Asteroida zabijająca dinozaury wywołała globalne tsunami, które zniszczyło dno morskie tysiące mil od miejsca uderzenia

Mierząca wiele mil asteroida, która uderzyła w Ziemię 66 milionów lat temu, wymordowała prawie wszystkie dinozaury i około trzy czwarte gatunków roślin i zwierząt na naszej planecie.

Wywołała również potworne tsunami z milowymi falami, które rozmyły dno oceanu tysiące mil od miejsca uderzenia na meksykańskim półwyspie Jukatan, jak wynika z nowego badania przeprowadzonego przez Uniwersytet Michigan.

Badanie, którego publikację online zaplanowano na 4 października w czasopiśmie AGU Advances, przedstawia pierwszą globalną symulację tsunami po uderzeniu w Chicxulub, która została opublikowana w recenzowanym czasopiśmie naukowym. Ponadto, naukowcy z U-M przejrzeli zapis geologiczny w ponad 100 miejscach na całym świecie i znaleźli dowody, które wspierają przewidywania ich modeli dotyczące ścieżki i mocy tsunami.

„Ta fala tsunami była wystarczająco silna, aby zakłócić i zniszczyć osady w basenach oceanicznych w połowie drogi dookoła globu, pozostawiając albo lukę w zapisie osadów, albo zlepek starszych osadów”, powiedziała główna autorka Molly Range, która przeprowadziła badania modelowe w ramach pracy magisterskiej pod kierunkiem oceanografa fizycznego U-M i współautora badań Briana Arbica oraz paleoceanografa U-M i współautora badań Teda Moore’a.

Przegląd zapisu geologicznego skupił się na „sekcjach granicznych”, osadach morskich zdeponowanych tuż przed lub tuż po uderzeniu asteroidy i następującym po nim masowym wymieraniu K-Pg, które zamknęło okres kredowy.

„Rozmieszczenie erozji i hiatusów, które zaobserwowaliśmy w osadach morskich z górnej kredy, jest zgodne z wynikami naszego modelu, co daje nam większe zaufanie do przewidywań modelu” – powiedział Range, który rozpoczął projekt jako student studiów licencjackich w laboratorium Arbica na Wydziale Nauk o Ziemi i Środowisku.

Autorzy badania obliczyli, że energia początkowa w tsunami uderzeniowym była do 30 000 razy większa niż energia w tsunami po trzęsieniu ziemi na Oceanie Indyjskim w grudniu 2004 roku, które zabiło ponad 230 000 osób i jest jednym z największych tsunami we współczesnym zapisie.

Symulacje zespołu pokazują, że uderzeniowe tsunami promieniowało głównie na wschód i północny wschód do Północnego Oceanu Atlantyckiego, a także na południowy zachód przez Zatokę Środkowoamerykańską (która kiedyś oddzielała Amerykę Północną od Południowej) do Południowego Oceanu Spokojnego.

W tych basenach i w niektórych przyległych obszarach prędkość prądów podwodnych prawdopodobnie przekraczała 20 centymetrów na sekundę (0,4 mph), czyli prędkość, która jest wystarczająco silna, aby erodować drobnoziarniste osady na dnie morza.

Z kolei południowy Atlantyk, północny Pacyfik, Ocean Indyjski i region, który dziś jest Morzem Śródziemnym, były w dużej mierze osłonięte przed najsilniejszymi skutkami tsunami, jak wynika z symulacji zespołu. W tych miejscach modelowane prędkości prądu były prawdopodobnie mniejsze niż próg 20 cm/s.

W celu dokonania przeglądu zapisu geologicznego, Moore z U-M przeanalizował opublikowane zapisy 165 morskich sekcji granicznych i był w stanie uzyskać użyteczne informacje ze 120 z nich. Większość osadów pochodziła z rdzeni zebranych podczas naukowych projektów wierceń oceanicznych.

Północny Atlantyk i Południowy Pacyfik miały najmniej stanowisk z kompletnymi, nieprzerwanymi osadami z granicy K-Pg. Natomiast najwięcej kompletnych odcinków granicy K-Pg znaleziono na Południowym Atlantyku, Północnym Pacyfiku, Oceanie Indyjskim i Morzu Śródziemnym.

„Znaleźliśmy potwierdzenie w zapisie geologicznym dla przewidywanych obszarów maksymalnego oddziaływania na otwartym oceanie” – powiedział Arbic, profesor nauk o ziemi i środowisku, który nadzorował projekt. „Dowody geologiczne zdecydowanie wzmacniają ten dokument”.

Szczególne znaczenie, według autorów, mają wychodnie granicy K-Pg na wschodnich wybrzeżach północnych i południowych wysp Nowej Zelandii, które znajdują się ponad 12 000 kilometrów (7 500 mil) od miejsca uderzenia na Jukatanie.

Silnie zaburzone i niekompletne osady nowozelandzkie, zwane osadami olistostromalnymi, były początkowo uważane za wynik lokalnej aktywności tektonicznej. Jednak biorąc pod uwagę wiek osadów i ich położenie bezpośrednio na modelowanej ścieżce tsunami uderzenia Chicxulub, zespół badawczy kierowany przez U-M podejrzewa inne pochodzenie.

„Czujemy, że te osady rejestrują skutki uderzenia tsunami i jest to być może najbardziej wymowne potwierdzenie globalnego znaczenia tego wydarzenia” – powiedział Range.

W części badań poświęconej modelowaniu zastosowano dwuetapową strategię. Po pierwsze, duży program komputerowy zwany hydrokodem symulował chaotyczne pierwsze 10 minut zdarzenia, które obejmowało uderzenie, tworzenie się krateru i zainicjowanie tsunami. Praca ta została wykonana przez współautora Brandona Johnsona z Purdue University.

Bazując na wynikach poprzednich badań, naukowcy zamodelowali asteroidę o średnicy 14 kilometrów (8,7 mil), poruszającą się z prędkością 12 kilometrów na sekundę (27 000 mph). Uderzyła ona w granitową skorupę pokrytą grubymi osadami i płytkimi wodami oceanicznymi, tworząc krater o szerokości około 100 kilometrów i wyrzucając do atmosfery gęste chmury sadzy i pyłu.

Dwie i pół minuty po uderzeniu asteroidy, kurtyna wyrzuconego materiału wypchnęła ścianę wody na zewnątrz od miejsca uderzenia, tworząc na krótko 4,5-kilometrową (2,8-milową) falę, która ustąpiła, gdy wyrzucony materiał opadł z powrotem na Ziemię.

Dziesięć minut po uderzeniu pocisku w Jukatan, 220 kilometrów od miejsca uderzenia, 1,5-kilometrowa fala tsunami – w kształcie pierścienia i rozchodząca się na zewnątrz – zaczęła płynąć przez ocean we wszystkich kierunkach, zgodnie z symulacją przeprowadzoną przez U-M.

W 10 minucie wyniki symulacji hydrokodu Johnsona iSALE zostały wprowadzone do dwóch modeli rozprzestrzeniania się tsunami, MOM6 i MOST, aby śledzić gigantyczne fale na oceanie. MOM6 został użyty do modelowania tsunami w głębokim oceanie, a NOAA używa modelu MOST operacyjnie do prognozowania tsunami w swoich Centrach Ostrzegania przed Tsunami.

„Ważnym wynikiem jest tutaj to, że dwa globalne modele o różnych sformułowaniach dały prawie identyczne wyniki, a dane geologiczne na kompletnych i niekompletnych sekcjach są zgodne z tymi wynikami” – powiedział Moore, profesor emeritus nauk o ziemi i środowisku. „Modele i dane weryfikacyjne ładnie do siebie pasują”.

Według symulacji zespołu:

• Godzinę po uderzeniu, tsunami rozprzestrzeniło się poza Zatokę Meksykańską i na północny Atlantyk.
• Cztery godziny po uderzeniu fale przeszły przez Morze Środkowoamerykańskie i przedostały się na Pacyfik.
• Dwadzieścia cztery godziny po uderzeniu fale przecięły większość Pacyfiku od wschodu i większość Atlantyku od zachodu, a następnie weszły na Ocean Indyjski z obu stron.
• W 48 godzin po uderzeniu, znaczące fale tsunami dotarły do większości wybrzeży świata.

W obecnym badaniu naukowcy nie próbowali oszacować zakresu zalania wybrzeża spowodowanego przez tsunami.

Jednakże ich modele wskazują, że wysokość fal na otwartym oceanie w Zatoce Meksykańskiej przekroczyłaby 100 metrów (328 stóp), a wysokość fali wyniosłaby ponad 10 metrów (32,8 stopy), gdy tsunami zbliżyłoby się do regionów przybrzeżnych północnego Atlantyku i części południowoamerykańskiego wybrzeża Pacyfiku.

Gdy tsunami zbliżyło się do tych brzegów i napotkało płytkie wody denne, wysokość fal gwałtownie wzrosła w wyniku procesu zwanego shoalingiem. Prędkości prądu przekroczyłyby próg 20 centymetrów na sekundę dla większości obszarów przybrzeżnych na całym świecie.

„W zależności od geometrii wybrzeża i postępujących fal, większość regionów przybrzeżnych zostałaby zalana i w pewnym stopniu ulega erozji” – twierdzą autorzy badania. „Wszelkie historycznie udokumentowane tsunami bledną w porównaniu z takim globalnym wpływem”.

Wideo: https://youtu.be/hy6wfjqFBE0

Arbic powiedział, że planowane są kolejne badania mające na celu modelowanie zakresu zalania wybrzeży na całym świecie. Badaniami tymi będzie kierował Vasily Titov z National Oceanic and Atmospheric Administration’s Pacific Marine Environmental Lab, który jest współautorem artykułu AGU Advances.

Oprócz Range’a, Arbica, Moore’a, Johnsona i Titova autorami badań są Alistair Adcroft z Princeton University, Joseph Ansong z University of Ghana, Christopher Hollis z Victoria University of Wellington, Christopher Scotese z PALEOMAP Project oraz He Wang z NOAA’s Geophysical Fluid Dynamics Laboratory i University Corporation for Atmospheric Research.

Finansowanie pochodziło z National Science Foundation oraz z University of Michigan Associate Professor Support Fund, który jest wspierany przez Margaret and Herman Sokol Faculty Awards. Symulacje MOM6 przeprowadzono na superkomputerze Flux udostępnionym przez University of Michigan Advanced Research Computing Technical Services.

Źródło: University of Michigan