При извержении в 1883 г. вулкана Кракатау в считанные минуты освободилась энергия 1,81∙1019 Дж, а вулкана Тамбора в 181 5 г. — 1,44∙1020 Дж.
При импактных событиях — образовании метеоритного кратера — земная кора может получить гораздо больше энергии:
для кратера 10 км — 1021 Дж.
для кратера 50 км — 1023 Дж.
для кратера 70 км — 1025 Дж.
То есть при образовании не самого большого ударно-взрывного кратера диаметром 70 км выделяется разрушительная энергия, в 10 000 раз большая, чем при самом катастрофичном в истории вулканическом извержении.
Как видим, по энергетике импактные явления вне конкуренции. Причём при импактном событии выделение энергии происходит за считанные секунды или даже за их малые доли, а вулканическое извержение может продолжаться от нескольких минут до многих часов, поэтому и результаты этих грозных явлений природы несравнимы.
Как протекает импактное событие?
Если в момент контакта скорость «ударника» более 5 км/с, он потеряет её, зарывшись в грунт, и большая часть кинетической энергии мгновенно превратится в тепловую и механическую. При скорости более 1 5 км/с в пар превратится не только вещество «ударника», но и окружающие его земные породы. Невероятная скорость этих превращений порождает энергию высочайшей плотности, которая обеспечивает столь же быстрое возрастание температуры и давления. Это в свою очередь дает импульс необычайно скоростного течения тепловых и механических процессов. Достаточно сказать, что скорость механического деформирования горных пород под действием взрыва астероида в миллиарды миллиардов раз (1018!) больше, чем во время землетрясений.
В момент удара и торможения сначала возникает ударная волна сжатия в земных породах и в веществе «ударника». За миллиардные доли секунды сила сжатия достигает поистине фантастических величин — сотен гигапаскалей. Это приводит к мгновенному разогреву контактирующего вещества до десятков тысяч градусов. Максимум через несколько секунд после удара и сжатия наступает разрежение.
Происходящее образно описывает Л.П. Хрянина: «От точки взрыва распространяется ударная волна, имеющая шаровидный фронт. Наверху породы сначала вспучиваются, потом появляются яркие языки плазмы. Затем кровля этого «пузыря» раскрывается во все стороны подобно распускающемуся цветку, и тонкие края её падают на землю в перевёрнутом положении. Эта перевёрнутая складка на валу — один из признаков метеоритных кратеров.
Космическая бомбардировка Земли в представлении художника
Взрыв выбрасывает вверх массу обломков, которые в дальнейшем обрушатся как на дно образовавшегося кратера, так и за его пределы».
Такая последовательность событий связана с тем, что в самом центре, где развивается многотысячная температура, происходит мгновенное испарение вещества и разлёт образующихся газов — т.е. взрыв. Несколько дальше от центра возникает зона плавления вещества земных пород и «ударника» с температурой более 1500 °С, вне её образуется зона механического воздействия — дробления, метаморфизма горных пород. И все это взрывной волной разбрасывается вокруг со скоростью несколько километров в секунду. Раскалённый огненный шар расширяется до тех пор, пока давление внутри него не сравняется с давлением окружающего воздуха. Из-за высокой температуры шар устремляется вверх. При этом он начнёт «выворачиваться наизнанку» и превратится в грибообразное облако, как при ядерном взрыве. При соответствующем размере и скорости «ударника» облако пара вместе с подхваченными им кусками пород и взвесью достигнет стратосферы, где и рассеется. В процессе взрыва могут образоваться и разнестись на огромные расстояния застывшие после расплава стекловидные камешки и шарики — тектиты и микротектиты.
После скоротечного образования кратера формирование астроблемы не заканчивается. Идет кристаллизация расплавленных пород, обрушение краёв кратера, под действием водных потоков и ветра происходит деформация поверхности, перемешивание образовавшихся пород — импактитов. В некоторых случаях импактное событие может спровоцировать землетрясение, подъём и вторжение (интрузию) магмы в образовавшиеся при взрыве трещины в подстилающих породах, вулканические извержения. Но все эти процессы уже длятся многие тысячи и миллионы лет.
На рисунке показан последовательный процесс образования взрывных метеоритных кратеров в слоистой поверхности планеты
Если учесть все обнаруженные астроблемы на достаточно хорошо изученной территории Северной Америки и Европы и считать, что весь земной шар подвергался космической бомбардировке такой же интенсивности, можно попытаться оценить размеры и число образовавших их астероидов. Это позволяет также найти концентрацию опасных астероидов в околоземном космическом пространстве на протяжении фанерозоя. Некоторые расчёты показывают, что за 570 млн. лет фанерозоя выпало около 200 астероидов размером 3,5 ± 1,0 км. Следовательно, такие падения происходили в среднем каждые 2,9 млн. лет. Разрушительное действие «ударников» зависело от их скорости и состава. Столкновение с железным астероидом при прочих равных условиях значительно опаснее, чем с каменным. Согласно некоторым расчётам максимальный размер астероида, с которым могла столкнуться наша планета за последние почти 600 млн. лет (длительность фанерозоя), достигает 1 5,6 ± 4,7 км. При плотности 4 г/см3 он может иметь массу до 8∙1018 г или 8 трлн. тонн, а энергию удара 7∙1024 Дж. При падении на твердую поверхность Земли взрыв оставит след в виде кратера поперечником 110 км.
Падения крупных астероидов случаются, вероятно, значительно чаще кометных ливней. Причём выпадают они, судя по обследованным взрывным кратерам, не группами, а поодиночке и с разными интервалами.
Крупнейшие астроблемы планеты
В последнее время российская ученая Л.П. Хрянина и канадский исследователь Д. Мак-Ларен независимо пришли к убеждению, что длительное массовое вымирание в миоцене и в начале плиоцена (на эти две эпохи делится неогеновый период), как и наступление очередного великого оледенения, вызвано падением астероида в Антарктике, в прибрежной зоне Южного океана. Астероид был так велик, что вызвал страшной силы взрыв с образованием одной из самых крупных «звездных ран» на теле планеты — 500-километрового кратера Баурс.
Эта катастрофа случилась менее 30 млн. лет назад. В то время Антарктида была мало похожа на современный ледяной материк. Трудно поверить, но тогда на этом материке ледники лежали только высоко в горах, а всю её равнинную часть покрывали разнотравье, кустарники и широколиственные леса.
