Ongeveer 2 miljard jaar geleden stortte een botslichaam in de richting van de aarde en stortte neer op de planeet in een gebied nabij het huidige Johannesburg, Zuid-Afrika. Het botslichaam - hoogstwaarschijnlijk een asteroïde - vormde wat nu de grootste krater op onze planeet is. Wetenschappers hebben op basis van eerder onderzoek algemeen aanvaard dat de inslagstructuur, bekend als de Vredefort-krater, werd gevormd door een object met een diameter van ongeveer 15 kilometer (ongeveer 9,3 mijl) dat zich voortbewoog met een snelheid van 15 kilometer per seconde.

Maar volgens nieuw onderzoek van de Universiteit van Rochester was het botslichaam mogelijk veel groter geweest en zou het verwoestende gevolgen hebben gehad voor de hele planeet. Dit onderzoek, gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research:Planets , geeft een nauwkeuriger inzicht in de grote impact en stelt onderzoekers in staat om impactgebeurtenissen op aarde en andere planeten, zowel in het verleden als in de toekomst, beter te simuleren.

"Het is van cruciaal belang om de grootste impactstructuur op aarde te begrijpen", zegt Natalie Allen, nu een Ph.D. student aan de John Hopkins University. Allen is de eerste auteur van het artikel, gebaseerd op onderzoek dat ze deed als student in Rochester met Miki Nakajima, een assistent-professor in Aard- en milieuwetenschappen. "Toegang hebben tot de informatie die wordt geleverd door een structuur als de Vredefort-krater is een geweldige kans om ons model en ons begrip van het geologische bewijsmateriaal te testen, zodat we de effecten op aarde en daarbuiten beter kunnen begrijpen."

Bijgewerkte simulaties suggereren 'verwoestende' gevolgen

In de loop van 2 miljard jaar is de Vredefort-krater geërodeerd. Dit maakt het voor wetenschappers moeilijk om de grootte van de krater op het moment van de oorspronkelijke impact direct in te schatten, en dus de grootte en snelheid van het botslichaam dat de krater heeft gevormd.

Een object dat 15 kilometer groot is en met een snelheid van 15 kilometer per seconde reist, zou een krater produceren met een diameter van ongeveer 172 kilometer. Dit is echter veel kleiner dan de huidige schattingen voor de Vredefort-krater. Deze huidige schattingen zijn gebaseerd op nieuw geologisch bewijs en metingen die schatten dat de oorspronkelijke diameter van de structuur ten tijde van de impact tussen 250 en 280 kilometer (ongeveer 155 en 174 mijl) zou zijn geweest.

Allen, Nakajima en hun collega's voerden simulaties uit om de bijgewerkte grootte van de krater te evenaren. Hun resultaten toonden aan dat een botslichaam veel groter zou moeten zijn - ongeveer 20 tot 25 kilometer - en met een snelheid van 15 tot 20 kilometer per seconde zou moeten reizen om een ​​krater van 250 kilometer groot te verklaren.

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." + Verder verkennen

More than one asteroid could have spelled doom for the dinosaurs