[論文レビュー] Assessments of the energy, mass and size of the Chicxulub Impactor

H. J. Durand-Manterola, G. Cordero|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、K/Pg境界層に含まれるイリジウムの含有量と隕石データを用いて、チクシルーブ衝突天体の運動エネルギー、質量、直径を推定した。その結果、衝突天体はおそらくコメットであり、運動エネルギーは1.3×10²⁴ J ～ 5.8×10²⁵ J、質量は1.0×10¹⁵ kg ～ 4.6×10¹⁷ kg、直径は10.6 km ～ 80.9 kmの範囲にあると結論された。

ABSTRACT

In 1980, Alvarez and colleagues proposed that, in the transition from the Cretaceous to Paleogene, a large impactor collided with Earth being the cause of the mass extinction occurred at the limit K / Pg. In 1980 there was no known impact structure, which could be responsible for this extinction. It was not until 1991 that an international group of researchers proposed that a circular structure between 180 and 200 km, buried under Tertiary deposits in the Yucatan Peninsula in Mexico, was the crater formed by the impact proposed by the group of Alvarez (Hildebrand et al., 1991). It is very probable that an impact of this magnitude have had large effects on the surface and in the environment. To study these effects, it is necessary to estimate the characteristics that the impactor had. The literature often mentions the nature of the impactor, and has been proposed both an asteroid and a comet, and even a comet shower that produced periodic extinctions. However, the physical parameters of the impactor are not limited, so the aim of this study is to estimate the most relevant features of this one such as the size, mass and kinetic energy. We found that the kinetic energy of the impactor is in the range from 1.3e24 J to 5.8e25 J. The mass is in the range of 1.0e15 kg to 4.6e17 kg. Finally, the diameter of the object is in the range of 10.6 km to 80.9 km. Based on the mass of the impactor and iridium abundance in different types of meteorites, we calculate the concentration of iridium, which should be observed in the K/Pg layer. When compared with the measurements, we concluded that the best estimation is that the impactor was a comet.

研究の動機と目的

• K/Pg絶滅を引き起こしたチクシルーブ衝突天体の物理的パラメータ（質量、直径、運動エネルギー）を推定すること。
• K/Pg境界層に測定されたイリジウム濃度と予測されたイリジウム濃度を比較することで、衝突天体が小惑星かコメットかという論争を解消すること。
• 地質的証拠から導かれるエネルギーと質量の制約に基づき、物理的に整合性のある衝突天体の特性の範囲を提供すること。
• 隕石の組成と衝突エネルギーの計算結果を統合することで、既存のチクシルーブ衝突天体モデルを精緻化すること。

提案手法

• 衝突クレーターのサイズとエネルギースケーリング則から導かれる質量と速度を用いて、公式 E = ½mv² により運動エネルギーを計算した。
• 既知のチクシルーブクレーターの直径（180–200 km）と衝突エネルギーのスケーリング関係を適用して、質量の範囲を推定した。
• 炭素含有隕石およびK/Pg境界層におけるイリジウム含有量を用いて、衝突天体に予想されるイリジウム濃度を逆算した。
• 衝突天体に予測されるイリジウム含有量とK/Pg層に測定されたイリジウムレベルを比較し、小惑星とコメットのどちらの起源であるかの可能性を評価した。
• 統計的および物理的モデリングを用いて、観測されたクレーターと地球化学的データと整合するサイズ、質量、エネルギーの範囲を制約した。
• さまざまな衝突天体の組成が観測された地球化学的シグネチャーとどれほど整合するかを評価し、イリジウムの生成量に基づいてコメット起源が優位であると結論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クレーターのサイズと衝突ダイナミクスに基づいて、チクシルーブクレーターを形成するのに必要な運動エネルギーの範囲は何か？
• RQ2 観測されたエネルギーとクレーター寸法と整合する質量および直径の範囲は何か？
• RQ3 隕石データに基づいて予測された衝突天体のイリジウム濃度は、K/Pg境界層に測定された値とどのように一致するか？
• RQ4 イリジウム含有量と地球化学的制約に基づいて、衝突天体は小惑星よりもコメットである可能性が高いとされるか？
• RQ5 地質的および地球化学的証拠を統合するにあたり、最も適切な物理的パラメータ（質量、サイズ、エネルギー）は何か？

主な発見

• クレーターのサイズとエネルギースケーリングモデルに基づき、チクシルーブ衝突天体の運動エネルギーは1.3×10²⁴ J ～ 5.8×10²⁵ J の範囲にある。
• 仮定される組成と速度に応じて、衝突天体の質量は1.0×10¹⁵ kg ～ 4.6×10¹⁷ kg の範囲に推定される。
• 衝突天体の直径は10.6 km ～ 80.9 km の範囲にあり、太陽系天体の最大実現可能サイズによって上限が制限されている。
• 隕石データに基づいて予測された衝突天体のイリジウム濃度は、K/Pg層に測定されたイリジウムレベルとよく一致する。
• 予測値と観測値のイリジウム濃度の整合性は、衝突天体が小惑星ではなくコメットである可能性が高いという結論を支持する。
• 本研究は、コメット起源がチクシルーブ衝突の地球化学的およびエネルギー的制約を最もよく説明していると結論づけた。