En nedslagskropp – troligtvis en asteroid – störtade mot jorden för ungefär två miljarder år sedan och kraschade in i planeten nära dagens Johannesburg, Sydafrika. Impaktorn bildade Vredefort-kratern, vad som idag är den största kratern på vår planet. Med hjälp av uppdaterade simuleringsdata upptäckte forskare vid University of Rochester att stötkroppen som bildade Vredefort-kratern var mycket större än man tidigare trott. Kredit:NASA Earth Observatory bild av Lauren Dauphin / University of Rochester illustration av Julia Joshpe
För cirka 2 miljarder år sedan slungades en stötanordning mot jorden och kraschade in i planeten i ett område nära dagens Johannesburg, Sydafrika. Impaktorn – troligen en asteroid – bildade vad som idag är den största kratern på vår planet. Forskare har allmänt accepterat, baserat på tidigare forskning, att stötstrukturen, känd som Vredefort-kratern, bildades av ett föremål med en diameter på cirka 15 kilometer (ungefär 9,3 miles) som färdades med en hastighet av 15 kilometer per sekund.
Men enligt ny forskning från University of Rochester kan nedslagsanordningen ha varit mycket större - och skulle ha fått förödande konsekvenser över hela planeten. Denna forskning, publicerad i Journal of Geophysical Research:Planets , ger en mer exakt förståelse av den stora påverkan och gör det möjligt för forskare att bättre simulera nedslagshändelser på jorden och andra planeter, både i det förflutna och i framtiden.
"Att förstå den största påverkan strukturen som vi har på jorden är avgörande," säger Natalie Allen, nu en Ph.D. student vid John Hopkins University. Allen är den första författaren till artikeln, baserad på forskning som hon utförde som student vid Rochester med Miki Nakajima, biträdande professor i jord- och miljövetenskap. "Att ha tillgång till informationen från en struktur som Vredefort-kratern är en fantastisk möjlighet att testa vår modell och vår förståelse av de geologiska bevisen så att vi bättre kan förstå effekterna på jorden och bortom."
Uppdaterade simuleringar tyder på "förödande" konsekvenser
Under loppet av 2 miljarder år har Vredefort-kratern eroderats. Detta gör det svårt för forskare att direkt uppskatta storleken på kratern vid tidpunkten för den ursprungliga nedslaget, och därför storleken och hastigheten på den stötkropp som bildade kratern.
Ett föremål som är 15 kilometer stort och färdas med en hastighet av 15 kilometer per sekund skulle producera en krater med en diameter på cirka 172 kilometer. Detta är dock mycket mindre än nuvarande uppskattningar för Vredefort-kratern. Dessa nuvarande uppskattningar är baserade på nya geologiska bevis och mätningar som uppskattar att strukturens ursprungliga diameter skulle ha varit mellan 250 och 280 kilometer (ungefär 155 och 174 miles) under tiden för nedslaget.
Allen, Nakajima och deras kollegor genomförde simuleringar för att matcha kraterns uppdaterade storlek. Deras resultat visade att en stötkropp måste vara mycket större – cirka 20 till 25 kilometer – och färdas med en hastighet av 15 till 20 kilometer per sekund för att förklara en krater som är 250 kilometer stor.
This means the impactor that formed the Vredefort crater would have been larger than the asteroid that killed off the dinosaurs 66 million years ago, forming the Chicxulub crater. That impact had damaging effects globally, including greenhouse heating, widespread forest fires, acid rain, and destruction of the ozone layer, in addition to causing the Cretaceous-Paleogene extinction event that killed the dinosaurs.
If the Vredefort crater was even larger and the impact more energetic than that which formed the Chicxulub crater, the Vredefort impact may have caused even more catastrophic global consequences.
"Unlike the Chicxulub impact, the Vredefort impact did not leave a record of mass extinction or forest fires, given that there were only single-cell lifeforms and no trees existed 2 billion years ago," Nakajima says. "However, the impact would have affected the global climate potentially more extensively than the Chicxulub impact did."
Dust and aerosols from the Vredefort impact would have spread across the planet and blocked sunlight, cooling the Earth's surface, she says. "This could have had a devastating effect on photosynthetic organisms. After the dust and aerosols settled—which could have taken anywhere from hours to a decade—greenhouse gases such as carbon dioxide that were emitted from the impact would have raised the global temperature potentially by several degrees for a long period of time."
A multi-faceted model of Vredefort crater
The simulations also allowed the researchers to study the material ejected by the impact and the distance the material traveled from the crater. They can use this information to determine the geographic locations of land masses billions of years ago. For instance, previous research determined material from the impactor was ejected to present-day Karelia, Russia. Using their model, Allen, Nakajima, and their colleagues found that 2 billion years ago, the distance of the land mass containing Karelia would have been only 2,000 to 2,500 kilometers from the crater in South Africa—much closer than the two areas are today.
"It is incredibly difficult to constrain the location of landmasses long ago," Allen says. "The current best simulations have mapped back about a billion years, and uncertainties grow larger the further back you go. Clarifying evidence such as this ejecta layer mapping may allow researchers to test their models and help complete the view into the past."
Undergraduate research leads to publication
The idea for this paper arose as part of a final for the course Planetary Interiors (now named Physics of Planetary Interiors), taught by Nakajima, which Allen took as a junior.
Allen says the experience of having undergraduate work result in a peer-reviewed journal article was very rewarding and helped her when applying for graduate school.
"When Professor Nakajima approached me and asked if I wanted to work together to turn it into a publishable work, it was really gratifying and validating," Allen says. "I had formulated my own research idea, and it was seen as compelling enough to another scientist that they thought it was worth publishing."
She adds, "This project was way outside of my usual research comfort zone, but I thought it would be a great learning experience and would force me to apply my skills in a new way. It gave me a lot of confidence in my research abilities as I prepared to go to graduate school." + Utforska vidare
