A 1.5-kilometer asteroid, intact or in pieces, may have smashed into an ice sheet just 13,000 years ago.

NASA SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

Cratera maciça sob os pontos de gelo da Groenlândia para o impacto da alteração climática no tempo dos humanos

By Paul VoosenNov. 14, 2018 , 2:00 PM

Em um brilhante dia de julho, dois anos atrás, Kurt Kjær estava em um helicóptero sobrevoando o noroeste da Groenlândia - uma extensão de gelo, branca e brilhante. Logo, seu alvo apareceu: a Geleira Hiawatha, uma folha de gelo que se movimenta lentamente, com mais de um quilômetro de espessura. Avança sobre o Oceano Ártico, não em uma parede reta, mas em um semicírculo conspícuo, como se derramando de uma bacia. Kjær, geólogo do Museu de História Natural da Dinamarca, em Copenhague, suspeitava que a geleira estivesse escondendo um segredo explosivo. O helicóptero pousou perto do rio que escoa a geleira, varrendo as rochas que estão abaixo dela. Kjær tinha 18 horas para encontrar os cristais minerais que confirmariam suas suspeitas.

O que ele trouxe para casa garantiu o caso de uma grande descoberta. Escondida sob Hiawatha há uma cratera de impacto de 31 quilômetros de largura, grande o suficiente para engolir Washington, D.C., Kjær e 21 co-autores relatam hoje em um artigo na Science Advances. A cratera foi deixada quando um asteróide de ferro com 1,5 km de diâmetro bateu na Terra, possivelmente nos últimos 100 mil anos.

Embora não seja tão cataclísmico quanto o impacto de Chicxulub, que matou dinossauros, que escavou uma cratera de 200 quilômetros no México há cerca de 66 milhões de anos, o impacto do Hiawatha também pode ter deixado uma marca na história do planeta. O momento ainda está em debate, mas alguns pesquisadores da equipe de descoberta acreditam que o asteróide atingiu um momento crucial: cerca de 13 mil anos atrás, assim como o mundo estava descongelando da última era glacial. Isso significaria que colidiu com a Terra quando os mamutes e outras megafaunas estavam em declínio e as pessoas estavam se espalhando pela América do Norte.

O impacto teria sido um espetáculo para qualquer um em um raio de 500 quilômetros. Uma bola de fogo branca quatro vezes maior e três vezes mais brilhante que o sol teria cruzado o céu. Se o objeto batesse em um lençol de gelo, ele teria atravessado o leito rochoso, vaporizando a água e a pedra num piscar de olhos. A explosão resultante acumulou a energia de 700 bombas nucleares de 1 megatoneladas, e até mesmo um observador a centenas de quilômetros de distância teria experimentado uma onda de choque violento, um trovão monstruoso e ventos com força de furacão. Mais tarde, restos de rochas poderiam ter chovido na América do Norte e na Europa, e o vapor liberado, um gás de efeito estufa, poderia ter aquecido localmente a Groenlândia, derretendo ainda mais gelo.

A notícia da descoberta do impacto reavivou um antigo debate entre cientistas que estudam o clima antigo. Um impacto maciço no manto de gelo teria enviado água derretida para o Oceano Atlântico - interrompendo potencialmente a correia transportadora das correntes oceânicas e provocando o afundamento das temperaturas, especialmente no Hemisfério Norte. "O que isso significaria para as espécies ou a vida na época? É uma grande questão em aberto", diz Jennifer Marlon, paleoclimatologista da Universidade de Yale.

Uma década atrás, um pequeno grupo de cientistas propôs um cenário semelhante. Eles estavam tentando explicar um evento de resfriamento, com mais de 1000 anos de duração, chamado de Younger Dryas, que começou há 12.800 anos, quando a última era glacial estava terminando. Sua solução controversa era invocar um agente extraterrestre: o impacto de um ou mais cometas. Os pesquisadores propuseram que, além de mudar o encanamento do Atlântico Norte, o impacto também provocou incêndios florestais em dois continentes que levaram à extinção de grandes mamíferos e ao desaparecimento da população de Clovis, caçadora de mamutes, na América do Norte. O grupo de pesquisa reuniu evidências sugestivas, mas inconclusivas, e poucos outros cientistas estavam convencidos. Mas a ideia pegou a imaginação do público apesar de uma limitação óbvia: ninguém conseguia encontrar uma cratera de impacto.

Os defensores do impacto de Dryas mais jovens agora se sentem justificados. "Eu previ inequivocamente que esta cratera é da mesma idade que as Dryas Younger", diz James Kennett, geólogo marinho da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, um dos impulsionadores originais da idéia. Mas Jay Melosh, especialista em crateras de impacto da Purdue University em West Lafayette, Indiana, duvida que a greve tenha sido tão recente. Estatisticamente, os impactos do tamanho do Hiawatha ocorrem apenas a cada poucos milhões de anos, diz ele, e assim a chance de um apenas 13.000 anos atrás é pequena. Não importa quem esteja certo, a descoberta dará munição aos teóricos do impacto de Younger Dryas - e transformará o impactador de Hiawatha em outro tipo de projétil. "Esta é uma batata quente", diz Melosh à Science. "Você está ciente de que vai provocar uma tempestade de fogo?"

Tudo começou com um buraco. Em 2015, Kjær e um colega estavam estudando um novo mapa dos contornos ocultos sob o gelo da Groenlândia. Com base nas variações na profundidade do gelo e nos padrões de fluxo da superfície, o mapa ofereceu uma sugestão grosseira da topografia do leito rochoso - incluindo a sugestão de um buraco sob Hiawatha. Kjær recordou um enorme meteorito de ferro no pátio de seu museu, perto de onde ele estaciona sua bicicleta. Chamada de Agpalilik, o Inuit para "o homem", a rocha de 20 toneladas é um fragmento de um meteorito ainda maior, o Cape York, encontrado em pedaços no noroeste da Groenlândia por exploradores ocidentais, mas usado por muitos como fonte de ferro para arpão dicas e ferramentas. Kjær se perguntou se o meteorito poderia ser um remanescente de um impactor que cavou a característica circular sob Hiawatha. Mas ele ainda não estava confiante de que era uma cratera de impacto. Ele precisava ver isso mais claramente com o radar, que pode penetrar no gelo e refletir sobre o leito rochoso.

Kjær's team began to work with Joseph MacGregor, a glaciologist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, who dug up archival radar data. MacGregor found that NASA aircraft often flew over the site on their way to survey Arctic sea ice, and the instruments were sometimes turned on, in test mode, on the way out. "That was pretty glorious," MacGregor says.

As imagens do radar mostraram mais claramente o que parecia ser a borda de uma cratera, mas ainda estavam muito confusas no meio. Muitas características na superfície da Terra, como as caldeiras vulcânicas, podem se mascarar como círculos. Mas apenas as crateras de impacto contêm picos centrais e anéis de pico, que se formam no centro de uma cratera recém-nascida quando - como o esguicho de uma pedra em um lago - a rocha derretida se recupera logo após um ataque. Para procurar esses recursos, os pesquisadores precisavam de uma missão de radar dedicada. Coincidentemente, o Instituto Alfred Wegener de Pesquisa Polar e Marinha em Bremerhaven, Alemanha, tinha acabado de comprar um radar de penetração de gelo da próxima geração para montar através das asas e do corpo de sua aeronave Basler, um DC-3 retrátil. da ciência do Ártico. Mas eles também precisavam de financiamento e uma base próxima a Hiawatha.

Kjær cuidou do dinheiro. As agências tradicionais de financiamento seriam muito lentas ou propensas a perder sua ideia, ele pensou. Então, ele pediu à Fundação Carlsberg, de Copenhague, que usa os lucros de suas vendas globais de cerveja para financiar a ciência. MacGregor, por sua vez, convocou os colegas da Nasa para convencer os militares americanos a deixarem a base aérea de Thule, um posto avançado da Guerra Fria no norte da Groenlândia, onde membros alemães da equipe tentavam obter permissão para trabalhar por 20 anos. "Eu me aposentei, cientistas alemães muito sérios enviando-me emojis de cara feliz", diz MacGregor.

NASA and German aircraft used radar to see the contours of an impact crater beneath the ice of Hiawatha Glacier.

JOHN SONNTAG/NASA

Três vôos, em maio de 2016, adicionaram 1600 quilômetros de dados novos de dezenas de trânsitos através do gelo - e evidências de que Kjær, MacGregor e sua equipe estavam em algo. O radar revelou cinco saliências proeminentes no centro da cratera, indicando um pico central subindo cerca de 50 metros de altura. E em um sinal de um impacto recente, o fundo da cratera é excepcionalmente irregular. Se o asteróide tivesse atingido antes de 100.000 anos atrás, quando a área estivesse livre de gelo, a erosão do derretimento do gelo mais para o interior teria lavado a cratera suavemente, diz MacGregor.

Os sinais de radar também mostraram que as camadas profundas de gelo estavam confusas - outro sinal de um impacto recente. Os padrões estranhamente perturbados, diz MacGregor, sugerem que "a camada de gelo não se equilibrou com a presença dessa cratera de impacto". Mas a equipe queria evidências diretas para superar o ceticismo que eles sabiam que receberia uma reivindicação por uma enorme cratera jovem, que parecia desafiar as chances de que grandes impactos acontecessem. E é por isso que Kjær se viu, naquele brilhante dia de julho de 2016, freneticamente experimentando pedras ao longo do crescente do terreno que circundava o rosto de Hiawatha. Sua parada mais crucial foi no meio do semicírculo, perto do rio, onde ele coletou sedimentos que pareciam ter vindo do interior do glaciar. Foi agitado, diz ele - "um daqueles dias em que você só verifica suas amostras, cai na cama e não se levanta por algum tempo".

Nesse outwash, a equipe de Kjær encerrou seu caso. Peneirando a areia, Adam Garde, geólogo do Serviço Geológico da Dinamarca e da Groenlândia, em Copenhague, encontrou grãos de vidro forjados a temperaturas mais altas do que uma erupção vulcânica pode gerar. Mais importante, ele descobriu cristais de quartzo chocados. Os cristais continham um padrão distinto de bandas que pode ser formado apenas nas intensas pressões de impactos extraterrestres ou armas nucleares. O quartzo faz o caso, diz Melosh. "Parece muito bom. Toda a evidência é bastante convincente." Agora, a equipe precisa descobrir exatamente quando ocorreu a colisão e como isso afetou o planeta.

The Younger Dryas, batizada em homenagem a uma pequena flor ártica branca e amarela que floresceu durante o frio, há muito tempo fascina os cientistas. Até que o aquecimento global impulsionado pelo homem se instalasse, esse período reinou como uma das mais recentes oscilações de temperatura na Terra. À medida que a última era do gelo diminuiu, há cerca de 12,8 mil anos, as temperaturas em partes do hemisfério norte caíram até 8 ° C, até as leituras da era do gelo. Eles permaneceram assim por mais de mil anos, transformando a floresta que avançava de volta à tundra.

O gatilho poderia ter sido uma ruptura na correia transportadora das correntes oceânicas, incluindo a corrente do Golfo, que transporta o calor para o norte dos trópicos. Em um artigo de 1989 na Nature, Kennett, juntamente com Wallace Broecker, um cientista climático do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Colúmbia, e outros, expuseram como a água derretida de placas de gelo recuadas poderia ter desligado o transportador. Como a água morna dos trópicos viaja para o norte na superfície, ela esfria enquanto a evaporação a torna mais salgada. Ambos os fatores aumentam a densidade da água até que ela afunda no abismo, ajudando a movimentar o transportador. Adicionando um pulso de água doce menos densa poderia acertar os freios. Pesquisadores paleoclimáticos endossaram amplamente a idéia, embora a evidência para tal inundação tenha faltado até recentemente.

Então, em 2007, Kennett sugeriu um novo gatilho. Ele se juntou a cientistas liderados por Richard Firestone, físico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia, que propôs uma greve de cometa no momento-chave. Explodindo sobre o manto de gelo que cobria a América do Norte, o cometa ou cometas teria jogado pó de luz no céu, esfriando a região. Mais ao sul, projéteis de fogo teriam incendiado as florestas, produzindo fuligem que aprofundaria a escuridão e o resfriamento. O impacto também poderia ter desestabilizado o gelo e a água de degelo liberada, o que teria interrompido a circulação no Atlântico.

O caos climático, sugeriu a equipe, poderia explicar por que os assentamentos Clovis se esvaziaram e a megafauna desapareceu logo depois. Mas a evidência era escassa. Firestone e seus colegas sinalizaram camadas finas de sedimentos em dezenas de sítios arqueológicos na América do Norte. Esses sedimentos pareciam conter vestígios geoquímicos de um impacto extraterrestre, como o pico do irídio, o elemento exótico que ajudou a consolidar o impacto do Chicxulub. As camadas também produziam pequenas contas de vidro e ferro - possíveis detritos de meteoritos - e cargas pesadas de fuligem e carvão, indicando incêndios. A equipe encontrou críticas imediatas.

O declínio de mamutes, preguiças-gigantes e outras espécies começou bem antes das Dryas Younger. Além disso, não havia sinal de uma morte humana na América do Norte, disseram arqueólogos. O povo nômade de Clóvis não teria ficado muito tempo em nenhum site. Os distintivos pontos de lança que marcaram sua presença provavelmente desapareceram não porque as pessoas tenham morrido, mas porque essas armas não eram mais úteis quando os mamutes diminuíram, diz Vance Holliday, um arqueólogo da Universidade do Arizona em Tucson. A hipótese de impacto estava tentando resolver problemas que não precisavam ser resolvidos.

A evidência geoquímica também começou a se desgastar. Cientistas de fora não conseguiram detectar o pico de irídio nas amostras do grupo. As contas eram reais, mas eram abundantes em muitos tempos geológicos, e a fuligem e o carvão não pareciam aumentar na época das Dryas mais novas. "Eles listaram todas essas coisas que não são suficientes", diz Stein Jacobsen, geoquímico da Universidade de Harvard que estuda crateras.

No entanto, a hipótese do impacto nunca morreu completamente. Seus proponentes continuaram estudando a suposta camada de detritos em outros locais na Europa e no Oriente Médio. Eles também relataram encontrar diamantes microscópicos em locais diferentes que, segundo eles, poderiam ter sido formados apenas por um impacto. (Pesquisadores externos questionam as alegações de diamantes.) Agora, com a descoberta da cratera de Hiawatha, "acho que temos a arma fumegante", diz Wendy Wolbach, geoquímico da Universidade De-Paul em Chicago, Illinois, que trabalhou em incêndios durante a época.

O impacto teria derretido 1500 gigatoneladas de gelo, estima a equipe - tanto gelo quanto a Antártida perdeu por causa do aquecimento global na década passada. O efeito estufa local a partir do vapor liberado e o calor residual na rocha da cratera teriam adicionado mais derretimento. Grande parte dessa água doce poderia ter acabado no vizinho Labrador Sea, um local primário que bombeia a circulação do Oceano Atlântico. "Isso potencialmente poderia perturbar a circulação", diz Sophia Hines, paleoclimatologista marinha de Lamont-Doherty.
Desconfiado da controvérsia anterior, Kjær não endossará esse cenário. "Eu não estou me colocando na frente desse bandwagon", diz ele. Mas, em rascunhos do documento, ele admite, a equipe explicitamente chamou uma possível conexão entre o impacto de Hiawatha e o Younger Dryas.

Banded patterns in the mineral quartz are diagnostic of shock waves from an extraterrestrial impact.

ADAM GARDE, GEUS

A evidência começa com o gelo. Nas imagens de radar, partículas de erupções vulcânicas distantes fazem com que algumas das fronteiras entre camadas sazonais se destacem como reflexos brilhantes. Essas camadas brilhantes podem ser combinadas com as mesmas camadas de areia em núcleos de gelo datados e catalogados de outras partes da Groenlândia. Usando essa técnica, a equipe de Kjær descobriu que a maior parte do gelo em Hiawatha está perfeitamente em camadas nos últimos 11.700 anos. Mas no antigo e perturbado gelo abaixo, os reflexos brilhantes desaparecem. Seguindo as camadas profundas, a equipe combinou a confusão com o gelo superficial rico em detritos na borda de Hiawatha, que antes era datado de 12.800 anos atrás. "Foi bastante consistente que o fluxo de gelo foi fortemente perturbado em ou antes do Younger Dryas", diz MacGregor.

Outras linhas de evidência também sugerem que o Hiawatha poderia ser o impacto do Younger Dryas. Em 2013, Jacobsen examinou um núcleo de gelo do centro da Groenlândia, a 1000 quilômetros de distância. Ele estava esperando para colocar a teoria do impacto Younger Dryas para descansar, mostrando que, 12.800 anos atrás, os níveis de metais que os impactos de asteróides tendem a se espalhar não aumentou. Em vez disso, ele encontrou um pico de platina, semelhante aos medidos em amostras do local da cratera. "Isso sugere uma conexão com o Younger Dryas bem ali", diz Jacobsen.

Para Broecker, as coincidências se somam. Ele tinha sido intrigado pela primeira vez pelo papel Firestone, mas rapidamente se juntou às fileiras dos pessimistas. Defensores do impacto da Younger Dryas ficaram muito presos a ele, diz ele: os incêndios, a extinção da megafauna, o abandono dos sítios de Clóvis. "Eles puseram um brilho ruim nisso." Mas o pico de platina encontrado por Jacobsen, seguido da descoberta de Hiawatha, fez com que ele acreditasse novamente. "Tem que ser a mesma coisa", diz ele.

No entanto, ninguém pode ter certeza do momento. As camadas perturbadas poderiam refletir nada mais do que as tensões normais no fundo da camada de gelo. "Sabemos muito bem que o gelo antigo pode ser perdido por cisalhamento ou derretimento na base", diz Jeff Severinghaus, paleoclimatologista do Scripps Institution of Oceanography, em San Diego, Califórnia. Richard Alley, um glaciologista da Universidade Estadual da Pensilvânia em University Park, acredita que o impacto é muito mais antigo do que 100.000 anos e que um lago subglacial pode explicar as texturas estranhas perto da base do gelo. "O fluxo de gelo sobre os lagos em crescimento e encolhendo, interagindo com a topografia rugosa, pode ter produzido estruturas bastante complexas", diz Alley.

Um impacto recente também deve ter deixado sua marca em meia dúzia de núcleos de gelo profundo perfurados em outros locais da Groenlândia, que documentam os 100.000 anos da história atual da camada de gelo. No entanto, nenhum exibe a fina camada de entulho que um ataque do tamanho de Hiawatha deveria ter levantado. "Você realmente deveria ver alguma coisa", diz Severinghaus.

Brandon Johnson, um cientista planetário da Brown University, não tem tanta certeza. Depois de ver um rascunho do estudo, Johnson, que modela impactos em luas geladas como Europa e Enceladus, usou seu código para recriar um impacto de asteroide em uma camada de gelo espessa. Um impacto cava uma cratera com um pico central como aquele visto em Hiawatha, ele descobriu, mas o gelo suprime a disseminação de detritos rochosos. "Os resultados iniciais são que vai muito menos longe", diz Johnson.

In 2016, Kurt Kjær looked for evidence of an impact in sand washed out from underneath Hiawatha Glacier. He would find glassy beads and shocked crystals of quartz.

SVEND FUNDER

Even if the asteroid struck at the right moment, it might not have unleashed all the disasters envisioned by proponents of the Younger Dryas impact. "It's too small and too far away to kill off the Pleistocene mammals in the continental United States," Melosh says. And how a strike could spark flames in such a cold, barren region is hard to see. "I can't imagine how something like this impact in this location could have caused massive fires in North America," Marlon says.

It might not even have triggered the Younger Dryas. Ocean sediment cores show no trace of a surge of freshwater into the Labrador Sea from Greenland, says Lloyd Keigwin, a paleoclimatologist at the Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts. The best recent evidence, he adds, suggests a flood into the Arctic Ocean through western Canada instead.

An external trigger may be unnecessary in any case, Alley says. During the last ice age, the North Atlantic saw 25 other cooling spells, probably triggered by disruptions to the Atlantic's overturning circulation. None of those spells, known as Dansgaard-Oeschger (D-O) events, was as severe as the Younger Dryas, but their frequency suggests an internal cycle played a role in the Younger Dryas, too. Even Broecker agrees that the impact was not the ultimate cause of the cooling. If D-O events represent abrupt transitions between two regular states of the ocean, he says, "you could say the ocean was approaching instability and somehow this event knocked it over."

Still, Hiawatha's full story will come down to its age. Even an exposed impact crater can be a challenge for dating, which requires capturing the moment when the impact altered existing rocks—not the original age of the impactor or its target. Kjær's team has been trying. They fired lasers at the glassy spherules to release argon for dating, but the samples were too contaminated. The researchers are inspecting a blue crystal of the mineral apatite for lines left by the decay of uranium, but it's a long shot. The team also found traces of carbon in other samples, which might someday yield a date, Kjær says. But the ultimate answer may require drilling through the ice to the crater floor, to rock that melted in the impact, resetting its radioactive clock. With large enough samples, researchers should be able to pin down Hiawatha's age.

Given the remote location, a drilling expedition to the hole at the top of the world would be costly. But an understanding of recent climate history—and what a giant impact can do to the planet—is at stake. "Somebody's got to go drill in there," Keigwin says. "That's all there is to it."

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doi:10.1126/science.aaw0141