A 2019-ben elvégzett kutatások révén példátlanul alapos betekintést nyertünk a földi élővilágot ért 66 millió évvel ezelőtti utolsó nagy kihalás lefolyásába. Ennek során egy kisbolygó becsapódása eltörölte bolygónkról a fajok háromnegyedét, többek között az összes nem madár dinoszauruszt, és megnyitotta az utat az emlősök korszaka előtt.

Az idei év is egy fontos áttöréssel indul, amiről elképzelhető, hogy lezárja a kihalás körüli talán legfontosabb  vitát. A január 16-án a Science-ben megjelent tanulmányukban Pincelli M. Hull és kutatócsoportja a következő kérdést vizsgálta meg: hozzájárult-e a kréta-paleogén (K-Pg) kihaláshoz vagy fokozta-e annak súlyosságát a kisbolygó becsapódásán kívül vulkáni tevékenység is? Ez alatt a szakemberek a nagyjából ebben az időszakban az indiai-szubkontinensen zajló Dekkán-trapp bazaltos vulkanizmust értik.

A tudományos közösségben közel egy évtizede konszenzussá vált, hogy a 66 millió évvel ezelőtti K-Pg kihalás elsődleges és lényegi okozója a mai Yucatán-félsziget közelében becsapódó Chichxulub kisbolygó volt. Ugyanakkor az is tény, hogy mind a négy, a K-Pg-t megelőző nagy kihalás úgynevezett LIP-vulkanizmushoz (nagy magmás területeket létrehozó vulkáni tevékenység) köthető, köztük a földtörténet légsúlyosabbjával, a Perm-Triász kihalással.

A Science-ben múlt héten közölt kutatás újdonságát az jelenti, hogy a szakemberek összevetették az egykori környezetről gyűjtött klimatikus adataikat a Dekkán-trapp vulkanizmus különböző forgatókönyveinek számítógépes modelljeivel. Ebből meg tudták állapítani, hogy melyik verzió passzol legjobban a valós információkhoz. Így kiderült, hogy a vulkáni tevékenység nagyjából 50-50 százalékban a K-Pg kihalást megelőző és azt követő néhány százezer évre esett.

Precíz kormeghatározású hőmérsékleti adataik azt is egyértelművé tették, hogy a K-Pg előtti vulkáni aktivitásnak lényegében semmi szerepe nem volt a kihalásban, mivel a Föld klímája a kisbolygó becsapódásáig visszaállt a korábbi állapotra, és stabilizálódott. A kutatók eredményei annak lehetőségét is felvetik, hogy a K-Pg-t követő vulkáni tevékenység által megemelt globális hőmérséklet segíthette az élővilág helyreállását a nagy kataklizma után.

Az elmúlt egy év már ezen tanulmány megjelenése előtt is szenzációs áttöréseket hozott a 66 millió évvel ezelőtti események megértésében:

• 2019. áprilisában egy lenyűgöző észak-dakotai lelőhelyet ismertető, a PNAS tudományos folyóiratban megjelent tanulmányról írtunk, amely kutatók szerint a kisbolygó becsapódásának napján annak helyétől több ezer kilométer távolságban lezajló eseményeket dokumentálja. 
• Szeptemberben egy nemzetközi kutatócsoport szintén a PNAS-ben közölt eredményeit ismertettük: ők a kisbolygó által létrehozott Chicxulub-kráterből vett minták alapján rekonstruálták a kráter létrejötte utáni percek, órák és napok eseményeit, és bizonyítékot találtak a becsapódás által kiváltott cunamikra, erdőtüzekre és a levegőbe röpített elképesztő mennyiségű anyagra, ami évtizedekig tartó becsapódási telet okozhatott.
• Novemberben egy ismét a PNAS-ben megjelent tanulmány kapcsán írtunk, melyben a kutatók feltárják, hogyan okozta a kisbolygó becsapódása az óceánok elsavasodását. Ugyan ebben a cikkünkben írtunk arról a Science-ben megjelent publikációról, amely az élővilág kihalás utáni helyreállását tárja fel egy észak-amerikai lelőhely alapján, különös tekintettel az emlősök közvetlenül a K-Pg kihalást követő evolúciójára. Adataik alapján ennek a tanulmánynak a szerzői arra jutottak, hogy az élővilág helyreállásának egyik segítője a Dekkán-trapp vulkanizmus által megnövelt globális hőmérsékletet volt.

Turbulens időszak a kréta legvégén

A kréta, a földtörténeti középidő utolsó időszaka 79 millió évet ölelt fel – ekkor alatt alakultak ki a zárvatermő növények, a dinoszauruszok elérték legnagyobb változatosságukat, és megjelentek a nagyobb emlőscsoportok. A kréta utolsó korszaka a maastrichti volt, mely 72,1 millió éve kezdődött, és 66 millió éve ért véget. A K-Pg kihalás megértéséhez ennek a maastrichti korszaknak az utolsó négyszázezer évét, valamint a krétát követő paleogén első korszakának, a dániainak az első háromszázezer évét vizsgálják a kutatók. Erre az időszakra tehető a Dekkán-trapp LIP vulkanizmus is, amely akár 1,5 millió négyzetkilométert boríthatott be bazalttal az indiai-szubkontinensen több nagy epizodikus aktivitás során.

Mielőtt részleteiben megnéznénk, mit talált Hull és kollégái, érdemes egy hónapot visszamenni az időben. Egy tavaly decemberben a Nature Communicationsben megjelent tanulmány egy michigani kutatócsoport munkáját ismertette, amely a szokásostól eltérő nézőpontból vizsgálta a kréta-paleogén határvonal környékén zajló környezeti változásokat. Ők arra voltak kíváncsiak, hogy milyen hatása volt a Dekkán-trapp vulkanizmusnak a tengerek hőmérsékletére és – itt jön a különleges perspektíva – a környezetben lévő higany mennyiségére, mely egy bizonyos szint felett toxikus lehetett az állatvilág számára.

Eredményeik látszólag ellentmondtak egy pár héttel korábban a PNAS-ban közölt publikációval, amely nem talált bizonyítékot vulkanizmus okozta súlyos tengeri változásokra a K-Pg kihalás előtt (ennek eredményeivel mi is foglalkoztunk). A Nature Communicationsben megjelent decemberi tanulmány vezető szerzője, Kyle W. Meyer Twitteren kérdésemre válaszolva elmondta, hogy nem lát saját munkájuk és ezen PNAS-cikk közt ellentmondást. Mint kifejtette,

„több van ebben a történetben a Dekkán-Trapp vulkanizmus klimatikus és ökológiai hatását tekintve. Úgy gondolom, hogy a Dekkán-trapp vulkanizmus olyan irányba változtatta meg a bolygó klímáját, hogy ezzel felnagyította a későbbi becsapódási tél hatásait.”

Meyer hangsúlyozta, hogy a becsapódási tél hatásának felnagyítása saját véleménye, de úgy látja, hogy elgondolását Hull és kollégáinak legújabb adatai alátámasztják.

„Szívből gratulálok Hull csoportjának az eredményeikhez és az összes kutatónak, akik segítik feltárni a K-Pg határvonal időszakának lenyűgöző történetét.”

A kutató hozzátette:

"a vulkanizmusból a környezetbe kerülő higany koncentrációja és más, jelenleg még nem dokumentált környezeti toxinok hatása stressz alá helyezték az élővilágot a vulkáni aktivitás csúcspontján. Ez pedig megmagyarázhat olyan regionális kihalási mintázatokat, amelyeket például az (antarktiszi -szerk) Seymour-szigeteknél látunk.”

Visszaállt a klíma

A múlt héten a Science-ben közölt tanulmányban Pincelli Hull és munkatársai lényegében a Dekkán-vulkanizmus által kibocsátott gázok mennyiségét tárták fel, időben precízen elhelyezett hőmérsékleti adatokat és öt különböző forgatókönyvet felvázoló modellt felhasználásával.

A vulkáni aktivitás által kibocsátott kén-dioxid miatt gyors globális lehűlés és az óceánok elsavasodása következhetett be – legalábbis rövid, néhány évszázados időtávlatban. Ennek jelei nehezen vehetők ki a tengeri üledékes mintákból, azonban az ezzel együtt a vulkáni aktivitásból felszabadult szén-dioxid hosszú távú globális felmelegedést okozó hatása már sokkal jobban látszódik. A szakemberek ezt kihasználva vizsgálták meg a tengeri üledékes mintáikból származó adatokat.

A kréta utolsó 500 ezer és a paleogén első 1 millió évét átfogó hőmérsékleti adataikban két kiugrás látszik egyértelműen, melyek a Dekkán-trapp vulkanizmushoz kapcsolhatók:

• Egy, a K-Pg kihalást közel 300 ezer évvel megelőző, 2 fokos globális felmelegedés, melynek hatása  kulcsfontosságú módon még a kihalás kezdete előtt véget ért. Így a kréta utolsó évezredeiben, a kisbolygó becsapódása előtt bolygónk klímája visszatért a maastrichti-korszakban megszokotthoz.
• Egy második, a korai dániai korszakra tehető, nagyjából 1 fokos globális felmelegedés, mely 600 ezer évvel a K-Pg határvonal után érte el csúcsát.

Mint tanulmányukban kifejtik, előbbinek a fosszilis rekord alapján semmilyen komoly globális hatása nem volt a tengeri élővilágra. Megemlítik azonban, hogy a Kyle Meyer által is felvetett antarktiszi Seymour-sziget kivételt jelenthet ezen a téren.

Azt, hogy miért nem volt kiterjedtebb hatása, illetve hogy miért nem köthetők kihalásokhoz a LIP-vulkanizmus-epizódok (nagy magmás kőzetekből álló területeket létrehozó vulkáni tevékenység) a triász-jura kihalást követően, a következő magyarázhatja a szakemberek szerint: a perm-triász kihalás utáni változások a földi környezetben és élővilágban csökkentették a vulkáni aktivitás hatásait.

Modellek és forgatókönyvek

Hull és kollégái tanulmányának lényegét a LOSCAR geokémiai modell segítségével lefuttatott, a Dekkán-vulkanizmus intenzitására és időbeni megoszlására vonatkozó forgatókönyvek jelentik. A kutatók öt különböző hipotézist próbáltak ki és hasonlítottak össze az említett hőmérsékleti változásokról rendelkezésünkre álló adatokkal:

1. A vulkáni tevékenységből származó gázok, így az üvegházhatású szén-dioxid nagy része a K-Pg határvonal előtt kerül kibocsátásra.
2. A kibocsátás nagyjából 50-50 százalékban a K-Pg előtt és után zajlik le.
3. Négy vulkanikus epizód a K-Pg határvonal előtt, egy epizód pedig közvetlenül a határvonal környékén.
4. A kibocsátás nagy része a K-Pg határvonal után történik.
5. A kibocsátás egyenletesen zajlik az egész, közel 800 ezer éves, a K-Pg határvonalat felölelő időszakban.

A modellek eredményei lényegében a vulkáni tevékenység globális átlaghőmérsékletre mért hatását mutatták meg, az öt különböző forgatókönyv értelmében. A valós hőmérsékleti megfigyelésekkel összehasonlítva a kutatók az ötből hármat viszonylag gyorsan ki is tudtak zárni.

A harmadik hipotézis modellje nem volt képes reprodukálni a maastrichti korszak végi felmelegedést, és egy adatok által nem támogatott K-Pg- határvonalra illeszkedő felmelegedést mutat. A negyedik szintén nem adja vissza a maastrichti korszak végi változásokat, és túl nagynak mutatja a korai dániai-korszakban lezajló melegedést. Végül az ötödik modell azt mutatja, hogy folyamatos felmelegedés zajlik a K-Pg határvonalig, amely ismét csak ellentétes a hőmérsékleti adatokkal.

Így végül az első és a második modell maradt meg, amelyek közt viszonylag kevés különbség van. A hőmérsékleti adatok és az egykori tengerek szénciklusának változásait mutató szénizotópok azonban leginkább a másodikat támogatják - azaz a K-Pg határvonal előtt és után nagyjából ugyan akkora mennyiségű vulkáni-gázkibocsátás tűnik valószínűnek.

Ezzel az adatokra legjobban illeszkedő 50-50 verzió egybevág korábbi, a Dekkán-vulkanizmus időbeni intenzitását vizsgáló eredményekkel. Ugyanakkor fontos azt is rögzíteni, hogy például a hármas forgatókönyv kizárása miatt valószínűleg át kell gondolni más tanulmányok konklúzióit - elképzelhető például, hogy a Dekkán-trappokból a láva kiömlése és a vulkáni gázok nagy részének kibocsátása időben több százezer év különbséggel történt.

A kutatók szerint a K-Pg előtti események egy, már bőven a Paleogénben lezajló, kihalással nem járó eseményhez hasonlítanak. Nagyjából 60-54 millió évvel ezelőtt volt aktív a mai Izland és Brit-szigetek területén az Észak-Atlanti magmás területet létrehozó LIP-vulkanizmus, amely a Dekkán-trappokhoz hasonló mértékű globális hőmérsékleti ingadozást okozott.

Tényleg a kisbolygó volt

Hull és kollégái összességében úgy gondolják, mindez egyértelműen igazolja, hogy a K-Pg kihalást elsődlegesen egy égitest okozta. De ennél tovább is mennek:

„Az a konklúziónk, hogy a becsapódás és a kihalás teremtette meg a feltételeket a kainozoikum [a 66 millió éve kezdődő és máig tartó földtörténeti időszak] élővilágának felemelkedése számára, de a Dekkán-vulkanizmus részt vehetett ennek alakításában a kihalást követően.”

Arról, hogyan befolyásolhatta a Dekkán-vulkanizmus az élővilág helyreállását, ebben a cikkünkben írtunk. Ha Hull-ék eredményei nem is az utolsó szónak tekinthetők a témában, fontos előrelépést jelentenek:

„Remélem, hogy ez a vége a nagyjából évente ismétlődő »vulkáni tevékenység zajlott, amikor a kisbolygó becsapódott, tehát a dinoszauruszok több tényező miatt haltak ki« típusú cikkeknek. Ez olyan, mint ha azt mondanánk, hogy Bobot lelőtték egy puskával, de meg is volt fázva, tehát több okból halt meg.”

- fogalmazott Kenneth Lacovara paleontológus Twitteren a Science-ben megjelent tanulmányra reagálva.

A K-Pg kihalás kutatása nemcsak azért érdekes, mert kíváncsiak vagyunk arra, hogyan és miért tűnt el a madarak kivételével minden dinoszaurusz bolygónkról. A geológiai múlt és különösen a tömeges kihalások vizsgálata – amelyek legsúlyosabbikát vulkáni tevékenység által hajtott globális felmelegedés okozta – kulcsfontosságú a Föld rendszereinek és a földi élővilág tűrőképességnek jobb megértéséhez. Az emberi tevékenység által kiváltott hatodik tömeges kihalás küszöbén ezek alapos vizsgálata egyértelműen jó ötletnek tűnik.