Ударные кратеры

Число известных кратеров на поверхности Земли существенно выросло за последние десятилетия. Помимо того, улучшившиеся технологии датировки позволили установить возраст многих из них. К концу 2004 года было известно около 170 импактных структур на поверхности Земли. Из них только 40 пригодны для статистического анализа: они имеют диаметр более 3 км и возраст менее 250 млн. лет, и были датированы с точностью, лучшей, чем 10 млн. лет. Большинство из этих 40 датировано с точностью лучшей, чем 5 млн. лет, и около половины – лучше, чем 1 млн. лет. Это небольшая база данных, но ее всё же достаточно, чтобы искать в ней тенденции, периодичности, импактные эпизоды и тому подобное.

Распределение по возрастам показано на рис. 1. Во-первых, из данных следует, что по мере углубление в прошлое частота импактных событий уменьшается. Это может быть только иллюзией, по причине накапливающегося перекрытия кратеров отложениями или эрозии. Если все кратеры, скажем, менее 10 млн. лет возрастом уже были найдены – маловероятное предположение – из этих данных следует, что только 40% импактных кратеров, сформировавшихся 100 млн. лет назад, было обнаружено, и только 10% из тех, что сформировались 200 млн. лет назад.

Тщательное исследование рис.1 создаёт впечатление, что некоторые кратеры сгруппированы во времени, и статистическое исследование это подтверждает. (Napier, 2006). Все крупнейшие кратеры находятся в пределах этих эпизодов бомбардировки: средний диаметр кратеров в пределах эпизодов составляет 50 км, а за пределами – 20 км. История бомбардировки, таким образом, не является историей случайных столкновений. Скорее, она имеет характер «импактных эпох», в течение которых Земля интенсивно бомбардировалась, прерываемых относительно спокойными периодами.

Третья особенность данных по кратерам не очевидна на первый взгляд, но может быть обнаружена при детальном анализе: это слабая периодичность. Сильные случайные всплески также присутствуют, что делает невозможным определить, какое именно из периодических решений является верным, а какие являются гармониками. (рис. 1) Единственное, что мы можем сделать – это сказать, что в течение последних 250 млн. лет эпизоды образования кратеров повторялись через интервалы 24, 30, 36 или 42 млн. лет, с включением нескольких случайных эпизодов сравнимой силы. Отношение пиковых уровней к минимальным остаётся неопределённым, но может быть в пределах от 2:1 до 5:1.

Время, млн. Лет

50 100 150 200 250

Рис. 1. Распределение возраста 40 кратеров более 3 км. в диаметре с возрастом менее 250 млн. лет, известных с точностью лучшей, чем 10 млн. лет. Прямоугольное окно шириной в 8 млн. лет соответствует примерно средней неопределённости в возрастах, следующей из данных, и гладкая кривая показывает общую тенденцию. Впечатление, что столкновения происходят в течение определённых эпизодов бомбардировки подтверждается детальным статистическим анализом (Napier 2005).

Из этого следует, что подсчёт кратеров на древних поверхностях имеет ограниченную пользу для выведения современной частоты столкновений. Следы кратеров на Луне, в частности, использовались для того, чтобы вывести, что импакты, дающие 100 км земной кратер (способный привести к массовому вымиранию) случаются раз в 27 млн. лет. (Neukum and Ivanov, 1994). Однако поверхность Луны является древней и флюктуации в частоте столкновений не могут быть определены с разрешением лучшим, чем миллиард лет. Рис 1. показывает, что нынешняя частота столкновений может быть в несколько раз выше, чем оценки, основанные на лунных данных, и также есть данные, что подобная согласованная структура сохраняется и при более высоком временном разрешении (Steel et al., 1990).

Одной из убедительных причин эпизодов бомбардировки является столкновение и распад астероидов в главном поясе астероидов, и последующее затем выпадение их осколков на орбиты, пересекающие орбиту Земли. Этот процесс может привести к флюктуациям частоты образования кратеров на Земле на масштабе времени 0.1-1 млн. лет, в случае фрагментов размером в 1 км. (Menichella et al., 1996). Однако крупнейшие кратеры требуют разрушения соответственно больших астероидов, а такие распады слишком нечасты (в 10-100 раз), чтобы обеспечить всплески бомбардировки, ведущие к массовыми вымираниям. (Napier, 2006).

Возможно, всплески связаны с дисбалансом кометного облака Оорта. Это – огромный резервуар из примерно 100 миллиардов долгопериодичных комет, образующих грубо говоря сферический рой, обращающийся вокруг Солнца на расстоянии 50 000 астрономических единиц, на четверти расстояния до ближайшей звезды. Приток долго-периодичных комет из облака Оорта в основном связан с возмущающими воздействиями галактических приливов на их орбиты. Эти приливы циклически изменяются в силу осцилляций Солнца относительно плоскости Галактики, и была предсказана периодичность притока долгопериодичных комет порядка 35-42 млн. лет (Clube and Napier, 1996; Matese et al., 1995). Солнце прошло плоскость галактики 3 или 4 млн. лет назад, и поскольку время выпадения долгопериодичных комет составляет 2 или 3 млн. лет, мы должны быть близки к пику эпизода бомбардировки. Это приятным образом согласуется с данным по кратерам. (рис.1) В соответствии с этим крупнейшими импакторами являются скорее всего кометы, а не астероиды, и их нынешняя частота столкновений, скорее всего, выше, чем средняя в прошлом.

Грубо говоря, мы можем считать, что космический импактор создаёт кратер примерно в 20 раз превышающий его размер. С учётом космических скоростей – примерно 20 км/сек для астероидов и 55 км/сек для комет – энергии, пошедшие на создание крупнейших земных кратеров эквивалентны взрыву 100 миллионов мегатонн ТНТ, или примерно 10 атомным бомбам типа Хиросимской на каждый квадратный километр земной поверхности. (McCrea, 1981). Эта огромная энергия выделится за долю секунды и распространится по земному шару примерно в течение часа.

Оценки, основанные на средней частоте образования кратеров, показывают, что, в долгосрочной перспективе, 1 км. импактор падает в среднем раз в полмиллиона лет или около того. И снова, учитывая неопределённость в методах обнаружения кратеров и определения числа околоземных астероидов (NEO), мы получаем общую неопределённость на пол порядка. В результате, нельзя исключить частоту таких столкновений как 1 раз на 100 000 лет на основании данных кратеров.

На суб-километровой шкале болидов частота образования кратеров не связана столь строго с нынешней частотой выпадения. Земная атмосфера работает как барьер, который разрушает тела много меньшие, чем 100 или 200 метров в диаметре. На безвоздушных спутниках, таких как Луна и галилеевы спутники, ситуация является неясной, так как популяция малых кратеров в большинстве своём состоит из вторичных импактов, образующихся в результате падения обломков поверхности, выбитых большим импактором. (Bierhaus et al., 2005). На этом масштабе – важном для оценки рисков цунами – мы должны или производить оценку, производя экстраполяцию на основании распределения более крупных кратеров, или обратится к результатам наблюдения неба с помощью телескопов.

Дата добавления: 2015-10-24