Кары небесные

Науке достоверно известны случаи, когда столкновение Земли с телами больших размеров приводило к катастрофам, кардинально преображавшим облик планеты. Однако происходит это сравнительно редко. Зато удары меньшей силы, всего в несколько раз превосходящие разрушительные последствия глобальной ядерной войны, происходят довольно часто, и в ближайшие сотни тысяч лет у человечества есть шанс столкнуться с чем-то подобным.

Страшнее атомной войны

Эффект от удара даже небольшого астероида больше всего похож на последствия взрыва сверхмощной термоядерной боеголовки. При входе в атмосферу небесное тело нагревается и даёт либо воздушный взрыв (например, Челябинский метеорит — мощность 500 килотонн), либо наземный. В обоих случаях в районе взрыва выделится огромная энергия, и образуется гигантский, видимый издалека огненный шар. Интенсивность светового излучения от него намного превысит солнечную и будет способна вызвать ожоги у людей и животных даже на очень большом расстоянии от эпицентра. Впрочем, при наземном взрыве светового излучения можно не бояться — ударная волна будет иметь заведомо больший радиус поражения, поэтому долго рассматривать светящийся шар у потенциальной жертвы просто не получится.

Хотя астероид не вызывает радиоактивного заражения и осадков, это вряд ли сильно облегчит жизнь тем, кто оказался поблизости от района его падения. При столкновении с Землёй астероид поднимет в небо огромные массы расплавленных горных пород. Их частицы достигнут высот больше 100 километров, то есть временно вылетят в космос, где молниеносно остынут, превращаясь в стекло. Вскоре они начнут падать обратно, и тогда редкий "дождь" из таких стеклообразных частиц (тектитов) начнёт идти на огромной площади, иногда в сотнях и тысячах километрах от места падения небесного тела. Из-за трения об атмосферу при падении тектиты вновь нагреются и войдут в землю раскалёнными до свечения. В сухую погоду такой "огненный дождь" может вызвать серьёзные, опустошительные пожары.

Взрыв даже километрового астероида будет много мощнее любой термоядерной бомбы. Поэтому он вызовет куда более разрушительную ударную волну и сейсмические колебания, по эффекту сходные с мощнейшим землетрясением. Как правило, после образования первичного астероидного кратера его стенки до нескольких суток могут проседать вовнутрь, порождая дополнительные менее сильные землетрясения.

Из-за огромной кинетической энергии удара падающие небесные тела куда опаснее и в плане образования цунами. Даже небольшие тела, подобные Чесапикскому астероиду, могут дать мегацунами, достигающее высоты в 1–2 километра. Там, где побережье континента не покрыто мощной горной цепью, типа Анд, гигантские волны проникают на расстояние в сотни километров вглубь суши.

Самым неприятным и долговременным эффектом удара является астероидная зима, названная так за её сходство с гипотетической ядерной зимой. Падение крупного тела поднимает в стратосферу несопоставимо больше твёрдых частиц, чем потенциальные пожары от атомных ударов по крупным городам. Поскольку дождевые облака на большой высоте не образуются, основная масса мелких частиц задерживается в атмосфере на годы, существенно снижая количество доходящего до планеты солнечного света. Конкретный масштаб возможного похолодания зависит от размеров астероида. Считается, что как минимум в одном случае оно было достаточно серьёзным, чтобы привести к вымиранию всех крупных наземных существ.

Рождение Луны

Примерно 4,5 миллиарда лет назад, почти сразу после образования, Земля пережила сильнейшее столкновение в своей истории. В неё врезалась планета Тейя диаметром порядка 6000 километров. По последним данным, столкновение было практически лобовым, а "осколков", выбитых другой планетой при соударении, оказалось так много, что из них на орбите Земли образовалась Луна. Именно анализ её грунта и позволил узнать о столь давних событиях: распределение изотопов кислорода в лунном грунте, доставленном астронавтами из США и космическими аппаратами из СССР, оказалось идентичным земному, хотя у всех остальных планет Солнечной системы оно сильно отличается.

Бесследная бомбардировка

По неизвестным пока причинам 4,1–3,8 миллиарда лет назад по всей Солнечной системе резко участилось падение крупных астероидов. Их бомбардировка была настолько плотной, что уничтожила уже сформировавшуюся к тому времени земную кору. Именно поэтому на поверхности Земли нет пород старше 3,8 миллиарда лет: многочисленные удары небесных тел диаметром до сотни километров расплавили их, и в ходе подъёма магмы старая кора была полностью заменена на новую. Мы бы так и не узнали о событиях той поры, если бы не изобретение телескопов и доставка грунта из лунных кратеров. Оказалось, что крупнейшие кратеры Луны образовались именно в тот период и лишь в силу менее активной геологии спутника их следы не были стёрты с лунной поверхности.

Впрочем, и позже наша планета сталкивалась с очень большими телами. В районе древнейших сохранившихся участков земной коры (Южная Африка) находят немало частиц размером с песчинку (сферулы), состоящих из расплавленного стеклообразного материала. Они содержатся в слое, необычайно богатом иридием, — верный признак падения астероида. На Земле основная масса этого тяжёлого металла из-за его большой плотности просто утонула в магме ещё на стадии образования планеты. Поэтому в астероидах его куда больше, чем в земной коре, что позволяет надёжно отличать слои, образовавшиеся сразу после удара огромного небесного тела.

Так были найдены следы двух крупнейших астероидных ударов древности. Один из них, случившийся два миллиарда лет назад, оставил кратер Вредефорт (ЮАР) диаметром в 300 километров. Другой — 250-километровый кратер близ Садбери (Канада) возрастом в 1,8 миллиарда лет. Несмотря на мощнейший взрыв и цунами планетарного масштаба, многочисленные виды бактерий, населявшие тогда Землю, практические не пострадали.

Следует отметить, что достоверно узнать о падении небесного тела в прошлом довольно тяжело. Если кратер остался на суше, его легко заметить. Однако две трети небесных тел, падающих на Землю, попадают в моря, где кора существенно тоньше и быстрее обновляется. К тому же, если удар астероида пришёлся под углом к поверхности, кратер будет иметь неправильную форму, отчего распознать его существенно труднее.

Сто миллионов мегатонн

По мере "взросления" земной биосферы её уязвимость к подобным событиям резко возросла. 65 миллионов лет назад в районе у побережья полуострова Юкатан упал так называемый Чиксулубский астероид, имевший не менее десяти километров в диаметре. Энергия его взрыва достигла ста триллионов тонн в тротиловом эквиваленте, то есть в два миллиона раз превысила силу мощнейшей термоядерной бомбы в истории ("Царь-бомба"). Воронка от этого события и сегодня имеет диаметр в 180 километров и глубину (под осадочными породами) до 20 километров.

Сам по себе взрыв, хотя и вызвал гибель живых существ на расстоянии в сотни километров от места падения, был не так опасен. Куда хуже оказались его долговременные эффекты — блокирование части солнечного света сотнями кубических километров выброшенных в атмосферу частиц. Торможение фотосинтеза должно было остановить или замедлить рост растений по всему миру.

Крупные наземные существа того периода — динозавры — были совершенно непривычны к холодному климату. На протяжении десятков миллионов лет перед взрывом приполярные океаны были по температуре похожи на Чёрное море, а на их побережье было теплее, чем в климатической зоне сегодняшней Ялты. Вопреки распространённым в прошлом веке представлениям, как минимум часть динозавров умела регулировать температуру своего тела и, возможно, они пережили бы обычное похолодание, но вот гибель обширной части кормовой базы в виде растений перенести им оказалось куда как сложнее.

В настоящее время существуют гипотезы, что практически одновременно с Чиксулубским астероидом на Землю обрушились и другие объекты сходной природы. В частности, образование, известное как кратер Шивы, близ Индии, имеет поперечные размеры в 500 километров и может быть следом ещё более крупного тела. К сожалению, его детальное изучение серьёзно затруднено эрозией морского дна в этом районе.

Обычно дату падения астероида можно проверить по возрасту тектитов — оплавленных кусочков стекла, порождённых ударом. Дополнительный метод — описанный выше поиск следов иридия, который заносят в земные геологические отложения астероиды. Однако в случае с Чиксулубом и Шивой оба этих метода работают не слишком хорошо. Глобальные взрывы разносят тектиты так далеко, что достоверно отличить кусочки стекла от двух одновременных ударов в разных частях планеты очень сложно.

С Шивой связан и ещё один возможный поражающий фактор сильного астероидного удара. Речь идёт о Декканских траппах (Индостан) — огромной области в 1,5 миллиона квадратных километров, которая 65 миллионов лет назад была полностью покрыта слоями извергавшейся лавы. В настоящий момент принято считать, что сильнейшие сейсмические волны, порождённые упавшим астероидом, должны провоцировать вулканическую активность близ места его падения. Наибольшая интенсивность извержений, образовавших эти траппы, пришлась на короткий период в 30 тысяч лет. Столь масштабные события должны сопровождаться выбросом большого количества двуокиси серы в атмосферу, а этот газ является мощным антипарниковым соединением, эффективно рассеивающим солнечный свет и отражающим его в космос. Это дополнительно усугубило глобальное похолодание, вызванное Чиксулубской катастрофой.

Всё это означает, что "астероидное" вымирание динозавров является грозным предупреждением и для современных крупных млекопитающих. Вопреки ранее распространённому мнению, динозавры не были примитивными существами. По сложности поведения и адаптивным способностям они ближе к птицам, чем к ящерицам. Скорее всего, их устойчивость к резким изменениям климата схожа с такими же возможностями современных млекопитающих. Столкнись нынешняя Земля с астероидом, подобным Чиксулубскому, большинство крупных наземных видов также могли бы погибнуть.

Эоцен-палеоценовый максимум

Если падение астероидов, несмотря на ряд трудностей, всё же можно «вычислить», то другая крупная угроза Земле оставляет куда меньше следов. Речь идёт о крупных кометах, чьи орбиты, как стало понятно в последние годы, имеют большие шансы на пересечение с земной. Эти полуледяные тела содержат мало тяжелых элементов, поэтому слой иридия от них может быть почти не выражен.

К тому же, когда комета приближается на существенное расстояние к Солнцу, его лучи и гравитация соседних планет способны быстро разрушить непрочное полуледяное образование. В этом случае на Землю может упасть не одна крупная комета, а несколько меньших по размерам обломков. На первый взгляд, это хорошо — взрывы при этом будут слабее, а значит, глубоких воронок (вроде Чиксулуба) и выброса огромного количества пыли в стратосферу можно избежать. Соответственно, нет вероятности получить глобальную многолетнюю зиму и вымирание всех крупных животных. Однако кометы могут содержать большое количество замёрзших газов, вроде того же углекислого,и воды (в виде льда). При падении все они растают, а результат их одномоментного вброса в атмосферу станет трудно не заметить.

По мнению группы американских исследователей, нечто подобное в истории Земли уже бывало. Речь идёт о так называемом эоцен-палеоценовом температурном максимуме. В геологических отложениях возрастом в 55 миллионов лет необычайно много углерода-12, что свидетельствует о быстром выбросе углерода неизвестного происхождения. Масса такого вброса оценивается в три триллиона тонн. Это соответствует количеству углекислого газа, которое современное человечество произвело бы за сотни лет. А произошёл вброс так быстро, что многие исследователи полагают: ни одно явление, кроме падения кометы или её обломков, не может произвести подобного эффекта. 

Нетрудно догадаться, что за падением пока гипотетической кометы последовал почти мгновенный рост среднегодовой температуры по всей планете. Она повысилась на 5–8 градусов, а в полярных широтах стали появляться ископаемые останки прежде тропических видов. На суше никакого крупного вымирания не случилось, наоборот, именно в тот момент приматы, парнокопытные и лошади начинают быстро распространяться по планете. Но завидовать обитателям той эпохи довольно сложно. Предположительно, рост температуры привёл к серьёзному снижению размеров тел животных в этот период. Ну а тропические моря не привлекли бы, пожалуй, ни одного современного купальщика: вода в них была нагрета до 35 градусов.

Добавим, что на сегодняшней Земле последствия сходного резкого роста количества углекислого газа в атмосфере были бы куда драматичнее. 55 миллионов лет назад и до кометы было так тепло, что планета не имела значимых ледяных шапок и крупных пустынь. Сегодня они есть, и довольно велики. Случись мгновенный выброс триллионов тонн парниковых газов в наше время, быстрое таяние огромных масс льда привело бы к росту уровня мирового океана и затоплению почти всех прибрежных городов мира.

Лучше больше, да меньше

Примерно 35 миллионов лет назад Земля испытала падение сразу трёх астероидов, которые, по мнению ряда учёных, являлись фрагментами одного более крупного. Они оставили три кратера: Попигай (100 километров), Чесапикский кратер (85 километров) и кратер каньона Томса (22 километра). Ни один из них не достиг огромной глубины Чиксулуба, а значит, они подняли в небо не так много твёрдых частиц, заслонивших Солнце. Поэтому если "астероидная зима" и последовала, то была намного мягче. На сегодня палеонтологи не связывают каких-либо массовых вымираний с этими событиями. В то же время сами удары по энергии, несомненно, напоминали усиленный взрыв термоядерной бомбы. И скорее всего, рядом с местами ударов массовая гибель всех крупных существ была неизбежной.

Чтобы в полной мере представить себе, какой эффект произвёл этот серийный удар на живших тогда существ, можно напомнить, что Чесапикский астероид, упавший у нынешнего побережья США, создал мегацунами, затопившее вершины горного хребта, примыкающего к Аппалачам, — в сотнях километров от берега.

 Как род Homo пережил репетицию атомной войны

Недавняя работа немецких геофизиков и планетологов позволила точно датировать последний из действительно крупных астероидных ударов, с которыми столкнулась Земля. Проанализировав аргон-аргоновым методом образцы тектитов из Канады, Азии и Австралии, учёные пришли к выводу, что все они образовались от одного—двух крупных астероидных ударов, случившихся 790 тысяч лет назад.

Астероид, судя по радиусу разброса тектитов, был довольно небольшим — лишь немногим более километра в поперечнике. Поэтому энергия его столкновения с Землёй составила всего миллион мегатонн, что всего в 150 раз превосходит мощность ядерных арсеналов всех стран сегодняшнего мира. К сожалению, кратер, соответствующий этому удару, пока не найден. Он вполне мог находиться на морском дне, где небольшую структуру такого типа не так просто найти.

Впрочем, будь энергия терратонного взрыва более равномерно распределена по планете серией мелких ударов, всё могло быть куда хуже. На Земле тогда жило несколько видов из рода Homo, в том числе и те, от которых произошёл современный человек. Судя по археологическим находкам, Homo Erectus в ту пору уже добрался до Юго-Восточной Азии, где его не могли не затронуть последствия катастрофического удара. Тем не менее следов гибели его крупных популяций в этот период пока не обнаружено. Ни мегацунами, ни титаническая ударная волна, ни сейсмические волны, вызванные ударами, не смогли уничтожить людей.

К сожалению, вряд ли это может быть поводом для оптимизма их потомкам. Плотность населения в ту пору была ничтожна, поэтому напрямую от удара могло пострадать лишь небольшое их количество. Сегодня та же Азия чрезвычайно плотно населена. Если умеренное цунами 2004 года привело к гибели сотен тысяч человек, то мегацунами времен Homo Erectus вызвало бы намного больше жертв. Даже если попадание небесного тела придётся на открытое море, число погибших будет сопоставимо с весьма крупной войной.

Хеппи-энд?

Предыдущий удар закончился для человечества хеппи-эндом, однако возникает другой вопрос: скоро ли нам ждать повторения падения "астероида эректусов" или даже "астероида динозавров"?

Точный ответ на него пока дать довольно сложно. Большинство астероидов падают в море, где их следы трудно обнаружить, поэтому определение частоты их ударов по кратерам не вполне надёжно. Другой подход предполагает моделирование орбиты наиболее крупных популяций астероидов и расчёт опасности столкновения на этой основе. Но и здесь всё непросто. В 1981 году астрономы знали всего 10 000 астероидов, а в 2000-м — уже более 100 000. Это значит, что почти любые современные оценки астероидной опасности могут быть заниженными.

Здесь стоит напомнить, что лишь в конце 2015 года новая работа группы британских астрономов выявила, что до недавнего времени человечество довольно слабо представляло себе масштаб кометной угрозы. Её авторы даже утверждают, что опасность, грозящая нашей планете от комет, куда серьёзнее, чем от астероидов.

Речь идёт о группе так называемых кентавров — тел, имеющих свойства, средние между кометой и астероидом. При приближении к Солнцу у них появляется хвост, что указывает на наличие на их поверхности большого количества замёрзших газов и воды. До 1977 года ни один объект из этой группы не был известен. Лишь открытия последних лет показали, что кентавров крупнее километра в диаметре в Солнечной системе десятки тысяч. Даже тел крупнее 50 километров среди них может быть сотни. Все они имеют динамически неустойчивые орбиты. А это значит, что любой из них может сместиться ближе к Солнцу и пересечь при этом орбиту Земли. По расчётам учёных, это случается раз в 40—100 тысяч лет, то есть рано или поздно столкновение с подобными телами просто неизбежно.

Но даже с учётом того, что значительную часть астероидно-кометной опасности мы пока просто не представляем, некоторые осторожные оценки вероятности столкновения с астероидом всё же существуют. Тело диаметром в километр сталкивается с нашей планетой в среднем раз в миллион лет. Объект диаметром в 45 метров — примерно раз в 300 лет. И последний раз это случилось в 1908 году.

На первый взгляд, это очень хорошие цифры. Такой небольшой объект, как Тунгусский метеорит, должен взорваться на многокилометровой высоте, то есть ни огненный дождь, ни астероидная зима от него не начнутся. Однако и он имеет энергию столкновения не менее 15 мегатонн. В техническом плане это мощнее любой существующей в настоящий момент термоядерной боеголовки. Поэтому даже в тридцати километрах от эпицентра Тунгусского взрыва очевидцы отмечали факторы, хорошо известные ныне по учебникам, описывающим ядерную войну. 

Как легко догадаться, падение чего-то подобного не над глухой тайгой, а в урбанизированной местности способно привести к весьма масштабным последствиям. Ещё в XX веке было отмечено, что, войди тунгусское тело в земную атмосферу на четыре часа раньше, – и город Выборг вместе с частью Петербурга был бы основательно разрушен (поворот Земли вокруг оси). Остаётся добавить, что вероятность падения нового Тунгусского метеорита для XXI века равна примерно 30 процентам.