羅切斯特大學的研究人員對20億年前形成弗里德堡隕石坑（Vredefort crater）的撞擊進行了更精確的模擬。大約20億年前，一個撞擊器向地球急速飛來，在離現在南非約翰內斯堡不遠的地方撞上了地球。這個撞擊器，很可能是一顆小行星，創造了現在地球上最大的隕石坑。根據早期的研究，科學家們基本上承認，弗里德堡隕石坑是由一個直徑約為15公里（約9.3英里）、速度為每秒15公里的天體造成的。
然而，羅切斯特大學最近的一項研究表明，這個撞擊物可能大得多，這將對整個地球產生災難性的影響。這項研究最近發表在《地球物理研究》雜誌上，提高了人們對這次大規模撞擊的理解，為更真實地模擬過去和未來在地球和其他星球上發生的撞擊事件鋪平了道路。
“了解我們在地球上最大的撞擊結構至關重要，”Natalie Allen說，她現在是約翰斯·霍普金斯大學的博士生。Allen是該論文的第一作者，該論文基於她在羅切斯特大學本科時與地球和環境科學助理教授Miki Nakajima進行的研究。“能夠獲得像弗里德堡隕石坑這樣的結構所提供的信息是一個很好的機會來測試我們的模型和我們對地質證據的理解，以便我們能夠更好地理解對地球和其他地方的影響。”
弗里德堡隕石坑經過20億年的侵蝕。正因為如此，科學家們很難確定最初撞擊時隕石坑的確切大小，因此也很難確定產生隕石坑的撞擊器的大小和速度。
一個直徑172公里（107英里）的隕石坑將由一個大小為15公里（9.3英里）、以每秒15公里（9.3英里）的速度移動的天體創造。然而，這比目前對弗里德堡隕石坑的估計要小得多。根據新的地質證據和測量結果，科學家們估計，在撞擊時，該結構的原始直徑應該在250至280公里（155至174英里）之間。
Allen、Nakajima和他們的同事進行了模擬，以匹配隕石坑的最新尺寸。他們的結果顯示，一個撞擊器必須大得多–大約20至25公里（12.5至15.5英里）–並且以每秒15至20公里（9.3至12.4英里）的速度飛行，才能解釋一個250公里大小的隕石坑。
這意味着形成弗里德堡隕石坑的撞擊器將比6600萬年前導致恐龍滅絕的小行星更大，後者形成了希克蘇魯伯隕石坑（Chicxulub Crater）。那次撞擊對全球產生了破壞性影響，包括溫室效應、廣泛的森林火災、酸雨和臭氧層的破壞，此外還導致了殺死恐龍的白堊紀-古近紀滅絕事件（簡稱K-Pg事件）。
如果形成弗里德堡隕石坑的小行星比形成希克蘇魯伯隕石坑小行星撞擊的能量更強，那麼弗里德堡隕石坑可能會造成更加災難性的全球後果。
Nakajima說：“與希克蘇魯伯撞擊不同，鑒於20億年前只有單細胞生命體，沒有樹木存在，弗里德堡撞擊並沒有留下大規模滅絕或森林火災的記錄。然而，這次撞擊對全球氣候的影響可能比希克蘇魯伯撞擊更廣泛。”
她說，來自弗里德堡撞擊的灰塵和氣溶膠會擴散到整個地球，阻擋陽光，冷卻地球表面。“這可能會對光合作用的生物體產生破壞性的影響。在塵埃和氣溶膠沉降之後–這可能需要數小時到十年的時間–從撞擊中排放出的二氧化碳等溫室氣體將使全球溫度在很長一段時間內可能上升數度。”
模擬結果還使研究人員能夠研究撞擊所噴出的物質以及這些物質從隕石坑走過的距離。他們可以利用這些信息來確定數十億年前陸地的地理位置。例如，以前的研究確定，來自撞擊體的物質被拋射到了今天的卡累利阿共和國。利用他們的模型，Allen、Nakajima和他們的同事發現，在20億年前，包含卡累利阿的陸塊距離南非的火山口只有2000至2500公里–比今天的兩個地區要近得多。
“要約束很久以前的陸地的位置是非常困難的，”Allen說。“目前最好的模擬繪製了大約10億年前的地圖，而且越往後不確定因素越大。澄清證據，如這種噴出物層的映射，可能使研究人員能夠測試他們的模型，並幫助完成對過去的看法。”
本科生的研究導致了論文的發表
這篇論文的想法是作為Nakajima教授的《行星內部》（現名為《行星內部物理學》）課程期末考試的一部分產生的，Allen在大三時選修了該課程。
Allen說，將本科生的工作成果轉化為同行評議的期刊文章的經歷非常有意義，對她申請研究生院有幫助。
“當Nakajima教授找到我，問我是否想一起工作，把它變成可發表的作品時，這真的很令人欣慰，也很有說服力，”Allen說。“我已經制定了自己的研究想法，而它被另一位科學家視為足夠令人信服，他們認為它值得發表！”
她補充說：“這個項目遠遠超出了我通常的研究舒適區，但我認為這將是一個很好的學習經驗，將迫使我以一種新的方式應用我的技能。在我準備上研究生時，它給我的研究能力帶來了很大的信心。”