Цунами, гигантский кратер и гравитационные волны: к чему может привести падение астероида на Землю (ФОТО, ВИДЕО)
1 августа 2017
01.08.2017 - 14:43
По статистике, умереть от удара небесного тела практически невозможно, по приблизительным оценкам, вероятность падения метеорита весом около 200 граммов прямо на человека составляет один к 700 миллионам случаев, учитывая, что в мире живет около семи миллиардов людей.
Тем не менее опасения ученых вполне понятны, ведь одно такое событие может на тысячи лет поменять земную атмосферу, сильно воздействовать на поверхность планеты, вызвать обширные пожары и разрушительные цунами.
Группа ученых из Института астрономии РАН под руководством члена-корреспондента РАН, профессора Бориса Михайловича Шустова ведет научную работу по оценке предполагаемых рисков и моделированию последствий падения различных небесных тел.
По оценкам ученых, при ударах тел диаметром до 100 метров (с кинетической энергией менее 100 мегатонн) основными поражающими факторами становятся ударная и сейсмические волны (землетрясение), световое излучение (пожары) и цунами.
При размере космического тела от 10 до 100 метров основным поражающим фактором становится лишь ударная волна, а роль прочих эффектов незначительна. Так, при падении Челябинского метеорита размером менее 20 метров число пострадавших превысило 1600, хотя и без серьезных последствий, однако был нанесен значительный материальный ущерб.
Теоретические расчеты показали, что при падении космических тел на Землю осуществляется один из четырех сценариев:
1. Если космическое тело имеет большой размер, то кратерообразующий удар происходит, когда оно, даже будучи раздробленным, достигает поверхности Земли.
2. Если размеры небесного тела поменьше, его называют поверхностным гигантским болидом, который производит поверхностный «метеорный взрыв» (когда высокоскоростная струя мелких фрагментов и паров метеороида и нагретого в ударной волне воздуха ударяет по поверхности Земли, не образуя кратера).
3. Третий сценарий запускается воздушным гигантским болидом, производящим воздушный «метеорный взрыв» (когда продукты полностью разрушенного и испаренного метеороида тормозятся в атмосфере и не достигают поверхности Земли, но ударная волна и тепловое излучение производят заметные разрушения и пожары).
4. Самое незначительное воздействие вызывают обыкновенные метеорные явления, не оставляющие заметных следов на поверхности Земли, которые можно наблюдать как с Земли, так и из космоса.
Читайте также: Крупный астероид пролетит вблизи Земли
Типичные скорости входа в атмосферу небесных тел соcтавляют до 50 километров в секунду (в среднем 20 километров в секунду).
То есть кинетическая энергия ударника (так математики, моделирующие риски, называют любое небесное тело, врезающееся в атмосферу или поверхность Земли) превышает 100 килотонн ТНТ (килотонн в тротиловом эквиваленте).
Выделение энергии тела в атмосфере приводит к эффектам, характерным для воздушных взрывов: в атмосфере распространяется ударная волна, на поверхность Земли приходит тепловое излучение. Ударная волна, отражаясь от поверхности планеты, создает волну сейсмическую.
Возможны также электромагнитные возмущения, которые пока недостаточно исследованы. Многие из них опасны, так как оказывают существенное негативное влияние на природу, человека и инфраструктуру.
Краткое описание поражающих факторов при взаимодействии небесных тел с атмосферой и поверхностью Земли (исследование Института астрономии РАН).
Всего выявлено 8 эффектов, возникающих в ответ на удар небесного тела о поверхность Земли:
1. Изменение рельефа (образование кратера)
2. Ударная волна в атмосфере
3. Тепловое излучение и пожары
4. Сейсмические эффекты
5. Образование цунами
6. Выброс в атмосферу воды и пыли, климатически активных и/или токсичных газов, электромагнитные возмущения
7. Акустико-гравитационные волны
8. Опасные химические реакции в атмосфере
1. Ударная волна
При выделении энергии космического тела в атмосфере образуется ударная волна, которая в первом приближении воздействует подобно взрывной волне от точечного источника энергии. Поэтому эффекты воздействия при падении космических тел можно оценивать путем сравнения со взрывами той же энергии.
2. Тепловое излучение – пожар
Тепловое излучение огненного шара, образующегося при пролете тела через атмосферу и ударе о поверхность, в основном оценивают по формулам для ядерного взрыва с использованием характерных значений доли энергии, теряемой в виде излучения. Сложность состоит в том, что ударный плюм (выброс нагретого газа и пара) существенно отличается от огненного шара ядерного взрыва (в первую очередь по температуре).
Сравнение площадей поражения ударной волны с тепловым излучением можно представить на примере падения Тунгусского космического тела 30 июня 1908 года. Это падение вызвало пожар на площади около 500 квадратных километров, что в четыре раза меньше, чем площадь опустошения леса взрывными волнами (2000 квадратных километров). Этот пожар наглядно демонстрирует роль светового излучения.
3. Выброс пыли в атмосферу
При падении на сушу толщина покрова выброса из кратера в ближней зоне может быть достаточно надежно оценена по результатам лабораторных экспериментов и по наблюдательным данным, полученным для природных событий.
Однако наибольшую опасность несут выбросы долгоживущих микрочастиц в верхнюю атмосферу, которые могут приводить как к кратковременному изменению оптических, химических и электрических свойств земной атмосферы (в качестве примера можно привести светлые ночи после Тунгусской катастрофы), так и к долговременным погодно-климатическим последствиям, которые широко обсуждались в научной литературе в связи с массовым вымиранием видов на границе мелового периода и палеогена.
4. Выброс воды в атмосферу
Более двух третей поверхности Земли покрыто морями и океанами, поэтому большая часть космических тел падает в воду. При этом в атмосферу, в том числе и в стратосферу, и в ионосферу, выбрасывается большая масса паров и капель воды.
5. Выброс климатически активных и токсичных веществ
В настоящее время выброс климатически активных и токсичных веществ рассматривается как один из весьма вероятных механизмов, приведших к массовому вымиранию видов на границе мел – палеоген.
В ряде научных работ было выдвинуто предположение, что при ударах может образоваться большое количество токсичных веществ и газов (CO2, CO, HCN, SO2, SO3, H2S, CS2,COS, C6H6, углеводороды, H2SO4). Эффект определяется как полным количеством выброшенных газов и аэрозолей, так и распределением их в атмосфере.
Объем выброшенных газов можно рассчитать лишь с учетом химических реакций, причем важно принимать во внимание и место удара. Распределение газов в атмосфере требует решения задачи о глобальной циркуляции атмосферы, возмущенной ударом. Вопрос же о выделении токсичных газов при ударах разного масштаба и соответственной опасности остается пока открытым.
6. Цунами
В последнее время цунами рассматривают как один из наиболее важных факторов астероидной опасности при ударах небесных тел диаметром 100 метров – 1 километр.
7. Электромагнитные возмущения
При падении крупных небесных тел (порядка километра) подъем плюма может вызвать серьезное возмущение или даже перестройку магнитосферы. Возмущение и последующее восстановление магнитосферы будут сопровождаться сильной вариабельностью геомагнитного поля, которая, в частности, может привести к повреждению и выходу из строя магистральных линий электропередач как надземных, так и подземных.
Интенсивные электромагнитные шумы, изменения структуры ионосферы и магнитосферы способны нарушить работу систем радиосвязи и радиолокации, привести к значительным ошибкам в определении координат системой GPS.
Такие эффекты могут оказаться катастрофическими для современной цивилизации, зависимой от технических систем, и значительно затруднить проведение спасательных работ после падения, которое не удалось предотвратить.
Читайте также: Комета, от которой откололся Тунгусский метеорит, приближается к Земле
Подобное электромагнитное возмущение было зафиксировано после Тунгусской катастрофы в Иркутске. На расстоянии 900 километров от эпицентра в течение нескольких часов наблюдалась магнитная буря умеренной интенсивности. По-видимому, она была вызвана падением плюма, выброшенного из района Подкаменной Тунгуски вдоль метеорного следа.
Место падения Тунгусского метеорита
8. Акустико-гравитационные волны
Ученые выяснили, что падение астероида диаметром 15 километров (подобно вызвавшему появление кратера Чиксулуб) вызывает распространение акустико-гравитационной волны вдоль всей поверхности Земли (волна Лэмба), за фронтом которой скорость воздуха достигает 30-40 метров в секунду. Это, в свою очередь, приводит к глобальным разрушениям на огромных территориях.
Акустико-гравитационные волны, образующиеся при падении небольших тел (диаметром 1000 метров и менее), по-видимому, могут вызвать ионосферные возмущения и нарушения радиосвязи. Однако на данный момент этот вопрос практически не исследован учеными.
Кратер Чиксулуб (полуостров Юкатан)
9. Образование кратера
Хотя образование кратера, пожалуй, самый сильный и долговременный эффект удара достаточно крупного космического тела, с точки зрения астероидной опасности собственно кратер не очень важен, поскольку зона сильных разрушений обычно значительно превышает площадь самого кратера.
10. Сейсмический эффект
Сейсмический эффект от удара космического тела о поверхность Земли часто оценивается по общепринятому соотношению Рихтера–Гуттенберга в предположении, что доля кинетической энергии падающего тела, переходящая в энергию сейсмической волны (сейсмическая эффективность), составляет 10 в минус четвертой степени.
При анализе сейсмической опасности для данного объекта необходимо знать геологическую структуру вокруг объекта на довольно больших расстояниях и глубинах и рассматривать различные места возможного падения. Следует также принимать во внимание сложность реальных сооружений и такие процессы, как отражение, преломление, ориентация сооружения, а также характеристики почвы и локальные геологические условия. Над построением математических моделей сейсмических последствий от падения небесных тел разных размеров сейчас активно работают в Институте астрономии РАН.
Анна Урманцева, РИА Новости
По статистике, умереть от удара небесного тела практически невозможно, по приблизительным оценкам, вероятность падения метеорита весом около 200 граммов прямо на человека составляет один к 700 миллионам случаев, учитывая, что в мире живет около семи миллиардов людей.
Тем не менее опасения ученых вполне понятны, ведь одно такое событие может на тысячи лет поменять земную атмосферу, сильно воздействовать на поверхность планеты, вызвать обширные пожары и разрушительные цунами.
Группа ученых из Института астрономии РАН под руководством члена-корреспондента РАН, профессора Бориса Михайловича Шустова ведет научную работу по оценке предполагаемых рисков и моделированию последствий падения различных небесных тел.
По оценкам ученых, при ударах тел диаметром до 100 метров (с кинетической энергией менее 100 мегатонн) основными поражающими факторами становятся ударная и сейсмические волны (землетрясение), световое излучение (пожары) и цунами.
При размере космического тела от 10 до 100 метров основным поражающим фактором становится лишь ударная волна, а роль прочих эффектов незначительна. Так, при падении Челябинского метеорита размером менее 20 метров число пострадавших превысило 1600, хотя и без серьезных последствий, однако был нанесен значительный материальный ущерб.
Теоретические расчеты показали, что при падении космических тел на Землю осуществляется один из четырех сценариев:
1. Если космическое тело имеет большой размер, то кратерообразующий удар происходит, когда оно, даже будучи раздробленным, достигает поверхности Земли.
2. Если размеры небесного тела поменьше, его называют поверхностным гигантским болидом, который производит поверхностный «метеорный взрыв» (когда высокоскоростная струя мелких фрагментов и паров метеороида и нагретого в ударной волне воздуха ударяет по поверхности Земли, не образуя кратера).
3. Третий сценарий запускается воздушным гигантским болидом, производящим воздушный «метеорный взрыв» (когда продукты полностью разрушенного и испаренного метеороида тормозятся в атмосфере и не достигают поверхности Земли, но ударная волна и тепловое излучение производят заметные разрушения и пожары).
4. Самое незначительное воздействие вызывают обыкновенные метеорные явления, не оставляющие заметных следов на поверхности Земли, которые можно наблюдать как с Земли, так и из космоса.
Читайте также: Крупный астероид пролетит вблизи Земли
Типичные скорости входа в атмосферу небесных тел соcтавляют до 50 километров в секунду (в среднем 20 километров в секунду).
То есть кинетическая энергия ударника (так математики, моделирующие риски, называют любое небесное тело, врезающееся в атмосферу или поверхность Земли) превышает 100 килотонн ТНТ (килотонн в тротиловом эквиваленте).
Выделение энергии тела в атмосфере приводит к эффектам, характерным для воздушных взрывов: в атмосфере распространяется ударная волна, на поверхность Земли приходит тепловое излучение. Ударная волна, отражаясь от поверхности планеты, создает волну сейсмическую.
Возможны также электромагнитные возмущения, которые пока недостаточно исследованы. Многие из них опасны, так как оказывают существенное негативное влияние на природу, человека и инфраструктуру.
Краткое описание поражающих факторов при взаимодействии небесных тел с атмосферой и поверхностью Земли (исследование Института астрономии РАН).
Всего выявлено 8 эффектов, возникающих в ответ на удар небесного тела о поверхность Земли:
1. Изменение рельефа (образование кратера)
2. Ударная волна в атмосфере
3. Тепловое излучение и пожары
4. Сейсмические эффекты
5. Образование цунами
6. Выброс в атмосферу воды и пыли, климатически активных и/или токсичных газов, электромагнитные возмущения
7. Акустико-гравитационные волны
8. Опасные химические реакции в атмосфере
1. Ударная волна
При выделении энергии космического тела в атмосфере образуется ударная волна, которая в первом приближении воздействует подобно взрывной волне от точечного источника энергии. Поэтому эффекты воздействия при падении космических тел можно оценивать путем сравнения со взрывами той же энергии.
2. Тепловое излучение – пожар
Тепловое излучение огненного шара, образующегося при пролете тела через атмосферу и ударе о поверхность, в основном оценивают по формулам для ядерного взрыва с использованием характерных значений доли энергии, теряемой в виде излучения. Сложность состоит в том, что ударный плюм (выброс нагретого газа и пара) существенно отличается от огненного шара ядерного взрыва (в первую очередь по температуре).
Сравнение площадей поражения ударной волны с тепловым излучением можно представить на примере падения Тунгусского космического тела 30 июня 1908 года. Это падение вызвало пожар на площади около 500 квадратных километров, что в четыре раза меньше, чем площадь опустошения леса взрывными волнами (2000 квадратных километров). Этот пожар наглядно демонстрирует роль светового излучения.
3. Выброс пыли в атмосферу
При падении на сушу толщина покрова выброса из кратера в ближней зоне может быть достаточно надежно оценена по результатам лабораторных экспериментов и по наблюдательным данным, полученным для природных событий.
Однако наибольшую опасность несут выбросы долгоживущих микрочастиц в верхнюю атмосферу, которые могут приводить как к кратковременному изменению оптических, химических и электрических свойств земной атмосферы (в качестве примера можно привести светлые ночи после Тунгусской катастрофы), так и к долговременным погодно-климатическим последствиям, которые широко обсуждались в научной литературе в связи с массовым вымиранием видов на границе мелового периода и палеогена.
4. Выброс воды в атмосферу
Более двух третей поверхности Земли покрыто морями и океанами, поэтому большая часть космических тел падает в воду. При этом в атмосферу, в том числе и в стратосферу, и в ионосферу, выбрасывается большая масса паров и капель воды.
5. Выброс климатически активных и токсичных веществ
В настоящее время выброс климатически активных и токсичных веществ рассматривается как один из весьма вероятных механизмов, приведших к массовому вымиранию видов на границе мел – палеоген.
В ряде научных работ было выдвинуто предположение, что при ударах может образоваться большое количество токсичных веществ и газов (CO2, CO, HCN, SO2, SO3, H2S, CS2,COS, C6H6, углеводороды, H2SO4). Эффект определяется как полным количеством выброшенных газов и аэрозолей, так и распределением их в атмосфере.
Объем выброшенных газов можно рассчитать лишь с учетом химических реакций, причем важно принимать во внимание и место удара. Распределение газов в атмосфере требует решения задачи о глобальной циркуляции атмосферы, возмущенной ударом. Вопрос же о выделении токсичных газов при ударах разного масштаба и соответственной опасности остается пока открытым.
6. Цунами
В последнее время цунами рассматривают как один из наиболее важных факторов астероидной опасности при ударах небесных тел диаметром 100 метров – 1 километр.
7. Электромагнитные возмущения
При падении крупных небесных тел (порядка километра) подъем плюма может вызвать серьезное возмущение или даже перестройку магнитосферы. Возмущение и последующее восстановление магнитосферы будут сопровождаться сильной вариабельностью геомагнитного поля, которая, в частности, может привести к повреждению и выходу из строя магистральных линий электропередач как надземных, так и подземных.
Интенсивные электромагнитные шумы, изменения структуры ионосферы и магнитосферы способны нарушить работу систем радиосвязи и радиолокации, привести к значительным ошибкам в определении координат системой GPS.
Такие эффекты могут оказаться катастрофическими для современной цивилизации, зависимой от технических систем, и значительно затруднить проведение спасательных работ после падения, которое не удалось предотвратить.
Читайте также: Комета, от которой откололся Тунгусский метеорит, приближается к Земле
Подобное электромагнитное возмущение было зафиксировано после Тунгусской катастрофы в Иркутске. На расстоянии 900 километров от эпицентра в течение нескольких часов наблюдалась магнитная буря умеренной интенсивности. По-видимому, она была вызвана падением плюма, выброшенного из района Подкаменной Тунгуски вдоль метеорного следа.
Место падения Тунгусского метеорита
8. Акустико-гравитационные волны
Ученые выяснили, что падение астероида диаметром 15 километров (подобно вызвавшему появление кратера Чиксулуб) вызывает распространение акустико-гравитационной волны вдоль всей поверхности Земли (волна Лэмба), за фронтом которой скорость воздуха достигает 30-40 метров в секунду. Это, в свою очередь, приводит к глобальным разрушениям на огромных территориях.
Акустико-гравитационные волны, образующиеся при падении небольших тел (диаметром 1000 метров и менее), по-видимому, могут вызвать ионосферные возмущения и нарушения радиосвязи. Однако на данный момент этот вопрос практически не исследован учеными.
Кратер Чиксулуб (полуостров Юкатан)
9. Образование кратера
Хотя образование кратера, пожалуй, самый сильный и долговременный эффект удара достаточно крупного космического тела, с точки зрения астероидной опасности собственно кратер не очень важен, поскольку зона сильных разрушений обычно значительно превышает площадь самого кратера.
10. Сейсмический эффект
Сейсмический эффект от удара космического тела о поверхность Земли часто оценивается по общепринятому соотношению Рихтера–Гуттенберга в предположении, что доля кинетической энергии падающего тела, переходящая в энергию сейсмической волны (сейсмическая эффективность), составляет 10 в минус четвертой степени.
При анализе сейсмической опасности для данного объекта необходимо знать геологическую структуру вокруг объекта на довольно больших расстояниях и глубинах и рассматривать различные места возможного падения. Следует также принимать во внимание сложность реальных сооружений и такие процессы, как отражение, преломление, ориентация сооружения, а также характеристики почвы и локальные геологические условия. Над построением математических моделей сейсмических последствий от падения небесных тел разных размеров сейчас активно работают в Институте астрономии РАН.
Анна Урманцева, РИА Новости
Источник - Русская весна
