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¿Qué pasa en un impacto?
Maximiliano C. L. Rocca

La Física básica de la formación de cráteres/estructuras
de impacto de asteroides o cometas en la Tierra.
n las últimas décadas, los geólogos planetarios han demostrado que las superficies de Mercurio, Venus, la Luna, Marte y las lunas heladas de los planetas gigantes gaseosos están todas mayoritariamente cubiertas por cráteres y estructuras de impactos. Estos impactos cósmicos son la consecuencia de las colisiones con núcleos de cometas o de asteroides que se cruzan en las órbitas de los planetas. Los mismos científicos han también demostrado que nuestro planeta Tierra es víctima de los mismos impactos de esos objetos cósmicos.

A consecuencia del impacto se forma una cicatriz en la superficie terrestre con forma de cuenco circular llamada CRÁTER o ESTRUCTURA de IMPACTO. Ya se han catalogado unas 200 estructuras y cráteres de impacto sobre la Tierra que tienen desde unas decenas de metros hasta cientos de kilómetros de diámetro.

Veremos hoy la física básica de la formación de estos cráteres o estructuras de impacto terrestres y su clasificación geomorfológica.

Hay 3 etapas en la formación mecánica y física de un cráter de impacto.
1) CONTACTO Y COMPRESIÓN.
2) EXCAVACIÓN.
3) COLAPSO Y MODIFICACIÓN.
Un asteroide o un núcleo de cometa viene desde el espacio con velocidades tremendas (desde 20 hasta 70 km/segundo). Así, su ENERGÍA CINÉTICA (energía de movimiento) es demoledora y colosal.

Esta energía cinética es proporcional a un medio de la masa del objeto cósmico multiplicado por el cuadrado de la velocidad.

Energía cinética = 0.5 x Masa x Velocidad al cuadrado

Y usando el sistema para cálculos MKS la velocidad está dada en Metros por Segundo (m/s) y la masa en Kilogramos (kg).

Un cometa o asteroide pesa millones de kilogramos y se mueve a miles de metros por segundo y así su energía cinética tendrá números muy grandes.

Usando el MKS la energía cinética va a dar en JOULES (la unidad de medición de energías en física) pero esos valores se pueden pasar a Megatones de TNT. Un Megatón de TNT es el equivalente en energía a una explosión de un millón de toneladas del explosivo químico Trinitrotolueno (TNT).

Resultado: ENERGÍA CINÉTICA de DECENAS MILES a CIENTOS DE MILLONES de MEGATONES de TNT.

Vamos ahora ver en detalle las etapas en la formación del cráter.

CONTACTO Y COMPRESIÓN
Cuando el asteroide o cometa toca el suelo terrestre la energía cinética se transforma instantáneamente en la llamada ONDA DE SHOCK o de CHOQUE. Se trata de un pico de altísima presión (¡de millones de atmósferas!) que se propaga a gran velocidad comprimiendo el suelo (cientos de kilómetros por segundo de velocidad).
EXCAVACIÓN
La onda de shock es al principio muy potente, muy veloz y va excavando un hoyo con forma de taza de té en el suelo terrestre.

Comprime violentamente la roca hacia los lados de la cavidad y lanza así al excavar el cráter millones de toneladas de escombros rocosos hacia el cielo.

Excava el cráter.

En promedio, un asteroide abre un cráter cuyo diámetro es igual a 20 veces su propio diámetro. Ejemplo: Una roca de 1 km de diámetro abrirá un cráter de 20 km.

La onda de shock pierde fuerza con la distancia a medida que se propaga y excava el cráter.

Llega un momento en que pierde toda su fuerza como para seguir cavando el hoyo y allí termina la etapa de EXCAVACIÓN.

Tenemos ahora un hermoso hoyo con forma de taza de té.

Tendrá bordes sobre elevados con respecto al piso circundante y una "carpeta de escombros rocosos" todo a su alrededor lanzados desde el cráter durante la excavación.

Es lo que se en la jerga se llama un CRÁTER DE IMPACTO de TIPO SIMPLE. Un cráter con forma de taza, pero sin colapso en los bordes.
El cráter Barringer
El cráter Barringer visto desde el sur. (Steve Jurvetson) Click para ampliar!
Uno de los más hermosos cráteres de impacto del planeta Tierra del tipo simple, es el cráter BARRINGER de Arizona, USA.

Con sus 1.2 kilómetros de diámetro muestra la forma típica de taza de té y los bordes sobre elevados con respecto al suelo circundante.
COLAPSO Y MODIFICACIÓN

En el caso del planeta Tierra si el cráter de impacto tiene más de 4 o 5 km de diámetro entonces por efecto de la fuerza de gravedad sus bordes se colapsarán.

Se colapsan por su propio peso.

Esto SOLO OCURRE SI EL CRÁTER TIENE MÁS DE 4 o 5 km de DIÁMETRO.

Si tiene menos de este tamaño en nuestro planeta NO HAY COLAPSO. Está directamente relacionado con la fuerza de gravedad de cada planeta. Los bordes del cráter se hunden y deslizan rápidamente hacia el centro del cráter.

Cuanto mayor sea el diámetro del cráter mayor será su colapso y modificación desde el borde hacia el centro.

Pero, hay ahora en juego un fenómeno físico que solo se da en los impactos colosales de más de 5 km de diámetro y es que el material rocoso del suelo impactado se comporta frente al paso de la tremenda onda de shock como si fuese un líquido y fluye en respuesta a su paso.

Es complejo de explicar, pero en palabras fáciles, tiene que ver con lo poderosa que es la onda de shock en impactos tan grandes y que supera en presión los millones de atmósferas.

La onda de shock es tan poderosa y tan repentina en su paso que supera la cohesión del material rocoso impactado y este se comporta como un "líquido".

Es así que la geomorfología final de las ESTRUCTURAS de IMPACTO de tipo COMPLEJAS refleja el comportamiento "líquido" de las rocas impactadas.

Vamos a aclarar aún más este concepto: para eso veamos lo que pasa en el impacto de una gota de agua sobre un estanque también de agua.

La gota impacta el agua.

En el impacto se forma primero una salpicadura hacia arriba en el centro y luego esa salpicadura hacia arriba (se le llama “pico central”) se colapsa por su propio peso y propaga hacia los costados en forma de ondas.

Caída de una gota de agua en un estanque de agua, en cámara lenta.
(Canal de Youtube - stepvideolabs)
El video anterior nos muestra este fenómeno. El impacto de un objeto sobre un estanque de agua forma ondas concéntricas. Lo mismo pasa en el caso de las ESTRUCTURAS de IMPACTO COMPLEJAS. Cuanto mayores son en diámetro más ondas concéntricas se formarán.

Entonces las estructuras de impacto complejas se clasifican según su tamaño y geomorfología en:
1) de pico central con entre 5 y 20 kilómetros de diámetro. En ellas se forma solo una montaña o pico central.
2) de anillo central con entre 20 y 150 kilómetros de diámetro: aquí se forma un anillo de montañas central.
3) cuencas multianillo con más de 150 kilómetros de diámetro. Aquí ya se forman varios anillos concéntricos de montañas rodeados por valles hundidos, como las ondas en un estanque de agua impactado por una piedra.
Todo está en directa relación al colapso de los bordes hacia el centro y con la "salpicadura" del material impactado y la formación de ondas concéntricas.

Un ejemplo hermoso de una ESTRUCTURA de impacto del tipo COMPLEJO con un anillo central de montes, es el de GOSSES BLUFF en Australia con 22 kilómetros de diámetro.
¿QUÉ PASA CON EL ASTEROIDE O COMETA LUEGO DE IMPACTAR?
Se evapora por completo y se pierde como gas en la atmósfera.

Increíble. ¡¡No puede ser!!... pero es así y es real.

De una mole kilométrica de rocas que cae desde el cielo a gran velocidad, no queda casi nada más que vapor y algunos átomos.

Vamos a explicar bien esto.

Existe lo que se conoce en física como el principio de acción y reacción.

A toda acción o fuerza que se ejerce sobre un objeto hay una reacción o fuerza de igual magnitud y sentido contrario.

El asteroide o cometa al impactar genera una tremenda onda de shock, pero a su vez generará una tremenda onda de reacción de sentido contrario que lo castigará a sí mismo.
Esta onda se propaga por el asteroide o cometa y es tan potente que lo convierte en vapor.

Vamos a un símil de la vida cotidiana:

¿Qué pasaría si Usted decide darle un potente puñetazo a la pared?

Fácil.

Primero escuchará el golpe en el momento del impacto mismo.

Esta es la onda de shock o de choque que se propaga por el aire como un ruido fuerte.

Si pega muy fuerte, abrirá un hoyo con forma de puño en la pared.

Es el cráter de impacto.

Pero es casi seguro que Usted luego de dar el golpe a la pared se fracturará la mano.

Este es el efecto ineludible de la onda de reacción que lo castiga a Usted mismo de rebote.

En palabras fáciles algo muy similar es lo que pasa con el impacto de un asteroide o cometa.

La energía liberada en el rebote o reacción es tan tremenda que vaporiza el objeto por completo.

Cuanto mayor sea el impacto, más potente será el efecto de rebote de la onda de shock y más vaporizará al asteroide o cometa.

En resumen, esta es la física básica simplificada de la formación de un cráter o estructura de impacto en nuestro planeta.
El cráter Gosses Bluff
El cráter Gosses Bluff, en Australia.
(Imagen de autor anónimo) Click para ampliar!
 
Maximiliano C. L. Rocca es Analista de Sistemas. Desde 2002 trabaja en estudios de cráteres de impacto, becado anualmente por The Planetary Society de Pasadena, California, USA y por amistad en equipo con geólogos del Centro Austral de Investigaciones Científicas (CADIC- CONICET) de Ushuaia, Argentina.
 
CABA, Argentina, 05 de Diciembre de 2020.
 
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