如果一個半徑50㎞的冰態天體以100km/秒的速度撞擊地球,會有什麼後果?


不知道那些詳述「大氣層如何使冰層融化」的回答在考慮些啥……
這種固態天體撞擊,成分是冰還是鐵根本不重要了好么,重要的是速度和質量。
6500萬年前導致恐龍滅絕的那顆小行星/彗星,一般認為其直徑在10km量級,所以說直徑100km量級的彗星,殺傷力你可以預見的……
更具體一點,可以用這個在線計算器:Earth Impact Effects Program
按照45度角撞擊(這種相對常見),算出來撞擊釋放的能量為6.25 x 10^11噸TNT當量,相當於3千萬個廣島原子彈,是現在人類核武庫總當量的大約300倍,這些能量分開來用的話足夠毀滅人類上千次吧。
對地球本身而言,這次撞擊基本不會對自轉和公轉產生大的影響,可能一天的長度會有3秒左右的變化。
所以撞擊結果就是,地球還在轉,人類基本全滅,生態環境基本全滅,那些就算藏得很深很深僥倖活下來的一小撮,面對的也是一個比廢土還要慘的廢土,以及嚴酷漫長的核冬天,自求多福吧……


沒有計算,隨便想想。
冰狀,高速進入大氣層,很可能會蒸發+解體。強烈的蒸汽爆炸會加速冰塊的解體,沒落地的時候就開始四處飄散,最後整個大氣充滿了高溫蒸汽。高溫蒸汽迅速冷卻,全球開始下雨,連綿不斷的大雨導致氣溫不斷下降,最後水開始結冰,下冰雹子……
結果就是,地球上到處是被砸的稀爛的人狀粉蒸肉。

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  一陣歡呼聲響起,顏冬抬頭向人們所指的方向望去,看到在橫貫長空的銀色冰環中,出現了一個紅色的亮點。這亮點飄出了冰環,膨脹成一個火球,火球的後面拖著一條白色的尾跡,這水蒸汽尾跡越來越長越來越粗,其色彩也更濃更白。很快,火球分裂了成數十塊,每一塊又繼續分裂,每一小塊都拖著長長的白尾,這一片白色的尾跡覆蓋了半個天空,似乎是一棵白色的聖誕樹,每根樹枝的枝頭都掛著一盞亮閃閃的小燈……
  更多的冰流星出現了,超音速音爆傳到地面,像滾滾的春雷。天空中舊的水蒸汽尾跡在漸漸淡化,新的屋跡不斷出現,使天空被一張錯綜複雜的白色巨網所覆蓋,現在,已有幾萬億噸的水重新屬於地球了。

  大部分冰流星都在空中分裂汽化了,但是也有一個較大的碎冰塊直接墜落到地面,墜落點距離顏冬所在的地方約四十公里,海底平原在一聲巨響中震動不已,在遠處的山脈間騰起一團頂天立地的白色蘑菇雲。大團的水蒸汽在陽光下發出耀眼的白光,並隨風漸漸擴散,變為天空中的第一片雲層。後來,雲多了起來,第一次擋住了炙烤大地五年的烈日,並蓋滿了整個天空,顏冬感到一陣沁人心脾的涼爽。
  後來,雲層變黑變厚,其中紅光閃閃,不知是閃電,還是仍在不斷墜落的冰流星的光芒。

  下雨了!這是即使在有海時也罕見的大暴雨。顏冬和其他人在雨中歡呼狂奔,他們覺得靈魂都在這雨中溶化了。但後來大家只好都躲回車內或直升機里,因為這時人在雨地中會窒息。
  雨一直下到黃昏才停,海底平原上出現了許多水窪,在從雲縫中露出的夕陽下閃著金光,彷彿大地的一隻只剛睜開的眼睛。

  顏冬隨著人群,踏著粘稠的鹽漿,跑到最近的水窪前。他捧起一捧水,把那沉甸甸的飽和鹽水撒到自己的臉上,任它和淚水一同流下,便咽著說:
  「海啊,我們的海啊……」


冰球天體首先進入的是距離地面700-3000公里的外大氣層。外大氣層溫度很高,但是因為氣體密度太低,顯然來不及把溫度傳遞到冰球上,可以基本認為冰球沒什麼變化。然後進入85-700公里的熱層。熱層溫度也很高,不過同樣有氣體密度低,來不及把溫度傳遞到冰球上的問題。最多冰球外表面有一些溫度升高,隨後升華氣化掉,失去一些質量。

然後進入50-85公里的大氣中間層。中間層頂部的溫度大約是-100攝氏度,越向下溫度越高,到底部能達到0攝氏度左右,甚至能接近地表溫度。雖然中間層的氣體密度仍然比較低,不過已經應該有足夠的能力向冰球傳遞一些熱量了,同時因為氣體密度有所增加,冰球與氣體摩擦也會導致劇烈放熱,所以冰球的外表面會有顯著的溫升,超過升華溫度,水氣化,冰球開始明顯失去一些質量。

然後進入平流層。平流層的大氣密度進一步增加,冰球下方的空氣被壓縮升溫,同時氣體摩擦導致的熱量進一步增多,冰球的外表面會繼續氣化。到達距地面20-32公里的時候,大氣密度進一步增加,氣溫開始穩定在-57度,這個條件本身就足夠把冰球氣化掉了,而且密度越來越大的大氣分子給冰球表面帶來更多的熱量,冰球的底部溫度已經很高,氣化掉的水分子也增加了冰球下落的阻力,導致更高的溫度。不過因為冰球的速度很高,巨大的球體的內核非常可能仍然不會受到外界什麼影響而維持固體。

進入對流層後,對流層大氣密度越來越高,溫度也逐漸升高,這都會加速對冰球底部的加熱過程,冰球的速度也會有所降低。不過這個冰球實在太大了,速度也實在太高,非常可能仍然會有不小的冰球保持固體,並且到達了地面。

我們先假設僅僅有不到十分之一的直徑的冰球能夠在與大氣的劇烈衝突之中保存下來。那麼這個撞擊地面的傢伙直徑也有5-10千米。

其實即使這個傢伙真的與大氣層摩擦變成了液體,只要最終有直徑五到十千米的東西以每秒鐘幾十千米的速度撞擊地表,那麼攜帶的動能就是差不多的,下面發生的事情都差不多。

人類已知的撞擊過地球的最大的天體,直徑大約就是這個範圍,而且不止一次。有一次發生在距今20億年前,地點在現在的南非中北部,估計天體的直徑是5-15千米,速度是每秒十幾到幾百公里的數量級,正好拿來做參考。

發生在南非的這次撞擊大約相當於100萬億噸TNT的爆炸當量。目前地球上的爆炸過的氫彈的最大當量是5000萬噸級,僅是這次撞擊的兩百萬分之一。換算成地震級數的話,達到理式14級,比人類歷史上記載的最嚴重的地震要嚴重10萬倍。

撞擊中心的溫度超過1萬攝氏度。所以天體撞擊的地方,岩石立刻揮發,幾分鐘內,至少7萬立方千米的塵土被拋向空中,爆炸中心的風暴瞬間速度能達到每小時上萬公里,巨大的塵埃向上可以輕易突破平流層,向四周可以瞬間覆蓋數百公里。

然後巨大的衝擊波開始向周圍擴散。衝擊波所到之處山崩地裂,形成了一個直徑一百多公里,五十公里深的的大坑。這個大坑結構並不穩定,迅速塌陷,大坑的邊緣繼續向外擴展,地震向外傳遞,最終整個大坑的直徑擴展到了300公里,是人類已知的地球上最大的隕石坑。

而大坑的中間則被這個天體深深地壓了下去,但是隨著天體因為高溫氣化而消失,坑中心的壓力也消失,坑中心的結構開始反彈,形成了突起。

大約撞擊十五分鐘之後,地表結構大體上穩定下來了,雖然餘震仍然不斷。這個過程,與一個水滴滴到水面的過程非常相似。巨大的衝擊也會誘發周邊不少地區的地震,地球正經要折騰一陣子才再次穩定下來。

這個地球上已知的最大的隕石坑經過了二十億年的時間已經被大部分侵蝕,內環的西北緣保存得還算完好,外環已經不大起眼了,雖然仔細研究也還能看出來。這個大坑的北緣是南非的經濟中心約翰內斯堡,有理論說約翰內斯堡地區富饒的黃金儲藏就受益於這次巨大的撞擊。當時在南非中北部有面積巨大的黃金沉積層,這次撞擊導致的地質結構改變使得黃金沉積層傾斜,一部分深埋地下,經過了這麼多年的風化,仍然有不少的黃金沉積層保留了下來,形成了人類已知的最大的黃金儲藏。

這次巨大的撞擊揚起的塵埃有很多進入了平流層,這些塵埃至少要在平流層中飄上幾個月,有的甚至要飄上幾年。這期間,太陽的輻射大都要被這些塵埃阻擋,甚至在剛開始的一段時間,整個地球都是真正的遮天蔽日。充滿了塵埃的空氣自身就是不少生物的殺手,陡然降低的氣溫也會導致很多生物無法適應。而長時間的缺乏陽光會使得大多數直接間接依賴太陽生存的生物都難逃此劫。地球上的生物重新洗牌。

實際上這個冰球不會只剩下不到十分之一直徑,或者不足千分之一的質量。這個巨大的冰球的直徑比能夠造成足夠阻力的大氣層的厚度還要大,大氣層的摩擦能夠對冰球起到的減速作用非常有限,產生的熱量能夠氣化掉的水也非常有限,而且這些氣化掉的水也很難有足夠的時間逃離冰球的正下方,更大的可能是利用氣化膨脹獲得的能量先於冰球衝擊地面。最終會有一個直徑幾十千米的冰球,以每小時接近一百千米的平均速度撞到地表。撞擊到陸地還是海洋也已經都無所謂了,海洋平均幾千米的平均厚度也起不到什麼緩衝作用,整個物體毫不意外的會撞上地殼。

巨大的動能主宰了一切。這次撞擊釋放的能量比上面描述的要大上好幾個數量級,造成的危害也自然會大上好幾個數量級。巨大的能量甚至會對地球的運行軌道有一定的改變,如果角度合適的話地球的自轉傾角都會有不小影響。撞擊會對整個地殼的穩定性造成影響,不僅撞擊之處的地殼被砸穿,直徑數百公里甚至上千公里範圍內的地幔完全暴露出來,大量地幔物質被拋出,而且撞擊釋放的能量會傳遞到整個地殼,造成整個地殼結構的不穩定,引發更多的火山噴發,板塊移動,造成更多的大地震。地表大多數地區的地貌都會發生改變。

等待撞擊造成的混亂結束,地表差不多已經是面目全非。得了,咱們期待著下一次的進化吧!


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