A Földbe csapódó kisbolygó végzett a dinoszauruszokkal 66 millió évvel ezelőtt

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

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 képen a Chicxulub-becsapódás művészi illusztrációja látható.Forrás: Donald E. Davis/NASA

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

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.

A Dekkán-trapp kitörések a Nyugati-Ghátok hegységben közel két kilométernyi bazalt-réteget raktak le.Fotó: Nicholas (Nichalp)

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. 

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző öt újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!