Столкновение Земли с астероидом — явление не частое. По теории вероятности оно происходит один раз в сто миллионов лет. Речь идет о столкновениях с крупным астероидом, диаметр которого достигает десяти километров. Скорость столкновения оценивается в 20 км/с. При таком мощном ударе о Землю высвобождается энергия, равная в тринитротолуоловом эквиваленте ста миллионам мегатонн. Исследования слоя осадков на границе мелового и третичного периодов показали, что этот слой имеет среднюю толщину порядка 2 см. По этой толщине можно определить полную массу глобальных осаждений. Кстати, частицы этих осаждений оплавлены.
На Земле имеются свидетельства столкновения астероидов с земной поверхностью, которые произошли в прошлом. Таким свидетельством является Карский кратер. Он расположен вблизи реки Кара, которая берет свое начало на Северном Урале и впадает Байдарацкую губу Карского моря. Возраст этого кратера составляет примерно 65 миллионов лет. Это даже не один кратер, а два. Основной — Карский — кратер имеет в поперечнике 60 км, а второй — Усть-Карский, диаметр которого достигает 25 км, уходит на дно Байдарацкой губы.
Около Ростова-на-Дону также имеется кратер (Каменский), который возник примерно в то же самое время. Диаметр этого кратера составляет 11,5 км.
Любопытно, что все три кратера расположены на одной дуге большого круга. Это наводит на мысль, что в космосе двигалась единая система, единое тело, которое в процессе падения разделилось на три части, каждая из которых приземлилась в своем месте. Но поскольку траектория этих трех частей была одной и той же, то они образовали кратеры вдоль одной дуги большого круга.
Надо иметь в виду, что несколько астероидов вызывают при столкновении с Землей больше пыли, чем один астероид, масса которого равна массе этих нескольких астероидов. Поэтому ученые не сомневаются, что при столкновении с Землей описанных трех астероидов в атмосферу поднялось огромное количество пыли, которое вызвало глобальную катастрофу. Как мы уже говорили, в то время образовался глобальный слой твердых осадков толщиной в 2 см, что свидетельствует о мощном глобальном запылении атмосферы.
Конечно, происходили и менее мощные выбросы пыли, когда размеры бомбардирующих Землю астероидов были меньше или значительно меньше. Так, если диаметр астероида составлял 5 км, то и пыли было в 10 раз меньше. Значит, и слой осадков имел толщину только 2 мм. Такой слой, образованный десятки миллионов лет назад, достоверно обнаружить трудно. Оценки показывают, что при столкновении с Землей метеоритом диаметром 2 км в атмосферу выбросится примерно 100 миллиардов тонн пыли. Этого достаточно для того, чтобы так ослабить приходящее к поверхности Земли солнечное излучение, чтобы фотосинтез перестал «работать». Если же фотосинтез прекратится, то произойдет резкое падение средней температуры поверхности Земли.
Мы привели только небольшую часть фактического материала, чтобы проиллюстрировать, что в геологическом прошлом имели место очень существенные кратковременные изменения климата. Специалисты не сомневаются в том, что они оказывали существенное влияние на биосферу Земли. Изменение климата происходило в результате значительного увеличения массы атмосферного аэрозоля. Это вызывало понижение прозрачности атмосферы и значительно уменьшало долю солнечного излучения, которое достигало земной поверхности. Конечно, это ослабление солнечного света было в десятки и сотни раз больше, чем после взрыва вулканов Кракатау или Тамбора. Но как мы убедились, что даже в результате запыления атмосферы после взрывов этих вулканов солнечное излучение, достигающее земной поверхности, было сильно ослаблено. Если выброс пыли был бы в десятки раз больше, то климатическая катастрофа была бы неминуемой. Так, собственно, оно и было в прошлом. И не один раз. Дело в том, что вулканическая активность за всю историю Земли в ее геологическом прошлом была очень неравномерной. Значит, были периоды, когда она была в десятки, а может, и в сотни раз выше, чем в наше время. Значит, при одновременных взрывах нескольких вулканов пыли выбрасывалось намного больше. Это и приводило к образованию в атмосфере мощного слоя аэрозолей, который рассеивал солнечное излучение.
Одновременно Землю бомбардировали и астероиды, что также приводило к дополнительному образованию аэрозолей в атмосфере. Запыление атмосферы происходило и в результате сильных пыльных бурь, которые, без сомнения, разыгрывались на Земле.
Во время пыльных бурь образуются облака пыли, высота которых достигает двух километров и даже больше. Такое облако эффективно рассеивает и поглощает солнечное излучение. За счет поглощенного тепла атмосфера разогревается, поэтому температура уменьшается с высотой не так резко, как обычно. Поэтому воздушные потоки становятся устойчивыми. Чем больше падает температура с высотой, тем неустойчивость воздушного потока увеличивается.
Атмосферный воздух, начиненный частицами пыли, ведет себя не так, как чистый атмосферный воздух, в котором происходят турбулентные (вихревые) движения. Эти движения как будто тормозятся при добавлении частиц пыли. Можно сказать, что энергия вихревого (турбулентного) движения атмосферного воздуха идет на поддержание пыли во взвешенном состоянии. Пыль при этом дольше находится в атмосфере, не осаждаясь на земную поверхность. Но если вихревые движения запыленного воздуха подавляются частицами пыли, то с высотой это способствует увеличению скорости ветра. Такое увеличение происходит очень резко — оно заметно уже на высоте в несколько метров над подстилающей поверхностью. Если при этом поверхность неровная, то увеличивающаяся скорость ветра будет способствовать усилению пылеобразования. Получается, что чем больше пыли в атмосфере, тем более эффективно поднимается новая пыль. Этот процесс постепенно замедляется и даже прекращается тогда, когда пылевое облако становится больше, чем та подстилающая поверхность, которая является источником пыли. Может произойти и другое — облако пыли сносится ветром с того участка, который был донором пыли.
Таким весьма эффективным донором пыли являются пески Сахары. Образовавшиеся там пылевые облака переносятся восточными и северо-восточными пассатами над странами Западной Африки. Далее пассаты выносят сахарские пылевые облака в Атлантику. Их путь прослеживается вплоть до Флориды и даже Мексики. Недаром еще в средние века часть Атлантики у западного побережья Африки в районе островов Зеленого мыса была названа «Морем мрака». Образующиеся пылевые облака занимают площадь до одного миллиона квадратных километров. В одном таком облаке содержится до восьми миллионов тонн пыли.
В период сухого сезона (январь — май) в Западной Африке приносят пыль северо-восточные ветры. Их называют харматан. При таких ветрах в Нигерии солнечное излучение уменьшается на треть, а температура падает на 5–6 °C.
Вопрос о пыльных бурях отнюдь не праздный. Климат зависит одновременно от целого ряда факторов. И изменение какого-либо из них может зацепить всю систему (климатическую систему) так сильно, что все полетит вверх тормашками. Когда говорят об озонных дырах, то тешат себя убаюкиваниями, что оно не может вызвать катастрофических изменений климата. Но это от непонимания. Изменение содержания озона настолько сильно повлияет на климатическую систему, что это трудно и описать. Мало того, что ультрафиолетовое излучение получит доступ к земной поверхности и на определенную глубину к морской и океанической воде. Поднимется уровень Мирового океана. Циркуляция атмосферного газа изменится в корне.
Как изменяется циркуляция атмосферы, можно судить по атмосфере Марса. Там это делают пыльные бури, которые достигают глобальных масштабов. При этом они покрывают всю планету толстой пеленой. Мутная пелена планеты может почти достигать конусообразных вершин, высота которых достигает 15 километров и более. Такова толщина пыльной пелены. Надо помнить, что на Марсе нет водной поверхности (океанов) и вся поверхность планеты способна быть донором пыли. Образование пыли на Марсе связано с количеством тепла, которое планета получает от Солнца. Марс движется вокруг Солнца по очень вытянутой эллиптической орбите. Поэтому он то сильно приближается к Солнцу, то удаляется от него. Количество тепла, которое Марс получает от Солнца, поэтому меняется так же сильно. Глобальные пыльные бури зарождаются и развиваются в то время, когда Марс находится ближе всего к Солнцу, то есть в перигелии. В это время Марс получает в полтора раза больше тепла, чем в афелии, когда он максимально удален от Солнца. В южном полушарии Марса в перигелии конец весны — начало лета. Тогда вначале в южных субтропических и средних широтах начинают образовываться пыльные облака. Процесс развивается быстро, и через несколько дней все эти широты покрываются пыльной пеленой. Спустя примерно неделю это пыльное одеяло дотягивается до обеих полюсов. Напомним, что толщина пыльного марсианского облака достигает 10 км. Может быть и больше. Состав марсианской пыли таков, что она поглощает солнечный свет несколько сильнее, чем силикатная пыль на Земле. Аккумулируя солнечное тепло, пылевое облако повышает температуру атмосферного газа на несколько десятков градусов. Но поскольку тепло в виде солнечных лучей не доходит до поверхности Марса, то она остывает на 10–15 °C. Мы говорили, что пыль изменяет циркуляцию атмосферы. Это наблюдается и в атмосфере Марса. Пока его атмосфера чистая, то в ней действует очень регулярная система циклонов. Но как только образуется пылевая пелена, всякая циклоническая активность там прекращается до тех пор, пока облако пыли не рассеется. А оно может существовать в продолжение месяца и более.