalnej temperatury. Gdyby asteroida lub kometa o średnicy około 5 km (3,1 mil) lub więcej uderzyła w duży głęboki zbiornik wodny lub eksplodowała przed uderzeniem w powierzchnię, do atmosfery nadal byłaby wyrzucana ogromna ilość szczątków. Zaproponowano, że zima uderzeniowa może doprowadzić do masowego wyginięcia wielu gatunków istniejących na świecie. Wymieranie kredowo-paleogeniczne prawdopodobnie wiązało się z zimą uderzeniową i doprowadziło do masowego wyginięcia większości czworonogów ważących ponad 25 kilogramów (55 funtów).

Możliwość wpływu

Każdego roku w Ziemię uderzają meteoroidy o średnicy 5 m (16 stóp), które powodują eksplozję 50 km (31 mil) nad powierzchnią z mocą ekwiwalentu jednej kilotony TNT. Codziennie w Ziemię uderza meteor o średnicy mniejszej niż 5 m (16 stóp), który rozpada się przed dotarciem na powierzchnię. Meteory, które wydostają się na powierzchnię, mają tendencję do uderzania w niezaludnione obszary i nie powodują szkód. Bardziej prawdopodobne jest, że człowiek zginie w pożarze, powodzi lub innej katastrofie naturalnej niż w wyniku uderzenia asteroidy lub komety. W innym badaniu z 1994 r. stwierdzono, że prawdopodobieństwo, że Ziemia uderzy w ciągu następnego stulecia przez dużą asteroidę lub kometę o średnicy około 2 km (1,2 mil), wynosi 1 na 10 000. Ten obiekt byłby w stanie zakłócić ekosferę i zabić dużą część światowej populacji. Jeden z takich obiektów, Asteroid 1950 DA , ma obecnie 0,005% szansy na kolizję z Ziemią w roku 2880, chociaż kiedy po raz pierwszy odkryto prawdopodobieństwo to wynosiło 0,3%. Prawdopodobieństwo maleje, gdy orbity są udoskonalane dodatkowymi pomiarami.

Ponad 300 krótkookresowych komet przechodzi w pobliżu większych planet, takich jak Saturn i Jowisz , które mogą zmienić trajektorie komet i potencjalnie umieścić je na orbicie przecinającej Ziemię. Może się to zdarzyć również w przypadku komet długookresowych, ale szansa jest najwyższa w przypadku komet krótkookresowych. Prawdopodobieństwo ich bezpośredniego uderzenia w Ziemię jest znacznie mniejsze niż w przypadku uderzenia obiektu bliskiego Ziemi (NEO). Victor Clube i Bill Napier popierają kontrowersyjną teorię, że krótkookresowa kometa na orbicie przecinającej Ziemię nie musi uderzać, aby była niebezpieczna, ponieważ może się rozpaść i spowodować zasłonę pyłową z możliwością scenariusza „ nuklearnej zimy ” z długim -okresowe globalne ochłodzenie trwające tysiące lat (które uważają za podobne pod względem prawdopodobieństwa do uderzenia 1 km).

Niezbędne czynniki wpływu

Ziemia doświadcza niekończącego się zaporu kosmicznego gruzu. Małe cząstki spalają się, gdy wchodzą do atmosfery i są widoczne jako meteory . Wiele z nich pozostaje niezauważonych przez przeciętnego człowieka, mimo że nie wszystkie spłoną przed uderzeniem w powierzchnię Ziemi. Te, które uderzają w powierzchnię, znane są jako meteoryty . Tak więc nie każdy obiekt, który uderzy w Ziemię, spowoduje zdarzenie na poziomie wyginięcia, a nawet spowoduje realną szkodę. Obiekty uwalniają większość swojej energii kinetycznej w atmosferze i eksplodują, jeśli napotkają kolumnę atmosfery większą lub równą ich masie . Skutki wymierania na Ziemi występują mniej więcej co 100 milionów lat. Chociaż zdarzenia wymierania zdarzają się bardzo rzadko, duże pociski mogą wyrządzić poważne szkody. W tej części omówimy charakter zagrożeń stwarzanych przez pociski w zależności od ich wielkości i składu.

Rozmiar

Duża asteroida lub kometa może zderzyć się z powierzchnią Ziemi z siłą setek, a nawet tysięcy razy większą niż wszystkie bomby atomowe na Ziemi. Na przykład zaproponowano, że uderzenie na granicy K/T spowodowało wyginięcie wszystkich nieptasich dinozaurów 66 milionów lat temu. Wczesne szacunki wielkości tej asteroidy określają jej średnicę na około 10 km (6,2 mil). Oznacza to, że uderzył z siłą prawie 100 000 000 MT (418 ZJ). To ponad sześć miliardów razy więcej niż wydajność bomby atomowej (16 kiloton, 67 TJ), która została zrzucona na Hiroszimę podczas II wojny światowej. Ten impaktor wykopał krater Chicxulub o średnicy 180 km (110 mil). W przypadku obiektu tej wielkości pył i szczątki nadal byłyby wyrzucane do atmosfery , nawet gdyby uderzyły w ocean, który ma tylko 4 km głębokości. Asteroida , meteor lub kometa pozostałaby nienaruszona przez atmosferę dzięki swej masie. Jednak obiekt mniejszy niż 3 km (1,9 mil) musiałby mieć silny skład żelaza , aby przebić się przez niższą atmosferę - troposferę lub niższe poziomy stratosfery .

Kompozycja

Istnieją trzy różne typy składu asteroidy lub komety: metaliczny , kamienisty i lodowy . Skład obiektu decyduje o tym, czy dotrze do powierzchni Ziemi w jednym kawałku, rozpadnie się przed przebiciem atmosfery, czy rozpadnie się i eksploduje tuż przed dotarciem na powierzchnię. Przedmiot metalowy zwykle składa się ze stopów żelaza i niklu . Te metalowe obiekty są najbardziej narażone na uderzenie w powierzchnię, ponieważ lepiej wytrzymują naprężenia wywołane ciśnieniem tarana spłaszczenia i fragmentacji podczas zwalniania w atmosferze . Kamienne obiekty, takie jak meteoryty chondrytowe, mają tendencję do palenia się, rozpadania lub eksplodowania przed opuszczeniem górnej warstwy atmosfery. Te, które dotrą na powierzchnię, potrzebują minimum energii około 10 Mt (4 × 10 ¹⁶ J ) lub około 50 m (160 stóp) średnicy, aby przebić się do niższej atmosfery (dotyczy to kamiennego obiektu uderzającego z prędkością 20 kilometrów na sekundę (40 000 mil na godzinę)). Porowate obiekty podobne do komet składają się z krzemianów o niskiej gęstości , substancji organicznych , lodu, są lotne i często spalają się w górnej atmosferze ze względu na ich niską gęstość nasypową (≤1 g/cm3 ⁽ 60 funtów/stopę sześcienną)).

Możliwe mechanizmy

Chociaż asteroidy i komety , które uderzają w Ziemię, uderzają z siłą wielokrotnie większą niż wulkan , mechanizmy zimy uderzeniowej są podobne do tych, które występują po wywołanej przez erupcję megawulkaniczną zimie . W tym scenariuszu ogromne ilości szczątków wtryśnięte do atmosfery zablokowałyby część promieniowania słonecznego na dłuższy czas i obniżyłyby średnią globalną temperaturę nawet o 20°C po roku. Dwa główne mechanizmy, które mogą doprowadzić do zimy, to masowe wyrzucanie regolitu i wielokrotne burze ogniowe .

Masowe wyrzucanie regolitu

Ten wykres przedstawia rozkład wielkości w mikrometrach różnych rodzajów pyłu atmosferycznego .

W badaniu przeprowadzonym przez Curta Coveya i in. stwierdzono, że asteroida o średnicy około 10 km (6,2 mil) z ^siłąwybuchu około 108 MT może wysłać w górę około 2,5x1015 kg cząstek aerozolu o wielkości ¹µm do atmosfery . Wszystko, co większe, szybko spadłoby z powrotem na powierzchnię. Cząsteczki te rozprzestrzeniłyby się następnie w atmosferze i absorbowały lub załamywały światło słoneczne, zanim zdołały dotrzeć do powierzchni, ochładzając planetę w podobny sposób, jak siarkowy aerozol unoszący się z megawulkanu , powodując głębokie globalne przyciemnienie . To jest kontrowersyjnie rzekomo miało miejsce po erupcji Toba .

Te sproszkowane cząstki skały pozostaną w atmosferze aż do suchego osadzania , a ze względu na swój rozmiar będą również działać jako jądra kondensacji chmur i zostaną wypłukane przez wilgotne osadzanie /opady, ale nawet wtedy około 15% promieniowania słonecznego może nie być dotrzeć na powierzchnię. Po pierwszych 20 dniach temperatura na lądzie może szybko spaść o około 13°C. Po około roku temperatura może wzrosnąć o około 6°C, ale do tego czasu około jedna trzecia półkuli północnej może być pokryta lód.

Jednak efekt ten można w dużej mierze złagodzić, a nawet odwrócić, poprzez uwolnienie ogromnych ilości pary wodnej i dwutlenku węgla, spowodowanego początkowym globalnym impulsem cieplnym po uderzeniu. Gdyby asteroida uderzyła w ocean (co miałoby miejsce w przypadku większości zderzeń), para wodna utworzyłaby większość wyrzuconej materii i prawdopodobnie spowodowałaby poważny efekt cieplarniany i wzrost temperatury netto.

Jeśli uderzenie jest wystarczająco energetyczne, może spowodować pióropusz płaszcza (wulkanizm) w punkcie antypodalnym (po przeciwnej stronie świata). Ten wulkanizm mógł zatem sam stworzyć zimę wulkaniczną , niezależnie od innych skutków uderzenia.

Wiele burz ogniowych

W połączeniu z początkowymi szczątkami wyrzuconymi do atmosfery , jeśli impaktor jest bardzo duży (3 km (1,9 mil) lub więcej), jak impaktor graniczny K/T (szacunkowo 10 km (6,2 mil)), może dojść do zapłonu wielu burz ogniowych , prawdopodobnie z globalnym zasięgiem w każdym gęstym lesie, a zatem podatnym na burze ogniowe. Te pożary drewna mogą uwolnić do atmosfery wystarczającą ilość pary wodnej, popiołu, sadzy, smoły i dwutlenku węgla, aby same zakłócić klimat i spowodować, że sproszkowana chmura pyłu skalnego blokuje słońce. Alternatywnie może to spowodować, że będzie trwać znacznie krócej, ponieważ będzie więcej pary wodnej, z której skaliste cząstki aerozolu wytworzą jądra kondensacji chmur . Jeśli spowoduje to dłuższe utrzymywanie się chmury pyłu, wydłużyłoby to czas chłodzenia Ziemi, prawdopodobnie powodując tworzenie się grubszych pokryw lodowych.

Przeszłe wydarzenia

W 2016 r. w ramach projektu naukowego wiercenia wwiercono się głęboko w szczytowy pierścień krateru uderzeniowego Chicxulub, aby uzyskać próbki rdzenia skalnego z samego uderzenia. Ten krater jest jednym z najbardziej znanych kraterów uderzeniowych i był przyczyną wyginięcia dinozaurów .

Odkrycia powszechnie postrzegano jako potwierdzenie aktualnych teorii dotyczących zarówno uderzenia krateru, jak i jego skutków. Potwierdzili, że skała tworząca pierścień szczytowy została poddana ogromnym ciśnieniom i siłom, stopiona przez ogromne ciepło i wstrząśnięta ogromnym ciśnieniem ze swojego zwykłego stanu do obecnej postaci w ciągu zaledwie kilku minut. Nie bez znaczenia był również fakt, że szczytowy pierścień został wykonany z granitu, ponieważ granit nie jest skałą znalezioną w osadach dna morskiego – pochodzi znacznie głębiej pod ziemią i został wyrzucony na powierzchnię przez ogromne ciśnienie uderzenia. Gips , skała zawierająca siarczan , która jest zwykle obecna na płytkim dnie morskim regionu, została prawie całkowicie usunięta, a zatem musiała prawie całkowicie wyparować i przedostać się do atmosfery, a po wydarzeniu natychmiast nastąpiło ogromne megatsunami ( masowy ruch wód morskich) wystarczający do położenia największej znanej warstwy piasku oddzielonej wielkością ziarna bezpośrednio nad pierścieniem szczytowym.

Mocno wspierają one hipotezę, że impaktor był wystarczająco duży, aby stworzyć 120-milowy szczytowy pierścień, wyrzucić stopiony granit z głębi ziemi, wywołać kolosalne ruchy wody i wyrzucić ogromną ilość odparowanych skał i siarczanów do atmosfery, gdzie utrzymałby się przez długi czas. Ta globalna dyspersja pyłu i siarczanów doprowadziłaby do nagłego i katastrofalnego wpływu na klimat na całym świecie, powodując duże spadki temperatury, niszcząc łańcuch pokarmowy .

Wpływ na ludzi

Zima uderzeniowa miałaby niszczycielski wpływ na ludzi, a także na inne gatunki na Ziemi. Ponieważ promieniowanie słoneczne zostało poważnie zmniejszone, pierwszymi gatunkami, które umrą, będą rośliny i zwierzęta, które przetrwają proces fotosyntezy . Ten brak pożywienia ostatecznie doprowadziłby do masowego wyginięcia innych zwierząt, które znajdują się wyżej w łańcuchu pokarmowym i prawdopodobnie zabiją do 25% populacji ludzkiej. W zależności od lokalizacji i wielkości początkowego wpływu, koszt działań porządkowych może być tak wysoki, że spowoduje kryzys gospodarczy dla ocalałych. Te czynniki sprawiłyby, że życie na Ziemi dla ludzi byłoby niezwykle trudne.

Rolnictwo

W atmosferze Ziemi pełnej pyłu i innych materiałów promieniowanie słoneczne zostałoby załamane i rozproszone z powrotem w kosmos i pochłonięte przez te szczątki. Pierwszym skutkiem na Ziemi, po fali uderzeniowej i potencjalnych wielokrotnych burzach ogniowych , byłaby śmierć większości, jeśli nie wszystkich, fotosyntetycznych form życia na Ziemi. Te w oceanie, które przeżyją, prawdopodobnie uśpią się, dopóki słońce nie wzejdzie ponownie. Te na lądzie mogłyby być utrzymywane przy życiu w podziemnym mikroklimacie , czego przykładem są aragonitowe jaskinie Zbrašov . Szklarnie w podziemnych kompleksach z elektrowniami na paliwo kopalne lub jądrowe mogłyby utrzymać włączone lampy do uprawy sztucznego światła słonecznego , dopóki atmosfera nie zacznie się oczyszczać. Tymczasem ci na zewnątrz, którzy nie zostali zabici z powodu braku światła słonecznego, najprawdopodobniej zostaliby zabici lub uśpieni przez ekstremalne zimno uderzenia zimy. Ta śmierć roślin może prowadzić do długiego okresu głodu , jeśli wystarczająca liczba ludzi przeżyje początkową falę uderzeniową i spowoduje wzrost kosztów żywności w krajach nierozwiniętych zaledwie kilka miesięcy po pierwszych nieurodzaju. Kraje rozwinięte nie doświadczyłyby głodu , chyba że ochłodzenie miałoby trwać dłużej niż rok, ze względu na większe zapasy żywności w puszkach i zboża w tych krajach. Jeśli jednak impaktor miałby podobny rozmiar do impaktora granicznego K/T, straty w rolnictwie mogą nie zostać zrekompensowane importem na półkulę północną z półkuli południowej lub odwrotnie. Jedynym sposobem na uniknięcie głodu byłoby zgromadzenie przez każdy kraj co najmniej rocznej żywności dla swoich obywateli. Niewiele krajów ma to; średni światowy poziom zapasów zbóż wynosi jedynie około 30% rocznej produkcji.

Ekonomia

Koszt oczyszczenia po uderzeniu asteroidy lub komety kosztowałby od miliardów do bilionów dolarów, w zależności od dotkniętej lokalizacji. Uderzenie w Nowym Jorku (szesnaste najbardziej zaludnione miasto na świecie) może kosztować miliardy dolarów strat finansowych, a odbudowa sektora finansowego (tj. giełdy ) może zająć lata. Jednak prawdopodobieństwo takiego naturalnie ukierunkowanego wpływu byłoby niezwykle niskie.

Przeżywalność

Na dzień 20 lutego 2018 r. znanych jest 17 841 obiektów bliskich Ziemi . znanych jest 8059 potencjalnie niebezpiecznych obiektów; są większe niż 140 m (460 stóp) i mogą zbliżać się do Ziemi na odległość większą niż 20 razy większą od Księżyca . Odkryto 888 NEA większych niż 1 km, czyli 96,5% z szacowanej łącznej liczby około 920.

Languages

In other projects