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Meteoritos: la cólera del cielo

Meteoritos: la cólera del cielo
Guillermo Cano Fuentes, Ruben David Cano Nieto, Rocío García Ramos, Ioana Jurchita
I.E.S. Antonio de Mendoza. Alcalá la Real

Introducción

Los meteoritos son trozos de roca o polvo que penetran en la atmósfera de la Tierra a gran velocidad, produciendo una brillante estela de calor debida a la fricción de la roca con los gases, proceso en el que es frecuente que estallen y se dividan en fragmentos.

Los meteoritos pueden llegar a alcanzar velocidades muy altas, de unos 72 km/s, lo que les confiere una elevada energía cinética. En la inmensa mayoría de los casos tienen un tamaño pequeño; todos hemos visto en alguna ocasión una estrella fugaz; en este caso el pequeño tamaño unido a la velocidad y a la fricción hacen que se desintegre en la atmósfera y únicamente se aprecie una estela de luz. En otras ocasiones los meteoritos han tenido gran tamaño y por tanto una energía cinética muy elevada que ha sido responsable de efectos importantes sobre el planeta y los seres vivos.

Los impactos de cuerpos asteroidales o cometarios han provocado importantes crisis biológicas, afectando en varias ocasiones la evolución de la vida. Los impactos de bólidos de diámetros mayores a 2.5 km. ocurren cada 10 millones de años y un cuerpo mayor de 10 km. de diámetro choca contra la Tierra cada 100 millones de años. La separación entre las grandes eras de la Tierra se han relacionado con extinciones masivas que en algunos casos se han atribuido al impacto de meteoritos. Ejemplos serían la transición de la Era Primaria a la Secundaria, caracterizada por la extinción del Pérmico o la separación entre la Secundaria y la Terciaria. La extinción del Cretácico fue especialmente significativa pues supuso la extinción de los dinosaurios y los amontes entre otros seres vivos y se ha relacionado con el impacto de un meteorito cerca de Yucatán, responsable del cráter Chicxulub, una formación de gran tamaño con unos 65 millones de años de antigüedad.

Cráter del Meteoro, en Arizona (Estados Unidos)Impactos de meteoritos sobre la Tierra

La Tierra, al igual que otros cuerpos del Sistema Solar se ha visto sometida a impactos de meteoritos de lo que ha quedado constancia en los distintos cráteres que se pueden encontrar hoy día sobre su la superficie. Sin embargo a diferencia de otros planetas y satélites, la Tierra presenta una serie de características que hace que las cicatrices de los impactos no sean tan frecuentes como en otros astros. En primer lugar, la presencia de atmósfera hace que muchos meteoritos se desintegren como consecuencia de la fricción o si llegan a alcanzar la superficie lo hagan con un tamaño reducido. En segundo lugar la erosión y la meteorización eliminan las señales de los impactos; por último, la litosfera dinámica de la Tierra y los fenómenos de subducción hacen que no se conserven señales de impactos en fondos marinos con más de 200 millones de años de antigüedad.

Una aproximación a los impactos que ha sufrido la Tierra se puede ver en la figura 1. En ella se representa gráficamente el diámetro de los cráteres en función de la antigüedad del impacto. Se puede apreciar como en las épocas más recientes parece haber un mayor número de impactos, sin embargo esto es debido a que los agentes erosivos no los han borrado aún de la superficie. Se puede observar, aproximadamente hace 65 millones de años un cráter de gran tamaño relacionado con la extinción de dinosaurios y ammonites. Aproximadamente hace 220 millones de años, en la transición entre el Pérmico y el Triásico (finales de la Era Primaria y principios de la Secundaria) se observan una serie de impactos. Algunos autores han propuesto que periódicamente la Tierra podría haberse visto sometida a una mayor frecuencia de impactos.

Cráteres debidos a impactos de meteoritos observados en la TierraUn caso reciente de impacto de un cuerpo con la Tierra tuvo lugar el 30 de junio de 1908 en Tunguska, una región situada en Siberia. En ese día tuvo lugar una gran explosión que arrasó una superficie muy grande de esta región. Miles de árboles fueron derribados y tenían una disposición radial, lo que evidenciaba un impacto; sin embargo no se ha encontrado ni el cráter ni restos del supuesto meteorito. La explicación más aceptada es que un fragmento de un cometa penetró en la atmósfera terrestre y se desintegró poco antes de chocar, liberando una energía de 12 megatones a unos 8 km de altura. Los efectos de la explosión fueron percibidos a distancia, y así se describió en Londres una claridad inusual en el cielo a pesar de ser de noche.

Impactos de meteoritos en otros mundos

A diferencia de la Tierra, con una atmósfera importante, en aquellos cuerpos planetarios carentes de ésta todos los meteoritos que llegan logran impactar contra la superficie del planeta. Ese es el principal motivo por el que cuerpos sin atmósfera como Mercurio o la Luna presenten esa gran abundancia de estructuras de impacto. Otro factor importante relacionado con la carencia de atmósfera es la ausencia de erosión, por tanto, los cráteres no se destruyen y permanecen a lo largo del tiempo.

Cráteres de impacto en el polo sur de la LunaMercurio muestra una superficie rugosa y repleta de cráteres consecuencia del intenso bombardeo de meteoritos que sufrido el planeta. Los impactos de asteroides y meteoritos, ayudan a saber la historia y la composición de este planeta, así como sobre los procesos dinámicos que han actuado en el conjunto del Sistema Solar desde sus orígenes. Uno de los puntos de mayor interés es la cuenca «Caloris», un cráter de unos 1.300 Km. de diámetro creado por el impacto de un meteorito.

Los impactos en la Luna son algo conocido desde hace tiempo, de hecho, no se sabe con certeza cuántos meteoritos golpean la Luna cada día aunque alguno ha podido ser observado y registrado. Los cráteres importantes de la Luna han recibido nombres de astrónomos, como Copérnico, Aristarco, etc.

El cometa Shoemaker-Levy y las señales de su impacto en JúpiterLos efectos del impacto de un cometa sobre un planeta pudieron ser observados directamente por los científicos en la colisión del cometa Shoemaker-Levy sobre Júpiter. Este era un cuerpo comentario que al pasar próximo a Júpiter se fragmentó un más de veinte trozos como consecuencia de las fuerzas gravitatorias del planeta. La modificación de la órbita del cometa hizo que los distintos fragmentos del mismo impactaran sobre el hemisferio sur de Júpiter, proporcionando a los científicos la oportunidad de observar en directo este fenómeno y de estudiar sus consecuencias. Se calcula que los fragmentos impactaron sobre la superficie del planeta a una velocidad de unos 60 km/s; uno de ellos dio lugar a una mancha oscura de unos 12.000 km de diámetro, lo que representa un tamaño similar a la Tierra. Se estimó que el choque liberó una cantidad de energía equivalente a la explosión de 6.000.000 de megatoneladas de TNT.

Cráteres de impacto

Las señales que quedan sobre la Tierra de los impactos de los meteoritos son los llamados cráteres de impacto. El choque genera una serie de modificaciones sobre el paisaje, causadas por la gran cantidad de energía que se libera en la colisión. Cuando un meteorito impacta con la superficie origina una depresión en forma de cuenco, semejante, en cuanto a aspecto, a una caldera volcánica aunque diferente en cuanto a estructura. El choque implica la expulsión de una gran cantidad de material cuyos fragmentos de mayor tamaño se depositan en las proximidades del cráter, mientras que los más pequeños se desplazan a mayores distancias. Una parte importante del material eyectado, de pequeño tamaño, puede quedar en la atmósfera oscureciendo el planeta.

El material que está por debajo de la superficie del cráter se fractura por la terrible sacudida del impacto. Cerca de la superficie se encuentra una capa de brechas o «breccia» (una capa de roca compuesta de angulosos fragmentos en bruto, de rocas más antiguas fracturadas). A mayores profundidades las rocas permanecen en su lugar (y forman lo que se denomina «el lecho de piedra») pero están muy fracturadas por el impacto. Desde la superficie, el grado de fractura de las rocas disminuye con la profundidad. Normalmente la energía del impacto provoca que algo del material se funda. En los cráteres pequeños, el impacto da lugar a la formación de pequeñas gotas de material fundido incrustado en la capa de breccia. Sin embargo, en los cráteres mayores, el impacto puede dar lugar a la formación de capas de material fundido.

Se ha demostrado experimentalmente, que la forma de los cráteres es idéntica a la que resulta de la explosión en el suelo de un proyectil o bomba. En el caso de que los meteoritos impacten en el océano, a los efectos descritos habría que sumar la formación de grandes tsunamis y de nubes de vapor.

Simulación del impacto de un meteoritoEfectos del impacto de un meteorito

El choque de un meteorito sobre la superficie de la Tierra da lugar a una brusca liberación de una gran cantidad de energía que tiene una serie de efectos importantes. En principio habría un calentamiento directo de la atmósfera por fricción mientras el cuerpo atraviesa el aire; se puede producir su explosión en el aire o el choque contra la superficie. La energía liberada generaría una gran cantidad de calor que elevaría enormemente la temperatura en las zonas próximas al impacto, se producirían movimientos sísmicos de gran intensidad y se generarían vientos y ondas de presión que se desplazarían a gran velocidad. El calor y la onda expansiva serían responsables de los daños producidos. Estos acontecimientos se producirían en los momentos posteriores al impacto.

Tras el impacto se produciría un masivo desplazamiento de aire caliente y partículas incandescentes desde el lugar del choque, lo cual provocaría importantes incendios durante meses en áreas cercanas. El abrasamiento de la vegetación daría como resultado la formación de hollín de carbono puro, que oscurecería el planeta impidiendo la llegada de luz solar a la superficie. Una vez sufrido el calentamiento inicial se produciría un efecto opuesto: el polvo generado por el impacto se distribuiría por la atmósfera terrestre en pocos días, provocando un invierno nuclear que duraría varios años.

Para ilustrar los efectos del choque de un meteorito se han hecho dos simulaciones con un programa informático que calcula los efectos de un impacto sobre la Tierra en función de la distancia al punto de choque (http://www.lpl.arizona.edu/impacteffects/). Se han elegido dos meteoritos de distinto tamaño. Los resultados se incluyen a continuación.

Nuevas amenazas

La Tierra ha registrado a lo largo de su historia el impacto de grandes rocas procedentes del espacio, en algunas ocasiones con importantes consecuencias para la evolución de los seres vivos. Con relativa frecuencia asteroides de un tamaño apreciable han pasado relativamente cerca de la Tierra, incluso a una distancia inferior a la que nos separa de nuestro planeta sin que los astrónomos hayan sido capaces de predecirlo. Es una amenaza que no se puede obviar.

Para prevenir estos fenómenos se ha desarrollado el programa NEO (Near Earth Objects) cuyo objeto es catalogar a todos los asteroides que potencialmente supongan riesgo de impacto sobre la Tierra. Actualmente se conocen más de mil con un tamaño superior a 1 km cuya órbita coincide con la de la Tierra. Uno de ellos es Apophis. Este pasará muy cerca de nuestro planeta en el año 2029 y existe una remota posibilidad de que choque con nuestro planeta en el año 2036. Esta probabilidad es de 1 entre 45.000. Será importante el modo en que se vea perturbada su órbita cuando pase cerca de la Tierra en 2029. En caso de impacto, la energía liberada sería superior a la de 40.000 bombas atómicas.

Junto a estos programas de detección de asteroides potencialmente peligrosos para la Tierra se están diseñando proyectos encaminados principalmente a desviar el meteorito de su órbita acercando a él una nave cargada de explosivos que se haría estallar sobre su superficie. Uno de estos proyectos, el llamado don Quijote, que constaría de dos naves, D. Quijote y Sancho, ha sido diseñado por investigadores españoles de la Agencia Espacial Europea.

Meteorito 1.Meteorito de 500 m de diámetro de una densidad de 1500 kg/m3 que impacta sobre el océano en un lugar donde la profundidad es de 1000 m a una velocidad 25 km/s con un ángulo de 45°. La energía liberada en el impacto es de 2.76 1019 julios, equivalente a 6.59 x 103 mega toneladas de TNT. Un impacto así se puede dar cada 100.000 años. El cráter resultante sería de 2,32 km de diámetro y con 0,5 km de profundidad. Produciría un seísmo de 5,7 en la escala de Richter.

Distancia impacto (km) 50 100 500 1000 1500 2000
Radiación térmica
Tiempo de llegada (s) 0.255 0.255 La bola de fuego está bajo el horizonte
Radio bola de fuego (km) 5.85 5.26
Tamaño bola fuego (veces Sol) 26.6 12
Exp. Térmica (J/m2) 5.05×106 1.10×106
Duración irradiación (s) 78.5 78.5
Flujo radiante (comp.. 64.3 14
Llegada seísmo (s) 10 20 100 200 300 400
Material eyectado
Tiempo llegada (s) 101 144 Casi no llegan
Diámetro medio fragmentos (cm) 8.78 1.4
Viento y sobrepresión
Llegada ráfaga de aire (s) 152 303 1520 3030 4550 6060
Sobrepresión (Pa) 88600 24100 2380 1090 707 524
Intensidad sonido (dB) 99 88 68 61 57 54
Velocidad viento (m/s) 157 51.6 5.56 2.26 1.66 1.23

Meteorito 2.Meteorito de 5000 m de diámetro de una densidad de 8000 kg/m3 que impacta sobre roca sedimentaria a una velocidad 25 km/s con un ángulo de 45°. La energía liberada en el impacto es de 2.76 1019 julios, equivalente a 6.59x 103 mega toneladas de TNT. El impacto dejaría finalmente un cráter de 105 km de diámetro y con 1,2 km de profundidad. Se produciría un impacto con estas características cada 77 millones de años. Produciría un seísmo de 9,7 en la escala de Richter.

Distancia impacto (km) 50 100 500 1000 1500 2000
Radiación térmica
Tiempo de llegada (s) 4.38 4.38 4.38 La bola de fuego está bajo el horizonte
Radio bola de fuego (km) Dentro 90 31
Tamaño bola fuego (veces Sol) 247 40.8 7.05
Exp. Térmica (J/m2) 7.73×109 2.4×108 1.4×108
Duración irradiación (s) 1420 1420 1420
Flujo radiante (comp.. 5440 170 9.53
Llegada seísmo (s) 20 100 200 300 400 500
Material eyectado
Tiempo llegada (s) 144 334 494 633 764 892
Diámetro medio fragmentos (cm) 12400 98.9 12.4 3.66 1.54 0.8
Viento y sobrepresión
Llegada ráfaga de aire (s) 303 1520 3030 4550 6060 7580
Sobrepresión (Pa) 1.1×107 304000 72600 33600 20200 14000
Intensidad sonido (dB) 141 110 97 91 86 83
Velocidad viento (m/s) 2660 377 134 69.8 44 31.1