در ارتفاع 280 متری وحشتناک، سیارک Vredefort که بزرگترین دهانه روی زمین را تشکیل داد، بسیار بزرگ بود.

محققان شبیه‌سازی دقیق‌تری از برخوردی ایجاد کرده‌اند که نزدیک به دو میلیارد سال پیش بزرگترین دهانه زمین، دهانه Vredefort را تشکیل داد. آنها دریافتند که ضربه گیر (به احتمال زیاد یک سیارک) که دهانه وردفورت را تشکیل داده است بسیار بزرگتر از آن چیزی است که قبلا تصور می شد.

اما بر اساس تحقیقات جدید دانشگاه روچستر، ضربه‌گیر ممکن است بسیار بزرگ‌تر بوده و عواقب مخربی برای کل سیاره داشته باشد. این تحقیق که در ژورنال تحقیقات ژئوفیزیک منتشر شده است، درک دقیق تری از یک ضربه بزرگ ارائه می دهد و به محققان این امکان را می دهد که رویدادهای برخورد را در زمین و سایر سیارات، چه در گذشته و چه در آینده، بهتر شبیه سازی کنند.

ناتالی آلن ۲۰، که اکنون دانشجوی فوق دکترا در دانشگاه جان هاپکینز است، می‌گوید: «درک بزرگ‌ترین ساختار ضربه‌ای که روی زمین داریم بسیار مهم است. آلن اولین نویسنده این مقاله است که بر اساس تحقیقاتی که در دوره کارشناسی در روچستر با میکی ناکاجیما، استادیار علوم زمین و محیط زیست انجام داده است. “دسترسی به اطلاعات ارائه شده توسط ساختاری مانند دهانه وردفورت فرصتی عالی برای آزمایش مدل و درک ما از شواهد زمین شناسی است تا بتوانیم تاثیرات روی زمین و فراتر از آن را بهتر درک کنیم.”

برای دو میلیارد سال، دهانه وردفورت در حال فرسایش بوده است. این امر، تخمین مستقیم اندازه دهانه در زمان برخورد اولیه و در نتیجه اندازه و سرعت ضربه‌گیر که دهانه را تشکیل داده است را برای دانشمندان دشوار می‌کند.

یک جسم با عرض 15 کیلومتر و با سرعت 15 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند، دهانه ای به قطر حدود 172 کیلومتر ایجاد می کند. با این حال، این بسیار کمتر از برآوردهای فعلی برای دهانه وردفورت است. این تخمین‌های کنونی بر اساس شواهد و اندازه‌گیری‌های جدید زمین‌شناسی است که نشان می‌دهد قطر اولیه سازه در زمان برخورد بین 250 تا 280 کیلومتر (تقریباً 155 تا 174 مایل) بوده است.

آلن، ناکاجیما و همکارانشان شبیه سازی هایی را برای مطابقت با اندازه به روز شده دهانه انجام دادند. نتایج آنها نشان می دهد که ضربه گیر باید بسیار بزرگتر باشد – حدود 20 تا 25 کیلومتر عرض – و با سرعت 15 تا 20 کیلومتر در ثانیه حرکت کند تا یک دهانه 250 کیلومتری ایجاد شود.

این بدان معناست که ضربه‌گیر که دهانه وردفورت را تشکیل داد، بزرگ‌تر از سیارکی بود که دایناسورها را در 66 میلیون سال پیش کشت و دهانه چیکسولوب را تشکیل داد. این تاثیر اثرات مخربی در سراسر جهان داشت، از جمله گرم شدن گلخانه، آتش‌سوزی گسترده جنگل‌ها، باران‌های اسیدی و تخریب لایه لایه لایه لایه اوزون، علاوه بر این که باعث وقوع رویداد انقراض کرتاسه-پالئوژن شد که دایناسورها را از بین برد.

اگر دهانه وردفورت حتی بزرگ‌تر و برخورد پرانرژی‌تر از آنچه که دهانه شیکسولوب را تشکیل می‌داد، برخورد وردفورت ممکن بود پیامدهای جهانی فاجعه‌بارتری را به بار آورده باشد.

ناکاجیما می‌گوید: «برخلاف برخورد Chicxulub، برخورد Vredefort هیچ سابقه‌ای از انقراض یا آتش‌سوزی‌های جنگلی باقی نگذاشت، زیرا دو میلیارد سال پیش فقط اشکال حیات تک سلولی وجود داشت و درختی وجود نداشت.» با این حال، این تأثیر به طور بالقوه گسترده‌تر از تأثیر Chicxulub بر آب و هوای جهانی تأثیر می‌گذارد.

او می گوید که گرد و غبار و آئروسل های حاصل از برخورد وردفورت در سراسر سیاره پخش شده و نور خورشید را مسدود کرده و سطح زمین را خنک می کند. «این می‌تواند تأثیر مخربی بر موجودات فتوسنتزی داشته باشد. پس از ته نشین شدن گرد و غبار و ذرات معلق در هوا – که می تواند از ساعت ها تا یک دهه طول بکشد – گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن که از این ضربه آزاد می شوند، دمای جهانی را به طور بالقوه چندین درجه در یک دوره زمانی طولانی افزایش می دهند.

این شبیه‌سازی‌ها همچنین به محققان اجازه می‌دهد تا مواد خارج شده از برخورد و مسافت طی شده از دهانه را مطالعه کنند. آنها می توانند از این اطلاعات برای تعیین موقعیت جغرافیایی توده های زمینی میلیاردها سال پیش استفاده کنند. به عنوان مثال، تحقیقات قبلی نشان داد که مواد حاصل از ضربه‌گیر در کارلیای کنونی روسیه ریخته شده است. آلن، ناکاجیما و همکارانشان با استفاده از مدل خود دریافتند که دو میلیارد سال پیش فاصله توده خشکی حاوی کارلیا تنها 2000 تا 2500 کیلومتر از دهانه در آفریقای جنوبی بوده است – بسیار نزدیکتر از دو منطقه امروزی.

آلن می‌گوید: «محدود کردن مکان توده‌های زمین از مدت‌ها قبل بسیار دشوار است. بهترین شبیه‌سازی‌های کنونی حدود یک میلیارد سال پیش ترسیم شده‌اند، و هر چه بیشتر به عقب بروید، عدم قطعیت بیشتر می‌شود. شواهد روشن مانند این نگاشت لایه جهشی می تواند به محققان اجازه دهد مدل های خود را آزمایش کنند و به تکمیل نمای گذشته کمک کنند.

ایده این مقاله به عنوان بخشی از دوره نهایی دوره فضای داخلی سیاره‌ای (که اکنون فیزیک فضای داخلی سیاره‌ای نامیده می‌شود) که توسط ناکاجیما تدریس می‌شود، مطرح شد، که آلن به عنوان دانش‌آموز در آن شرکت کرد.

آلن می‌گوید که تجربه کار در مقطع لیسانس حاصل از مقاله‌ای در ژورنال با داوری همتایان بسیار مفید بود و به او کمک کرد برای تحصیلات تکمیلی درخواست کند.

آلن می‌گوید: «وقتی پروفسور ناکاجیما به من نزدیک شد و از من پرسید که آیا می‌خواهم با هم همکاری کنیم تا آن را به یک اثر منتشر شده تبدیل کنم، واقعاً رضایت‌بخش و تأییدکننده بود. “من ایده تحقیقاتی خودم را فرموله کرده بودم و برای دانشمند دیگری به اندازه کافی قانع کننده بود که آنها فکر می کردند ارزش انتشار دارد!”

او می‌افزاید: «این پروژه خیلی خارج از منطقه راحتی تحقیقاتی معمول من بود، اما فکر می‌کردم که یک تجربه یادگیری عالی خواهد بود و مرا وادار می‌کند تا مهارت‌هایم را به روشی جدید به کار ببرم. این به من اعتماد زیادی به توانایی های تحقیقاتی ام داد که برای رفتن به مقطع کارشناسی ارشد آماده می شدم.”