Rekonstruálták a földi élet történetének legsötétebb napját, felbolydult a paleontológustársadalom

66 millió évvel ezelőtt a földtörténet egyik legsúlyosabb kihalása rázta meg az élővilágot, amely a fajok közel 75 százalékának, köztük az összes nem-madár dinoszaurusznak az eltűnéséhez vezetett. A K-Pg, avagy kréta-paleogén tömeges kihalást egy közel tíz kilométeres átmérőjű kisbolygó becsapódása okozta a ma Chicxulub-kráternek nevezett, a mexikói Yucatán-félsziget szomszédságában található területen. A katasztrófa nyomait egy globálisan megtalálható réteg, a K-Pg határvonal jelzi, mely a becsapódás megtörténtének geológiai és kémiai bizonyítékait tartalmazza, és elválasztja a többnyire dinoszauruszok és más hüllőcsoportok által dominált földtörténeti középidőt a tollas theropoda dinoszauruszokból leszármazó madarak és az emlősök korszakától.

Eddig nem voltak pontosan ismertek a kihalást megindító Chicxulub-becsapódás közvetlen, rövid távú hatásai. Egy új, áttörő felfedezés most ezen változtathat. Múlt pénteken meghökkentő cikk jelent meg a The New Yorker magazinban, amelyben Robert DePalma őslénykutató és a vele együtt dolgozó szakemberek azt állítják, hogy

a 66 millió évvel ezelőtti katasztrófa napját rögzítő lelőhelyre és a kisbolygó becsapódása által elpusztított növények és állatok – köztük dinoszauruszok – fosszilis maradványaira bukkantak

az észak-dakotai, Tanisnak elnevezett lelőhelyen. A New Yorkerben megjelent ismeretterjesztő írás a PNAS tudományos folyóiratban hétfőn este közzétett tanulmánynak kívánt publicitást adni, de több részletet és további rendkívüli fosszíliák felfedezésére utaló állításokat tartalmaz.

A PNAS-ben publikált szakcikk abba enged betekintést, hogy milyen katasztrofális geológiai eseményekkel járt a becsapódás a lelőhelyen létező egykori folyómederben és folyóparton, valamint hogy miként keletkezett két üledékréteg. A kutatók részletesen levezetik, hogy a becsapódást követő percekben hogyan keltettek óriási erejű földrengések a Nyugati Belső Vízút (a krétában létező Észak-Amerikai beltenger) beltengerben két, legalább 10 méteres árhullámot, amelyek az egykori Tanis-folyón végigsöpörve két, tengeri gerinctelenek, édesvízi halak és növények maradványait tartalmazó üledékréteget raktak le.

Az üledékrétegek és az abban talált halak egy részének fosszíliái elszórtan parányi gömböcskéket tartalmaznak, amelyek a Chicxulub-becsapódáskor kidobódott anyag aláhulló maradványai. Ez a tanulmányt szerző szakemberek szerint egyértelművé teszi, hogy az árhullám által lerakott üledék közvetlenül a kisbolygó becsapódása után jött létre. Ezt erősíti az is, hogy a két üledékréteget felülről az egész Földön előforduló, a becsapódás nyomait hordozó K-Pg határvonal zárja.

A cikk rögtön óriási vitát váltott ki paleontológusok és őslénytanra specializálódott tudományos újságírók körében, akik éles kritikákat fogalmaztak meg a szenzációs állítások és a felfedezés közzétételének módja miatt. Bár a cikk és a PNAS-ben publikált tanulmány körüli vita valószínűleg hosszú ideig fog tartani, a konszenzus a National Geographic által megszólaltatott kutatók körében jelenleg az, hogy Robert DePalma és a vele dolgozó kutatók tényleg forradalmi lelőhelyre bukkantak.

A becsapódás napja

A Chicxulub-kisbolygó Földdel való találkozása minden kétséget kizáróan a földi élet közel 4 milliárd éves történetének egyik legrosszabb napja lehetett.

• A sekély tengeri területet eltaláló, nagyjából 10-15 kilométeres kisbolygó 150-180 kilométer átmérőjű és 20 kilométer mély krátert hozott létre.
• A becsapódáskor szinte felfoghatatlan mértékű energia szabadult fel, amely felhevített porból és vízgőzből álló lökéshullámot indított el.
• A becsapódás kiváltotta, több mint 100 méter magas megacunami a mai Egyesült Államok déli államaiig ért el.
• A kisbolygó által a földkéregből kivájt félelmetes mennyiségű anyag – főként gipsz és más üledékes, karbonát tartalmú kőzetek – elhagyta a Föld légkörét, majd pedig ismét aláhullott, felhevítve azt.
• A hirtelen megnövekedett felszíni hőmérséklet globális erdőtüzeket indított.
• A becsapódás során elpárolgó karbonátos kőzetekből felszabaduló szén-dioxid tovább hevítette a légkört.
• Egyes paleontológusok szerint a becsapódás közvetlen következményei egy geológiai pillanat – néhány nap, hét, hónap – alatt már tömeges kihaláshoz vezettek.
• A becsapódás által az atmoszférába juttatott por több évig vagy évtizedig drámaian lecsökkentette a légkör átlátszóságát, a felszíni hőmérséklet csökkentésével „becsapódási telet” okozva.
  
• A légkör átlátszatlansága jelentős mértékben korlátozta a felszínt érő napfény mennyiségét, szinte lehetetlenné téve a fotoszintézist, megszakítva ezzel a táplálékláncot.
  

A K-Pg kihalást kisbolygó-becsapódással magyarázó Alvarez-hipotézist Luis Alvarez fizikusról és geológus fiáról, Walter Alvarezről nevezték el. 1980-ban felfedezték, hogy a K-Pg határvonal üledékes rétegében a normális több százszorosa az irídiumkoncentráció, aminek eredetét egy kisbolygó becsapódásával magyarázták. Az elméletet alátámasztják a K-Pg határvonalban talált sokkolt kvarcásványok és tektit üveg gömböcskék, amelyek a kisbolygó becsapódásának hatására keletkeztek a kráterformálódás közben kilökődő földkéregből.

Azóta az is világossá vált, hogy a szenes kondrit anyagú kisbolygók, amelyek közé a Chicxulub-kisbolygó tartozhatott, a K-Pg határvonal alapján várt mennyiségű és izotóp-összetételű irídiumot tartalmaznak. Az Alvarez-hipotézisnek azonban a legnagyobb lökést a Chicxulub-kráter felfedezése adta. A kráter nyomait az 1970-es évek végén találták meg geofizikusok, a jelentősége azonban 1991-re lett világos, amikor is a formálódásának idejét a K-Pg kihaláshoz kötötték.

Azután tudományos konszenzussá vált, hogy a K-Pg kihalás közvetlen oka a Chixulub-becsapódás volt. Egyéb lehetséges faktorok (kiterjedt vulkanizmus és klimatikus változások) lehetséges hatása máig vitatott. Az mindenesetre biztos, hogy K-Pg kihalás időpontját egy 2013-as kutatás pontosította a korábban elterjedt 65 millió évvel ezelőttről 66,043 (+- 0,011) millió évvel ezelőttire.

Mit találtak valójában a kutatók?

Az új tanulmány a Hell Creek geológiai formáció részét képező Tanis lelőhely területét 6 éve vizsgálja Robert DePalma és kutatócsoportja. 66 millió éve egy folyómeder és annak partvonala húzódott ott, amely a közeli Nyugati Belső Vízút beltengerbe torkollott. A két megfigyelt üledékréteget hirtelen, szárazföldi irányú árhullámok helyezték el a lelőhelyen, a benne található késő-kréta kori tengeri (ammoniteszek), édesvízi (tokalakúak közé tartozó halak) és szárazföldi élőlényekkel együtt.

A két réteg a bennük található szemcsék méretében különbözik. Az első, alapi réteg 50 centiméter vastag, és az egykori folyásiránnyal ellentétes áramlási vonalakat tartalmaz. Az alapi réteg tetején 180 fokban megfordul a folyásirány. A második rétegben ugyanezt az áramlási irányváltást figyelték meg a szakemberek: először a folyásiránnyal ellentétes, majd pedig azzal megegyezőre változik. A vízáramlás geológiai jelei és a fosszíliák változó, néha függőleges elhelyezkedése arra utal, hogy az üledékképződés hirtelen történt. A két üledékréteget a K-Pg határvonal borítja.

Az üledékrétegek képződése a kutatók vizsgálatai szerint a következőképp történhetett: a Chicxulub-becsapódás 10-11,5 magnitúdós földrengést eredményezett, amely az epicentrumától közel 3 ezer kilométerre lévő beltengerben legalább két, csaknem 10 méter magas hullámot váltott ki. Az első ilyen hullám közel 13 perccel később, a második pedig nagyjából 2 órával a becsapódás után érkezett meg. Ezek az egykori Tanis-folyón felfelé haladva egy-egy árhullámot okoztak, ideiglenesen megváltoztatva a folyó folyásirányát.

A két üledékréteg létrejöttére tehát közvetlenül a Chicxulub-kisbolygó Földdel való ütközése után került sor. Ezt bizonyítja, hogy a kisbolygó becsapódása által kivájt anyagból formálódó, majd a légkörből aláhulló tektit gömböket találtak a szakemberek mindkét üledékrétegben. Ezek a gömbök átlagosan 0,3-1,4 milliméter méretűek, ami egyezik a Chicxulub-krátertől való távolság alapján előrejelzett értékekkel. Az első és a második réteg között 3-8 centiméter mély, kráterszerű képződményeket azonosítottak a kutatók, aljukon 3 milliméteres gömbökkel. Ezek a formációk akkor keletkezhettek, amikor a tektitek 160-320 km/h-s sebességgel becsapódtak a puha, vízzel alig vagy egyáltalán nem borított felszínre. Különös szerencse továbbá, hogy egykori fatörzsekhez kötött, borostyánba zárt tektit gömböket is találtak a szakemberek, ezek ugyanis szinte teljesen megőrizték eredeti kémiai összetételüket.

Argon-argon kormeghatározási vizsgálatok egyértelműen arra mutatnak, hogy ezek a K-Pg becsapódásban keletkeztek. Egyedülálló, hogy a lelőhelyen talált halfosszíliák 50 százalékának kopoltyúiban is azonosítottak ilyen mikrotektit gömböket. A tektiteket a terület szakértője, az amszterdami Vrije Egyetem nyugdíjba vonult professzora, Jan Smit vizsgálta. A tanulmány elkészítésében és a Chicxulub-becsapódás hatásainak meghatározásában szerepet játszott Walter Alvarez is, a becsapódási hipotézis egyik kidolgozója is.

De hogy kerültek a dinoszauruszok a New Yorkerbe?

A New Yorkerben megjelent állítással szemben (miszerint az őslénykutatók egy „dinoszaurusztemetőt” találtak a Tanis lelőhelyen) a PNAS-es tanulmányban dinoszauruszleletekről még csak említés sem esett. A tanulmányhoz csatolt kiegészítő információban egy, valószínűleg az árhullám előtt elpusztult, Ceratopsia növényevő dinoszauruszok közé tartozó egyed csípőcsontdarabjának megtalálásáról számolnak be a kutatók. A kiegészítő információban szereplő egyetlen további hüllőlelet a moszaszaurusz-félék (nem-dinoszaurusz tengeri hüllők) közé tartozó állatból származó fog csupán.

A New Yorker-cikkben azonban maga DePalma számol be Pterosaurus repülőhüllő-maradványok, dinoszaurusztojások, több dinoszauruszcsoportot felölelő csontmaradványok, lehetséges dinoszaurusztollak, illetve egy potenciálisan emlős által fúrt járat megtalálásáról. Ezekről az egyenként is fantasztikus leletekről eddig még semmit sem publikáltak tudományos folyóiratokban.

Ha bebizonyosodik, hogy a Tanis lelőhely üledékes rétegeiben talált leletek dinoszauruszok és más hüllők maradványai, az szinte egyértelműen arra utal majd, hogy az aszteroida becsapódása előtt nem voltak már eleve hanyatlásban ezek az állatok. Ez még inkább kérdésessé tenné, hogy bármi más faktor jelentős szerepet játszott a K-Pg kihalásban a Chicxulub-kisbolygó Földdel való ütközésén kívül.

Steve Brusatte, az Edinburgh-i Egyetem paleontológusa hétfőn Twitteren reagált a felfedezésre:

“A lelőhely fantasztikus. Potenciálisan óriási jelentőségű felfedezés. A geológiai elemzés hitelesnek tűnik, és egy katasztrofális eseményt tár fel a K-Pg becsapódáskor vagy ahhoz időben közel. A megtalált halfosszíliák lenyűgözőek. De a (PNAS-ben közzétett) tanulmány nem dinoszauruszokról szól.”

Hozzátette, hogy a tanulmányban nincs szó a New Yorker által emlegetett „dinoszaurusztemetőről”, és kritizálta a lap szenzációhajhász hozzáállását, valamint hogy idő előtt, a szaktanulmány megjelenését megelőzően számoltak be a felfedezésről.

A National Geographic megszólaltatta az egyik ismert paleontológust, Kenneth Lacovarát, aki maga is foglalkozik a K-Pg kihalás kutatásával. Mint mondta, legalább 350 terület őrzi a világon a K-Pg határvonalat, és néhány azok közül fosszilis leleteket is tartalmaz, így a Tanis lelőhely mégsem nevezhető teljesen egyedülállónak.

A Facebookon közzétett véleményében Thomas Holtz, a Marylandi Egyetem paleontológusa szenzációsnak nevezi a lelőhelyet, de hangsúlyozza, hogy lehetővé kell tenni, hogy független kutatók is hozzáférjenek. Ezt hangsúlyozta a National Geographic által megszólaltatott Kevin Padian, a Kaliforniai Egyetemen dolgozó paleontológus is. Szerinte „rendkívüli állítások rendkívüli bizonyítékokat” igényelnek, és „várni kell az eredmények elfogadásával, amíg mások is ránéznek” a lelőhelyre.

DePalma a tanulmány megjelenése előtt közzétett sajtóközleményben azt írta, hogy eddig még senki nem talált a K-Pg határvonalnál nagyobb élőlények ennyire tömeges temetőjét.

„Semelyik másik K-Pg határvonal lelőhelynél a Földön nincs ilyen nagy számú és változatosságú fosszília, amely sok fajta élőlénycsoportot reprezentál, és ezek mind egyszerre, egy napon haltak meg."

A National Geographicnak pedig elmondta, hogy a PNAS-ben publikált tanulmány csak az első egy szakcikksorozatban, amelyek a kutatásaik további részleteit fogják feltárni.

Minden bizonnyal hosszú viták követik majd DePalmáék eddig és a jövőben publikálandó rendkívüli felfedezéseit. Az azonban biztos, hogy a Tanis lelőhelynek köszönhetően ma jobban értjük, mi történt a Föld történetének egyik legdöntőbb napján, mint bármikor korábban.

Tudományos források:

DePalma, Robert A.; Smit, Jan; Burnham, David; Kuiper, Klaudia; Manning, Phillip; Oleinik, Anton; Larson, Peter; Maurrasse, Florentin; Vellekoop, Johan; Richards, Mark A.; Gurche, Loren; Alvarez, Walter. Prelude to Extinction: a seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota. PNAS, 2019

Supplementary Information for: A seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota. PNAS, 2019.