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科学松鼠会 毁灭地球指南:陨石撞击

2018-07-11 20:27编辑:xh1997.com人气:


陨石在幻想文学中经常是神兵利器的来源,现实中倒也经常造成巨大的杀伤——只不过,它里面其实并没有什么特殊的元素,它的杀伤力很朴实简单:撞。

所谓陨石,不外乎是地外天体撞击地球的过程中没有被大气层的摩擦给“消化掉”的残留物质罢了。和直观容易想到的不同,陨击事件的破坏力其实远不止“撞一下”那么简单。一次天体撞击事件对地球系统的影响甚至可以延续数百年,数万年乃至数百万年之久。由直接冲撞所带来的破坏力虽然“简单粗暴”,但终归是一次外科手术式的机械打击;天体撞击在之后的漫长时间中所引发的环境灾难才是“正片”。

猜猜这么大的小行星会带来怎样的影响?图片来源:

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在本文里,我们先一起来看看陨击事件究竟是怎样进行它们的“伤害输出”的;然后我们根据这些原理,从小到大,给陨击事件的破坏力排个序,看看它们到底能把地球实际折腾成什么样子:从最小的、划过天空的火流星;到大一点的、足以摧毁一座城市级别的撞击;然后更大的,比如在白垩纪末把恐龙搞灭绝那样的。当然,在最后的最后,依然少不了大家喜闻乐见的标准结局——摧毁地球。

直接破坏力:撞

谈起陨击事件,我们最容易想到的自然是直接冲击。显然,冲击带来的威力由两方面决定:陨击天体本身“有多重”(质量),以及“有多快”(速度)。

质量本身又是体积和比重的乘积。研究实际陨击物体有一个好处:它们是有一个比重上限。之前的文章里已经介绍过,常见的大部分陨石要么是质量较小,不能诱发比重分异的早期小行星、要么是质量较大,内部可以长期维持熔融态从而可以进行充分比重分异的原行星。在所有这些大大小小的天体里,最重的物质,自然是在充分的比重分异中被分到大型原行星最深处的铁质地核——也就是铁陨石的“前身”。因此,倘若考虑最严重的情况,不妨把陨击物体的比重全假设为这个上限;这样一来,所谓的质量问题, pk10开奖,实际上就简化为单纯的体积问题了。

然后是另一方面,速度。陨击天体的速度究竟有多大呢?老实说并不容易估计。本来这些天体受到初始扰动的原因就各不相同。再者,就算初始速度相同,在飞向地球的轨道中,也可能受到各种不可预知的中途干扰,比如是否临近过大行星从而经历了引力加速?比如是否经历过多次碰撞而交换过动量?这些都是未知问题。

但是,仅从“落入地球”这个结果来考虑的话,速度同样也有一个上限:11.2km/s。在太阳系尺度下,地球和陨石完全可以当作质点,因此,除了毫厘不差地瞄准地面飞来的那些极少数的情形外,其他几乎所有落到地球上的陨石,都不外乎是一点点被地球的引力场捕获、偏离轨道、然后吸下来的。 “能被地球引力场捕获”自然带来了一个潜台词,那便是这些小天体的速度上限不能够超过第二宇宙速度(跟从地球上发射探测器正好相反)。因为一旦超过这个速度,它们就能够无视地球引力圈的吸引而直接掠过了。

不妨把比重和速度都设为各自的上限。这样一来,变量就只剩下小天体的体积了。这和我们的直观认知是相符的:撞击天体的大小,是决定冲击破坏力的最直接因素。

但是呢,天体撞击所造成的实际危害, pk10开奖,却远不止直接冲击简单。哪怕毁掉一座城市、削平一座山头,如果仅仅考虑这些机械力,对地球上的生态系统来说也不过就是“疼一下的事儿”,影响不到根源。它们给地球系统所带来的真正威胁,在于其诱发的各种次生效应。这就犹如一支毒箭。在中箭时固然有皮肉之痛,但更可怕的,却是渗入机体的毒液,慢慢地使这个系统从内在紊乱掉,然后彻底崩溃。

间接诱发的深远灾难

地球环境的紊乱,往往表现为生物圈的大型灭绝事件。而谈起灭绝,陨石和地幔柱可以算是最著名的“两大凶手”了(还有一些小凶手比如海平面升降啥的)。

地幔柱,是地球历史中那些超大型熔岩域——“大火成岩省”的幕后推力。大火成岩省对环境釜底抽薪式的破坏,远不仅仅是靠它们那数十万平方公里的“岩浆之海”给“烤”出来的。它们真正可怕的地方在于,在把大量地球深部的毒气在极短的时间内释放进了大气圈。

当大量二氧化碳和甲烷注入大气圈时,温室效应将短期骤增,地球进入无冬之年,气候乱掉、生物完蛋;当大量二氧化硫注入大气圈时,与水结合形成气溶胶,射入地球的阳光将被大量反射,地球进入无夏之年,气候乱掉、生物完蛋。大火成岩省的虐心之处在于:它甚至可以将这两方面揉合起来进行的,一会儿温室效应、一会儿冷室效应,频繁地在无夏之年和无冬之年之间乱切换。就算能适应温室的,把你冻死;就算能适应冷室的,把你热死。所以史上最大的大火成岩省——西伯利亚暗色岩系(Siberian Traps)才有资格在二叠纪末将地球上95%以上的物种都抹掉。

陨击事件能够成为与地幔柱并肩齐驱的凶手,恰恰就在于这些事情不仅地幔柱能做到,大型陨击事件同样也能做到。

(来源:世界之最网)

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