Кратко — входные параметры и ключевые оценки, затем последствия (климатические, биологические, геохимические) и сопоставление с данными о массовом вымирании.
Параметры и энерговыделение
- Комета диаметром $20\mathrm{km}$ (радиус $r=10\mathrm{km}$) при плотности типичной для комет $\rho \sim 1000kg/{\mathrm{m}}^3$:
$$V=\frac{4}{3}\pi r^3\approx 4.19\times 10^{12}{\mathrm{m}}^3,m=\rho V\approx 4.19\times 10^{15}\mathrm{kg}.$$ - При скорости удара $v\sim 20km/s=2\times 10^{4}m/s$ кинетическая энергия
$$E=\frac{1}{2}m{v}^2\approx 8.4\times 10^{23}\mathrm{J}.$$ Это порядка $10^{24}\mathrm{J}$ — несколько раз больше оценок для удара Чиксулуба (астероид $\sim 10\mathrm{km}$), поэтому эффекты будут не слабее, а чаще сильнее.
Немедленные физические эффекты (сек — дни)
- Кратер: при таком размере объект создаст очень большой кратер (порядка $\sim 200\text{–}300\mathrm{km}$ по финальному диаметру в зависимости от глубины моря и геологии).
- Испарение/распыление воды и пород: энергия достаточна для испарения огромной массы воды. Верхняя оценка (если все энергию пустить на испарение воды с удельной теплотой парообразования $L_v\approx 2.26\times 10^{6}J/kg$) даёт массу пара порядка
$$m_{\mathrm{vap}}\sim \frac{E}{L_v}\sim 3\times 10^{17}\mathrm{kg},$$ Реалистично — часть энергии уходит в кинетику, плавление, фрагментацию, поэтому реально испарится и выбросится в атмосферу/струи породы и воды масса $\sim 10^{15}\text{–}10^{17}\mathrm{kg}$.
- Цунами: локальные волны высотой сотни метров на побережье, глобальные трансатлантические/транспацифические волны десятков метров на удалённых берегах.
- Разбросы расплавленных шариков (сферул) и шоковых минералов по всему миру.
Атмосфера и климат (дни — столетия)
- Быстрое затемнение: большое количество твердых частиц (пыль, сажа) + водяной пар и, при попадании в осадочные слои с серой/сульфатами (ангідриты/ангидритовые породы), сильная эмиссия $S{O}_2$ с образованием сульфатных аэрозолей. Это приведёт к резкому снижению проходящего солнечного излучения.
- Интенсивность «импактной зимы»: климатические модели для ударов Чиксулубного масштаба предсказывают падение глобальной средней температуры на порядка $5\text{–}15{}^{\circ }\mathrm{C}$ на месяцы—годы; для более мощного случая ($\sim 8\times$ энергии) уменьшение может достигать $10\text{–}20{}^{\circ }\mathrm{C}$ в первые месяцы/годы в глобальном среднем, с сезонными и региональными вариациями.
- Продолжительность затемнения и сильного охлаждения: месяцы до нескольких лет для топлива твердых аэрозолей и сажи; сульфатные аэрозоли (SO${}_2$→H${}_2$SO${}_4$) могут держать эффект охлаждения от нескольких лет до десятков лет.
- Долгосрочное тепло: значительный ввод CO${}_2$ из горения биомассы, дегазации пород и разложения выброшенного органического материала даст противоположный эффект — повышение концентрации парниковых газов и постепенное потепление на столетия—тысячелетия. Общая картина: резкое кратковременное охлаждение → многолетнее/десятилетнее охлаждение → столетнее/тысячелетнее потепление.
Кислотность и химическая переработка атмосферы/океана
- Сульфатные аэрозоли и образования H${}_2$SO${}_4$ дадут интенсивные кислотные осадки (кислотные дожди), повреждение наземной растительности и морских экосистем.
- Массовый ввод водяного пара и CO${}_2$ + кислотные компоненты вызовет значительную океаническую кислотификацию в первые годы—десятилетия, удар по кальцифицирующим организмам.
- Долгосрочно — возможен дефицит кислорода в морях (аноксия) из-за нарушения первичного производства и перераспределения биогеохимических циклов (смерть фитопланктона → разложение → потребление кислорода).
Биологические последствия (часы — миллионы лет)
- Немедленная гибель прибрежных и поверхностных морских сообществ (цунами, ударная волна, термическое воздействие).
- Глобальный коллапс первичного производства (фотосинтез) на месяцы—годы из‑за затемнения и выпадения сажи/пылевых частиц → резкий дефицит пищи в морских и наземных цепях питания.
- Чувствительные группы: крупные потребители (например, крупные нептицеобразные динозавры на суше), фотосинтезозависимые морские организмы (планктонские флоры и фораминиферы), кальцитные и арагонитные моллюски, аммониты — ожидаются массовые потери.
- Выживут: мелкие, всеядные/оппортунистические виды, формы с подземными/прижатими биотопами ( норы, споры, почвенные микроорганизмы), пресноводные сообщества в закрытых бассейнах часто демонстрируют лучшие показатели выживания.
- Временные шкалы восстановления: базовое продуцирование фотосинтеза может начать восстанавливаться в десятки—сотни лет; полное восстановление морских сообществ и биологической разнообразности — тысячи—миллионы лет (в K–Pg данные указывают на существенную перестройку экосистем и многомиллионную фазу восстановления).
Геохимические сигналы (того, что оставит удар)
- Глобальный тонкий слой обломков: шарулы (spherules), микрошероховатости, шоковые кварцы, высокое содержание иридия — классический «граница» K–Pg.
- Осадочные свидетельства цунами и резкого перераспределения осадков на побережьях.
- Возмущение изотопов углерода (${\delta }^{13}\mathrm{C}$) — кратковременный отрицательный сдвиг из‑за сокращения биопродукции и выбросов легкого углерода.
- Возмущения изотопов осмия и других трассных элементов, следы ртутных и свинцовых аномалий, свидетельства массового горения биомассы (сажевые частицы).
- Сульфатные прослойки и сигнатуры сильных кислотных выпадений.
Сопоставление с данными о массовом вымирании (K–Pg)
- Характерные геохимические маркеры K–Pg (иридиевая аномалия, сферулы, шоковые минералы, следы цунами и быстрые биостратиграфические исчезновения многих таксонов) хорошо объясняются крупным ударом. Удар кометы $20\mathrm{km}$ в океан воспроизвёл бы эти сигналы, причём интенсивнее (больше выбросов, шире зона непосредственного разрушения).
- Модели и данные K–Pg указывают на сочетание затемнения (блокировка света) + кислотных осадков + глобальных пожаров и климатической перестройки как ключевые факторы вымирания. Удар в океан усилит цунами и водяной пар/галогены, но величина выбросов сульфатов сильно зависит от состава мишени (если удар в осадочно‑сульфатной области — очень сильный $S{O}_2$ выброс; если в глубоком открытом океане с базальтовым дном — меньше сульфатов).
- В целом: сценарий кометы $20\mathrm{km}$ даёт физико‑климатическую картину, совместимую с масштабами K–Pg вымирания и, вероятно, приведёт к равной или более тяжёлой биотической перестройке и геохимическим следам, сравнимым с наблюдаемыми K–Pg маркерами.
Итог (кратко)
- Энергия удара $\sim 8\times 10^{23}\mathrm{J}$ → глобальные последствия: цунами, широкомасштабные выбросы паров/породы, затемнение и сильное кратковременное охлаждение ($\sim 10\text{–}20{}^{\circ }\mathrm{C}$ локально/в среднем в первые месяцы—годы), затем многолетняя климатическая и биогеохимическая перестройка (кислотность, кислотное выпадение, океанская кислотификация и аноксия), массовое вымирание с восстановлением, измеряемым в тысячах—миллионах лет. Эти оценки согласуются с наблюдаемыми при K–Pg геологическими и биологическими данными; удар такого масштаба может полностью объяснить наблюдаемое массовое вымирание или даже усилить его.