Nowa metoda poszukiwań prastarych kraterów uderzeniowych. Wymyślili ją badacze z Polski

Niewielkie asteroidy paradoksalnie są dla ludzkości większym zagrożeniem niż duże obiekty, ponieważ trudniej je wypatrzeć w przestrzeni kosmicznej. Ślady po ich uderzeniach mogą wyjaśniać, jak często się zdarzają i jakie mogą być ich konsekwencje. Sposób na wyszukiwanie takich kraterów znalazł międzynarodowy zespół kierowany przez Polkę.

- 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 - mówiła dr Anna Łosiak z Instytutu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk 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 albo niemal nie mieć żadnych skutków, albo 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 kilometrów, widziana była w promieniu 650 km, a słyszana - w promieniu 1000 km. Według doniesień, do katastrofy mogło doprowadzić uderzenie obiektu o średnicy 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 7,5 tysiąca budynków, a także spowodowała obrażenia u ponad 1,5 tys. 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 naukowym czasopiśmie "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 z tej samej uczelni.

Aby przygotować się na przyszłe zagrożenia, naukowcy starają się zrozumieć, jak często zdarzają się takie kolizje i poznać ich specyfikę oraz 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 ciśnienie i temperatura 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 czynniki te mają mniejsze wartości, 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, który spowodował uderzenie. Jednak odnalezienie pozostałości kamiennej asteroidy wśród ziemskich kamieni i żwiru jest jak szukanie igły w stogu siana.

Okazuje się jednak, że jest na to sposób, wymyślony właśnie przez Instytut Nauk Geologicznych PAN i brytyjski University of Exeter. 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 - opisywała Łosiak.

Naukowcy wytłumaczyli, że właściwości węgla drzewnego powstałego w wyniku uderzenia asteroidy znacznie różnią się od cech węgla drzewnego ze starożytnych i współczesnych pożarów lasów. Chodzi tu przede wszystkim o jego strukturę 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 w różnych okresach czasu.

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 tłumaczyła dr Łosiak, im więcej dostarczymy energii do danego fragmentu materii organicznej, im wyższa temperatura dostarczana jest przez długi czas i 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 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 kawałki są bardzo do siebie podobne, i wszystkie są "spieczone" do dokładnie takich samych właściwości. Wszystkie zostały "upieczone" w relatywnie niskiej temperaturze - niższej niż ta, która towarzyszy pożarom" - wskazała geolog.

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 tak zwanych 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 - podsumowała badaczka.