resultados de simulación numérica

el escenario de impacto representado es para un impactador de 17 km de diámetro con una densidad de 2630 kg m3 y una velocidad de 12 km/s. Se representa la evolución del cráter hasta 5 minutos después del impacto. , Se muestran secciones transversales a través de la simulación numérica a lo largo del plano de trayectoria, con \(x=0\) definido en el centro del cráter (medido en el nivel previo al impacto; \(z=0\)); la dirección del impacto es de derecha a izquierda. Los 3 km superiores del objetivo previo al impacto, correspondientes al espesor promedio de las rocas sedimentarias en Chicxulub, son rastreados por partículas trazadoras (marrón arenoso). La deformación en la corteza (gris medio) y el manto superior (gris oscuro) se representa mediante una cuadrícula de partículas trazadoras (Negras)., Las partículas trazadoras dentro del material del anillo de pico se resaltan en función de la presión de choque máxima registrada (escala de colores blanco-azul); El material de destino fundido (>60 GPa) se resalta en rojo.

el escenario de impacto descrito es para un impactador de 21 km de diámetro con una densidad de 2630 kg m3 y una velocidad de 12 km/s., Se representa la evolución del cráter hasta 5 minutos después del impacto. Se muestran secciones transversales a través de la simulación numérica a lo largo del plano de trayectoria, con \(x=0\) definido en el centro del cráter (medido en el nivel previo al impacto); la dirección del impacto es de derecha a izquierda. Los colores y el sombreado del material y las partículas trazadoras son los mismos que los de la Fig. 2.

en nuestra simulación de impacto vertical (Fig., 3), la formación de cráteres es axialmente simétrica y consistente con anteriores simulaciones numéricas bidimensionales (2D) que empleaban una geometría axialmente simétrica 2,3,17. La colisión del asteroide con la superficie objetivo genera una onda de choque separada que se propaga simétricamente desde el lugar del impacto. En el primer minuto después del impacto, un flujo de excavación iniciado por la onda de choque produce una cavidad profunda en forma de cuenco, a menudo denominada cráter transitorio., El flujo de material deprime el límite corteza-manto debajo del cráter transitorio, eleva la corteza en la pared transitoria del cráter y expulsa la porción no evaporizada de la secuencia de roca sedimentaria >de 3 km de espesor del cráter transitorio como parte de la cortina de eyecciones (Fig. 3 and Supplementary Movie 1).

el cráter transitorio es inestable y colapsa dramáticamente para producir un cráter final mucho más plano y más ancho., En la simulación de impacto vertical, el colapso se manifiesta como elevación del suelo del cráter y colapso hacia abajo e hacia adentro del borde transitorio del cráter y un collar circundante de rocas sedimentarias. La elevación del suelo comienza directamente debajo del centro transitorio del cráter y continúa verticalmente hacia arriba, sobrepasando la superficie previa al impacto para formar una gran elevación central. Al mismo tiempo, el colapso del borde ocurre simétricamente en todos los acimuts, convergiendo hacia, y ayudando a impulsar hacia arriba, la elevación central., Finalmente, la elevación central sobrecalentada de las rocas de la corteza se derrumba hacia abajo y hacia afuera, derribando el borde del cráter transitorio colapsado para formar un anillo elevado de basamento cristalino, superponiendo rocas sedimentarias caídas hacia el interior desde el exterior del cráter transitorio., Aunque la resolución espacial de las simulaciones numéricas es insuficiente para resolver la característica topografía de pico agudo del anillo interior observada en cráteres extraterrestre del anillo pico, somos capaces de identificar la posición y estructura del material que forma el anillo pico en las simulaciones numéricas como un collar de 10 km de ancho alrededor de la elevación central (Fig. 2). Este modelo de formación de cráteres de anillo de pico está respaldado por datos geofísicos20,21 y recientes perforaciones geológicas17 en Chicxulub, así como por datos de teledetección del cráter de anillo de pico de Schrödinger en la Luna22.,

los impactos en ángulos progresivamente menos profundos con respecto a la horizontal resultan en un desarrollo cada vez más asimétrico del cráter, internamente (Figs. 2 y 3, Suplemento Fig. 4; películas suplementarias 2-4), mientras que la forma en planta de la cuenca de impacto final sigue siendo aproximadamente circular (tabla suplementaria 1; Fig.suplementaria. 9). A medida que el ángulo de impacto disminuye, el desplazamiento hacia abajo del centro del cráter desde el punto de impacto aumenta; se produce menos elevación del borde transitorio del cráter en la dirección del rango superior; y se produce más elevación en la dirección del rango inferior (Figs. 2 y 3, Suplemento Fig. 4)., En relación con el centro final del cráter, la parte más profunda del cráter transitorio (y el manto deprimido) también se desplaza con un ángulo de impacto decreciente, primero hacia la dirección ascendente (Fig. 2), luego de vuelta hacia el centro (suplemento Fig. 4 y Fig. 3). La fase de colapso de la formación del cráter también se modifica por el ángulo de impacto. La elevación del suelo del cráter durante el colapso del cráter comienza hacia arriba del centro del cráter, pero tiene un componente hacia abajo de tal manera que el eje central de elevación se inclina hacia abajo y el Centro de la elevación antes de su colapso es hacia abajo del centro del cráter (Figs., 2 y 3, Suplemento Fig. 4; Películas Suplementarias 2-4). Por el contrario, el colapso hacia abajo y hacia afuera de la elevación central se produce preferentemente en la dirección de rango superior, lo que resulta en una mayor sobrestrución de la elevación central en la parte superior del borde transitorio del cráter en la dirección de rango superior. El resultado neto de la elevación dirigida hacia abajo y la caída dirigida hacia arriba de la elevación central es un anillo de pico simulado con un centro geométrico solo modestamente desplazado en la dirección hacia abajo (Figs. 4 y 5).

las compensaciones del centro de elevación del manto (cuadrados) y el centro del anillo de pico simulado (círculos), en relación con el centro del cráter, se muestran en función del ángulo de impacto con la horizontal. Las bandas grises denotan las compensaciones relativas aproximadas de los centros de anillo de pico y elevación del manto en Chicxulub, teniendo en cuenta la incertidumbre en el diámetro del cráter y la ubicación de las diferentes características (véase la Fig. 1).,

Las simulaciones de impacto que se muestran en las Figs. 2 y 3 emplean una velocidad de impacto de 12 km/s, solo ligeramente mayor que la velocidad mínima posible, la velocidad de escape de la tierra de 11,2 km/s. Si bien es probable que estos resultados sean representativos del ~25% de todos los impactos que ocurren a velocidades inferiores a 15 km/s, también realizamos otro conjunto de simulaciones con una velocidad de impacto más probable de 20 km/s (cercana a la velocidad media y mediana del impacto de asteroides de la Tierra23) para examinar la sensibilidad de nuestros resultados a la velocidad del impactador. , Los impactos a mayor velocidad produjeron compensaciones similares en el Centro de elevación del manto y en el centro simulado del anillo de pico (comparar Figs. 2 y 3 con higos suplementarios. 6 y 7), y las mismas tendencias en las compensaciones con ángulo de impacto (Fig. 5).

una consecuencia importante de una mayor velocidad de impacto es una mayor producción de masa fundida causada por presiones de choque más altas cerca del sitio de impacto (por ejemplo, compare la Fig. 2a y suplemento Fig. 6a)., El mayor volumen de fusión complica la interpretación de la estructura del anillo de pico en las simulaciones de 20 km/s, ya que no se espera que la dinámica de la fusión sea bien capturada, dada la resolución espacial de 500 m de las simulaciones 3D, y probablemente continuaría mucho después de la finalización de la simulación. Sin embargo, la distribución lateral del material fundido en relación con el material del anillo de pico al final de las simulaciones (Figs suplementarias., 8 y 10) sugiere que por debajo de un ángulo de impacto de \(4{5}^{\circ }\) hay una alta concentración (Lámina gruesa) de fusión superficial en el cuadrante inferior del cráter, que es probable que impida o impida la formación de un anillo de pico topográfico en estos acimuts. Por lo tanto, nuestros resultados apoyan la idea de que las formas en forma de herradura del anillo de pico son indicativas de impactos de ángulo poco profundo, con la brecha en el diagnóstico del anillo de pico de la dirección downrange 24.,

la comparación con las observaciones

La asimetría en el desarrollo del cráter produce diferencias en la estructura central del cráter en las direcciones ascendente y descendente. Mientras que el centro del anillo de pico simulado parece estar constantemente desplazado hacia abajo del centro del cráter en ~5% del diámetro del cráter en los tres impactos oblicuos, el Centro de la elevación del manto está desplazado hacia arriba del centro del cráter en el impacto \(6{0}^{\circ }\) y, en menor medida, en el impacto \(4{5}^{\circ}\); y está desplazado hacia abajo en el impacto \(3{0}^{\circ}\) (Fig. 5)., Este patrón de desplazamiento del manto en relación con el borde final del cráter es una consecuencia del cambio correspondiente en el desplazamiento de la parte más profunda del cráter transitorio en relación con el centro del cráter final. Las observaciones geofísicas en Chicxulub sugieren que los centros de anillo de pico y elevación del manto están desplazados en direcciones diferentes, aproximadamente opuestas del centro del cráter (Fig. 1). Incertidumbre en la ubicación precisa de los centros del cráter, el anillo del pico y la elevación del manto (Fig., 1), así como la incertidumbre en el diámetro del crater25, contribuyen a una incertidumbre aproximada de 26% y 48% para el desplazamiento relativo del anillo de pico y el levantamiento del manto, respectivamente (bandas grises en la Fig. 5). La comparación de estas observaciones con nuestros resultados de simulación sugiere que la configuración observada es más similar a las simulaciones de impacto \(6{0}^{\circ}\) (o posiblemente la simulación de impacto \(4{5}^{\circ }\) a 20 km/s; Fig. 5).

también observamos un cambio sistemático en la diferencia de rango ascendente / descendente en la estructura subsuperficial de anillos de pico simulados con ángulo de impacto (Fig. 4)., Similar a la situación en un impacto vertical, en \(6{0}^{\circ }\) el anillo de pico simulado está formado por rocas corticales graníticas sobrestrustadas desde la elevación central por encima de rocas sedimentarias caídas desde la pared transitoria del cráter, en todas las direcciones. Sin embargo, las rocas sedimentarias son más profundas y se extienden más por debajo del anillo de pico simulado en la dirección de rango superior en comparación con la dirección de rango inferior (Fig. 4)., En \(4{5}^{\circ}\) y \(3{0}^{\circ}\) esta diferencia es más pronunciada: en el lado inferior del cráter, las rocas sedimentarias internamente caídas no se extienden debajo del anillo de pico simulado (Fig. 4) debido a la elevación transitoria mejorada del borde del cráter en esta dirección. Esta configuración descendente es inconsistente con las interpretaciones geofísicas de Chicxulub, que sugieren que los bloques sedimentarios de depresión se encuentran debajo de la porción exterior del anillo de pico en todos los azimutos12,25., Sin embargo, las asimetrías previas al impacto en el espesor del sedimento y la profundidad del agua, particularmente en la parte noreste del cráter (y potencialmente en la corteza), también pueden afectar la estructura debajo del anillo del pico 3.

un indicador propuesto de impacto de ángulo poco profundo es el truncamiento del anillo de pico en la dirección de rango bajo24. Nuestras simulaciones numéricas a velocidades de impacto terrestres típicas (20 km/s) son consistentes con la producción de un espacio en el anillo de pico en la dirección hacia abajo para ángulos de impacto menos profundos que 45° (Figs suplementarias. 8 y 10)., Sin embargo, una brecha prominente en el anillo del pico Chicxulub que podría indicar un impacto de ángulo poco profundo no está respaldada por los datos geofísicos. La expresión topográfica del anillo de pico se resuelve claramente en todas las líneas de reflexión sísmica radial a través de la parte offshore del crater28 y es particularmente prominente en la línea de reflexión sísmica del noroeste Chicx-B28, la dirección hacia abajo de acuerdo con la hipótesis de impacto de ángulo poco profundo propuesta por Schultz y d’Hondt8., Si bien la parte terrestre del cráter no ha sido sísmicamente fotografiada, la anomalía de gravedad negativa anular que se ha demostrado que se correlaciona con la posición del anillo de pico en alta mar es bien pronunciada y continua en esta región, sin ruptura que pueda indicar una abundancia de derretimiento o cambio en el carácter del anillo de pico. Por lo tanto, la continuidad de la firma Geofísica del anillo de pico también soporta una trayectoria de impacto más inclinada.,

En resumen, nuestras simulaciones numéricas de impactos oblicuos a escala de Chicxulub parecen ser más consistentes con la estructura interna del cráter de Chicxulub para un ángulo de impacto inclinado de 45-60° con respecto a la horizontal. Si las asimetrías observadas en el levantamiento Moho, el levantamiento central y el anillo de pico de la estructura de impacto Chicxulub son atribuibles a la trayectoria del impacto, la dirección implícita del impacto es de noreste a suroeste. Esta es la dirección opuesta a la propuesta por Hildebrand et al.11 basado en el desplazamiento de la elevación central en relación con el centro del cráter., Nuestros resultados indican que el levantamiento del suelo del cráter ocurre en una dirección descendente en lugar de ascendente, consistente con simulaciones numéricas de formación de cráteres complejos19 y la interpretación geológica de levantamientos estructurales Erosionados en cráteres complejos terráque9,29.

Los análisis de cráteres Venusianos no han mostrado un vínculo claro entre las asimetrías en las características centrales del cráter y la dirección del impacto., Se observó una ligera tendencia al desplazamiento del centro del anillo de pico en dirección descendente, pero los resultados no fueron concluyentes, en parte debido al número relativamente pequeño de cráteres utilizados en el estudio30. La magnitud del desplazamiento (0.03–0.07 D) es, sin embargo, consistente con nuestros resultados de simulación numérica. En contraste, no hay correlación entre la dirección de la trayectoria del impacto y el desplazamiento desde el centro del cráter de los picos centrales en cráteres pequeños complejos31., Mientras que no simular pico central de la formación en este trabajo, nuestros resultados proporcionan una posible explicación para la ausencia de correlación. En ángulos pronunciados, el levantamiento del suelo del cráter inicia el rango superior del centro del cráter, mientras que en ángulos poco profundos el levantamiento inicia el rango inferior. Si los picos centrales representan elevaciones centrales congeladas, se pueden esperar compensaciones en la dirección hacia arriba o hacia abajo en ángulos moderadamente oblicuos 30–\(6{0}^{\circ }\).,

Implications of a steeply inclined Chicxulub impact

Impacts that occur at a steep angle of incidence are more efficient at excavating material and driving open a large cavity in the crust than shallow incidence impacts5,19. Nuestro ángulo de impacto preferido de ca. 60° se acerca al escenario vertical más eficiente,lo que sugiere que las estimaciones anteriores de la energía cinética del impactador basadas en simulaciones de impacto vertical 2D de alta resolución2, 17 no necesitan revisarse drásticamente en función del ángulo de impacto.,

los impactos pronunciados favorecen una distribución más simétrica del material expulsado del cráter entre los eyectores proximal y distal5. La asimetría en la distribución de las eyecciones fue utilizada originalmente por Schultz y d’Hondt8 como argumento para un ángulo de impacto poco profundo hacia el noroeste. Esto se basó en la observación de que tanto el tamaño de partícula como el grosor de la capa eran relativamente grandes en los sitios K–Pg de América del Norte., El trabajo posterior ha demostrado que el número y el tamaño de los granos de cuarzo conmocionados presentes en la capa eyectada global disminuye con la distancia de Chicxulub, y es independiente del acimuto32,33,34. Además, la doble capa de 1-3 cm de espesor en América del Norte también se observa al sur y sureste de Chicxulub en Colombia35 y la de Demerara Rise36 en paleodistancias equivalentes de Chicxulub. Por lo tanto, la capa límite global K–Pg tiene una distribución de eyecciones más o menos simétrica, consistente con nuestro ángulo de impacto empinado preferido.,

El ángulo de impacto tiene una influencia importante en la masa de rocas sedimentarias objetivo vaporizadas por el impacto Chicxulub37. Recientes simulaciones numéricas complementarias de la producción de vapor de impacto en impactos oblicuos utilizando el código de física de choque de SOVA mostraron que un ángulo de trayectoria de 30-60° constituye el peor escenario para la eyección a alta velocidad de CO2 y azufre por el impacto de Chicxulub37., En este rango de ángulos de impacto, la masa expulsada de CO2 es un factor de dos a tres veces mayor que en un impacto vertical y aproximadamente un orden de magnitud mayor que un ángulo muy poco profundo(\(1{5}^{\circ}\)) scenario37. La ausencia de evaporitas en el núcleo de perforación Iodp-ICDP Expedition 364 es consistente con la vaporización altamente eficiente de rocas sedimentarias en Chicxulub27., Por lo tanto, nuestras simulaciones sugieren que el impacto de Chicxulub produjo una distribución casi simétrica de las eyecciones y fue uno de los peores escenarios para la letalidad del impacto por la producción de gases que cambian el clima.