Impact van meteorieten

In ons zonnestelsel bevinden zich talloze fragmenten van kometen en planetoïden die alle banen rond de zon beschrijven, waarvan een deel de aardbaan kruisen. Deze fragmenten noemen we meteoroïden. Als een meteoroïde de aardbaan kruist precies op het ogenblik dat de aarde zich op die plek op haar baan bevindt, "botst" de meteoroïde met de aarde.

De meteoroïde dringt de aarde binnen met een typische snelheid van enkele tientallen kilometer per seconde. Deze snelheid hangt af van enerzijds de baan van de meteoroïde en anderzijds de manier waarop ze de dampkring binnendringt (frontaal, rakelings, schuin, ...). Omgerekend in kilometer per uur, is de snelheid waarmee een meteoroïde ons ontmoet dus in de orde van 100 000 km/h!

Vanaf een hoogte van 80 tot 120 km boven het aardoppervlak speelt de atmosfeer, alhoewel nog bijzonder ijl, een belangrijke rol. Door de extreme wrijving bij de hierboven genoemde snelheden worden de luchtmoleculen langs het traject van de meteoroïde geïoniseerd. Elektronen worden van de atoomkernen losgerukt, en wanneer die zich terug binden met hun kernen, wordt de vrijgekomen energie uitgestraald als licht.
Die lichtende luchtkolom rond het traject van de meteoroïde zien we dan als een meteoor of "vallende ster". Dit verschijnsel kunnen we vergelijken met wat er gebeurt in een TL-lamp. Het enige verschil is dat in een TL-lamp het een elektrische stroom is die verantwoordelijk is voor het ioniseren en doen oplichten van het gas in de buislamp.

Een wijd verbreidde misvatting is dat een meteoroïde opbrandt in de dampkring en dat we dit opbranden zien als een meteoor of "Vallende ster".
Op de hoogte waarop een meteoor oplicht is er immers nauwelijks zuurstof, een essentieel ingrediënt voor een verbrandingsreactie. Bovendien is een meteoroïde in de regel gewoon veel te klein om op die afstand gezien te kunnen worden. Wat we zien is dus niet het deeltje zelf, maar de lichtende luchtkolom errond.

Wat er verder gebeurt, hangt af van diverse factoren, zoals de grootte van de meteoroïde, de impactsnelheid, de hoek waaronder de meteoroïde de dampkring binnendringt, de samenstelling en de dichtheid van de meteoroïde en de textuur ervan (compact, poreus, ...). We moeten daarom noodzakelijkerwijs veralgemenen in de beschrijving die nu volgt.

Figuur 1 visualiseert de verschillende mogelijkheden.

De belangrijkste scenario's die zich kunnen voordoen wanneer een meteoroïde de dampkring binnendringt.

Als de meteoroïde kleiner is dan pakweg 1 meter zal zij de tocht door de dampkring bijna nooit overleven. Door de wrijving met de lucht wordt de meteoroïde uiteengerukt in haar samenstellende atomen tot er niets meer van overblijft. De meteoroïde is meestal reeds volledig "opgelost" lang voor ze de grond kan bereiken. Dit is veruit het meest voorkomende scenario. Wat we zien, blijft beperkt tot een meteoor of "vallende ster". Elke nacht kunnen we op een perfect donkere plek tot 15 meteoren per uur zijn. Soms loopt dat aantal op tot 100 per uur, bijvoorbeeld elk jaar op 12 augustus, wanneer de aarde door de zogenaamde Perseïdenzwerm trekt.

Massieve objecten met een doormeter van 100 meter of meer ondervinden relatief weinig effect van de dampkring. Ze vallen gewoon recht op de aarde. Wat overblijft, is een meteoriet. Dergelijke meteorietinslagen komen gelukkig niet zo vaak voor: pakweg eens om de 10 000 jaar.

Meteoroïden met een afmeting tussen 1 en 100 m worden wel significant afgeremd door de dampkring. Op een hooge die meestal varieert tussen 10 km en 30 km is het object dermate afgeremd dat het zijn oorspronkelijke kosmische snelheid bijna geheel verloren heeft. Tegelijkertijd zijn de spanningen op het materiaal waaruit de meteoroïde bestaat dermate toegenomen dat deze typisch uiteenspat, soms op explosieve wijze. De fragmenten, typisch enkele honderden, zowel zeer kleine als grotere, vallen dan in vrije val op aarde, waar ze meteorieten worden genoemd.

Het gebied waarin de meteorieten terechtkomen, wordt het strooiveld genoemd. Het heeft de vorm van een langgerekte ellips, die enkele tientallen kilometers lang kan zijn.

Figuur 2 illustreert dit scenario voor de Homestead-impact die in 1875 plaatvond in de Amerikaanse staat Iowa.

Het strooiveld van de Homestead-impact in de Amerikaanse staat Iowa in 1875.
Dit strooiveld ontstaat omdat het oorspronkelijke object is uiteengespat door de spanningen op het materiaal ervan veroorzaakt door de wrijving met de dampkring.

Dit soort inslagen komt redelijk frequent voor: naar schatting vallen er 500 meteorieten per jaar op aarde. Slechts in een vijftal gevallen per jaar wordt de impact opgemerkt en is het strooiveld voldoende betekraarenisvol voor wetenschappelijk onderzoek. Inslagen van grotere meteoroïden zijn uiteraard zeldzamere dan inslagen van kleinere. Een impact van een object van 10 m treedt ongeveer elke 10 jaar op, terwijl dit voor een impact van een object van 4 m nog "maar" jaarlijks is. De meeste "inslagen" gebeuren echter op zee, en de meeste inslagen op land komen voor in dunbevolkte gebieden.

De impact op 15 februari 2013 in de Russische Oeral situeert zich duidelijk in de derde categorie. Het is duidelijk dat de meeste schade niet werd veroorzaakt door inslagen van meteorietfragmenten, maar door de schokgolf van de explosie die het oorspronkelijke object deed uiteenspatten. Zonder de aanwezigheid van veel gebouwen met glas zouden de gevolgen van deze inslag ongetwijfeld veel bescheidener geweest zijn. De eerste berichten spreken van een totale massa in de orde van 10 ton en afmetingen in de orde van enkele meters. Vermoedelijk betrof het hier een (erg compacte) ijzermeteoriet. De frequentie van een dergelijke impact is waarschijnlijk eenmaal in de orde van enkele jaren tot enkele tientallen jaren.

Zeer uitzonderlijk slaan ook veel grotere objecten in op aarde. Zo is het uitsterven van de dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden veroorzaakt door de inslag van een planetoïde van ongeveer 10 km doorsnede. Dergelijke inslagen hebben niet enkel lokale, maar ook globale gevolgen.
Als een dergelijke inslag vandaag zou plaatsvinden, zou de overgrote meerderheid van de wereldbevolking overlijden. Gelukkig is de frequentie van dergelijke inslagen slechts eenmaal in de orde van 100 miljoen jaar.
Het mag nochtans verrassen dat de kans dat je omkomt ten gevolge van een meteorietinslag ongeveer even groot is als de kans dat je omkomt in een vliegtuigongeluk (1/20 000). De reden hiervoor is dat de extreme zeldzaamheid van een impact met wereldwijde gevolgen gecompenseerd wordt door de miljarden slachtoffers die er dan zullen vallen. De bijdrage tot dit cijfer van mee frequente, kleinere inslagen, zoals die van 15 februari 2013 in Rusland, is echer verwaarloosbaar.

Momenteel worden er grote inspanningen geleverd om de planetoïden die met de aarde kunnen botsen in kaart te brengen. Als een dergelijke
planetoïde lang voor zo'n botsing geïdentificeerd wordt, zijn er immers nog mogelijkheden om de baan ervan zo te beïnvloeden dat een botsing vermeden wordt.

De ontdekking van de zeer kleine planetoïde 2012 DA₁₄ die eveneens op 15 februari 2013 in astronomische termen rakelings langs de aarde passeerde, moet worden gezien in het licht van deze inspanningen.

Uiteraard dringt zich de vraag op of er een verband is tussen beide verschijnselen. A priori is het niet ondenkbaar dat een brokstuk van deze planetoïde op aarde is ingeslagen. Wanneer we het traject van de meteoroïde boven de Russische Oeral vergelijken met de baan van de planetoïde, zien we dat beide uit volledig verschillende richtingen kwamen. Beide verschijnselen hadden dus niets met elkaar te maken en hun bijna-gelijktijdigheid is zuiver toeval.