¿Qué tan grande tendría que ser la bola de hielo para entregar toda el agua a la vez?

Entonces, digamos que hay alrededor$1.8*10^{21}$kg de agua en la superficie de la tierra (esto excluye los hidratos y las cosas en el manto, pero las cosas de la superficie parecen ser las que tienen más probabilidades de ser depositadas por los impactos después de la formación de la tierra).

Dada la densidad del hielo,$920kg/m^3$, esa cantidad de agua formaría una esfera sólida de unos 776 km de radio. Eso es bastante grande, por cierto... el impactador Chixulub que inició el evento de extinción del Cretácico-Paleógeno no era probable que tuviera más de 81 km de diámetro. Es más grande que todos los asteroides (Ceres tiene un radio de menos de 500 km) y tan grande como algunas de las lunas más grandes del sistema solar... Iapetus tiene un tamaño y una masa similares y también está hecho en gran parte de hielo, por lo que es un buen representante. para su impactador.

Aquí hay una comparación de tamaño de la Tierra, la Luna y Jápeto, para que puedas entender lo que estás preguntando.

_{(A modo de bonificación, el enorme cráter Engelier es casi visible en Iapetus y hace que se parezca un poco a la estrella de la muerte. Tiene solo 500 km de ancho, mucho más pequeño que todo lo que discutiremos aquí).}

Es al menos más pequeño que el impactador Theia que se cree que creó nuestra luna, que se cree que tenía unos 6000 km de diámetro. Hay teorías que sugieren que gran parte del agua de la Tierra llegó durante el impacto de Theia. No entraré en el impacto de Theia aquí, sino que consideraré solo una entrega única de hielo, probablemente después de que se formó la luna y terminó la era Hadeana (de lo contrario, los bombardeos posteriores podrían haber llevado el agua al espacio).

Supongamos que está golpeando roca cristalina, no hay agua ni minerales sedimentarios en un mundo sin agua. Ahora puede incluir estas prácticas cifras y suposiciones en el Programa de Efectos del Impacto en la Tierra . Escogí una velocidad de impacto conservadora de 11 km/s (es un poco improbable que sea más baja que esto, y a esta velocidad es más probable que parte del agua suministrada se quede) y un ángulo de impacto de 45 grados (otros ángulos no hace mucha diferencia, lo cual no es del todo sorprendente). Resumen para aquellos de ustedes demasiado perezosos para seguir el enlace y completar el formulario por sí mismos:

• Cráter inicial de 606 km de profundidad, 1710 km de ancho. Dado que la corteza terrestre no tiene más de 90 km de profundidad, eso significa que el manto está definitivamente expuesto. El agujero se llenará con eyección, de la cual hay bastante... terminará a unos 3-4 km de profundidad.
• Diámetro del cráter final: 4540 km, una vez que la tierra circundante haya terminado de caer en el agujero inicial. Esto es mucho más grande que las mayores estructuras de impacto hipotéticas jamás encontradas, MAPCIS .
• A pesar de que la energía del impacto se mide en extonones , la calculadora no sugiere que obtendrá una bola de fuego sobrecalentada realmente interesante a medida que el impactador se vaporiza. Tengo algunas dudas sobre esto, pero como no soy un experto en golpear rocas y los autores de la aplicación sí lo son, me ceñiré a ellos. Ciertamente, el comportamiento de los objetos que sufren una colisión a hipervelocidad no es intuitivo. Esto aumenta la posibilidad de que parte del agua realmente sobreviva al impacto y se quede quieta.
• Los escombros del impacto (como grumos, no solo polvo) caerán a más de 5000 km desde la zona cero.
• Si golpea en el lugar correcto (digamos, en el ecuador) podría cambiar un poco la duración del día de la Tierra... para un impacto de 45 grados, el cambio es del orden de ±15 minutos.

Se requiere una velocidad de impacto tranquila para minimizar las posibilidades de un calentamiento masivo posterior al impacto. Con suerte, las presiones de impacto son lo suficientemente bajas (en términos relativos) y la liberación de energía se extiende durante un período de tiempo lo suficientemente largo como para que lo que se obtenga sea una enorme explosión de roca y vapor que hierve y entierra un área más grande que América del Norte, en lugar de un bola de fuego de varios miles de grados que impulsa los escombros fuera de la órbita terrestre y genera grandes cantidades de gases ligeros que pueden escapar de la atmósfera. Si ocurriera lo último, necesitaría entregar aún más agua, y luego las energías de impacto serían aún mayores.y se perderían más volátiles... y así sucesivamente. Puede ver por qué se prefieren muchos impactos más pequeños. Inevitablemente ocurrirá algo de vaporización, pero calcular cuánto está definitivamente fuera de mi alcance.

Las consecuencias del impacto implicarán una gran cantidad de polvo que se elevará a la atmósfera, que también se llenará con una gran cantidad de vapor. Hubo un enfriamiento global significativo después del impacto de Chicxulub, pero eso no implicó verter un billón de litros de agua en el manto, así que si la energía almacenada en todo ese vapor se disipará y lloverá antes de que se asiente el polvo, o si terminar sin enfriamientos significativos y una atmósfera espesa de vapor de agua caliente durante un tiempo considerable después, no lo sé... de nuevo, ese tipo de conjeturas está fuera de mi alcance.

Las estimaciones de la masa del impactador Chicxulub que despegó de los dinosaurios oscilan entre 10 ¹⁵ y 4,6$\times$10 ¹⁷ kilogramos.

La masa de la hidrosfera se estima actualmente en alrededor de 1,4$\times$10 ²¹ kilogramos. Eso es como 10,000 Chicxulubs en términos de órdenes de magnitud, si usamos el límite superior para la masa de Chic. Podría ser más como 100,000 asteroides que matan dinosaurios golpeando a la vez, tal vez 1,000,000.

Para que conste, la masa de la hidrosfera también es solo un orden de magnitud menor que la de la Luna (alrededor de 7$\times$10 ²² kg).

La buena noticia es que, dado que comienzas con un planeta completamente seco, no hay nada que matar.

La mala noticia es que el impacto tendrá tanta energía que la mayor parte de esa agua se volverá gaseosa. También hará un calor incómodo. La atmósfera y el agua estarán tan calientes que mucha de esa agua y mucha de la atmósfera que hayas tenido escapará al espacio.

Al final, las montañas del mundo se habrán alisado en diferentes grados debido a los fuertes vientos de vapor caliente que se producen durante los meses o años que tardará el planeta en enfriarse gradualmente. Después de que las cosas se estabilicen de nuevo, tendrás una Tierra con océanos menos profundos y una atmósfera más delgada. Tal vez algo de vida pueda desarrollarse allí.

Acabo de recordar algo. El megacometa en cuestión no es tan masivo como la Luna, pero vendrá mucho más rápido que la Luna si se detuviera en seco. Lo que me recuerda a esta otra pregunta:

¡No! ¡No la luna!

Se trata de lo que pasaría si la Luna nos golpea. Considere los efectos descritos allí pero con menos severidad. Por ejemplo:

• El impacto también es suficiente para causar ondas en lo que queda de la corteza, desgarrándola. Se destruye una porción significativa de la superficie; vastos abismos se abren expulsando lava(...)

• La mayor parte del agua en la superficie del planeta se convierte en gas. Una gran parte escapa al espacio junto con los dioses saben cuánto de la atmósfera.

Etcétera.

Si desea que la hidrosfera total se entregue en un solo impacto, primero verifiquemos la masa

La masa total de la hidrosfera terrestre es de aproximadamente$1.4 \cdot 10^{18}$toneladas

Eso significa$1.4 \cdot 10^{21}$kg.

Como referencias, Mimas tiene una masa de$3 \cdot 10^{19}$kg, mientras que Encelado tiene una masa de$1.0 \cdot 10^{20}$kg.

Eso es un gran impacto. Como consecuencia del impacto, la mayor parte del agua se vaporizaría, y una cantidad tan grande de vapor en la atmósfera de la Tierra sería mala: significaría un gran efecto invernadero, probablemente convirtiendo al planeta en un Venus gemelo.

Solo en base a la masa es imposible estimar el ángulo de impacto, mientras que la velocidad de impacto sería al menos del orden de 10 km/s.

Según el USGS se vería así:

Fuente: https://water.usgs.gov/edu/gallery/global-water-volume.html

La esfera más grande representa toda el agua de la Tierra, mientras que la esfera más pequeña representa el agua dulce de la Tierra. La esfera más grande tiene un diámetro de 1384 km, bastante grande pero solo el 0,13% del volumen total de la Tierra.

El hielo tiene una densidad del 92 % de la del agua, por lo que puedes imaginar que una bola de hielo de este tamaño es un 8,7 % más grande.