Падения метеоритов на Землю: великие катастрофы и перспективы

Угроза столкновения Земли с астероидом интересовала фантастов, но всегда казалась чем-то отдалённым и маловероятным. У человечества есть масса более насущных проблем. От метеоритов же, по крайней мере, никто ещё не умирал… Или нет?
На самом деле умирал. История, записанная небесными снарядами на коре Земли, сохранила свидетельства многих катастроф. Но в последние столетия нам везло: крупные метеороиды взрывались над тайгой или над океаном. И всё-таки импактное событие, способное вызвать жертвы и разрушения, происходит на Земле примерно раз в десять лет.

Гости из пустоты

Почему семнадцатиметровый Челябинский метеороид не долетел до поверхности планеты, тогда как намного меньшие тела хотя и обгорают, но достигают её? Что в космической скале могло детонировать с мощностью, эквивалентной 400 000 тонн тротила? Неужели остатки горючего и боекомплект?

Разрушение челябинского метеороида началось на высоте 32
километров от Земли и закончилось на высоте 15 километров

Дело в том, что сравнительно небольшие метеороиды плавно замедляются ещё в верхних слоях атмосферы. Крупный же метеороид к моменту вхождения в плотные слои скорости практически не теряет и всё сильнее раскаляется. Большие размеры приводят к неравномерности нагрева и расширения вещества, а также затрудняют выход газов, образующихся в рыхлой космической породе. Непрочный камень лопается, и метеороид распадается на части. Это приводит к резкому торможению осколков, нагреву, огромным перегрузкам и дальнейшей фрагментации. В течение одной секунды гигантская кинетическая энергия космического «снаряда» практически полностью переходит в тепловую. Это и есть «взрыв».

Подозрения, что многие увесистые «гости из космоса» не долетают до земли, возникли ещё в 1970-х, когда орбитальные аппараты начали регистрировать мощные взрывы в атмосфере – до мегатонны в тротиловом эквиваленте. Подобных событий насчитывалось до десятка в год, но наиболее эффектные из них происходили над океаном. Поэтому, хотя в метеоритной природе происшествий не было сомнений, учёным не удавалось найти никаких вещественных следов.

Мир малых тел

Блок-Айленд – железный метеорит, обнаруженный на Марсе аппаратом Opportunity в 2009 году. Предположительный возраст находки — 3,5 миллиарда лет.

По составу Челябинский метеороид относился к самому распространённому классу — хондритам. В среднем пять из шести метеоритов представляют собой конгломерат хондр – силикатных шариков около миллиметра в диаметре, соединённых «вакуумной сваркой». Хондры – это «катышки» космической пыли, первичное твёрдое вещество Солнечной системы, из которого состоят три четверти астероидов. Под воздействием жёсткого излучения возбуждённые молекулы одной пылинки проникают в кристаллическую решётку другой, после чего крошечные тела сливаются воедино. Такая же сила спекает хондры между собой.

В составе хондр преобладают кислород, кремний и железо. Но бывают исключения. Очень интересны углистые хондриты, обогащённые углеродом, азотом, фосфором и связанной в силикатах водой. В них обнаруживают сложные соединения, традиционно считающиеся биогенными — пурины, порфирины, жирные кислоты. Более того, в составе подобных метеоритов в изобилии присутствуют так называемые «организованные элементы» — обладающие сложной внутренней структурой цилиндры и сферы размером около сотой доли миллиметра. Такие образования ставят науку в тупик. С одной стороны, ничем, кроме окаменевших микроорганизмов, они быть не могут. С другой — условий для жизни, даже самой неприхотливой и примитивной, на астероидах не было никогда.

Упавший в Приморье в 1947 году Сихотэ-Алиньский метеорит имел массу 23 тонны и состоял на 94% из железа и на 5,5% из никеля. До Земли долетели только вот такие осколки.

Хондрит – непрочная, пористая порода, и лишь тело крупнее 150 метров имеет шанс долететь до поверхности нашей планеты. Но примерно 9% метеоритов относятся к классу каменных. Это осколки базальта или оливина — фрагменты планетоидов, некогда достигших диаметра в тысячу километров, а потом погибших в столкновениях с другими телами. Среди каменных метеоритов попадаются даже осколки лунной или марсианской коры, в далёком прошлом выброшенные в космос при образовании кратеров. Наконец, каждый пятнадцатый метеорит представляет собой обломок металлического ядра расколотого планетоида и целиком состоит из железа с примесью никеля.

Отдельную категорию малых тел составляют кометы, в ядрах которых замёрзшие газы и водяной лёд перемешаны с хондрами или осколками оливина. Но лёгкие вещества быстро улетучиваются. После нескольких сближений с Солнцем комета теряет «хвост», хондры же спекаются вакуумной сваркой. «Трупы» древних комет отличаются от астероидов разве что вытянутыми орбитами.

Гоба, крупнейший железный метеорит массой 60 тонн, был фрагментом 2000-тонного тела, рухнувшего в намибийскую пустыню 80 тысяч лет назад.

Импакт

Оливиновые и железные метеороиды куда прочнее хондритов, но также могут распадаться при входе в атмосферу. Они зачастую состоят из множества фрагментов, скреплённых лишь гравитацией. Одно из свидетельств падения такого тела — возникший 140 миллионов лет назад двойной кратер Аркену в Сахаре, состоящий из колец 10,3 и 6,8 километра в диаметре.

Величайшие падения метеоритов на Земле

Кратер возникает, когда падающее на Землю тело не взрывается, а врезается в кору планеты на скорости от 11 км/с (если болид «догоняет» Землю, разгоняясь только земной гравитацией) до 72 км/с (в случае встречного столкновения). При этом «снаряд» превращается в плазму и пар, и раскалённые до пятнадцати тысяч градусов газы выбивают воронку в грунте. В первые мгновения глубина астроблемы (ударного кратера) может достигать 30% от её диаметра. Вал же по краям, напоминающий горную цепь, не насыпается, а выдавливается, представляя собой застывшую в камне волну, — при огромном давлении даже гранит начинает вести себя как жидкость! Но обычно кратеры неглубоки. Вмятина почти сразу заполняется расплавленной породой и засыпается брекчией — смесью песка и щебня.

Около 4 миллиардов лет назад, когда формировались главные тела Солнечной системы, и позже была эпоха «тяжёлой бомбардировки». Уже родившиеся планеты маневрировали, раскидывая «невостребованные» планетоиды, обменивались импульсом и подыскивали устойчивые орбиты. В это время поверхность Земли напоминала лунный пейзаж. Колоссальные кратеры стали первым рельефом нашей планеты. Именно в них плескались древнейшие моря и возникла, не дожидаясь окончания обстрела, жизнь.

Вероятно, к моменту зарождения жизни океаны на Земле
наполняла вода, принесённая ледяными кометами

Потом канонада стихла. Околосолнечное пространство расчистилось от обломков. Теперь лишь 2% астероидов не сосредоточено в поясах, расположенных за орбитой Марса, и эти 2% могут представлять угрозу для Земли. Но время от времени с безмерно удалённых границ Солнечной системы прилетают кометы. Четыре миллиарда лет назад сформировалось облако Оорта — из осколков, выброшенных из центра системы со скоростью, близкой к третьей космической. Иногда обросший панцирем замёрзших газов древний мусор, движущийся по дальним орбитам с периодом обращения от тысяч до десятков миллионов лет, возвращается во внутренние регионы системы.

Вероятность столкновения Земли с крупным астероидом трудно оценить. На данный момент обнаружено десять астроблем, свидетельствующих о падении тел свыше пяти километров в поперечнике за последние 600 миллионов лет. Но все ли кратеры найдены? Наверняка сохранилась лишь часть из них. Ведь недра нашей планеты сохраняют активность, и земная кора постоянно омолаживается.

Аризонский кратер, имеющий 1200 метров в диаметре, стал первым, чья импактная природа была доказана. Он был оставлен пятидесятиметровым телом 50 000 лет назад.

Последняя из крупных катастроф произошла 3440 лет назад, когда астероид свыше километра в поперечнике рухнул в море южнее Новой Зеландии. В напоминание об этом событии на дне остался двадцатикилометровый кратер Махуика. Мощность взрыва в тот день многократно превысила суммарную мощь всех ядерных арсеналов, накопленных за время Холодной войны. Вода ринулась на скалы Южного Острова двухсотметровой стеной! Но уже в Индонезии импакт воспринимался как вполне заурядное землетрясение. Вполне вероятно, что и позже некоторые из цунами были вызваны не подводными оползнями, а падением астероидов.

Трудно оценить и последствия импакта. Количество найденных кратеров диаметром от ста километров и выше примерно соответствует числу геологических эпох. И это служит почвой для гипотез о связи между импактными событиями и массовыми вымираниями. В частности, тело, оставившее 65 миллионов лет назад юкатанскую астроблему Чиксулуб диаметром в 180 километров, как предполагалось, могло нести ответственность за гибель динозавров.

Однако в большинстве случаев даты образования кратеров и массовых вымираний не совпадают. Чиксулуб — исключение. Только если динозавров всё-таки погубил астероид, то не десятикилометровая глыба, упавшая на Юкатан, а куда большее тело, незначительным фрагментом которого она была. Одновременно с Чиксулубом на поверхности Земли образовалось ещё несколько кратеров, крупнейший из которых — четырёхсоткилометровый Шива на дне Аравийского моря. Величайший же из обнаруженных — пятисоткилометровый кратер Земли Уилкса в Антарктике. Двадцатикилометровый астероид, образовавший его 252 миллиона лет назад, возможно, вызвал массовое вымирание на рубеже пермского и триасового периодов.

Сейчас Чиксулуб —
заживший шрам, заметный только при тщательном изучении

Геологическая летопись свидетельствует, что столкновение Земли с космической горой диаметром до пятнадцати километров вызовет лишь локальное бедствие. Количество жертв зависит не столько от массы «снаряда», сколько от места, куда придётся удар. В самом худшем случае импакт может произвести опустошения в масштабах континента, погубить миллионы людей и привести к краткосрочным – на год или два – изменениям климата. Существованию цивилизации это не угрожает. Уже через четверть столетия о катастрофе будут напоминать лишь мемориалы в отстроенных заново городах.

Падение же тела диаметром более пятнадцати километров земная кора не выдерживает. Помимо прямых последствий взрыва появляются ещё и косвенные, затрагивающие всю поверхность планеты. Гигантская пробоина приводит к смещению материковых плит и долгосрочной дестабилизации недр. После образования кратера на Земле Уилкса яростные извержения продолжались ещё миллион лет. Усиление вулканической активности привело к выбросу в атмосферу большого количества пепла, пара и углекислоты. Это привело к изменению климата и вымиранию 70% населявших сушу видов.

Человечество, намного сократившись в числе, несомненно, переживёт и такую катастрофу. Но цивилизация не устоит, и восстанавливать её придётся в экстремальных условиях. Не ждать же миллион лет, пока потрясённые недра мира успокоятся?

Околоземные астероиды

Ежегодно новые, неизвестные космические скалы проносятся в неприятной близости от Земли. В 2008 году за день до вхождения в атмосферу был замечен пятиметровый 2008 TC3. В 2009 году тридцатиметровый астероид прошёл в 70 тысячах километров от Земли, а семиметровый — в 14 тысячах. Наконец, в 2011 году очень тёмное четырёхсотметровое тело, открытое ещё в 2005-м, пролетело между Землёй и Луной. А 9 января 2013 года трёхсотметровый астероид Апофис пронёсся в 14 миллионах километров от нас, посеяв панику в прессе.

Целесообразной с военной точки зрения может быть коррекция орбит тех астероидов, которым и так в ближайшее время предстоит пройти на небольшом расстоянии от планеты-цели. В этом случае затраты действительно будут минимальными. Но подходящий снаряд ещё придётся найти или создать, например, спровоцировав столкновение двух других астероидов. Подготовка потребует колоссальных по сложности расчётов и может занять годы.

Выявлением потенциальных угроз с 1998 года занимается Лаборатория поиска околоземных астероидов имени Линкольна (LINEAR). За четырнадцать лет широкоугольными телескопами научного центра было обнаружено свыше 200 тысяч малых тел. Пришедшая на смену LINEAR новейшая система панорамного обзора Pan-STARRS позволяет уже с 99% вероятностью обнаружить околоземный астероид размером более 300 метров. Снимки звёздного неба делаются каждые полтора часа, после чего электроника автоматически обрабатывает полученную картину, обнаруживая и отслеживая источники света, смещающиеся на фоне неподвижных звёзд.

Наибольшее беспокойство вызывают «аполлоны» — астероиды, орбиты которых пересекают орбиту Земли. На данный момент их уже обнаружено более пяти тысяч. Впрочем, к счастью, большинство из этих астероидов вращается под большим углом к плоскости эклиптики, и лишь четверть хотя бы теоретически способна столкнуться с нашей планетой.

В конце 1960-х астероид Икар, сманеврировав в гравитационной яме
Меркурия, опасно вильнул к Земле

Наверняка не все околоземные тела открыты. Количество астероидов размером свыше ста пятидесяти метров в поперечнике может достигать двадцати тысяч. А ведь опасны, как выяснилось, могут быть даже вдесятеро меньшие метеороиды. Тем не менее уже сейчас с уверенностью можно сказать, что астероиды семейства аполлонов невелики. Диаметр самого крупного из них составляет всего восемь с половиной километров. И этот факт отнюдь не успокаивает, а настораживает. Ибо налицо разительное несоответствие между данными, собранными астрономией, и свидетельствами геологической летописи. Частота и масштаб импактных событий в истории нашей планеты слишком велики, чтобы их можно было объяснить столкновениями с аполлонами.

Орбиты околоземных астероидов нестабильны. Солнечный ветер и притяжение планет либо изгоняют малые тела на дальние орбиты, либо заставляют их упасть на светило. Но, вероятно, время от времени в поясе астероидов или в облаке Оорта происходят некие события, наполняющие окрестности Земли тучами массивных обломков.

Астероидная бомбардировка

В фантастике астероиды нередко используют в военных целях. Например, в сериале «Вавилон-5» центавриане подвергают планету Нарн астероидной бомбардировке. А в романе Хайнлайна «Луна — суровая хозяйка» восставшие луняне для острастки бомбят пустыню на Земле, демонстрируя мощь своих метеоритов. На первый взгляд, логично: несущийся в пустоте камень ничего не стоит, а разрушения он способен вызвать колоссальные. Но на самом деле перемещение космического утёса на «атакующую» орбиту потребует затратить в десятки раз большую энергию, чем та, что выделится при его падении.

Но астероидная бомбардировка способна приносить не только вред. Планеты рождаются благодаря столкновениям меньших тел. Да и в зрелом возрасте встряски полезны. Ударное тепло подогревает недра. Проломы в коре выпускают из мантии газы, которые формируют атмосферу и гидросферу, необходимые для возникновения и процветания жизни. А когда эта жизнь разовьётся до технологической фазы, она скажет метеоритам спасибо за залежи металлов. Стоит ли называть катастрофой падение астероида, приведшее 252 миллиона лет назад к образованию кратера на Земле Уилкса и пермско-триасовому вымиранию? Ведь климат на планете после этого не просто переменился, но и стал намного лучше. И так ли ужасен взрыв в кратере Шива, расчистивший дорогу млекопитающим? В конечном счёте и он принёс пользу.

Конечно, сбрасывать крупные астероиды на Землю сейчас — не лучшая идея. Климат и так достаточно хорош. Но Марсу, например, в этом плане терять нечего. Между тем даже в тропиках этой планеты нередки так называемые «хаосы» — скопления беспорядочно пересекающихся хребтов и провалов, которые были образованы в результате стремительного таяния вечной мерзлоты, вызванного древними импактами. И льда в коре Марса ещё много. Причём не только водяного, но и углекислотного, который на поверхности встречается лишь в полярных шапках. Недра четвёртой планеты почти остыли.

Если свести с орбит Фобос и Деймос (а они всё равно упадут очень скоро по космическим меркам), добавить несколько астероидов и комет, Марс пробудится. Пересохшие миллиарды лет назад русла рек вновь наполнятся водой. Атмосфера, конечно, не станет пригодной для дыхания, но уплотнится и согреется настолько, что человек на Марсе сможет обходиться таким же лёгким защитным снаряжением, как на Пандоре из фильма «Аватар».

🍀 🍀 🍀

«Импактная разморозка» Марса, в отличие от иных проектов терраформирования, не потребует сотен лет труда. Эффект будет достигнут очень быстро. И это как нельзя лучше иллюстрирует гигантскую энергию, заключённую в движении небесных тел.

Igor Krai