rezultatele simulărilor Numerice
impactul scenariul descris este de 17 m diametru lovire cu o densitate de 2630 kg m3 și o viteză de 12 m/s. Evoluția crater de până la 5 min dupa impact este descris., Sunt prezentate secțiunile transversale prin simularea numerică de-a lungul planului traiectoriei, cu \(x=0\) definit la Centrul craterului (măsurat la nivelul pre-impact; \(z=0\)); direcția de impact este de la dreapta la stânga. Cei 3 km superiori ai țintei înainte de impact, corespunzând grosimii medii a rocilor sedimentare de la Chicxulub, sunt urmăriți de particule de urmărire (maro nisipos). Deformarea crustei (gri mediu) și a mantalei superioare (gri închis) este reprezentată de o grilă de particule de trasor (negru)., Tracer particule în vârf-inel material sunt evidențiate pe baza de vârf șoc de presiune înregistrate (alb–albastru culoare scară); s-a topit țintă material (>60 GPa) este evidențiată în roșu.
impactul scenariul descris este pentru a 21-km diametru lovire cu o densitate de 2630 kg m3 și o viteză de 12 m/s., Este descrisă evoluția craterului până la 5 minute după impact. Sunt prezentate secțiunile transversale prin simularea numerică de-a lungul planului traiectoriei, cu \(x=0\) definit la Centrul craterului (măsurat la nivelul pre-impact); direcția de impact este de la dreapta la stânga. Culorile și umbrirea materialului și a particulelor de marcare sunt aceleași ca Fig. 2.
în simularea noastră de impact vertical (Fig suplimentar., 3), formarea craterului este simetrică axial și în concordanță cu simulările numerice bidimensionale (2D) anterioare care au folosit o geometrie simetrică axială2,3,17. Coliziunea asteroidului cu suprafața țintă generează o undă de șoc detașată care se propagă simetric de la locul de impact. În primul minut după impact, un flux de excavare inițiat de unda de șoc produce o cavitate adâncă, în formă de castron, adesea numită crater tranzitoriu., Fluxul de material deprimă crustă-manta limita sub tranzitorii crater, înalță crusta din tranzitorii crater de perete și expulzează unvaporized parte din >3-m-gros de roci sedimentare secvență din tranzitorii crater, ca parte de ejecție cortina (Suplimentare Fig. 3 și film suplimentar 1).craterul tranzitoriu este instabil și se prăbușește dramatic pentru a produce un crater final mult mai plat și mai larg., În simularea impactului vertical, colapsul se manifestă ca ridicarea podelei craterului și prăbușirea în jos și în interior a marginii craterului tranzitoriu și a unui guler înconjurător de roci sedimentare. Ridicarea podelei începe direct sub Centrul craterului tranzitoriu și se desfășoară vertical în sus, depășind suprafața înainte de impact pentru a forma o ridicare centrală mare. În același timp, colapsul jantei are loc simetric la toate azimuturile, convergând spre și ajutând la creșterea înălțării centrale., În cele din urmă, overheightened ridicare centrală de roci crustale se prăbușește în jos și spre exterior, overthrusting prăbușit tranzitorii craterului pentru a forma un înălțați inel de cristalin subsol, deasupra interior scazut roci sedimentare din afara tranzitorii crater., Deși rezoluția spațială de simulări numerice este insuficientă pentru a rezolva caracteristic ascuțit-a atins topografia inelul interior observate în extraterestre vârf-inel de cratere, suntem în măsură să identifice poziția și structura materialului care formează vârf inel în simulările numerice ca un 10-km-guler larg în jurul valorii de ridicare centrală (Suplimentare Fig. 2). Acest model de vârf-inel crater formarea este susținută de geofizică temei20,21 și geologic recent drilling17 la Chicxulub, precum și de teledetecție datele din Schrödinger vârf-inel crater de pe Moon22.,
impacturile la unghiuri progresiv mai mici față de orizontală au ca rezultat o dezvoltare din ce în ce mai asimetrică a craterului, intern (Fig. 2 și 3, Fig suplimentar. 4; filme suplimentare 2-4), în timp ce planforma bazinului final de impact rămâne aproximativ circulară (tabel suplimentar 1; fig. suplimentar. 9). Ca unghiul de impact scade, de-a lungul rampei de offset de crater în centrul de la punctul de impact crește; mai puțin ridicare a tranzitorie crater apare în uprange direcție; și mai înălța apare în direcție orizontală (Fig. 2 și 3, Fig suplimentar. 4)., În raport cu Centrul craterului final, partea cea mai adâncă a craterului tranzitoriu (și mantaua depresivă) se schimbă, de asemenea, cu unghiul de impact în scădere, mai întâi în direcția de creștere (Fig. 2), apoi înapoi spre centru (suplimentar Fig. 4 și Fig. 3). Faza de colaps a formării craterului este, de asemenea, modificată prin unghiul de impact. Ridicare de la etajul crater în crater începe prăbușirea uprange craterului centru, dar are o downrange componentă astfel încât majorarea centrală axa este înclinată în direcția bună și centrul de ridicare înainte de prăbușirea sa este în afara razei de acțiune a craterului centru (Fig., 2 și 3, Fig suplimentar. 4; Filme Suplimentare 2-4). În schimb, în jos și spre exterior colaps de ridicare centrală apare preferențial în uprange direcție, ducand la o overthrusting de ridicare centrală pe partea de sus a tranzitorie a craterului în uprange direcție. Rezultatul net al downrange-regizat de creștere și uprange-regizat de toamna de ridicare centrală este o simulare de vârf inel cu centrul geometric doar modest offset în direcție orizontală (Fig. 4 și 5).
offset de la centrul de manta ridicare (pătrate) și centrul de simulat vârf inel (cercuri), în raport cu centrul craterului, sunt prezentate în funcție de unghiul de impact la orizontală. Benzile gri denota aproximativă relativă offset de vârf-inel și manta-ridicare centrele de la Chicxulub, luând în considerare incertitudinea în crater cu diametrul și locații de diferite caracteristici (a se vedea Suplimentar Fig. 1).,
simulările de impact prezentate în Fig. 2 și 3 angaja un impact viteza de 12 m/s, doar puțin mai mare decât minimul posibil viteza Pământului—de-viteza de evadare de 11,2 km/s. În timp ce aceste rezultate sunt susceptibile de a fi reprezentant al ~25% din toate efectele care apar la viteze mai mari de 15 m/s, am efectuat, de asemenea, o altă serie de simulări cu o mai probabile de impact viteza de 20 m/s (aproape de Pământ medie și mediană impact cu un asteroid speed23) să examineze sensibilitatea rezultatelor noastre la lovire viteza., Impacturile cu viteză mai mare au produs compensări similare în centrul de ridicare a mantalei și în centrul inelului de vârf simulat (compară Fig. 2 și 3 cu smochine suplimentare. 6 și 7), și aceleași tendințe în compensări cu unghi de impact (Fig. 5).
o consecință importantă a vitezei de impact mai mare este creșterea producției de topitură cauzată de presiuni de șoc mai mari în apropierea locului de impact (de exemplu, comparați Fig. 2a și suplimentar Fig. 6a)., Volumul mai mare de topire complică interpretarea structurii inelului de vârf în simulările de 20 km/s, deoarece dinamica topiturii nu este de așteptat să fie bine captată, având în vedere rezoluția spațială de 500 m a simulărilor 3D și ar continua probabil mult după ora de încheiere a simulării. Cu toate acestea, distribuția laterală a materialului topit în raport cu materialul vârf-inel la sfârșitul simulărilor (Fig., 8 și 10) sugerează că sub un unghi de impact de \(4{5}^{\circ }\) există o concentrație mare (foaie groasă) de topire surficială în cadranul descendent al craterului, care este probabil să împiedice sau să împiedice formarea unui inel de vârf topografic la aceste azimuturi. Rezultatele noastre susțin ideea că cal-pantof în formă de vârf-inel planforms sunt informative superficială-unghiul de impact, cu decalaj în vârf inel de diagnosticare de la lansare direction24.,
comparația cu observațiile
asimetria în dezvoltarea craterului produce diferențe în structura centrală a craterului în direcțiile ascendente și descendente. În timp ce centrul de simulat vârf inelul pare a fi în mod constant de offset de la lansare craterului centru de ~5% din diametrul craterului în trei oblic impact, centrul de manta ridicare este compensat uprange craterului centrul în \(6{0}^{\circ }\) impact și, într-o mai mică măsură, \(4{5}^{\circ }\) impact; și este compensat downrange în \(3{0}^{\circ }\) impact (Fig. 5)., Acest model de manta-ridicare offset relativ la final craterului este o consecință a schimbare corespunzătoare în offset de cea mai adâncă parte a tranzitorie crater relativ la centrul de finală crater. Observațiile geofizice de la Chicxulub sugerează că centrele de vârf și de ridicare a mantalei sunt compensate în direcții diferite, aproximativ opuse față de centrul craterului (Fig. 1). Incertitudinea în locațiile precise ale centrelor craterului, inelul de vârf și ridicarea mantalei (Fig., 1), precum și incertitudine în craterul diameter25, contribuie la aproximativă de incertitudine de 26% și 48% pentru relative compensate de vârf inel și manta de ridicare, respectiv (benzile gri în Fig. 5). Compararea acestor observații cu rezultatele simulării noastre sugerează că configurația observată este cea mai asemănătoare cu simulările de impact \(6{0}^{\circ}\) (sau posibil simularea de impact \(4{5}^{\circ }\) la 20 km/s; Fig. 5).de asemenea, observăm o schimbare sistematică a diferenței de sus/jos în structura subterană a inelelor de vârf simulate cu unghi de impact (Fig. 4)., Similar cu situația într-un impact vertical, la \(6{0}^{\circ }\) simulate vârf inel este format din overthrusted de granit, roci crustale din europa centrală înălța mai presus de jos-scazut roci sedimentare din tranzitorii crater de perete, în toate direcțiile. Cu toate acestea, rocile sedimentare sunt mai adânci și se extind mai departe sub inelul de vârf simulat în direcția ascendentă în comparație cu direcția descendentă (Fig. 4)., La \(4{5}^{\circ }\) și \(3{0}^{\circ }\) această diferență este mai pronunțată: pe partea descendentă a craterului, rocile sedimentare în interior nu se extind sub inelul de vârf simulat (Fig. 4) datorită creșterii tranzitorii a craterului în această direcție. Această configurație descendentă este incompatibilă cu interpretările geofizice de la Chicxulub, care sugerează că blocurile sedimentare se află sub porțiunea exterioară a inelului de vârf la toate azimuturile offshore12,25., Cu toate acestea, pre-impact asimetrii în sedimente grosime, adâncimea apei, în special în partea de nord-est crater (și, potențial, în crusta), poate afecta, de asemenea, structura de sub vârf ring3.
un indicator propus de impact cu unghi superficial este trunchierea inelului de vârf în direcția descendentă24. Simulările noastre numerice la viteze tipice de impact terestru (20 km / s) sunt în concordanță cu producerea unui decalaj în inelul de vârf în direcția downrange pentru unghiuri de impact mai mici de 45° (Fig. 8 și 10)., Cu toate acestea, un decalaj proeminent în inelul de vârf Chicxulub care ar putea indica un impact cu unghi superficial nu este susținut de datele geofizice. Topografice expresia de vârf inel este rezolvată în mod clar în toate radial seismice de reflexie linii prin offshore parte din crater28 și este deosebit de important în nord-vest seismice de reflexie linie Chicx-B28, pe direcție orizontală în funcție de superficial-unghi ipoteza impactului propuse de Schultz și d’Hondt8., În timp ce onshore parte din crater nu a fost seismic sonda, inelar negative gravitatea anomalie care s-a dovedit a corela cu vârf-inel poziția offshore este bine pronunțată și continuă în această regiune, cu nici o pauză care ar putea indica o abundență de topire sau schimbare în caracterul de vârf inel. Continuitatea semnăturii geofizice a inelului de vârf susține, de asemenea, o traiectorie de impact mai înclinată.,în rezumat, simulările noastre numerice ale impacturilor oblice la scară Chicxulub par a fi cele mai consistente cu structura internă a craterului Chicxulub pentru un unghi de impact înclinat abrupt de 45-60° față de orizontală. Dacă asimetriile observate în ridicarea Moho, ridicarea Centrală și inelul de vârf al structurii de impact Chicxulub sunt atribuite traiectoriei de impact, direcția implicită a impactului este de la nord-est la sud-vest. Aceasta este direcția opusă celei propuse de Hildebrand et al.11 pe baza decalajului ridicării centrale față de centrul craterului., Rezultatele noastre indică faptul că majorarea de la etajul crater apare în afara razei de acțiune, mai degrabă decât uprange direcție, în concordanță cu simulări numerice complexe crater formation19 și interpretării geologice a erodat structurale înalță la terestru complex craters9,29.analizele craterelor venusiene nu au arătat o legătură clară între asimetriile caracteristicilor craterului central și direcția de impact., S-a observat o ușoară tendință de deplasare a Centrului inelului de vârf în direcția descendentă, dar rezultatele au fost neconcludente, în parte datorită numărului relativ mic de cratere utilizate în studiu30. Magnitudinea decalajului (0.03 – 0.07 D) este, totuși, în concordanță cu rezultatele simulării noastre numerice. În schimb, nu există o corelație între direcția traiectoriei de impact și decalajul față de centrul craterului a vârfurilor centrale în cratere mici complexe31., Deși nu am simulat formarea vârfului central în această lucrare, rezultatele noastre oferă o posibilă explicație pentru absența corelației. La unghiuri abrupte, Înălțarea podelei craterului inițiază o creștere a Centrului craterului, în timp ce la unghiuri superficiale Înălțarea inițiază o scădere. În cazul în care vârfurile centrale reprezintă creșteri centrale înghețate, compensările fie în direcția uprange, fie în direcția downrange ar putea fi, prin urmare, așteptate la unghiuri moderat oblice 30–\(6{0}^{\circ }\).,
implicațiile unui impact Chicxulub înclinat abrupt
impacturile care apar la un unghi abrupt de incidență sunt mai eficiente la excavarea materialului și la conducerea deschide o cavitate mare în crustă decât impactul incidenței superficiale5,19. Unghiul nostru de impact preferat de ca. 60° este aproape de cel mai eficient scenariu vertical, ceea ce sugerează că estimările anterioare ale energiei cinetice a elementului de impact bazate pe simulări de impact vertical 2D de înaltă rezoluție2, 17 nu trebuie revizuite dramatic pe baza unghiului de impact.,impacturile înclinate abrupt favorizează o distribuție mai simetrică a materialului evacuat din crater atât între ejecta proximală, cât și distală5. Asimetria în distribuția ejectei a fost inițial utilizată de Schultz și d ‘ Hondt8 ca argument pentru un unghi de impact superficial spre nord-vest. Aceasta s–a bazat pe observația că atât dimensiunea particulelor, cât și grosimea stratului au fost relativ mari în siturile K-Pg din America de Nord., Lucrările ulterioare au arătat că numărul și mărimea granulelor de cuarț șocate prezente în stratul ejecta global scade cu Distanța de la Chicxulub și este independentă de azimuth32, 33,34. În plus, 1-3 cm-grosime strat dublu în America de Nord este, de asemenea, observate la sud și sud-est de Chicxulub în Colombia35 și Demerara Rise36 la echivalentul paleodistances de la Chicxulub. Stratul global de graniță k–Pg are, prin urmare, o distribuție ejecta mai mult sau mai puțin simetrică, în concordanță cu unghiul nostru preferat de impact abrupt.,unghiul de Impact are o influență importantă asupra masei rocilor țintă sedimentare vaporizate de impactul Chicxulub37. Recent complementare simulări numerice de impact vapori de producție în oblic impactul folosind ȘOVA șoc fizica cod arătat că o traiectorie unghi de 30-60° constituie cel mai rău scenariu pentru mare viteză de ejecție de CO2 si sulf de la Chicxulub impact37., La aceasta gama de impact unghiuri, scos masa de CO2 este un factor de două-trei ori mai mare decât într-un impact vertical și aproximativ un ordin de mărime mai mare decât o foarte mică adâncime unghi (\(1{5}^{\circ }\)) scenario37. Absența evaporitelor în miezul de foraj IODP-ICDP Expedition 364 este în concordanță cu vaporizarea extrem de eficientă a rocilor sedimentare la Chicxulub27., Simulările noastre sugerează, prin urmare, că impactul Chicxulub a produs o distribuție aproape simetrică a ejectei și a fost printre scenariile cele mai nefavorabile pentru letalitatea impactului prin producerea de gaze care schimbă clima.