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衝突の冬は、地球の表面に巨大な小惑星や彗星が衝突することで、長期間にわたって寒冷な天候が続くと想定される期間である。小惑星が陸地や浅い水域に衝突した場合、大量の塵や灰などの物質が大気中に放出され、太陽からの放射が遮られる。これにより、地球の気温が劇的に低下する。[定量化] [2] [3]直径約5 km (3.1 mi) 以上の小惑星や彗星が大きな深い水域に衝突するか、地表に衝突する前に爆発した場合でも、大量の破片が大気中に放出される。[2] [3] [4]衝突の冬は大量絶滅を引き起こし、世界中の現存する種の多くを絶滅させる可能性があると提案されている。白亜紀 - 古第三紀の絶滅イベントは、おそらく衝突の冬を伴い、体重25 kg (55 ポンド) を超えるほとんどの四肢動物の大量絶滅をもたらした。 [5]
衝突の可能性
毎年、地球は直径5メートル（16フィート）の隕石に衝突し、地表から50キロメートル（31マイル）上空で爆発を起こし、その威力はTNT火薬1キロトンに相当します。[6]地球は毎日、直径5メートル（16フィート）未満の隕石に衝突していますが、これらは地表に到達する前に崩壊します。地表に到達した隕石は、人の住んでいない地域に落下し、被害を及ぼすことはありません。人間は、小惑星や彗星の衝突で死亡するよりも、火災、洪水、その他の自然災害で死亡する可能性が高いです。[2] 1994年の別の研究では、次の世紀に直径約2キロメートル（1.2マイル）の大きな小惑星または彗星 が地球に衝突する確率は10,000分の1であることがわかりました。この物体は生態系を混乱させ、世界人口の大部分を死滅させる可能性があります。 [2]そのような天体の一つである小惑星1950DAは、現在2880年に地球に衝突する確率が0.005%ですが、[7]最初に発見されたときの確率は0.3%でした。[6]追加の測定によって軌道が精緻化されるにつれて、確率は低下します。
300 個を超える短周期彗星が土星や木星などの大型惑星の近くを通過し、彗星の軌道を変えて地球を横切る軌道に乗せる可能性がある。長周期彗星でも起こり得るが、その可能性は短周期彗星の場合に最も高い。これらが地球に直接衝突する可能性は、地球近傍天体(NEO) の衝突よりもはるかに低い。ビクター・クラブとビル・ネイピアは、地球を横切る軌道にある短周期彗星は衝突しなくても危険であり、崩壊して塵のベールを引き起こし、数千年にわたる長期的な地球寒冷化を伴う「核の冬」シナリオを引き起こす可能性があるという物議を醸す理論を支持している (彼らはこれを 1 km の衝突と同等の確率と見なしている)。[8] [9] [10] [11]
必要な影響要因
地球は、宇宙からの破片の絶え間ない集中砲火にさらされている。小さな粒子は大気圏に入ると燃え尽き、流星として目にすることができる。それらの多くは一般の人には気づかれないが、地球の表面に衝突する前に燃え尽きるわけではない。表面に衝突したものは隕石と呼ばれる。[4]したがって、地球に衝突するすべての物体が絶滅レベルの出来事を引き起こしたり、実際に危害を加えたりすることはありません。物体は運動エネルギーのほとんどを大気圏で放出し、その質量以上の大気の柱に触れると爆発します。[2]地球への絶滅レベルの衝突は約1億年ごとに発生しています。[3] [4] [12]絶滅イベントは非常にまれにしか発生しませんが、大きな飛来物は深刻な被害をもたらす可能性があります。[2 ] [12]このセクションでは、飛来物のサイズと構成に応じて、飛来物によってもたらされる危険性の性質について説明します。
サイズ
大きな小惑星や彗星が地球の表面に衝突すると、地球上にあるすべての核爆弾の威力の数百から数千倍もの力を発揮する可能性があります。 [4]たとえば、白亜紀-古第三紀の絶滅イベントは、6600万年前にすべての非鳥類恐竜の絶滅を引き起こしたと提案されています。この小惑星の大きさは、初期の推定では直径約10 km（6.2マイル）でした。これは、1億トン（418 ZJ）近くの力で衝突したことを意味します。[13]これは、第二次世界大戦中に広島に投下された原子爆弾の威力（16キロトン、67 TJ）の60億倍以上です。この衝突体は、直径180 km（110マイル）のチクシュルーブ・クレーターを掘り起こしました。この大きさの物体であれば、たとえ深さ4km（2.5マイル）しかない海に衝突したとしても、塵や破片は大気圏に放出される。[3] 小惑星、流星、彗星は、その質量のおかげで大気圏を通過しても無傷のままである。しかし、3km（1.9マイル）未満の物体が下層大気、つまり対流圏または成層圏の下層を突破するには、強力な鉄組成を持たなければならない。[2]
構成
小惑星や彗星には、金属質、石質、氷質の3種類の組成タイプがあります。物体の組成によって、物体が地球の表面まで1つの破片で到達するか、大気圏を突破する前に崩壊するか、表面に到達する直前に砕けて爆発するかが決まります。[2] [4]金属物体は、鉄とニッケルの合金でできていることが多いです。 [2]これらの金属物体は、大気圏での減速中に生じる衝突圧力による平坦化や断片化のストレスによく耐えるため、表面に衝突する可能性が最も高くなります。[2]コンドライト隕石などの石質物体は、上層大気圏を離れる前に燃えたり、砕けたり、爆発したりする傾向があります。地表に到達した物体が 下層大気を突破するには、最低でも約10 Mt（4 × 10 16 J ）のエネルギー、または直径約50 m（160フィート）のエネルギーが必要です（これは、石質の物体が秒速20キロメートル（40,000マイル）で衝突した場合です）。多孔質の彗星のような物体は、低密度のケイ酸塩、有機物、氷、揮発性物質で構成されており、かさ密度が低い（≤1 g/cm 3 （60 lb/cu ft））ため、上層大気で燃え尽きることがよくあります。[2]
考えられるメカニズム
地球に衝突する小惑星や彗星は火山の何倍もの爆発力で衝突するが、衝突の冬のメカニズムは巨大火山噴火によって引き起こされる火山の冬の後に起こるものと似ている。このシナリオでは、大気中に注入された大量の破片が長期間にわたって太陽放射の一部を遮り、1年後には地球の平均気温が20℃も低下するだろう。 [3]衝突の冬につながる可能性のある2つの主なメカニズムは、レゴリスの大量噴出と複数の火災嵐である。
レゴリスの大量噴出
カート・コヴィーらが行った研究では、直径約10 km（6.2 mi）の小惑星が約10 8 MTの爆発力で、 1 μmサイズのエアロゾル粒子を 約2.5x10 15 kg以上大気中に放出する可能性があることが判明しました。これより大きい粒子はすぐに地表に戻って落ちます。[3]これらの粒子はその後、大気中に拡散し、太陽光が地表に到達する前に吸収または屈折し、巨大火山から上昇する硫黄エアロゾルと同様に惑星を冷却し、地球全体の暗化を引き起こします。[3] [14]これはトバ火山の噴火後に発生したと議論されています。
これらの粉砕された岩石粒子は、乾式沈着するまで大気中に残り、その大きさから雲凝結核としても機能し、湿式沈着/降水によって洗い流されますが、それでも太陽放射の約15％は地表に到達しない可能性があります。[なぜ？ ]最初の20日後、地表温度は急速に約13℃低下する可能性があります。約1年後には、気温は約6℃回復する可能性がありますが、この時点で北半球の約3分の1が氷で覆われている可能性があります。[3]
しかし、衝突後の最初の地球規模の熱波によって大量の水蒸気と二酸化炭素が放出されれば、この影響は大幅に緩和され、逆転する可能性もあります。小惑星が海洋に衝突した場合（衝突の大半はこれに該当します）、放出される物質の大部分は水蒸気となり、大きな温室効果と気温の上昇につながる可能性があります。[要出典]
衝突イベントのエネルギーが十分に高ければ、対蹠点（地球の反対側）でマントルプルーム（火山活動）を引き起こす可能性があります。 [15]したがって、この火山活動だけで、他の衝突の影響に関係なく、火山の冬が発生する可能性があります。
複数の火災
大気中に放出された初期の破片と相まって、衝突物が極めて大きい場合（3 km（1.9マイル）以上）、白亜紀-古第三紀絶滅イベント（推定10 km（6.2マイル））のように、複数の火災嵐が発生する可能性があり、おそらくは地球規模の密林、つまり火災嵐が発生しやすい森林すべてに及ぶ可能性があります。これらの木材火災により、十分な量の水蒸気、灰、すす、タール、二酸化炭素が大気中に放出され、それだけで気候が乱れ、太陽を遮る粉砕された岩石の塵の雲が長引く可能性があります。あるいは、岩石エアロゾル粒子が雲凝結核を形成するための水蒸気が増えるため、雲の持続時間が大幅に短くなる可能性もあります。塵の雲が長引くと、地球の冷却時間が長引いて、より厚い氷床が形成される可能性があります。[3] [14]
過去のイベント
2016年、科学掘削プロジェクトにより、チクシュルーブ衝突クレーターの山頂リングの奥深くまで掘削され、衝突そのものから岩石コアサンプルが採取されました。このクレーターは最もよく知られている衝突クレーターの1つであり、非鳥類恐竜の絶滅の原因となった衝突でした。
この発見は、クレーター衝突とその影響の両方に関する現在の理論を裏付けるものとして広く見なされた。これらの発見により、山頂リングを構成する岩石は莫大な圧力と力にさらされ、莫大な熱と莫大な圧力によって溶融し、通常の状態からわずか数分で現在の形状に変化したことが確認された。山頂リングが花崗岩でできていたという事実も重要だった。花崗岩は海底堆積物で見つかる岩ではなく、地球のかなり深いところから発生し、衝突の莫大な圧力によって地表に噴き出されたものだったからだ。この地域の浅い海底に通常存在する硫酸塩を含む岩石である石膏はほぼ完全に除去されていたため、ほぼ完全に蒸発して大気圏に突入したに違いない。また、この衝突の直後に巨大なメガ津波（海水の大規模な動き）が発生し、粒度で区切られた砂の層としてこれまでで最大規模であることが分かっている。
これらは、衝突体が120マイルのピークリングを作り、地球の深部から溶融花崗岩を噴出し、巨大な水の動きを生み出し、大量の蒸発した岩石と硫酸塩を大気中に放出し、それらが長期間そこに留まるほどの大きさであったという仮説を強く支持する。この塵と硫酸塩の地球規模の拡散は、大幅な気温低下を引き起こし、食物連鎖を壊滅させることで、世界中の気候に突然の壊滅的な影響をもたらしたであろう。[16] [17]
人間への影響
衝突冬は、人類だけでなく地球上の他の種にも壊滅的な影響を及ぼすだろう。太陽放射が著しく減少すると、最初に死ぬ種は光合成の過程で生き延びた植物と動物となるだろう。この食糧不足は最終的に食物連鎖の上位にいる他の動物の大量絶滅につながり、人類の最大25％が死亡する可能性がある。[6] 最初の衝突の場所と規模によっては、清掃作業のコストが非常に高くなり、生存者に経済危機を引き起こす可能性がある。 [19]これらの要因により、人類にとって地球上での生活は極めて困難なものとなるだろう。
農業
地球の大気は塵やその他の物質で満たされているため、太陽からの放射線は屈折して宇宙空間に散乱し、この破片に吸収される。爆風と潜在的な複数の火災嵐の後、地球への最初の影響は、地球上の光合成生物のすべてではないにしてもほとんどが死ぬことである。生き残った海中の生物は、太陽が再び出るまで休眠状態になる可能性がある。[3] [6]陸上の生物は、地下の微気候で生き延びる可能性があり、その一例がズブラショフのアラゴナイト洞窟である。化石燃料や原子力発電所のある地下複合施設の温室では、大気が澄み始めるまで人工太陽光栽培ランプを点灯し続けることができると考えられる。一方、日光不足で死ななかった屋外の生物は、衝突の冬の極寒によって死ぬか休眠状態になる可能性が高い。この植物の死滅は、十分な数の人々が最初の爆発波を生き延びれば、長期にわたる飢餓につながる可能性があり、最初の作物の不作からわずか数か月で、発展途上国での食糧価格の上昇につながるだろう。先進国では、缶詰食品や穀物の備蓄量が多いため、寒冷化が1年以上続かない限り、飢餓に見舞われることはないだろう。しかし、衝突体がK/T境界衝突体と同程度の大きさであれば、農業損失は南半球から北半球への輸入、またはその逆では補えない可能性がある。[6] [19]飢餓を回避する唯一の方法は、各国が国民のために少なくとも1年分の食糧を備蓄することだろう。これができる国は多くなく、世界の平均穀物備蓄レベルは年間生産量の約30%にすぎない。[6] [20]
経済
小惑星や彗星の衝突後の清掃費用は、衝突した場所に応じて数十億ドルから数兆ドルかかるだろう。[19] [20]ニューヨーク市（世界で16番目に人口の多い都市） への衝突は数十億ドルの経済的損失をもたらし、金融セクター（つまり株式市場）が回復するには何年もかかる可能性がある。[19]しかし、このような自然に特定の目的を定めた衝突が起こる可能性は極めて低いだろう。
生存性
2018年2月20日現在[アップデート]、地球近傍天体は17,841個知られている。そのうち、潜在的に危険な天体は8,059個知られている。これらは140メートル（460フィート）以上の大きさで、月までの距離の20倍よりも地球に近づく可能性がある。[6]直径1キロメートル以上のNEAは888個発見されており、[21]推定総数約920個の96.5%にあたる。[22]
参照
- 小惑星の偏向戦略 – 破壊的な小惑星の衝突を防ぐ方法
- 地球衝突データベース – 地球上の衝突構造のデータベース
- 地球の暗化 – 地球表面に届く太陽光の量の減少
- 衝突イベント – 2つの天体の衝突
- 注目すべき小惑星のリスト
- 地球近傍天体 – 地球に接近できる軌道を持つ太陽系の小天体
- 核の冬 – 核戦争による気候への影響の仮説
- 火山の冬 – 火山の噴火によって引き起こされる気温異常現象
参考文献
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外部リンク
- チクシュルーブ衝突と衝突冬の可能性に関するジオタイムズの記事
- NASAの地球近傍天体プログラム