Насколько большим должен быть ледяной шар, чтобы доставить всю воду сразу?

Итак, скажем, есть около$1.8*10^{21}$кг воды на поверхности земли (это не включает гидраты и вещества в мантии, но поверхностные вещества, по-видимому, наиболее вероятно отложатся в результате ударов после образования Земли).

Учитывая плотность льда,$920kg/m^3$, такое количество воды образовало бы сплошную сферу радиусом около 776 км. Между прочим, это довольно много... ударный элемент Чиксулуб, с которого началось вымирание мелового и палеогенового периодов, вряд ли был больше 81 км в поперечнике. Он больше любого астероида (Радиус Цереры менее 500 км) и такой же большой, как некоторые из более крупных спутников в Солнечной системе... Япет такого же размера и массы, а также в значительной степени состоит из льда, поэтому он является хорошим представителем для вашего ударника.

Вот сравнение размеров Земли, Луны и Япета, чтобы вы могли понять, о чем спрашиваете.

_{(В качестве бонуса массивный кратер Энгелье почти виден на Япете и делает его немного похожим на звезду смерти. Его диаметр составляет всего 500 км, что намного меньше, чем все, что мы здесь обсудим.)}

Он по крайней мере меньше, чем импактор Тейя , который, как считается, создал нашу Луну, которая, как считалось, имела диаметр около 6000 км. Существуют теории , предполагающие, что большая часть воды на Земле действительно прибыла во время столкновения с Тейей. Я не буду здесь вдаваться в столкновение с Тейей, а вместо этого рассмотрю только одну доставку льда, вероятно, после того, как Луна была сформирована и закончилась эра Гадея (иначе последующие бомбардировки могли бы унести воду в космос).

Предположим, что он ударяется о кристаллическую породу, поскольку в безводном мире нет ни воды, ни осадочных минералов. Теперь вы можете добавить эти удобные цифры и предположения в Программу эффектов воздействия на Землю . Я выбрал консервативную скорость удара 11 км/с (маловероятно, что она будет ниже этой, и при этой скорости более вероятно, что часть доставленной воды останется) и угол удара 45 градусов (другие углы особой разницы нет, что и неудивительно). Резюме для тех, кому лень пройти по ссылке и заполнить форму самостоятельно:

• Начальный кратер глубиной 606 км, диаметром 1710 км. Учитывая, что земная кора имеет глубину не более 90 км, это означает, что мантия определенно обнажается. Дыра заполнится выбросами, которых довольно много... в итоге глубина составит около 3-4 км.
• Окончательный диаметр кратера: 4540 км после того, как окружающая земля перестанет падать в первоначальную дыру. Это намного больше, чем самые большие предполагаемые ударные структуры, когда-либо найденные, MAPCIS .
• Несмотря на то, что энергия удара измеряется в экзатоннах , калькулятор не предполагает, что вы получите действительно интересный перегретый огненный шар, когда ударник испарится. Я немного сомневаюсь в этом, но, поскольку я не являюсь экспертом по столкновению камней, в отличие от авторов приложения, я полагаюсь на них. Конечно, поведение объектов, подвергшихся столкновению на высокой скорости, неинтуитивно. Это увеличивает вероятность того, что часть воды действительно переживет удар и останется на месте.
• Обломки от удара (например, куски материала, а не просто пыль) упадут на расстояние более 5000 км от эпицентра.
• Если он попадет в нужное место (скажем, на экваторе), он может немного изменить продолжительность дня на Земле... для удара под углом 45 градусов изменение порядка ±15 минут.

Умеренная скорость удара требуется, чтобы свести к минимуму вероятность сильного нагревания после удара. Будем надеяться, что ударное давление достаточно низкое (относительно), а выделение энергии рассредоточено в течение достаточно длительного периода времени, так что вы получите огромный взрыв горных пород и пара, который вскипит и погребет под собой территорию, большую, чем Северная Америка, а не огненный шар с температурой в несколько тысяч градусов, который сбрасывает обломки с земной орбиты и генерирует большое количество легких газов, которые могут покинуть атмосферу. Если бы произошло последнее, вам нужно было бы доставить еще больше воды, и тогда энергия удара была бы еще выше.и больше летучих веществ будет потеряно... и так далее. Вы можете понять, почему предпочтение отдается многим меньшим воздействиям. Некоторое испарение неизбежно произойдет, но расчет того, насколько это определенно выходит за рамки моей лиги.

В результате удара в атмосферу будет поднято много пыли, которая также будет наполнена большим количеством пара. После удара Чиксулуб произошло значительное глобальное похолодание, но это не включало в себя выливание баджиллиона литров воды в мантию, поэтому рассеется ли энергия, хранящаяся во всем этом паре, и выльется дождем, прежде чем осядет пыль, или вы в конечном итоге без значительного охлаждения и плотной атмосферы горячего водяного пара в течение значительного времени после этого, я не знаю ... опять же, такого рода догадки не в моей лиге.

Оценки массы импактора Чиксулуб , сбившего динозавров, варьируются от 10 ¹⁵ до 4,6.$\times$10 ¹⁷ кг.

Масса гидросферы в настоящее время оценивается примерно в 1,4$\times$10 ²¹ килограмм. Это как 10 000 Чиксулубов с точки зрения порядков, если мы используем верхнюю границу для массы Шика. Может быть, это больше похоже на 100 000 астероидов, убивающих динозавров, одновременно, может быть, 1 000 000.

Для справки: масса гидросферы также всего на порядок меньше массы Луны ( около 7$\times$10 ²² кг).

Хорошая новость заключается в том, что, поскольку вы начинаете с абсолютно сухой планеты, убивать нечего.

Плохая новость заключается в том, что удар будет иметь столько энергии, что большая часть этой воды станет газообразной. Также будет непривычно жарко. Атмосфера и вода будут настолько горячими, что большая часть этой воды и большая часть атмосферы, которая у вас была, улетучится в космос.

В конце концов, горы мира будут сглажены в разной степени из-за сильных паровых ветров, дующих в течение месяцев или лет, которые потребуются планете для постепенного остывания. После того, как все снова стабилизируется, у вас будет Земля с более мелкими океанами и более тонкой атмосферой. Возможно, там может развиваться какая-то жизнь.

Я просто кое-что вспомнил. Рассматриваемая мегакомета не такая массивная, как Луна, но она будет приближаться намного быстрее, чем Луна, если бы остановилась на своем пути. Что напоминает мне об этом другом вопросе:

Нет! Не луна!

Это о том, что произойдет, если Луна ударит нас. Рассмотрим эффекты, описанные там, но с меньшей серьезностью. Например:

• Удара также достаточно, чтобы вызвать рябь на том, что осталось от коры, разрывая ее на части. Значительная часть поверхности разрушена; открываются огромные пропасти, извергающие лаву(...)

• Большая часть воды на поверхности планеты превращается в газ. Большая часть его улетает в космос вместе с бог знает какой частью атмосферы.

И так далее.

Если вы хотите, чтобы вся гидросфера доставлялась за один удар, давайте сначала проверим массу

Общая масса гидросферы Земли составляет около$1.4 \cdot 10^{18}$тонн

Это значит$1.4 \cdot 10^{21}$кг.

Как ссылки, Мимас имеет массу$3 \cdot 10^{19}$кг, а масса Энцелада$1.0 \cdot 10^{20}$кг.

Это серьезное влияние. В результате удара большая часть воды испарилась бы, а такое огромное количество пара в атмосфере Земли было бы плохо: это означало бы огромный парниковый эффект, вероятно, превратив планету в близнеца Венеры.

Только по массе невозможно оценить угол падения, а скорость удара будет не менее 10 км/с.

По данным Геологической службы США, это будет выглядеть так:

Источник: https://water.usgs.gov/edu/gallery/global-water-volume.html .

Большая сфера представляет всю воду Земли, а меньшая сфера представляет пресную воду Земли. Большая сфера имеет диаметр 1384 км, довольно большой, но всего 0,13% от общего объема Земли.

Плотность льда составляет 92 % от плотности воды, поэтому вы можете представить себе ледяной шар такого размера на 8,7 % больше.