Kosmiczne rekolekcje

Najświeższą przestrogą była niedawna, z początku listopada, wizyta w bliskim sąsiedztwie Ziemi 400-metrowej planetoidy 2005 YU55. A także przelot obiektu podobnej wielkości (2010 XC15), który przemknął niezauważony w pobliżu Ziemi w 1976 r. - odkryto go dopiero po 24 latach. Było nią również bez wątpienia tzw. zdarzenie tunguskie z 1908 r. A być może taką lekcję dała nam nawet Gwiazda Betlejemska, o ile przyjąć za niektórymi astronomami, że była to kometa. Zwiastun Dobrej Nowiny, ale też przestroga z Kosmosu.

Temat lekcji: impakt

Planetoida 400-metrowa, jak ta z 8 listopada, to zagrożenie niewielkie - jej upadek (z angielskiego: impakt) spustoszyłby najwyżej pół Europy. Przydarzyło się to naszemu kontynentowi ok. 15 mln lat temu. Planetoida kilometrowej średnicy spadła na terenie dzisiejszej Bawarii. Pozostał po tym słynny 24-kilometrowy krater Ries.

Skutki upadku trochę większego ciała znamy dzięki symulacji sporządzonej w laboratoriach Sandia firmy Lockheed Martin przez Dawida Crawforda i Arthurine Breckenridge. Na ofiarę wybrali oni Nowy Jork, zakładając uderzenie komety o średnicy 1,4 km i masie miliarda ton w Ocean Atlantycki, 40 km na południe od miasta.

Prędkość obiektu nadlatującego z kosmosu mieści się w przedziale 11-70 km/s. Dotyczy to obiektów większych, o masie przekraczającej 1000 ton, gdyż prawie nie hamują one w atmosferze. Uderzają z pierwotną kosmiczną prędkością. Brytyjski dziennikarz Austen Atkinson w książce "Impact Earth" tak opisuje apokaliptyczne wyniki symulacji: "Uderzenie komety w ocean spowoduje odparowanie od 300 do 500 km sześc. wody, przez co na pewien czas w oceanie powstanie wgłębienie. Uwolniona zostanie energia odpowiadająca 300 giga­tonom trotylu, dziesięć razy większa niż energia całego światowego arsenału jądrowego. Pięć sekund po tym, gdy kometa uderzy w ocean, potężny obłok ognia, kilka razy większy od Nowego Jorku, składający się z rozgrzanych do ogromnych temperatur szczątków, zdusi większość Long Island. Jedenaście sekund po upadku brzegi Nowego Jorku pogrążą się w przegrzanej parze i odłamkach. Duża część gruzu zostanie wyrzucona do atmosfery i znajdzie się na trajektoriach suborbitalnych. Temperatura w miejscu uderzenia przekroczy 5 tys. stopni Celsjusza. Wkrótce na Nowy Jork spadną roztopione odłamki, zaś ciepło wytworzone przez uderzenie w jednej chwili spali miasta i lasy. Pyły spowodują obniżenie globalnej temperatury. Nastaną trwające kilka tygodni burze śnieżne i bardzo silne ochłodzenie. Rezultaty symulacji w laboratoriach Sandia to obraz globalnej katastrofy, która pociągnie za sobą śmierć jednej czwartej całej ludzkości" (przeł. Janusz Błaszczyk).

Sekret Matki Ziemi

Odkąd człowiek czyni sobie Ziemię poddaną, nie przyszło mu na myśl, że coś takiego może grozić ze strony nieba. Nieświadomie zagospodarowywał kratery, budując w nich miasta - jak Nördlingen w kraterze Ries. Wydobywał dziwne, ale użyteczne w budownictwie skały. Eksploatował zdumiewające nagromadzenia rzadkich kruszców, jak nikiel, miedź, platyna, pallad, złoto i cenne minerały, przetapiał ciężkie, żelaziste kamienie znajdowane na polach uprawnych, z kolorowych szkiełek wyrabiał ozdoby.

Ludzkość zaczęła coś rozumieć z lekcji natury, gdy w 1609 r. Galileusz skierował skonstruowaną przez siebie lunetę w stronę Księżyca. Dostrzegł tam dziwne, koliste góry. Kolejni obserwatorzy dopatrzyli się w nich kraterów. Niestety, znano wówczas jedynie kratery wulkaniczne. Dopiero gdy na przełomie XVIII i XIX w. pogodzono się z faktem, że z nieba mogą spadać kamienie, pojawiły się nieśmiałe głosy o meteorytowym pochodzeniu kraterów księżycowych. Wreszcie gdy pod koniec XIX w. Karl Gilbert, geolog amerykański, badając pustynne obszary Arizony, stanął nad brzegiem przedziwnej kotliny, zdobył się na odwagę; jego publikacja z 1891 r. dokumentowała odkrycie pierwszego krateru meteorytowego na Ziemi (znanego jednak jako Krater Barringera - od nazwiska późniejszego właściciela terenu, który wydał majątek na poszukiwanie żelaza meteorytowego).

Jak bardzo obrazoburcza była publikacja Gilberta, pokazuje fakt, że sam autor wkrótce wycofał się z tego pomysłu, a nawet go zwalczał, uznając krater za wulkaniczny. "Koncepcja meteorytowa" nie mogła się przebić w nauce. Świadczy o tym historia krateru Ries. Aż do lat 60. XX w. mieszkańcy ślicznego szwabskiego Nördlingen nie mieli pojęcia, że ich miasto leży na dnie krateru meteorytowego, a zbudowane zostało ze skał powstałych w wyniku impaktu. Potrzebna była wizyta Eugene Shoemakera - amerykańskiego geologa, ojca współczesnej impaktologii - który w murach XV-wiecznego kościoła św. Jerzego rozpoznał typowe minerały pochodzenia uderzeniowego. Dziś Nördlingen to mekka impaktologów; szkolili się tu amerykańscy astronauci uczestniczący w księżycowej misji Apollo, a w miasteczku, przy Shoemaker Platz, znajduje się godne odwiedzenia muzeum krateru Ries.

Zacieranie śladów

Lista znanych kraterów impaktowych na Ziemi (zwanych też astroblemami - gwiezdnymi ranami) urosła od czasów Gilberta do prawie dwustu. Tymczasem kanadyjski badacz Richard Grieve obliczył, że w ciągu ostatnich 600 mln lat w Ziemię uderzyło 1,5 tys. obiektów o średnicy przekraczającej kilometr (a więc jeden impakt na 400 tys. lat). Raz na mniej więcej tysiąc lat powinien powstawać krater o średnicy 1 km, a raz na 100 tys. lat - o średnicy 10 km. Krateru stukilometrowego możemy oczekiwać raz na 50 mln lat. Gdzie one są? Jak to się stało, że natura tak skrzętnie ukryła przed człowiekiem te epizody historii świata?

Odpowiedź jest oczywista dla każdego, kto widział, jak wiosną 2010 r. spływały zbocza Beskidów, jak podczas zimowych sztormów znikają plaże bałtyckie; jak deformowały powierzchnię ziemi trzęsienia w Japonii, na Haiti, w Chile; jak roślinność podzwrotnikowa zatarła ślady prekolumbijskich piramid w Meksyku. To aktywność naszej planety sprawia, że nawet najdotkliwsze rany zadane przez ostrzał z kosmosu szybko się zabliźniają. Erozja i wietrzenie, działalność lodowców, wędrówka kontynentów, wulkanizm, górotwórczość, zjawiska atmosferyczne oraz zmienność klimatu i wreszcie życie - nieustannie i gruntownie przeobrażają krajobraz Ziemi. W dodatku 71 proc. impaktów zdarza się na obszarze mórz i oceanów.

Uderzeniowe pochodzenie kraterów łatwo byłoby udowodnić, odnajdując fragmenty ciała niebieskiego. Jednak energia zderzenia zwykle bywa tak wielka, że natychmiast ono odparowuje, a wytworzone ciśnienie i temperatura przeobrażają skały podłoża. Powstają specyficzne odmiany kwarcu - koezyt i styszowit. Tworzą się stopy i szkliwa uderzeniowe (zwane impaktytami), tektyty, mikrotektyty, sferule, a także nagromadzenia cennych minerałów. Krater Sudbury w prowincji Ontario, jeden z najstarszych na Ziemi (1,9 mld lat), stał się błogosławieństwem Kanady. Występujące tam rudy niklu i bogate złoża kobaltu oraz platynowców mają niewątpliwie pochodzenie kosmiczne. Basen Sudbury to ok. 20 proc. wszystkich zasobów mineralnych Kanady. Z tamtejszych kopalń pochodzi ok. 75 proc. niklu świata zachodniego. Podobne złoża, również związane z impaktem, tyle że znacznie młodszym (sprzed 250 mln lat), powstały w rejonie Norylska w Rosji.

Nieodrobione zadanie: tektyty

Gdyby nie to, że stosunkowo niedawno, bo ok. 50 tys. lat temu, niewielki (ok. 60 tys. ton) obiekt kosmiczny uderzył w arizońską pustynię, która doskonale zakonserwowała ślad tego lądowania, może do dziś zastanawialibyśmy się, jak wyginęły dinozaury. I gdyby nie wspomniany artykuł Gilberta z 1891 r., Edward Suess, wybitny geolog austriacki, nie wysunąłby zapewne kilka lat później hipotezy wiążącej powstanie szklistych kamyków, znajdowanych w Czechach i na Morawach, z uderzeniami meteorytów.

A kamyki te, nazwane przez niego tektytami, to ważni świadkowie.

Znano je i podziwiano od niepamiętnych czasów. Paleolityczny człowiek z Cro-Magnon wykonywał z nich ozdoby. Do dziś robi się z nich biżuterię. Specjaliści uważają je za szkło idealne - bez pęcherzyków i mikrokryształów. Od szkliwa wulkanicznego (np. obsydianu) różni tektyty większa zawartość krzemionki i zupełnie znikoma obecność wody (0,005 proc.). Często pokryte są cienką skorupą, jak meteoryty. Te cechy wskazują, że powstawały przy udziale bardzo wysokiej temperatury i pod wielkim ciśnieniem. Dlatego Suess uznał, że to okruchy większych meteorytów. Mylił się. Skład chemiczny wykluczał ich pochodzenie z miejsc bardziej odległych niż układ Ziemia-Księżyc.

Ziemski wulkanizm wykluczono od razu - prędkość wyrzutu skał podczas erupcji jest zbyt mała, by mogły się utworzyć tak rozległe pola występowania tektytów, jakie znamy. A znamy przynajmniej pięć: australo-azjatyckie (z australitami, jawaitami, filipinitami), czesko-morawskie (z wełtawitami), z rejonu Wybrzeża Kości Słoniowej (z iworytami), kazachstańskie (z irgizytami) i północnoamerykańskie (z bediazytami). Dziś mało kto już kwestionuje pogląd, że powstają podczas impaktów. Z trudem, przy wielkiej pomocy satelitów, odnajduje się na Ziemi źródła tektytów: impaktowe kratery.

Mechanizmy zagłady

Te nowe elementy geologicznej układanki naszej planety nauka uznawała z ociąganiem. Nie trafiły nawet do XX-wiecznych podręczników. Ot, ciekawostka przyrodnicza, atrakcja turystyczna. Nikt nie spodziewał się tego, co w 1980 r. ujawniła publikacja Waltera i Luisa Alvarezów w amerykańskim "Science".

Wykazali oni związek między prawdopodobnym, nieznanym impaktem a wielkim wymieraniem sprzed 65 mln lat, na granicy kredy i trzeciorzędu. Jego najbardziej spektakularnym przejawem była zagłada dinozaurów - ówczesnych władców Ziemi. Co ciekawe, Alvarezowie nie znali ani krateru, ani tektytów czy innych oznak hipotetycznego impaktu. Wskazówkę, a jak się potem okazało: koronny dowód, znaleźli w cienkiej warstewce iłu w pokładach wapieni koło włoskiego Gubbio. Była nią podwyższona zawartość irydu. Pierwiastka, który stanowi "autograf" planetoidy lub komety. Obecność tej anomalii w skałach na całym globie przypieczętowała odkrycie. Pozostało znaleźć krater. Ale nie tylko.

Nawet gdy już pogodzono się z hipotezą impaktowych przyczyn zagłady dinozaurów, nie umiano wytłumaczyć sobie mechanizmu wymierania. Wydawało się oczywiste - pisał Alvarez - że eksplozja zgładziłaby żyjącą w pobliżu faunę, ale przecież zwierzęta żyjące w większej odległości szybko zasiedliłyby zdewastowane obszary. Gdzie tu miejsce na masowe wymieranie?

Odpowiedzi udzielili klimatolodzy i geofizycy. Dopiero później biolodzy i ekolodzy, ale - tak się złożyło - za pośrednictwem specjalistów od zbrojeń atomowych.

Na początku lat 80. zwołano głośną wówczas konferencję pt. "Świat po wojnie jądrowej". W raporcie pt. "Zima jądrowa jako ogólnoświatowy skutek wielorakich eksplozji jądrowych" świadomie pominięto natychmiastowe skutki eksplozji, jak podmuch, promieniowanie jonizujące czy ogień. Naukowcy udowodnili, że największe znaczenie dla dalekosiężnych skutków wojny mają pył i dym wyrzucane w atmosferę po wybuchach, a także dym i sadza z pożarów. Strumień energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi wkrótce po wybuchach maleje do poziomu poniżej 10 proc. strumienia normalnego, i taki stan utrzymuje się przez wiele tygodni. Odbija się to na życiu roślin i zwierząt, zakłócając ciągłość łańcucha pokarmowego.

Według niektórych scenariuszy wojny jądrowej przez kilkadziesiąt dni na półkuli północnej nie byłoby warunków do podtrzymania fotosyntezy. Temperatura po trzech tygodniach od wymiany ognia osiągnęłaby minimum, spadając do -23 st. C. Temperatury ujemne panowałyby jeszcze kilka miesięcy. Wywołałoby to duże zmiany w cyrkulacji atmosferycznej i oceanicznej. Zniszczona zostałaby w dużym stopniu warstwa ozonowa, więc po opadnięciu i rozproszeniu pyłów i dymów do powierzchni Ziemi docierałoby dwukrotnie więcej promieniowania UV, szkodliwego dla wielu form życia.

Następstwem wojny jądrowej byłaby długa zima na znacznym obszarze świata. Tym tropem poszli Alvarezowie. Okazało się, że impakt kosmiczny tym tylko różni się od wybuchu jądrowego, że nie wywołuje skażenia promieniotwórczego (o ile nie ma do czynienia z arsenałem nuklearnym ludzkości i elektrowniami atomowymi). Dziś scenariusz skutków impaktu jest znacznie bardziej dopracowany. Nie można zapominać o kolosalnym trzęsieniu ziemi, obejmującym cały świat. Rozbudziłyby się wulkany, dostarczając kolejnych porcji pyłów i dymów. Na oceanie utworzyłoby się olbrzymie tsunami - fala kilometrowej wysokości.

Impaktowej zimie towarzyszyłaby noc. Ciemności i chłód trwałyby kilka miesięcy, póki większość pyłów nie opadłaby na ziemię. Wtedy do głosu doszedłby efekt cieplarniany. Powstałe wskutek wybuchu tlenek i dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu i para wodna - zatrzymywałyby promieniowanie cieplne Ziemi, na której stałoby się gorąco i duszno. Niektórzy badacze sądzą, że dopiero to wykończyło dinozaury. Kolejnym efektem impaktu byłyby kwaśne deszcze. A raczej deszcze kwasu - głównie azotowego. Opadając z deszczem na ziemię, zabijałby zwierzęta i rośliny oraz rozpuszczał skały.

Mordercze kolizje

Krater związany z impaktem odpowiedzialnym za zagładę dinozaurów odnaleziono po 10 latach poszukiwań - to krater Chicxulub na dnie oceanu w pobliżu półwyspu Jukatan. Ale to nie jedyny tak skrzętnie ukryty krater. Około 250 mln lat temu, na granicy permu i triasu, doszło do najbardziej dramatycznego wymierania w dziejach Ziemi. Wyginęło wówczas ok. 95 proc. wszystkich gatunków. Zdaniem paleontologów losy życia na Ziemi wisiały na włosku.

Przez lata naukowcy głowili się nad tą zagadką, podejrzewając, że zderzyło się wtedy z Ziemią ciało podobne do tego z granicy kreda/trzeciorzęd. Ale natura wyjątkowo przebiegle ukryła jedyny ślad. Na najdalszym, niedostępnym, najpóźniej odkrytym, niezamieszkałym kontynencie, pod dwukilometrową warstwą lodu odkryto kilka lat temu anomalię geofizyczną liczącą ponad 300 km średnicy, położoną, jak wykazały badania radarowe, w środku 500-kilometrowej kolistej struktury otoczonej skalistym grzbietem. Odkrywcy, geolodzy z Ohio State University, prof. Ralph von Frese i dr Laramie Potts, analizując dane z dwóch satelitów Grace doszli do wniosku, że obiekt ma wszelkie cechy krateru uderzeniowego. Sprawcą był meteoryt o ok. 50 km średnicy. Uderzył najpewniej 250 mln lat temu. Byłby to pierwszy dowód w śledztwie trwającym od dwustu lat, dotyczącym największej zbrodni w dziejach świata.

Impakty są mordercze. Na granicy prekambru i kambru, 540 mln lat temu, jakiś potężny kataklizm wymazał z powierzchni Ziemi tzw. faunę ediakarską, o której sądzi się, że mogła pchnąć ewolucję w zupełnie innym kierunku. Bardzo poważne są podejrzenia wobec kraterów Charlevoix w Kanadzie i Siljan w Szwecji (oba datowane na ok. 360 mln lat). Uderzenia, które je utworzyły, odpowiadają zapewne za zniknięcie z powierzchni Ziemi około 50 proc. rodzajów oraz 70 proc. wszystkich gatunków w dewonie.

Udało się zidentyfikować przypuszczalne ślady sprawców innego, mniejszego wymierania sprzed 34 mln lat, na granicy oligocenu i eocenu. Tyle lat liczy sobie kilka dużych kraterów: Popigaj na północnej Syberii, krater pod zatoką Chesapeake w Ameryce, a także krater w Hiszpanii, koło Kazuara, na południe od Saragossy. Wielki krater Manicouagan, średnicy 100 km, wiązany jest z kolei z wymieraniem na granicy triasu i jury - ok. 212 mln lat temu.

Z każdym nowym odkryciem naukowcy nabierają przekonania o związku przyczynowym między impaktami a kolejnymi fazami wymierania licznych gatunków flory i fauny. Pokolenia geologów i paleontologów precyzyjnie wyznaczały granice między erami, okresami itp. w przekonaniu, że są one śladem zmian zachodzących w niezmiennym tempie. Teraz okazuje się, że przynajmniej niektóre z tych granic są śladem gwałtownych kataklizmów (zdarzenie, które zainicjowało rewolucję w biosferze Ziemi na przełomie kredy i trzeciorzędu, trwało kilka sekund). Owszem, treść księgi dziejów Ziemi nie wymaga zmian, ale teraz już wiemy, dlaczego dzieli się na rozdziały, ustępy, akapity.

Nadrabianie zaległości

Lekcja, którą tak wzorowo odrobili Alvarezowie, zrobiła wielkie wrażenie nie tylko w środowisku naukowym. Świadomość zagrożenia z Kosmosu jest dziś niemal powszechna. Kolejną spektakularną lekcję dała nam kometa Shoemaker-Levy 9, która w 1994 r. zbliżyła się do Jowisza. Złożona z 21 kawałków o kilkukilometrowych rozmiarach, wyglądała jak rząd płonących latarni. W lipcu 1994 r. pierwszy fragment z prędkością 60 km/s uderzył w powierzchnię Jowisza. Odłamki i strumienie gazów uniosły się 3,2 tys. km nad warstwę chmur. Kolejny fragment wywołał zaburzenia w całej gazowej powłoce planety, które trwały przez niemal rok ziemski. Wspomniany Austen Atkinson, bojownik o ochronę Ziemi przed zabójczym impaktem, nazwał to wydarzenie ogromnym transparentem z napisem: "Patrz i ucz się, ludzkości".

Nauka zaczęła odrabiać zaległości. Powstały programy wykrywania obiektów pozaziemskich (zainicjowany przez NASA program NEO). Ciągle aktualizowana jest PHO - lista obiektów potencjalnie zagrażających Ziemi. Podobnych do tych, które zgładziły dinozaury, znamy ponad 900. Liczbę mniejszych ocenia się na ok. 20 tys. Ale jesteśmy w stanie śledzić kilkakrotnie mniej. Powstają już technologie mające uchronić Ziemię przed zderzeniem.

I takie zapewne jest znaczenie lekcji udzielanych nam przez naturę: by człowiek, który otrzymał Ziemię na własność, nie tylko czynił ją sobie poddaną, ale także ją chronił.

ADAM ZUBEK jest geografem i dziennikarzem popularnonaukowym. Stale współpracuje z "TP".