Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 36 – vyšlo 14. září, ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

36/2007

Konec druhohorních potvor

Petr Kulhánek

Náhlý úhyn dinosaurů a jiných živočichů před 65 miliony lety umožnil nástup savců a pozdější vzestup člověka. Od roku 1980 se spekuluje o tom, že by rychlé vymření několika živočišných druhů mohlo souviset s dopadem menší planetkyPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu. nebo jádra kometyKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu. na ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. V roce 1990 se dokonce našel kráter, který by mohl být dávným svědectvím této události. A v roce 2007 byl na základě numerických simulací označen i pravděpodobný viník – úlomek planetky 298 Baptistina.

Křída – poslední druhohorní období, které započalo před 145 miliony lety a skončilo před 65 miliony lety. Je charakteristické rozsáhlými křídovými pánvemi. Období poprvé definoval belgický geolog Jean Baptiste Julien d'Omalius d'Halloy (1783–1875) v roce 1822. Druhohory – geologické období, které započalo asi před 251 miliony lety a skončilo před 65 miliony lety. Dělí se na trias, juru a křídu. V druhohorách se prakontinent Pangea rozdělil na jednotlivé kontinenty. Typickou faunou druhohor byli velcí plazi. Třetihory – geologické období začínající před 65 miliony lety vyhynutím velkých plazů a končící před 2,6 miliony lety táním ledovců z doby ledové. Pro toto období je charakteristický nástup savců. Termín zavedl italský geolog Giovanni Arduino (1714–1795) v roce 1759. KT vrstva – tenká vrstva sedimentů oddělujících období křídy a třetihor bohatá na iridium. Byla objevena Walterem a Luisem Alvarezovými v roce 1980. Předpokládá se, že jde o pozůstatek po dopadu desetikilometrové planetky, která způsobila vyhynutí velkých plazů. Baptistina – planetka s přesným označením 298 Baptistina, která má rozměry 13 až 30 km. Obíhá kolem Slunce po eliptické dráze s periheliem 2 AU a aféliem 2,5 AU. Podle numerických simulací (2007) vznikla Baptistina (spolu s dalšími tělesy na obdobné dráze) přibližně před 160 miliony lety jako největší pozůstatek srážky tělesa o průměru 170 km s menším tělesem.

1980 – objev KT vrstvy

Počátek našeho příběhu spadá do roku 1980. Tehdy geofyzik Walter Alvarez (*1940) spolu se svým otcem Luisem Alvarezem (1911–1988) a dalšími spolupracovníky nalezli zajímavou sedimentární vrstvu v hloubce odpovídající rozhraní mezi obdobím křídyKřída – poslední druhohorní období, které započalo před 145 miliony lety a skončilo před 65 miliony lety. Je charakteristické rozsáhlými křídovými pánvemi. Období poprvé definoval belgický geolog Jean Baptiste Julien d'Omalius d'Halloy (1783–1875) v roce 1822. a třetihorTřetihory – geologické období začínající před 65 miliony lety vyhynutím velkých plazů a končící před 2,6 miliony lety táním ledovců z doby ledové. Pro toto období je charakteristický nástup savců. Termín zavedl italský geolog Giovanni Arduino (1714–1795) v roce 1759.. Dnes tuto tenkou vrstvu označujeme KT vrstva. Písmeno K v názvu připomíná období křídy (anglicky Cretaceous) a písmeno T třetihory (anglicky Tertiary). Na výzkumech se spolu s Walterem a Luisem Alvarezovými podíleli také chemici Frank Asaro a Helen Michel z Lawrencovy laboratoře v Berkeley. Shrňme mimořádné vlastnosti této vrstvy:

Na základě veškerých indicií vyslovil Walter Alvarez velmi odvážnou hypotézu. Země se před 65 miliony lety musela střetnout s tělesem o rozměrech přibližně 10 kilometrů. Při srážce se uvolnila energie 100×10¹² tun TNTTNT – trinitrotoluén, běžná trhavina. Využívá se také jako ekvivalent k vyjádření energie. 1 kg TNT odpovídá energii 4,2 MJ., což je o šest řádů více než při pokusných termojaderných explozích. Dopad byl doprovázen rázovou vlnou ve vzduchu, která měla stejně ničivé účinky jako vlna tsunami vzniklá na vodní hladině. Následná seizmická vlna způsobila silná zemětřesení a zvýšenou sopečnou činnost i ve velmi vzdálených oblastech. Po rázové vlně, která rychle oběhla zeměkouli, následovala pomalejší vlna tepelná, rovněž s velkým dosahem, která globální zkázu dokonala. Předpokládá se, že rozsáhlá území mohly zachvátit požáry a uvolněný oxid uhličitý pravděpodobně způsobil dočasný skleníkový jev. Zemská kůra se při velkých rychlostech dopadu tělesa chová jako tekutina a nezanedbatelné množství horniny bylo vyvrženo do stratosféry. Znečistění atmosféry bylo dáno odpařenou horninou nejen primárně (po dopadu), ale i sekundárně (po návratu vyvržené hmoty) a kouřem z globálních požárů. Do atmosféry se dostaly i vodní páry, a to jak přímo (při dopadu do moře), tak nepřímo (odparem během šíření tepelné vlny). V tomto období byl v atmosféře ve zvýšené míře přítomen aerosol kyseliny sírové a Země byla proto sužována kyselými dešti. Znečištěná atmosféra zabránila po několik let přísunu slunečního svitu. Výsledkem byl rapidní úbytek rostlin a fytoplanktonu, který spolu s nevhodnými životními podmínkami na povrchu planety vedl k vyhynutí organizmů závislých primárně či sekundárně na této potravě, především býložravců a predátorů, tedy i velkých a malých plazů. Dle odhadů Alvareze musela taková srážka vytvořit kráter o rozměrech přibližně 250 kilometrů.

Eroze půdy v blízkosti města Drumheller v Kanadě odkryla KT vrstvu...
Pod ní jsou křídové sedimenty, nad ní třetihorní. Foto G. Larson.

1990 – objev kráteru

O deset let později, v roce 1990, byly objeveny pozůstatky po kráteru, který odpovídá jak stářím, tak velikostí. Jde o 180 km veliký kráter Chicxulub (čti číkšulub) na poloostrově Yukatán. Část kráteru se nachází pod mořem v Mexickém zálivu. Na počátku roku 1990 objevil na Haiti Alan Hildebrand z Arizonské univerzity jíly s obsahem iridia, přetaveného křemene a skleněných kuliček. Bylo jasné, že by se v blízkosti (cca do vzdálenosti 1 000 km) měl nacházet velký impaktní kráter. Po zveřejnění objevu na konferenci se ukázalo, že geofyzik Glen Penfield pracující pro mexickou ropnou společnost PEMEX objevil při leteckém průzkumu obloukovité oblasti u poloostrova Yukatán již v roce 1978. Jeden oblouk byl patrný na magnetogramech oblasti a druhý na gravitační mapě. Podrobný průzkum oblouků ukázal, že jde o hledaný kráter. V roce 1996 byly pořízeny i podrobné satelitní snímky oblasti, na kterých byla nalezena řada zatopených kruhových děr podél prstence se středem v centru kráteru. Stáří těchto reliktů včetně nalezených oblouků je 65 milionů roků.

Existují i další, podstatně menší krátery z tohoto období. Příkladem může být kráter Silverpit ve Velké Británii nebo kráter Boltysh na Ukrajině. Podle všeho se tedy zdá, že před 65 miliony lety na Zemi dopadlo jedno větší, přibližně desetikilometrové těleso, a několik menších úlomků. Ze stejného období je i kráter Tycho na MěsíciMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl)..

Poloha kráteru v Severní Americe.

Gravitační mapa oblasti. Zdroj: Alan Hildebrand et al., 1990.

Počítačová rekonstrukce profilu oblasti na základě měření gravitačního
a magnetického pole. Zdroj: V. L. Sharpton, LPI.

2007 – objev viníka, planetka Baptistina

V letošním roce prováděl William F. Bottke (USA), David Nesvorný (USA) a David Vokrouhlický (ČR) numerické simulace dráhy planetky BaptistinaBaptistina – planetka s přesným označením 298 Baptistina, která má rozměry 13 až 30 km. Obíhá kolem Slunce po eliptické dráze s periheliem 2 AU a aféliem 2,5 AU. Podle numerických simulací (2007) vznikla Baptistina (spolu s dalšími tělesy na obdobné dráze) přibližně před 160 miliony lety jako největší pozůstatek srážky tělesa o průměru 170 km s menším tělesem. a dalších menších těles s obdobnou dráhou. Zjistili, že všechna tělesa vznikla před 140 až 190 miliony lety srážkou planetky o rozměru 170 km s menším tělesem. Baptistina je největším pozůstatkem s rozměry 13 až 30 km. Při srážce vznikla řada dalších úlomků, které postupně dopadly na ZemiZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., MěsícMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). a VenušiVenuše – nejbližší planeta vzhledem k Zemi. Hustá atmosféra zabraňuje přímému pozorování povrchu. Díky skleníkovému efektu je na povrchu vysoká teplota, nejvyšší dosud naměřená hodnota činí 480 °C. Venuše obíhá kolem Slunce takřka po kruhové dráze ve vzdálenosti 108 milionů kilometrů s periodou 225 dní. Otočení kolem vlastní osy (proti oběhu, tzv. retrográdní rotace) trvá 243 pozemských dnů. To znamená, že na Venuši Slunce vychází a zapadá jen dvakrát za jeden oblet Slunce. Oblaka Venuše dobře odrážejí sluneční svit a proto je tato planeta po Slunci a Měsíci nejjasnějším tělesem na obloze. Na večerní obloze jí můžeme spatřit jako Večernici a na ranní obloze jako Jitřenku.. S devadesátiprocentní pravděpodobností zasáhl podle simulací více než desetikilometrový úlomek z této srážky před 65 miliony lety Zemi. Při pádu došlo k fragmentaci úlomku na několik částí. Obdobný jev fragmentace v gravitačním poli byl pozorován i při dopadu komety Shoemaker-Levy 9 na planetu JupiterJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×10²⁷ kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. v roce 1994. Pravděpodobně je tak konečně vypátrán viník vyhynutí velkých plazů a následného vzestupu savců na planetě Zemi.

Kresba dopadu desetikilometrového tělesa na Zemi před 65 miliony lety vytvořená
podle numerických simulací. Zdroj: Southwest Research Institute, Don Davis.

Klip týdne: Kráter Chicxulub

Kráter Chicxulub. V klipu je rekonstrukce vzniku 180 km velikého kráteru Chicxulub po dopadu desetikilometrového tělesa do oblasti Yucatánu před 65 miliony lety. Důsledkem dopadu tělesa bylo pravděpodobně vyhynutí velkých plazů na Zemi a nástup savců. Tato katastrofa zakončila druhohorní období křídy a uvedla geologické období třetihor. V závěru animace je patrná poloha zatopených kruhových děr, které byly objeveny na satelitních snímcích v devadesátých letech 20. století. Pozůstatkem dopadu je sedimentární vrstvička bohatá na iridium, kterou lze nalézt v mnoha lokalitách na Zemi. Nazývá se KT vrstva a byla objevena Walterem a Luisem Alvarezovými v roce 1980. Podle simulací českoamerického týmu vědců z roku 2007 šlo o těleso se stejným původem jako planetka Baptistina. Zdroj: S. N. Ward,  University of California, Santa Cruz. (gif, 8 MB)

Odkazy