Этапы столкновения

Столкновение с крупным астероидом – одно из самых масштабных явлений для нашей планеты. Оно очевидно, оказало бы влияние на все без исключения оболочки Земли – литосферу, атмосферу, океан и, разумеется, на биосферу. К сожалению, мне не удалось найти в литературе сценария, который охватывал бы все аспекты такого столкновения. Однако, имеются теории, описывающие процесс образования ударных кратеров; влияние же столкновения на атмосферу и климат (наиболее важное с точки зрения воздействия на биосферу планеты) сходно со сценариями ядерной войны и крупнейшими вулканическими изверженими, также приводящими к выбросу в атмосферу большого количества пыли (аэрозоля). Конечно, масштабы явлений в определяющей степени зависят от энергии столкновения (то есть в первую очередь от размеров и скорости астероида). Обнаружено однако, что при рассмотрении мощных взрывных процессов (начиная от ядерных взрывов с тротиловым эквивалентом несколько килотонн и до падения самых крупных астероидов) применим принцип подобия. Согласно этому принципу, картина происходящих явлений сохраняет свои общие черты во всех масштабах энергии. [2]

Рассмотрим, для определённости, характер процессов, сопутствующих падению на Землю круглого астероида диаметром 10 км (то есть величиной с Эверест); примем в качестве скорости астероида при падении 20 км/с. Зная плотность астероида, нетрудно найти энергию столкновения по формуле E=M·v2/2, где M=Pi·D3·ro/6, ro – плотность астероида, m, v и D – его масса, скорость и диаметр. Плотности космических тел могут варьироваться от 1500 кг/м3 для кометных ядер до 7000 кг/м3 для железных метеоритов. Астероиды имеют железо-каменный состав (различный для разных групп). Можно принять в качестве плотности падающего тела. ro~5000 кг/м3. Тогда энергия столкновения составит E~5·1023 Дж. В тротиловом эквиваленте (при взрыве 1 кг тротила выделяется 4,2·106 Дж энергии) это составит ~1,2·108 Мт. Самая мощная из термоядерных бомб, испытанных человечеством, ~100 Мт, имела в миллион раз меньшую мощность. Для сравнения масштабов, в Таблице 2 приведены энергии других природных явлений.

Таблица 2. Энергетические масштабы природных явлений

При анализе Таблицы 2 следует иметь ввиду также время, за которое энергия выделяется, и площадь зоны события. Землетрясения происходят на большой площади и энергия выделяется за время порядка часов; разрушения при этом имеют умеренный характер и распределены равномерно. При взрывах бомб и падениях метеоритов локальные разрушения катастрофичны, но их масштаб быстро убывает по мере удаления от эпицентра. Из Таблицы 2 следует и другой вывод: несмотря на колоссальное количество выделяемой энергии, по масштабам падение даже крупных астероидов сравнимо с другим мощным природным явлением – вулканизмом. Взрыв вулкана Тамбора не был самым мощным даже в историческое время. А поскольку энергия астероида пропорциональна его массе (то есть кубу диаметра), то при падении тела диаметром 2,5 км выделилось бы меньше энергии, чем при взрыве Тамбора. Взрыв вулкана Кракатау был эквивалентен падению астероида диаметром 1,5 км. Влияние вулканов на климат всей планеты общепризнано, однако неизвестно, чтобы крупные вулканические взрывы имели катастрофический характер (к сравнению воздействия на климат вулканических извержений и падения астероидов мы ещё вернёмся).