ときどき、車や家の大きさの物体が宇宙空間から地球の大気圏に突入し、最終的な炎の中で燃えるような終わりを迎え、惑星間空間が見かけほど空っぽではないことを思い出させてくれます。さらに大きな (そしてありがたいことに数が少ない) オブジェクトが地表に到達し、多かれ少なかれ大きなクレーターを生成し、ローカルまたはグローバルな生態系に運命をもたらしたことが知られています.
多くの科学者は、メキシコ湾岸に直径約 160 km のチクシュルーブ クレーターを生み出したそのようなイベントの 1 つが、少なくとも恐竜を終わらせるのに役立ったと考えています。しかし、直径数キロメートルの発射体によって引き起こされたこの大変動でさえ、約 40 億年から 45 億年前に私たちの地球とその仲間の地球型惑星が若年期に受けた打撃に比べれば、些細な迷惑でした。当時の衝突は一般的にはるかに頻繁であっただけでなく、衝突のいくつかには、直径数十から数百キロメートル、またはそれ以上の隕石が含まれていました。月のような他のいくつかの惑星体のあばたのある表面は、その残忍な過去を今でも目撃していますが、これが完全に認識され、隕石と特定の種類のクレーターが関連していたのは、前世紀の過程でのみでした.
20 世紀の過程で、特に第二次世界大戦後、衝撃と衝撃現象の物理学の進歩により、とりわけ、比較的単純なスケーリングによって衝突体の特性とエネルギーをクレーターの寸法に関連付ける洗練された理論的枠組みが提供されました。法律。それらから得られた洞察は、直径数百キロメートルの発射体を含む規模の衝突が、リソスフェアと呼ばれる惑星の最も外側の固い殻を突き破ったに違いないことを明らかにしています。地殻と最上部のマントルで構成されています。隕石は、目標に衝突する際に毎秒数キロ、場合によっては数十キロの速度で移動し、その中で衝撃波を引き起こします。隕石は、超音速で通過する際に弾性限界をはるかに超えて材料に応力を加えます。大規模な衝突に伴う膨大な量のエネルギーのうち、標的や発射体の変形や噴出物の発射には使用されないエネルギーの多くは熱に変換され、その一部は一時的なクレーターとしてこれらの大規模なイベントの内部深くに埋もれます。空洞が再び閉じます。これにより、大規模な衝突による地球力学的効果が展開するための準備が整います。
地球と他の惑星のマントル対流
前世紀の最後の 3 分の 1 以来、地球のマントルにおける対流運動の存在はしっかりと確立されており、温度変化による密度の違いは、最初から浮力流の原動力として特定されてきました。地球やその他の地球型惑星における熱マントル対流は、すでに数十年にわたって数値モデル化されていますが、初期の進化における盆地形成の影響との相互作用は、過去 10 年程度でのみ、より広範囲に検討されています。
数値モデラーのお気に入りのターゲットは火星でした。火星は、かなりよく探査されており、古代のクレーターだけでなく、火山活動を含む最近の地質活動の痕跡がある古い表面を持っているという利点があります。千年紀の初めからのいくつかの先駆的な研究 [1] 以来、直径数千キロメートルの大きな盆地を生み出す規模の衝突は、巨大な熱異常とマントルの広範な融解を伴うことが確立されています。これらのホット ゾーンはリソスフェアの下で急速に上昇して広がり、既存の対流パターンを乱し、流れ場内の周囲の領域からプルームを捕捉します [2]。非常に大きな衝突は、安定したプルームが衝突現場の下に出現するような方法で流れ場を再編成することができ、そのような一連のイベントは、惑星の地球規模の熱出力の長期的な変化をもたらした. 3].
しかし、最終的には、マントルの流れが異常を分散させ、熱が拡散するにつれて、熱の影響は減衰します。最近のモデル [4] では、溶融生成とそれに付随するマントルの組成変化の計算によって、このような対流モデルが拡張され、溶融の大量生成と抽出によって、熱異常とともに化学異常が生成されることがわかりました。構成。全体の浮力に対するこの構成上の寄与は、衝突によって生成された異常をリソスフェアの底部に固定するのに十分強力である可能性があり、そこで拡散しますが、後のマントルの流れによって完全に消滅することはありません。このメカニズムにより、火星初期のマントルで形成された化学的不均一性が現在まで生き残った可能性があり、火星起源であることが知られている隕石の分析から推定される化学的変動の一部を説明できる可能性があります。
この分野の研究のほとんどは単純化された方法で衝突プロセスを表していますが、最近の研究では、動的なマントル対流計算と衝突プロセスのより現実的で完全に動的なシミュレーションを組み合わせることを目指しています。このタイプのモデリングは、過去数十年間のマントル対流シミュレーションと並行して開発されてきましたが、どちらも流体力学の数学的定式化に基づいています。これは、人工超高速発射体のターゲットへの衝突から、火星サイズの物体が原始地球と衝突した巨大衝突などの惑星科学における巨大な衝突現象まで、あらゆる種類の衝撃現象に適用されてきました。月を形成した[6]。実際、インパクターのサイズがターゲットの惑星のサイズに近づくと、スケーリングの法則の通常の適用は不正確な結果をもたらす可能性が高く、これは月を形成する衝突だけでなく、やや小さい衝突の場合にも当てはまりますが、それでもこの巨大な衝突により、火星の北半球は南半球よりも地殻が薄くなりました (火星の地殻二分法として知られる特徴)。その場合、直径 1000 km を超える小惑星が火星に斜めに衝突する様子を完全に動的にシミュレーションすることで、二分法の特徴を再現することができました [7]。
このようなモデルの強みは、クレーターの形成、噴出物の弾道、衝撃波の伝播、加熱、融解など、衝突の多面的な物理学を、理想化されたスケーリングの法則よりも正確かつ詳細に捉えることです。どちらのタイプのシミュレーションも計算上は非常に困難ですが、動的衝撃シミュレーションの結果を対流アルゴリズムに入力することで、宇宙船による実際の観測をより適切に説明できる、より現実的なモデルを開発できる可能性があります。これは、月への複数の大きな衝突の影響に関する最近の研究で実証されました。たとえば、噴出物ブランケットの生成が考慮されました [5]。それらの断熱効果が、より高温の内部につながり、熱を増加させることが実証されました。月の表面を顕著に通過します。
地球物理学流体力学、岩石学、鉱物学、応用地球物理学、地質学の概念を統合する惑星内部のより現実的なモデルへのこれらの進歩は、過去数年間の多くの宇宙船ミッションが持っている印象的な観測の過多のより完全で深い理解を促進します私たちを連れてきて、将来のミッションを計画するのを手伝ってくれました。したがって、数値モデリングは、太陽系の遠い過去に私たちを連れ戻し、惑星の進化をたどることを可能にし、惑星と私たち自身の地球がそのようになっている理由をよりよく理解できるようにするタイムマシンです。 /P>
参考文献
<オール>この研究の一部である「火星のような惑星での通常の衝突誘起融解における熱的および化学的浮力の相対的な重要性について」は、トーマス・ルエダスとドリス・ブロイヤーによって、Journal of Geophysical Research – Planets で最近発表されました。
