Огромный метеоритный кратер под льдом Гренландии образовался совсем недавно

Рис. 1. Реконструкция формы кратера на основе анализа данных радиолокации в виде топографической высотной карты. Серой линией показана современная граница ледника Гайаваты. Черные треугольники обозначают видимые на радарограммах локальные возвышенности, которые, исходя из их общего расположения, были интерпретированы как края кратера. Фиолетовые кружочки обозначают высотные пики центрального поднятия кратера; голубой кружочек, по всей видимости, обозначает самый высокий из этих пиков. Черные кружочки (отмеченные метками HV 12-2016, HV 13-2016, HV 21-2016) обозначают места сбора образцов гляциолювиальных осадочных пород (glaciofluvial sediments). Высота отсчитывается от поверхности земного эллипсоида. Изображение из обсуждаемой статьи в Science Advances

На северо-западе Гренландии под километровой толщей льда обнаружен кратер диаметром 31 км. Исследования горных пород и льда показали, что кратер имеет ударное происхождение и что он должен был образоваться сравнительно недавно — от 100 до 11,7 тысяч лет назад, в позднем плейстоцене. Столкновение такого крупного астероида с Землей должно было сопровождаться выделением большого количества энергии, из-за чего расплавилась бы часть ледяного покрова Гренландии и изменились океанические течения. Доказательства того, что такое катастрофическое событие имело место в относительно недалеком прошлом, позволяют пересмотреть имеющиеся представления о том, как и по каким причинам в последнюю ледниковую эпоху на Земле менялся климат. Кроме того, это может пролить свет на обстоятельства вымирания плейстоценовой мегафауны.

Рис. 2. Положение обнаруженного под ледником Гайавата кратера. Также показано положение базы ученых Туле (Thule). Красным указаны точки бурения льда для взятия проб. Ни в одной из точек не удалось обнаружить астероидных осколков, но в точке GISP2 в слое льда, который соответствует возрасту 12,8 тысяч лет, было зафиксировано повышенное содержание платины. Изображение из популярного синопсиса к обсуждаемой статье

Изучение арктической полярной шапки Земли в рамках программы NASA Program for Arctic Regional Climate Assessment (PARCA) ведется с начала 1990-х годов. А с 2003-го по 2010 год измерение динамики ледового покрова Земли (включая Гренландский и Антарктический ледяные щиты) в рамках программы NASA Operation IceBridge выполнял спутник ICESat (в сентябре 2018 года ему на смену пришел ICESat-2; см. картинку дня Спутник ICESat-2).

В 2015 году гляциолог Курт Кьер (Kurt Kjær) из Музея естественной истории Дании (Natural History Museum of Denmark) при Копенгагенском университете, проанализировав данные 1997–2014 годов, полученные в рамках этих двух программ, заподозрил наличие подо льдами Гренландии большого кратера (см. видео 2 и видео 3). Специально проведенная в мае 2016 года радиолокационная аэросъемка льдов Гренландии (см. видео 1) подтвердила, что под ледником Гайаваты (Hiawatha Glacier) под толщей льда мощностью 930 метров располагается огромная впадина: ее диаметр 31,1 ± 0,3 километра и глубина 320 ± 70 метров (рис. 2). За три года исследований группа гляциологов и петрологов во главе с Куртом Кьером установила, что это — ударный кратер, или астроблема (см. картинку дня Брекчии Пучеж-Катунской астроблемы), образовавшийся в результате падения на Гренландию астероида. Астероид разрушил русло древней реки, которая текла по Гренландии более 2,6 млн лет назад, когда климат там еще был более мягким.

К северо-западу от ледника Гайаваты на побережье пролива Нэрса, недалеко от обнаруженного кратера, часть поверхности свободна от ледяного покрова уже длительное время. Эта территория называется Землей Инглфилда (Inglefield Land). В ходе исследования там — настолько близко к кратеру, насколько это было возможно, — ученые собрали геологические образцы. Также в нескольких точках Гренландского ледяного щита были взяты пробы льда.

В полученных образцах было замечено необычно высокое содержание никеля, платины и золота. По всей видимости, эти химические элементы входили в состав астероида, а затем, после его падения, переносились от кратера в породы Земли Инглфилда талыми водами. В целом же астероид, как предполагается, был преимущественно железным (см. Iron meteorite). Исходя из того, что для образования в твердой породе 31-километрового кратера требуется энергия 3 × 10²¹ Дж и что астероид врезался в Землю на скорости 20 км/с, ученые получили примерную оценку размера астероида: его диаметр был около полутора километров.

Помимо этого, в породах Земли Инглфилда были обнаружены импактиты, в частности ударно-преобразованный кварц (см. Shocked quartz), служащий свидетельством распространения ударной волны после столкновения астероида с поверхностью планеты. Ударно-преобразованный кварц можно отличить по характерной дисперсии проходящего сквозь него света (рис. 3).

Рис. 3. На поверхности ударно-преобразованного кварца, обнаруженного в породах поблизости от кратера, образуются характерные узоры из-за дисперсии проходящего сквозь него света. Изображение из популярного синопсиса к обсуждаемой статье

У Земли богатая история столкновений с астероидами. Более 4,5 миллиардов лет назад, когда наша планета еще только формировалась, на нее должны были в больших количествах падать астероиды, в том числе очень крупные, которых в ее окрестностях тогда, по всей видимости, было довольно много. Затем, по некоторым существующим моделям эволюции Солнечной системы (см. Модель Ниццы), была некоторая пауза, после которой Земля подвергалась также интенсивной бомбардировке астероидами в период 4,1–3,8 млрд лет назад — это так называемая поздняя тяжелая бомбардировка. В пользу этой гипотезы есть определенные свидетельства, но неизвестно даже, сколько в общей сложности тогда упало на Землю астероидов, поскольку ударные кратеры за такое продолжительное время разрушились в результате различных геологических процессов (см. Impact structure). Возраст самого древнего известного кратера — кратера Вредефорт в ЮАР — оценивается в 2 млрд лет.

В ходе этих событий, похоже, почти все астероиды, для которых вероятность столкнуться с Землей была достаточно высокой, это сделали, и крупных астероидов с потенциально опасной траекторией практически не осталось. Дальше падение крупных астероидов на Землю происходило не так часто, а в течение фанерозоя (то есть за последние ~542 млн лет) — совсем редко. Сейчас известно около 25 ударных кратеров такого же или большего диаметра, и этот гренладндский кратер единственный из них сохранил ряд топографических особенностей с момента своего образования.

Рис. 4. Сравнение размеров новооткрытого кратера под ледником Гайавата с размерами Чиксулубского и Чесапикского кратеров, появившихся в результате падения крупных астероидов в начале и в середине кайнозойской эры, соответственно. Приведенная внизу абсолютная временная школа демонстрирует оценочное время формирования кратеров в миллионах лет. Изображение с сайта sciencemag.org

Хотя ясно, что данный астероид упал на Землю по геологическим меркам совсем недавно, конкретное время этого события еще не установлено. Поскольку взять образцы с поверхности самого кратера пока не представляется возможным, нельзя и выполнить их точную абсолютную датировку (например, при помощи методов изотопного анализа). Однако косвенные сведения позволяют утверждать, что падение должно было произойти в промежутке от 100 до 11,7 тысяч лет назад, в последнюю ледниковую эпоху. При этом наиболее вероятно, что это случилось примерно 12,8–13 тысяч лет назад.

Оценка минимального возраста была получена на основе изучения проб льда. Их датировка и сравнение проб, взятых из разных мест, подвели к заключению, что на протяжении по меньшей мере 11,7 тысяч лет ледники Гренландии нарастали в виде более-менее непрерывного и ровного пласта. Хотя радарограммы позволяют различать внутри их толщи отдельные слои льда, структура тех частей ледника Гайаваты, которые образовались за последние 11,7 тысяч лет, остается ненарушенной и неповрежденной. Это означает, что они нарастали уже после произошедшей катастрофы. Ниже этого уровня структура льда, судя по радарограммам, оказывается нарушенной. Пока что также остается загадкой, почему ни в каких пробах льда не удалось найти осколков астероида.

Оценка максимального возраста основывается на реконструированной форме кратера. Поверхность кратера до сих пор остается довольно неровной. Если бы возраст кратера превышал 100 тысяч лет, она неизбежно должна была бы выровняться и разгладиться из-за активных процессов эрозии.

Последствия столкновения астероида с Гренландией должны были иметь значение для всей планеты. Выделившейся энергии хватило, чтобы расплавить до 1500 гигатонн льда, что должно было радикально изменить океанические течения в Северном полушарии и серьезно повлиять на глобальный климат. Ранее уже предполагалось (R. B. Firestone et al., 2007. Evidence for an extraterrestrial impact 12,900 years ago that contributed to the megafaunal extinctions and the Younger Dryas cooling), что для того, чтобы объяснить получающиеся на реконструкциях изменения климата за последние 15 000 лет, нужно допустить столкновение с Землей крупного астероида в Северном полушарии. Более десяти лет, из-за небольшого количества подтверждавших ее фактов, эта концепция имела крайне мало сторонников. Но с обнаружением кратера под ледником Гайаваты ситуация кардинально поменялась.

Падение астероида могло также служить одним из факторов, которые привели к вымиранию так называемой плейстоценовой мегафауны: мамонтов, шерстистых носорогов и других крупных животных. Эта гипотеза встречает гораздо более ожесточенную критику по сравнению с гипотезой о влиянии падения астероида на планетарный климат. Во-первых, вымирание представляло собой продолжительный процесс, протекавший в разных частях земного шара не одновременно и неоднородно, который поэтому сложно объяснить каким-либо однократно произошедшим событием. Да и к тому времени, когда, по мнению авторов упомянутой статьи, должен был упасть астероид, оно практически уже завершилось. Во-вторых, сомнительно, чтобы последствия падения этого астероида были насколько масштабными, чтобы вызвать продолжительную катастрофу, влекущую за собой вымирание не только в Северном, но и в Южном полушарии. В данный момент большинство специалистов в качестве не единственной, но безусловно решающей причины вымирания мегафауны склонны рассматривать влияние человека (Главной причиной позднечетвертичного вымирания все-таки были люди, а не климат, «Элементы», 09.06.2014).

Вместе с тем, приводимая по косвенным данным оценка времени падения астероида — около 12,9 тысяч лет назад, что вполне укладывается в промежуток 100–11,7 тысяч лет назад, указываемый Кьером и коллегами. С этой конкретной датировкой также согласуется пик концентрации платины в одной из взятых ими проб льда примерно того же возраста.

Таким образом, дальнейшее уточнение возраста кратера под ледником Гайаваты таит известную интригу. Если и далее будет подтверждаться, что его возраст составляет примерно 12,8–13 тысяч лет, это будет свидетельствовать в пользу того, что изменения в климате за последние 15 тысяч лет объясняются падением астероида, и одновременно уменьшать правдоподобность предположения о его роли в вымирании мегафауны. Если же вдруг появятся данные, надежно свидетельствующие о том, что возраст кратера более древний (ближе к 100 тысячам лет), это фактически опровергнет гипотезу о влиянии падения астероида на изменение климата в ее нынешнем виде (хотя, возможно, будет предложен новый вариант этой гипотезы), но зато, напротив, сделает гипотезу о влиянии падения астероида на вымирание мегафауны более правдоподобной (впрочем, аргументы, позволяющие «винить» в этом вымирании в первую очередь человека, по-прежнему останутся сильными).

Вдобавок сам факт обнаружения такого кратера внушает определенный оптимизм в противовес сценариям, предрекающим возможность гибели человечества из-за падения очередного крупного астероида. Пускай пока что доподлинно неизвестно, насколько фатальным это событие оказалось для мамонтов, наши отдаленные предки, даже обладая гораздо более слабо развитой культурой, точно смогли его пережить. Это означает, что наша современная цивилизация может не так уж сильно опасаться, по крайней мере тех астероидов, чей диаметр не превышает полтора километра. При этом, конечно, наблюдение за астероидами и разработка мер, позволяющих избежать катастрофы, по-прежнему крайне важны.

Источник: Kurt H. Kjær, Nicolaj K. Larsen, Tobias Binder, Anders A. Bjørk, Olaf Eisen, Mark A. Fahnestock, Svend Funder, Adam A. Garde, Henning Haack, Veit Helm, Michael Houmark-Nielsen, Kristian K. Kjeldsen, Shfaqat A. Khan, Horst Machguth, Iain McDonald, Mathieu Morlighem, Jérémie Mouginot, John D. Paden, Tod E. Waight, Christian Weikusat, Eske Willerslev and Joseph A. MacGregor. A large impact crater beneath Hiawatha Glacier in northwest Greenland // Science Advances. 2018. DOI: 10.1126/sciadv.aar8173.

См. также:
1) Жизнь вернулась в кратер Чиксулуб почти сразу после падения астероида, «Элементы», 08.06.2018.
2) Н. Эйсмонт, А. Ледков. Астероиды — источники опасности и объекты исследований.
3) Т. Пичугина. Загадки земных сфер.
4) Древние метеориты помогают понять историю Земли, «Элементы», 21.09.2005.
5) В. А. Красилов. Парадигмы современного естествознания.
6) Сто тысяч лет назад ледовый покров не таял при гораздо более теплом климате, «Элементы», 20.09.2017.

Денис Земледельцев