Zwęglone szczątki roślin "wskażą", gdzie i jak uderzyła asteroida przed setkami lat

"Największe asteroidy - takie, które mogą spowodować globalną katastrofę, wywołują największe emocje wśród ludzi. Ale to nie one są dla nas największym zagrożeniem: na szczęście są one bardzo rzadkie i stosunkowo łatwe do wypatrzenia. Dzięki temu, że mamy je już na oku - wiemy, że nic dużego w nas nie celuje" - mówi PAP dr Ania Łosiak z Instytutu Nauk Geologicznych PAN i University of Exeter w Wielkiej Brytanii.

Bardziej należy się obawiać mniejszych asteroid, wielkości 30-100 metrów. Im asteroida jest mniejsza, tym trudniej ją dojrzeć przed zderzeniem, i tym szybciej ślady po tej kosmicznej katastrofie znikają. W zależności od tego, gdzie asteroida spadnie, może niemal nie mieć żadnych skutków - lub nieść poważne konsekwencje dla mieszkańców feralnego obszaru.

W XX i XXI wieku dwa takie uderzenia spowodowały zniszczenia na masową skalę. W 1908 roku asteroida, która spadła na Ziemię w środkowej Syberii, powaliła drzewa w promieniu 40 km, widziana była w promieniu 650 km, a słyszana - w promieniu 1000 km. Według doniesień do katastrofy mogło doprowadzić uderzenie obiektu o średnicy zaledwie 50 m. Zdarzenie to nazywane jest katastrofą tunguską. Z kolei w 2013 roku w Czelabińsku nad południowym Uralem fala uderzeniowa i okruchy z eksplozji meteorytu o wielkości około 17–20 metrów uszkodziła ponad 7500 budynków, a także spowodowała obrażenia u ponad tysiąca pięciuset osób.

„Warto przygotować się na tego typu zdarzenia; to tylko kwestia czasu, kiedy kolejna asteroida znowu uderzy w naszą planetę” – powiedział Witold Szczuciński, prof. Uniwersytetu im Adama Mickiewicza, zaangażowany w nowe badania dotyczące kraterów, opublikowane w prestiżowym piśmie "Geology".

Inny współautor badań, prof. Andrzej Muszyński z UAM przypomniał, że już kiedyś w Polskę, w teren dzisiejszego Poznania, uderzyło ciało niebieskie wystarczająco duże, żeby utworzyć stumetrowy krater Morasko.

„Liczne zwęglone szczątki zagrzebane w materiale wyrzuconym z krateru świadczą o tym, że w przypadku takiego wydarzenia lepiej znajdować się gdzieś indziej” - dodaje doktorantka Monika Szokaluk tej samej uczelni.

Aby przygotować się na przyszłe zagrożenia, naukowcy starają się zrozumieć, jak często zdarzają się takie kolizje, i poznać ich specyfikę czy możliwe konsekwencje. Jednak lokalizacja około 70 procent wszystkich kraterów powstałych w wyniku uderzeń w holocenie, czyli obecnej epoce geologicznej, pozostaje nieznana. Zaginionych kraterów jest wiele, bo bardzo trudno je odnaleźć.

Dlaczego tak się dzieje? Trudno jest odróżnić cechy powierzchni, spowodowane uderzeniami asteroid, od tych, które wynikają z wulkanizmu, działalności lodowców, erozji lub innych procesów geologicznych.

W przypadku uderzeń większych obiektów sprawa jest prostsza, bo ciśnienia i temperatury przy zderzeniu są tak duże, że powodują deformację skały w bardzo specyficzny sposób. Jedynymi innymi zdarzeniami, które powodują podobne skutki, są wybuchy jądrowe.

Najtrudniejsze do odnalezienia są kratery spowodowane właśnie przez mniejsze asteroidy. W ich przypadku ciśnienia i temperatury są niższe, a małe ilości przetworzonego materiału bywają rozrzucone na dużym obszarze wraz z gruzami wyrzuconymi z krateru siłą uderzenia, glebą i lokalnymi skałami.

Dotąd naukowcy w miejscach, które posądzali o bycie kraterem uderzeniowym, najczęściej po prostu szukali fragmentów asteroidy, która uderzyła w Ziemię. Spośród 14 znanych małych kraterów o średnicy poniżej 200 metrów, 13 zidentyfikowano poprzez znalezienie fragmentów obiektu, powodującego uderzenie. Jednak ponieważ większość asteroid w naszym Układzie Słonecznym jest zbudowana ze skał, to rozpada się po uderzeniu. Odnalezienie pozostałości kamiennej asteroidy wśród ziemskich kamieni i żwiru jest jak szukanie igły w stogu siana.

Okazuje się jednak, że jest na to sposób. Znaleźli go naukowcy z Instytutu Nauk Geologicznych PAN i brytyjskiego University of Exeter, a artykuł na ten temat opublikowali w "Geology". Metoda opiera się na badaniu węgla drzewnego z roślinności "zabitej" podczas wybuchu, który towarzyszył uderzeniu asteroidy w ziemię. Nowa metoda pozwala naukowcom identyfikować nawet małe kratery, powstałe do kilkunastu tysięcy lat wstecz. "Po dłuższym czasie wątpliwe jest, czy kratery przetrwają. W większości przypadków erozja małych kraterów następuje bardzo szybko i nie są już później dostrzegalne” – opisuje Anna Łosiak.

Okazało się, że właściwości węgla drzewnego powstałego w wyniku uderzenia asteroidy znacznie różnią się od cech węgla drzewnego ze starożytnych i współczesnych pożarów lasów. Różnicę daje się zauważyć w strukturze węgla drzewnego i ilości odbijanego światła.

Aby zmierzyć właściwości węgla drzewnego po uderzeniu, zespół wykopał rowy badawcze wokół czterech znanych już kraterów: tysiącletniego Whitecourt w Kanadzie; Kaali Main oraz Kaali ze współczesnej Estonii, a także Morasko w Polsce. Kratery te znajdują się na dwóch kontynentach - w trzech krajach - i powstały tysiące lat od siebie.

Znalezione tam kawałki węgla drzewnego o rozmiarach od milimetra do centymetra przygotowano tak, by precyzyjnie zmierzyć współczynnik odbicia światła. Wyniki porównano następnie z węglem drzewnym powstałym podczas pożarów. Różnice okazały się znaczące.

Jak tłumaczy dr Łosiak, im więcej dostarczymy energii do danego fragmentu materii organicznej, im wyższa temperatura dostarczana jest przez długi czas - tym bardziej regularnie porozmieszczane są cząsteczki węgla tworzące strukturę pseudografitu. Tym lepiej też odbija ona światło.

Średnia temperatura podczas pożaru lasu to powyżej 800 st. C. W przypadku takich pożarów mamy kawałki drewna, które bezpośrednio dotykały płomienia i one bardzo silnie odbijają światło, ale i kawałki, które są mało zwęglone. Węgiel taki jest więc bardzo zróżnicowany pod względem współczynnika odbicia.

"W przypadku węgla drzewnego z kraterów uderzeniowych wszystkie te węgielki są bardzo do siebie podobne, i wszystkie są >>spieczone<< do dokładnie takich samych właściwości. Wszystkie zostały >>upieczone<< w relatywnie niskiej temperaturze (kilkuset stopni) - niższej niż ta, która towarzyszy pożarom" - wskazała geolog planetarna w rozmowie z PAP.

Choć węgle uderzeniowe powstały podczas gwałtownego wydarzenia, to jednak prawdopodobnie w stosunkowo niskich temperaturach, które oddziaływały na materię organiczną przez wiele godzin. Prawdopodobnie - jak tłumaczą naukowcy - uderzenie asteroidy zakopuje drzewa, gałęzie, gałązki i inny materiał organiczny pod dużą masą wyrzuconego materiału, zapewniając stosunkowo wysoką temperaturę przez długi czas.

Trudno tu o pomyłkę, bo węgiel o zbliżonych właściwościach człowiek jest w stanie wytworzyć tylko w tzw. smolarniach - miejscach, w których dawniej produkowano smołę. Może też on powstawać poprzez wciągnięcie do materiału piroklastycznego wulkanów.

"Jednak w obu tych przypadkach średnia odbijalność światła jest dużo wyższa niż w kraterze pouderzeniowym" - zwraca uwagę badaczka.

Publikacja jest dostępna na stronie internetowej.