直径百米的陨石威力（直径十公里的陨石）

我们的生活并不总是一帆风顺，生活中我们见过很多自然灾害，例如台风，沙尘暴，龙卷风，冰雹以及洪水等，以上的自然灾害比较常见。还有一些破坏力极强，并且很多人都没遇到过的，例如地震，火山喷发，海啸等。在一些自然灾害面前，我们人类显得微不足道，在它们到来并肆虐之前我们根本阻止不了，只能提前预防，把损失降到最低。

今天要讲的是陨石撞击地球，这种灾难甚至比核战争还要更加让人胆寒。大约在6500万年前的某一天，一颗硕大无比的陨石正以约70000公里/小时（20000m/s）的时速朝着地球飞来，在撞击前的几分钟，地球上生活的恐龙还没有感觉到异样。当这颗直径十公里的陨石穿过大气层时，如果在夜晚，可以看到天空有一颗巨大的火球，当然这只是一瞬间的事情，由于陨石的速度很快，很多动物都没有反应过来陨石就已经撞击地球。

撞击想象图

撞击地点是一片海洋，撞击产生的热量瞬间气化周围数十公里范围内的海水，之后重重的砸到海底，数十亿吨物质被抛上空中，一片火光冲天。紧接着掀起几百米巨浪，从撞击点向四处奔袭，淹没的区域甚至包括今天的整个墨西哥和大半个美国；由撞击点开始蔓延，全球各地发生大规模地震；由于撞击产生巨大能量使地壳运动加剧，导致全球火山大喷发。

地层中铱含量分布图

陨石撞击后，灾难并没有结束。由于撞击被抛上天空的物质大部分重新落回地面，形成第二轮撞击，这些“陨石雨”又造成第二次破坏。还有大量的物质尘埃直接进入大气层，形成遮天蔽日的景象，类似于“核冬天”。由于尘埃阻挡了大部分太阳光线，使植物无法正常进行光合作用，植物大面积死亡，以植物为食的食草动物相继死去，地球上的食物链开始崩溃。加之大面积火山喷发，使大量硫化物气体排入大气，进而形成大面积酸雨，让本就脆弱的生态系统更加雪上加霜。这次撞击导致了地球的上绝大部分物种灭绝，包括统治地球上亿年的恐龙。而恐龙的灭绝似乎为后来哺乳动物的进化铺平了道路，才有了我们如今的人类。

以上是白垩纪晚期物种大灭绝的原因之一，然而陨石撞击地球这一事件并不是空穴来风。1952年，墨西哥石油公司在尤卡坦半岛勘探石油，意外发现一个形如碗状的漏斗地形，后来证实这为一个陨石撞击坑。该结构直径约250公里，深度达3公里，这显然是一个超大陨石的撞击坑，根据相关同位素测定，该陨石坑形成于白垩纪晚期，与恐龙灭绝的时间想吻合。这个撞击坑又叫做“奇克苏鲁布”（Chicxulub）撞击坑，因为该撞击坑中心有一个名叫奇克苏鲁布的村庄，因此得名。6500万年前撞击的时候该片区域还是一片浅海，现在大部分变成了陆地。

撞击坑

时间来到二十世纪七十年代，恐龙灭绝的陨石撞击说由加州伯克利分校、美国著名物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨（诺奖得主）与他的儿子一同提出，他们认为6500万年前的恐龙大灭绝是由于一颗直径十公里的陨石撞击地球引发的一系列灾难导致的，并且提供了相关的证据（撞击地点金属铱含量异常，地壳中的含量只有千万分之一，一般陨石上铱含量丰富）。这在当时引起了巨大的反响，也遭到了很多的反对的声音，但受到了一部分人的支持。

为什么陨石撞击地球能产生那么大的影响呢？因为超高速、大质量的陨石撞击地球能产生巨大的能量，那到底有多大的呢？我们可以利用高中所学的知识进行简单的计算。

假设这颗陨石理想状态下携带的动能为Ek，质量为m，体积为V，直径R1=10000m，速度v1=20000m/s。所以陨石的体积V=4π（R1/2）^3/3=4×π×（10000/2）^3/3=5.2×10^11m^3这里将大理石的密度类比陨石的密度（实际上陨石的密度一般大于大理石），已知大理石的密度约为ρ=2850kg/m^3所以陨石的质量m=ρV=2850×5.2×10^11=1.5×10^15kg所以陨石的动能Ek=1/2mv1^2=0.5×1.5×10^15×（20000）^2=3×10^23J(焦耳)已知1吨TNT爆炸释放的能量为e=4.2×10^9J，所以这颗陨石携带的动能相当于7×10^13吨TNT当量，即七十万亿吨TNT当量。二战期间美国在广岛投放的原子弹当量仅为13000吨TNT，换算过来这颗陨石动能相当于54亿颗广岛原子弹所释放的能量总和。地球的表面积为5.1亿平方公里，相当于每平方公里的土地上可以分配到十颗广岛原子弹，真是给地球来个全身刮痧。

代号为“小男孩”的原子弹

世界上威力最大的氢弹是苏联时期的“沙皇炸弹”，爆炸当量为6000万吨TNT，这颗导致恐龙灭绝的陨石撞击地球释放的能量相当于110万颗“沙皇炸弹”同时引爆所释放的能量。

苏联时期的“沙皇炸弹”

有很多人提出疑问，为什么这颗陨石没有将地球撞个稀碎，或者撞击导致地球脱离原本的轨道，使地球飞出宜居带。这种事情不会发生，不然我怎么有机会写这文章篇（手动滑稽）。那让我们验证一下，看看陨石能不能“撞飞”地球。那就得运用动量守恒了，但首先要知道地球的质量，我们来简单求出地球的质量（运用万有引力定律）。

首先设地球的质量为M，引力常量G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2。同步卫星的轨道高度为h=36000公里，地球半径R2=6378公里，所以地球同步卫星轨道半径r=h R2=36000 6378=42378公里。同步卫星轨道周期T=24×60×60=86400s所以卫星线速度v2=2πr/T=2×π×（42378×1000）/86400=3.082km/s因为万有引力提供向心力，所以有：GMm/r^2=mv2^2/r，化简得GM=（v2）^2r所以地球的质量M=（3.082×10^3）^2×（42378×10^3）≈6×10^24kg=6×10^21吨，即地球重60万亿亿吨。陨石重m=1.5×10^15kg。地球重M=6.0×10^24kg。由于两者相差亿数量级，为了方便计算，当陨石撞击地球后默认地球质量不变仍为M。由动量定理得Mv3=mv1，得v3=mv1/M=1.5×10^15×20000/6×10^24=0.000005m/s。也就是说陨石撞击地球，理论上导致地球的速度增加了0.5×10^-5m/s。这个速度有多慢呢？打个比喻，普通人的指甲盖长度大概为1厘米，陨石撞击使地球增加的这个速度要持续33分钟才能移动一个指甲盖的距离（也就是1厘米）。所以对于地球本身而言，其运行轨道几乎不受影响，连挠痒痒都算不上。（以上计算结果均为理论上的数值，如计算有误还请谅解）

虽然那场灾难已经过去了6500万年，但是它在地球上遗留的“伤疤”依然有迹可循，从概率上来说，地球每几千万年都会有一颗超大型陨石撞击地球，下一次可能就是明天或者不久的将来。即使是现在，当这种灾难降临地球时，人类仍然束手无策，我们只能期望着每次它们靠近时只与我们“擦肩而过”。

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