Lefúrtak a kráterbe, és leírták a földi élővilág legsötétebb napjának pontos forgatókönyvét

Egy nemzetközi kutatócsoport a héten bejelentette, hogy lezárult több évig tartó vizsgálatuk, amelynek során a mexikói Yucatán-félsziget közelében található, közel 150-200 kilométer átmérőjű Chicxulub becsapódási kráterből még 2016-ban vett fúrási mintákat tanulmányoztak. 

A krátert létrehozó kisbolygó felelős a nem-madár dinoszauruszok és az élővilág háromnegyedének 66 millió évvel ezelőtti eltörléséért a K-Pg (Kréta-Paleogén) kihalás során. A kutatók által vizsgált 130 méter vastag minta a becsapódás napjának eseményeit rögzíti annak epicentrumához közel, példátlan betekintést kínálva a katasztrófa közvetlen hatásaiba. A közlemény címe a „Kainozoikum első napja”; a kainozoikum pedig az az új földtörténeti kor, amely 66 millió évvel ezelőtt kezdődött, és napjainkig tart.

Az amerikai tudományos akadémia hivatalos lapjában (PNAS) publikált, áttörést jelentő tanulmány már a második idén, amely a 66 millió évvel ezelőtti, mindent megváltoztató nap eseményeit tárja fel. A földi élővilágot megrázó kihalásról és a kisbolygó becsapódása által globálisan hátrahagyott, úgynevezett K-Pg határvonalról néhány hete írtunk részletesen. Áprilisban pedig azt a szenzációs tanulmányt ismertettük, amely egy amerikai lelőhelyről származó leletek alapján mutatja be, milyen katasztrofális hatásai voltak a Chicxulub kisbolygó becsapódásának azon a bizonyos napon.

Kutatók cipelik partra a Mexikói-öbölből származó kőzetmintákat ezen a 2016-os képenFotó: RONALDO SCHEMIDT/AFP

Az áprilisi bejelentés és a mostani közötti fő különbséget a feltárás helye jelenti. Míg előbbi a földtörténet „legrosszabb napjának” eseményeit a becsapódástól több ezer kilométerre rögzíti, utóbbi annak szinte a középpontjában. Mindez a Nemzetközi Óceáni Felfedezési Program (IODP) és a Nemzetközi Kontinentális Fúrási Program (ICDP) együttműködéseként létrejött expedíción valósult meg 2016-ban. A mintákat a Chicxulub-kráter tengerfenéken elterülő egyik belső hegygyűrűjéből vették, amely nem összetévesztendő a középponttól távolabb lévő kráterfallal. Több mint 500 méterrel a tengeri aljzat alól vettek mintát a szakemberek, tanulmányukban pedig ennek valamivel több mint 130 méteres szakaszát elemezték.

A Kréta-Paleogén határvonalat lefedő mintából kiderül, hogy milyen elképesztő hatásai voltak a kisbolygó Földdel való találkozásának. 

Árvíz, tartós sötét, cunami és erdőtüzek

A kutatók a mintákból arra következtetnek, hogy a becsapódás 20-25 kilométer mély krátert hozott létre, egy északi nyílással a kráterfalon, amelyen keresztül a tengervíz nagyjából fél órán belül be tudott nyomulni a kráter belsejébe, közel 80 méteres üledéket hátrahagyva. Ez állításuk szerint a legnagyobb üledékképződések között van a geológiai ismeretanyagban.

A minták a becsapódás környezeti hatásait is feltárják. Nem tartalmaznak a víz elpárolgása útján létrejövő evaporit ásványokat (pl. gipsz), ami a kutatók szerint alátámasztja, hogy a becsapódás közben elképesztő mennyiségű – általuk idézett visszafogott modellek szerint minimum 300 gigatonna – szulfát került a Föld légkörébe. Ez radikálisan csökkentette a felszínt érő napsugárzás mértékét, ami globális sötétséghez, lehűléshez és a fotoszintézis korlátozódásához vezetett. Egyes modellek szerint az esemény hatására akár 20 fokkal visszaeshetett a globális átlaghőmérséklet, és ez legalább 30 évig fennállhatott.

A becsapódásról készült fantáziarajzok egyikeFotó: Julius Csotonyi/leemage

A minta felszínhez közelebbi rétegei szárazföldi anyagokat is tartalmaznak, amelyeket a visszavert cunamik szállítottak a kráterbe. Ezek közül talán a legfontosabb a faszénszemcsék jelenléte, ami óriási erdőtüzek bizonyítéka lehet a szerzők szerint. Azt eddig is biztosra vették a szakemberek, hogy a becsapódáskor kilövellt anyag aláhullva felizzott, felhevítette a légkört, és a felszínt elérve erdőket lobbantott lángra. Klímamodellek szerint ilyen körülmények közt a globális erdőtüzek a kibocsátott koromnak köszönhetően tovább fokozhatták a levegőbe került törmelék okozta lehűlés hatását.

Bár inkább teljesen alátámasztja, mintsem felborítja a tudományos konszenzust, a tanulmány fantasztikus betekintést enged a kutatókat és az átlagembereket is évtizedek óta foglalkoztató kihalás azonnali hatásaiba. Mindemellett felhívja a figyelmet, hogy milyen katasztrófát okozna egy több kilométeres kisbolygó Földdel való találkozása – főleg, ha az a 66 millió évvel ezelőttihez hasonlóan sekély tengeri környezetben történik.

130 méter vastag üledékréteg

A Chicxulub kisbolygó becsapódása egy globális, irídiumban és sokkolt ásványokban gazdag K-Pg határvonalat hozott létre. A kráterhez közeledve fokozatosan vastagodó és rétegtanilag bonyolultabbá váló lerakódás még 66 millió év távlatából is páratlan képet ad a katasztrófa környezeti hatásairól és az azt követő órák, napok, évek eseményeiről.

Az IODP-IDCP 364-es expedíció a tenger alatti M0077-es területről – közelebbről a Chicxulub-kráter belső, megemelkedett krátergyűrűjéből – vett mintákat. A helyet a kutatók úgy választották ki, hogy az a lehető legteljesebb információt adja a K-Pg határvonalról. A fúrási minták a tengeri aljzattól lefelé számolt 505,7 métertől 1334,7 méterig tartanak. A mintákat a kutatók négy részre osztották összetételük alapján, lerakódási idejüktől visszafelé számított sorrendben:

  • Az első réteg (Unit 1) 111 méter vastag, és becsapódás utáni üledékes kőzeteket tartalmaz. Ennek alsó része (Unit 1G) a K-Pg határvonal tetejét alkotja, és szerves molekulákat, valamint faszénszemcséket tartalmaz.
  • A második réteg (Unit 2) 104 méter vastag, és többnyire suevitből áll. Ez egy becsapódások hatására létrejövő, többnyire breccsát (törmelékkövet) formáló kőzet, amely részben olvadt, részben törmelékes kőzetet tartalmaz. A törmelékben szinte semennyi, vagy elhanyagolható mennyiségű szulfát és karbonát tartalmú evaporitot, pl. gipszet találtak.
  • A harmadik réteg (Unit 3) 25 méter vastag, és becsapódáskor megolvadt kőzeteket és valamennyi törmeléket tartalmaz. 
  • A negyedik réteg (Unit 4) becsapódás során sokkolt gránitos kőzetekből, becsapódás előtt keletkezett bevágódó rétegekből, suevitből és becsapódáskor megolvadt kőzetekből áll.

A tanulmányban a K-Pg határvonalat magában foglaló Unit 1G réteg, valamint a második és a harmadik réteg elemzését mutatják be. Ehhez az általános rétegvizsgálati és geológiai eszközök mellett komputertomográfiás (CT), paleomágneses, röntgendiffrakciós (XRD) és röntgenfluoreszcens (XRF) vizsgálatokat alkalmaztak. A kutatók emellett a legújabb gépi tanulásos technológiákat (ML) is felhasználták a mintákban lévő törmelékkövek osztályozására.

A vizsgálatokból kiderült, hogy a harmadik, legalsó réteg megolvadt kőzetei a becsapódás pillanatát rögzítik. A második réteg alsó része (Unit 2C) szintén olvadt kőzeteket tartalmazott, és pár perccel később keletkezett. A következő nagyjából fél órában létrejött a második réteg középső része (Unit 2B), amelyet a kráterbe ömlő tengervíz üledékrétegének egy része alkot. A második réteg felső részének (Unit 2A) tetején és az e feletti rétegben (Unit 1G) erdőtüzekkel összefüggésbe hozható policiklusos aromás szénhidrogéneket azonosítottak, amelyek a becsapódás utáni órákban rakódtak itt le. A Unit 1G alsóbb feléről, amelyet a kráter felé visszavert cunami helyezett el 6-24 órán belül, faszénszemcséket azonosítottak. A Unit 1G felsőbb rétegeiben, a becsapódás utáni évek lerakódásaiban szintén sikerült ilyen faszénszemcséket feldedezni.

A becsapódás utáni forgatókönyv

A kutatók a rétegekből kinyert információk segítségével részletesen rekonstruálták a becsapódást követő eseményeket. A Chicxulub-kisbolygó egy 80-100 kilométer átmérőjű és nagyjából 20-25 kilométer mély üreget ütött a földkérgen. Ennek hatására a kéregben lévő üledékes és kristályos kőzetek egy része elhagyta a Föld légkörét, másik része elpárolgott, vagy szinte rögtön visszahullott a felszínre. Mindez óriási lökéshullámot és hőhullámot indított útjára. Az első néhány percben a kisbolygó által a kéregből kivájt anyag - részben gránitos kőzet - egy része kifele hullva létrehozta a megolvadt kőzetekkel borított belső krátergyűrűt. A becsapódás hatására kilökődő sekély tengervíz óriási cunamit indított, amely végigsöpört az egész mexikói-öblön, a mai Egyesült Államok középső területeiig jutva. A tengervíz hamarosan elkezdett visszaáramlani a kráterfalon lévő északi résen keresztül és 30-60 perccel később a kráter belső gyűrűjét már 1 kilométer mély tenger takarta.

Fotó: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRA/Science Photo Library

Ezalatt további 40 méter breccsa típusú olvadt kőzet és durva szemcsés suevit borította be a krátergyűrűt, valamint törmelékkövek, amelyek vélhetően a kráterbe betörő tengervíz és az olvadt kőzetek találkozásakor keletkeztek. Egy órával később a beáramló tengervíz további 10 méternyi, legömbölyített szemcsékből álló üledékréteget hagyott hátra. A következő órákban a becsapódáskor kiváltott rengéshullámok gerjesztette tengervízmozgások és ülepedés hatására létrejött a teljes, 80 méter vastag lerakódás. Nagyjából 6 órával a becsapódás után a szárazföldről visszaverődő cunami megérkezett a kráterbe, egy szerves anyagokban gazdag, faszénszemcséket tartalmazó finomszemcsés kavicsréteget hátrahagyva.

Fotó: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRA/Science Photo Library

A becsapódást követő órákban a Földre visszahulló anyag felhevítette a bolygó légkörét, a felszínre érve pedig globális erdőtüzeket indított, önmagában katasztrófális hatást gyakorolva a szárazföldi növény- és állatvilágra. Ezért különösen lényeges, hogy a kutatók minderre egyértelmű bizonyítékokat találtak a szerves anyagok égése során keletkező policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) és a faszénszemcsék azonosításával. Ezek azoknak a lokális erdőtüzeknek a nyomait hordozzák, amelyeket a becsapódás hőhulláma 1000-1500 kilométeres körzetben szinte azonnal kiváltott. A minta legfelső rétegéhez közel talált faszénszemcsék pedig a kisbolygó-becsapódás utáni évek globális erdőtüzei során keletkezhettek a kutatók szerint.

A tanulmány egyik legfontosabb konklúziója a légkörbe kerülő, szulfátokban és karbonátokban gazdag anyagok mennyiségét érinti. A vizsgált mintákban az ilyen evaporit kőzetek normál mennyisége 30-50 százalék kellett volna hogy legyen, de csak kevesebb mint 1 százalékban sikerült őket megtalálni. Emiatt úgy tűnik, hogy a korábbi kalkulációk – amelyek nagyjából 325 Gt (gigatonna) kén és 425 Gt szén-dioxid légkörbe kerülésével számolnak a K-Pg becsapódás kapcsán – túlságosan alábecsülik a valós értéket. Egy másik lehetőség, hogy ezekben az evaporitokban gazdagabb kőzetek a belső krátergyűrűn, tehát a vizsgált területen kívül rakódtak inkább le. Bármelyik is igaz, az adatok egyértelműen alátámasztanak két elméletet arról a bizonyos napról és következményeiről:

  1. globális lehűlés történt, amit többnyire kénrészecskék váltottak ki, és masszívan hozzájárult a K-Pg kihaláshoz.
  2. A fotoszintézis korlátozódott az elsötétülő légkör miatt.

Összességében a tanulmány példátlan betekintést enged a 66 millió évvel ezelőtti K-Pg kihalást kiváltó Chicxulub-kisbolygó becsapódása utáni percek, órák, napok és évek eseményeibe, és mindez közelebb visz a nem-madár dinoszauruszok utolsó pillanatainak megértéséhez.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: