Ученые смоделировали падение астероида, который образовал ударный кратер Чиксулуб на полуострове Юкатан, и выяснили, что он упал под углом от 45 до 60 градусов к поверхности Земли.
При таком угле падения в атмосферу выбрасывается наибольшее количество серы и углекислого газа, что может привести к существенному изменению климата на планете. Полученные результаты, поэтому, могут быть еще одним аргументом в пользу того, что именно падение астероида привело к мел-палеогеновому массовому вымиранию, пишут ученые в Nature Communications.
Ударный кратер Чиксулуб, расположенный на полуострове Юкатан, образовался около 66 миллионов лет назад вследствие падения астероида диаметром от 10 до 80 километров. Диаметр кратера составляет около 150 километров, что делает его вторым по величине среди известных на Земле и единственным, у которого есть пиковое кольцо — круговая структура, расположенная внутри кратера и окружающая его центр.
Бо́льшая часть кратера находится под осадочными породами, поэтому он был открыт сравнительно недавно (в 1978 году) благодаря изучению геофизических данных. Падение столь большого тела на земную поверхность должно было повлечь катастрофические последствия для климата и жизни, а приблизительное совпадение возраста кратера со временем мел-палеогенового массового вымирания породило гипотезу о том, что к вымиранию привело именно падение астероида.
Ученые под руководством профессора Гарета Коллинза (Gareth S. Collins) из Лондонского Имперского колледжа смоделировали падение чиксулубского астероида. Для этого они использовали данные о гравитационных аномалиях в районе кратера и данные «Экспедиции 364» Международной программы изучения океана (International Ocean Discovery Program), которая пробурила исследовательскую скважину на глубину более 1,3 километра ниже океанского дна в районе пикового кольца кратера.
Для симуляции исследователи использовали программу, разработанную для расчетов физики процессов столкновений и образования кратеров. Астероид моделировался как гранитная сфера, а место, куда он упал, — как плоская поверхность, состоящая из нескольких слоев с толщиной коры 33 километра. Траекторию астероида смоделировали для падения под четырьмя углами (90, 60, 45 и 30 градусов), при этом диаметр тела увеличивался с уменьшением угла удара для сохранения заданного радиуса получающегося в итоге кратера.
Основным критерием для сравнения симуляции с реально наблюдаемыми геологическими особенностями в районе Чиксулуба стала оценка взаимного расположение трех центров: геометрического центра кратера, пикового кольца и поднятия плотных пород мантии, находящихся в 30 километрах ниже поверхности. В реальном кратере эти три точки расположены практически на одной линии, вытянутой в направлении с северо-востока на юго-запад, а центр кратера при этом находится между центрами мантийного поднятия и пикового кольца.
В результате, модель с углом падения 60 градусов и направлением падения с северо-востока наиболее похоже воспроизвела картину наблюдаемых геологических особенностей. Модель угла падения в 45 градусов показала меньшее смещение центра мантийного поднятия, но также в пределах погрешностей, связанных с неточностями в определении диаметра кратера и местоположения его элементов. Более-менее симметричное распределение выбросов, расплавленных при ударе пород вокруг кратера, также согласуется с крутым наклоном траектории упавшего тела, полученным при моделировании.
То, под каким углом происходит удар, напрямую влияет на массу испаряющихся в результате взрыва осадочных пород. Согласно ранее опубликованным вычислениям, угол удара в диапазоне от 30 до 60 градусов приводит к наиболее серьезным изменениям климата планеты. Количество серы и углекислого газа, выбрасываемых при этом в атмосферу, на единицу массы упавшего тела в два-три раза выше, чем при вертикальном ударе и на порядок выше, чем при сценариях с пологими углами падения (15 градусов). Так как угол падения чиксулубского астероида согласно модели равняется 45–60 градусам, это событие в действительности привело к наибольшему возможному выбросу серы и углекислого газа. Это, в свою очередь, может быть еще одним аргументом в пользу того, что именно чиксулубский астероид стал ключевым фактором приведшим к мел-палеогеновому вымиранию.
Событие, сформировавшее кратер Чиксулуб, оказало значительное влияние на климат Земли, а мел-палеогеновое вымирание, которое с ним связывают, привело к исчезновению множества видов, в том числе и млекопитающих, существование которых, как считают ученые, было поставлено под угрозу. Однако не только астероид способен привести к массовому исчезновению видов: в наше время из-за воздействия человека на окружающую среду под угрозой исчезновения находится до миллиона видов.
Автор: Андрей Фокин