Wszyscy wiedzą, że uderzenie asteroidy zniszczyło dinozaury, prawda? Wiele dowodów pokazuje, że zdarzenie uderzenia Chicxulub miało straszne konsekwencje dla dinozaurów. Ale obraz jest nieco bardziej skomplikowany. Ekstremalna aktywność wulkaniczna mogła przyczynić się do wyginięcia.
Pod koniec okresu kredowego, około 66 milionów lat temu, dinozaury wyginęły. I nie tylko dinozaury; około 75% wszystkich roślin i zwierząt wyginęło. Przetrwały ptasie dinozaury.
W tym samym czasie potężna asteroida lub kometa uderzyła w ziemski półwysep Jukatan we współczesnym Meksyku. Nazywane zdarzeniem uderzeniowym Chicxulub, zmętniało atmosferę parą wodną i szczególnie długotrwałym pyłem, ze względu na strukturę i rodzaj skały w miejscu uderzenia.
Łatwo jest stwierdzić, że Chicxulub spowodował wyginięcie. Istnieje wiele dowodów poza samą stroną wpływu.
Przede wszystkim samo wyginięcie nazywa się wyginięciem kredy-paleogenu (wyginięcie K-Pg), ponieważ oznaczało koniec ery kredy i początek okresu paleogenu. (Nazywa się to również wyginięciem kredowo-trzeciorzędowym (wygaszenie K-T).
Zapis geologiczny zawiera warstwę osadu sprzed 66 milionów lat, zwaną granicą K-Pg. Granica K-Pg występuje na skałach morskich i lądowych na całym świecie. Zawiera dużo metalu irydu, który jest rzadki na Ziemi, ale obfity w asteroidy. Wniosek jest taki, że uderzenie Chicxulub rozprzestrzeniło iryd na całym świecie, a teraz zachował się w geologii Ziemi, rodzaj dymnego pistoletu na wypadek uderzenia.
Ale rośnie liczba dowodów na to, że erupcje wulkaniczne przyczyniły się do masowego wyginięcia 66 milionów lat temu, a dowody te pochodzą z formacji skalnej zwanej Pułapkami Dekanu. Nowe badanie wzmacnia związek między wyginięciem K-Pg a aktywnością wulkaniczną, która spowodowała pułapki dekancyjne.
Deccan Traps to region w Indiach znany jako duża magmowa prowincja. To jedna z największych wulkanicznych cech na Ziemi. Pułapki to wiele warstw lawy bazaltowej i wszystkie razem mają grubość ponad 2 km. Pułapki Dekanu zajmują powierzchnię 500 000 km. (200 000 mil kwadratowych), choć kiedyś obejmowały one nawet 1,5 miliona kilometrów kwadratowych. (600 000 mil kwadratowych). Objętość lawy wynosi 1 milion kilometrów sześciennych (200 000 mil sześciennych).
Nazwa „pułapki” pochodzi od szwedzkiego słowa „trappa”, co oznacza schody. Odnosi się do struktury przypominającej krok w krajobrazie regionu.
W tych pułapkach jest jednak coś więcej niż kamień. Ilość aktywności wulkanicznej wymagana do utworzenia pułapek dekancyjnych spowodowałaby zanieczyszczenie atmosfery trującymi gazami. Teraz dwóch geologów z Princeton University stworzyło silniejsze powiązanie między pułapkami Dekanu a eksterminacją K-Pg z pierwszą osią czasu wysokiej rozdzielczości dla erupcji, które stworzyły pułapki Dekanu w Indiach. Ich badania pojawiają się w numerze Science z 22 lutego.
Dwóch naukowców to Blair Schoene i Gerta Keller, obaj z Uniwersytetu Princeton. Prowadzili międzynarodowy zespół do tego badania, który starał się datować różne warstwy pułapek Dekanu bardziej precyzyjnie niż kiedykolwiek wcześniej.
„Wszyscy słyszeli, że dinozaury zmarły z powodu asteroidy uderzającej w Ziemię” - powiedział Schoene, profesor nadzwyczajny nauk o Ziemi. „Wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego, że w ciągu ostatnich 500 milionów lat miało miejsce wiele innych masowych wyginięć, a wiele z nich zbiega się z dużymi wulkanami” z masywnych wulkanów zwanych bazaltami powodziowymi lub dużymi prowincjami magmowymi.
To nie pierwszy raz, gdy pułapki są zamieszane w wyginięcie K-Pg. Ale precyzja w tym nowym badaniu prowadzi do sedna sprawy.
Dotychczasowe wysiłki związane z formacjami geologicznymi nazywane są geochronologią. Geochronologia wykorzystuje nieodłączne cechy samych skał, aby znaleźć swój wiek, zwykle polegając na stosunkach izotopowych i rozpadzie radioaktywnym.
Najsłynniejsza technika geochronologiczna, zwykle nazywana datowaniem węglowym, wykorzystuje tempo rozpadu radioaktywnego węgla-14 w celu znalezienia wieku skamielin. Ale datowanie węgla działa tylko w przypadku żywej tkanki, która ma kilka tysięcy lat, co czyni ją przydatną w archeologii, ale nie w przypadku bazaltu sprzed 66 milionów lat.
W przypadku skał z czasów masowego wyginięcia geolodzy mają kilka możliwości wyboru materiałów naturalnie radioaktywnych. Geochronologia uranowo-ołowiowa prowadzi do bardzo precyzyjnych wieków, ale minerały zawierające uran rzadko występują w bazalcie, skale, która tworzy ogromne przepływy lawy w pułapkach Dekanu. Cyrkon zawierający uran to kolejna metoda datowania starożytnych skał, ale częściej można go znaleźć w wybuchowych erupcjach wulkanów typu Mount St. Helens, które mają chemię bardziej bogatą w krzemionkę.
Mając na uwadze te ograniczenia datowania, zespół naukowców ostrożnie przewidywał sukces. Nigdy nie spodziewali się, że ich pierwsza podróż do pułapek Dekanu przyniesie wyniki, które osiągnęli.
„Nie sądzę, aby ktokolwiek z nas spodziewał się, że nasza pierwsza podróż do pułapek Dekanu doprowadzi do tego rodzaju zestawu danych, jaki byliśmy w stanie stworzyć”, powiedział Mike Eddy z klasy 2011, obecnie pracownik naukowy z tytułem doktora w dziedzinie nauk o Ziemi i współautor w Nauka papier.
Ale mieli szczęście.
W ciągu pierwszych kilku dni w pułapkach Dekanu naukowcy zgromadzili próbki tak zwanych bazaltów gruboziarnistych. Bazalt jest najczęstszym rodzajem skały wulkanicznej na Ziemi. Szukali próbek zawierających minerały zawierające uran, ponieważ rozpad radioaktywny uranu jest jedną z wzorcowych metod geochronologii. Początkowo ich nie znaleziono, ponieważ takie skały są rzadkie w formacjach takich jak Pułapki Dekanu i bardziej powszechne w popiołach wulkanicznych.
Ale po kilku dniach znaleźli rodzaj skał bogatych w krzemionkę, których szukali.
„Podczas naszego pierwszego tygodnia w Indiach znaleźliśmy złoże popiołu o wysokiej zawartości krzemionki między dwoma bazaltowymi strumieniami, co spowodowało zmianę biegów” - powiedział Eddy. Naukowcy wiedzieli, że bogaty w krzemionkę popiół wulkaniczny może łatwo zawierać małe kryształy cyrkonu, które zachowują radioaktywny uran. „Prawdziwy przełom nastąpił dzień lub dwa później, kiedy Blair zdała sobie sprawę, że gleby kopalne mogły również gromadzić tego rodzaju popiół w niewielkich ilościach” - powiedział Eddy.
Zespół zmienił więc cel. Zamiast tego szukali złóż popiołu między przepływami bazaltu, szukając radioaktywnego uranu wewnątrz cyrkonu zawartego w popiele. Uran sprawia, że cyrkon, a tym samym warstwy popiołu, są łatwe do datowania. Datując warstwy popiołu powyżej i poniżej lawy, mogli dokładniej datować samą lawę i datę erupcji.
Zespół spędził trzy sezony polowe w prowincji Deccan i wysłał próbki ze 141 miejsc z powrotem do laboratorium w Princeton. 24 próbki zawierały to, czego potrzebował zespół: kryształy cyrkonu zawierające uran. Analiza próbek wykazała, że pułapki dekancyjne zostały utworzone przez cztery różne impulsy erupcyjne. I każdy z tych pulsów oznaczał zgubę dla dinozaurów i dla większości innych form życia na Ziemi w tym czasie.
Wybuch wulkanu zmienia atmosferę. Ogromne ilości siarki i dwutlenku węgla są wyrzucane do atmosfery po ich długotrwałym sekwestracji w skałach. Siarka ma krótkotrwałe działanie chłodzące na atmosferę, a dwutlenek węgla ma długoterminowe działanie rozgrzewające. Te dwa połączone mogą doprowadzić do dzikich zmian klimatu.
„Mogą one prowadzić do wahań klimatu między ciepłymi a zimnymi okresami, które naprawdę utrudniają życie na Ziemi”, powiedział Schoene. Ale aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób te erupcje wpłynęłyby na życie na Ziemi, musieli odpowiednio zaplanować czas. Masowa ilość CO2 będzie miała zupełnie inny wpływ, jeśli zostanie wstrzyknięta do atmosfery za sto lat, niż gdyby wstrzyknięcie zajęło milion lat.
Z czterech pulsów erupcyjnych zidentyfikowanych przez naukowców dwa z nich miały miejsce przed masowym wyginięciem. Drugi z tych dwóch rozpoczął się zaledwie kilkadziesiąt tysięcy lat przed uderzeniem Chicxulub, co jest niemal w tym samym momencie pod względem geologicznym. „Pierwsze dwa impulsy… odpowiadają okresowi, w którym klimat zmieniał się ponownie z zimnego na gorący i na zimny, a wielu naukowców uważa, że oznaczało to początkowe zakłócenie klimatu, które mogło przyczynić się do masowego wyginięcia”, powiedział Schoene. „Nasze dane pokazują, że być może drugi puls mógł odegrać ważną rolę w samym wyginięciu, ponieważ nastąpił tuż przed nim.”
„Wulkanizm Dekanu jest najbardziej prawdopodobną przyczyną masowego wymierania dinozaurów” - powiedziała Gerta Keller. „Wpływ Chicxulub mógł przyczynić się do ich zgonu, choć czas i skutki tego wpływu na środowisko wciąż pozostają do ustalenia”.
W innym niedawnym badaniu opublikowanym w tym samym numerze Science wykorzystano inną metodę do datowania pułapek Deccan i podano różne daty. W badaniu stwierdzono, że nie stwierdzono czterech wyraźnych pulsów wulkanicznych zidentyfikowanych w badaniu Princeton i że ponad 90% objętości pułapek Dekanu wybuchło w czasie krótszym niż 1 milion lat. Stwierdzono także, że około 75% z nich miało miejsce po wyginięciu K-Pg i że zmiana klimatu pod koniec Kredy zbiegła się z najmniejszymi fazami erupcji w pułapkach Dekanu. Jeśli tak, wulkanizm Pułapki Dekana nie mógł spowodować wyginięcia.
Inni naukowcy, świadomi natury debaty o uderzeniu wulkanu, której częścią są te badania, są bardziej ostrożni w swoich wnioskach.
„Ogólnie uważam, że ten artykuł jest znaczący i interesujący” - powiedział Pincelli Hull, asystent profesora geologii i geofizyki w Yale, który nie był zaangażowany w te badania i który opowiadał się przeciwko roli wulkanu w masowym wyginięciu. „Artykuł ma ogromny postęp w określaniu czasu wybuchów [pułapek dekancyjnych], ale to, jak to się wiąże z czasem odgazowania, jest nadal głównym pytaniem, które należy rozwiązać, aby dokładnie ustalić, jakie były odpowiednie role wulkanizmu i wpływu”.
Rzadko zdarza się, że jedno z badań na długiej linii badań kładzie debatę naukową do łóżka, a ta nie jest inna. Nauka postępuje, gdy naukowcy stają się lepsi w mierzeniu rzeczy i myśleniu o nich. To nie będzie koniec debaty.
Może być tak, że zabicie K-Pg wymagało podwójnego ciosu. Dinozaury mogły zostać powalone przez uderzenie Chicxulub i wracając w górę, a następnie na dobre powalone przez wulkany. Lub może być nawet bardziej skomplikowany.
Badanie z 2016 r. Pokazuje, że gatunki dinozaurów wymarły już miliony lat przed wyginięciem K-Pg i że nowe gatunki nie pojawiły się na ich miejscu. W tym samym czasie gatunki ssaków stawały się coraz bardziej zróżnicowane i być może lepiej ustawione, aby dostosować się do zmian spowodowanych przez aktywność wulkaniczną i wpływ Chicxulub. Być może ewolucyjnie dinozaury biegły, a uderzenie i wulkany były tylko wykrzyknikiem.
A może nigdy się nie dowiemy.
Źródła:
- Informacja prasowa: Czy wulkany zabiły dinozaury? Nowe dowody wskazują na „być może.
- Artykuł badawczy: Ograniczenia U-Pb dotyczące pulsacyjnego wybuchu pułapek Dekanu w poprzek masowego wyginięcia kredy
- Artykuł badawczy: Erupcyjne tempo wulkanizmu dekanowskiego w stosunku do granicy kredy i paleogenu
- Artykuł badawczy: dinozaury giną dziesiątki milionów lat przed ostatecznym wyginięciem
