Co zabiło dinozaury i inne życie na Ziemi?

Ustalenie, co zabiło dinozaury 66 milionów lat temu pod koniec okresu kredowego, od dawna było tematem debaty, ponieważ naukowcy starali się ustalić, co spowodowało pięć masowych wymierań, które w jednej chwili zmieniły życie na Ziemi. Niektórzy naukowcy twierdzą, że komety lub asteroidy, które rozbiły się o Ziemię, były najbardziej prawdopodobnymi czynnikami masowej zagłady, podczas gdy inni twierdzą, że przyczyną były duże erupcje wulkaniczne. Nowe badania prowadzone przez Dartmouth, opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), donoszą, że aktywność wulkaniczna wydaje się być kluczowym czynnikiem napędzającym masowe wymieranie.

Wyniki badań dostarczają najbardziej przekonujących dowodów ilościowych, jak dotąd, że związek między dużymi erupcjami wulkanicznymi i hurtową wymianą gatunków nie jest po prostu kwestią przypadku.

Naukowcy twierdzą, że cztery z pięciu masowych wymierań miały miejsce w tym samym czasie, co rodzaj wylewu wulkanicznego zwanego bazaltem powodziowym. Te erupcje zalewają lawą ogromne obszary – nawet cały kontynent – w mgnieniu oka, w ciągu zaledwie miliona lat. Pozostawiają po sobie gigantyczne odciski palców jako dowód – rozległe regiony schodkowej, iglastej skały (zastygłej z wylewanej lawy), które geolodzy nazywają „dużymi prowincjami iglastymi”.

Aby liczyć się jako „duża”, duża prowincja iglasta musi zawierać co najmniej 100 000 kilometrów sześciennych magmy. Dla porównania, erupcja Mount St. Helens w 1980 roku obejmowała mniej niż jeden kilometr sześcienny magmy. Naukowcy twierdzą, że większość wulkanów reprezentowanych w badaniu wybuchła na poziomie miliona razy większej ilości lawy.

Zespół czerpał z trzech dobrze ugruntowanych zbiorów danych dotyczących geologicznej skali czasu, paleobiologii i dużych prowincji iglastych, aby zbadać czasowy związek między masowym wymieraniem a dużymi prowincjami iglastymi.

„Duże, schodkowe obszary skał iglastych z tych wielkich erupcji wulkanicznych wydają się pokrywać w czasie z masowymi wymieraniami i innymi znaczącymi wydarzeniami klimatycznymi i środowiskowymi”- mówi główny autor Theodore Green ’21, który prowadził te badania w ramach programu Senior Fellowship w Dartmouth, a obecnie jest studentem studiów magisterskich w Princeton.

W rzeczywistości seria erupcji na terenie dzisiejszej Syberii wywołała najbardziej niszczycielskie z masowych wymierań około 252 milionów lat temu, uwalniając gigantyczny impuls dwutlenku węgla do atmosfery i niemalże pozbawiając życia. Świadkiem tego są Syberyjskie Pułapki, duży region skał wulkanicznych mniej więcej wielkości Australii.

Erupcje wulkaniczne wstrząsnęły również subkontynentem indyjskim w czasie wielkiego wymierania dinozaurów, tworząc to, co dziś znane jest jako płaskowyż Dekan. To, podobnie jak uderzenie asteroidy, miało daleko idące skutki globalne, zasypując atmosferę pyłem i toksycznymi oparami, dusząc dinozaury i inne żyjątka, a także zmieniając klimat w długich skalach czasowych.

Z drugiej strony, jak twierdzą badacze, teorie przemawiające za unicestwieniem przez uderzenie asteroidy opierają się na impaktorze Chicxulub, kosmicznej skale, która rozbiła się na meksykańskim półwyspie Jukatan mniej więcej w tym samym czasie, gdy wyginęły dinozaury.

„Wszystkie inne teorie, które próbowały wyjaśnić, co zabiło dinozaury, w tym wulkanizm, zostały obalone, gdy odkryto krater uderzeniowy Chicxulub” – mówi współautor pracy, Brenhin Keller, adiunkt nauk o ziemi w Dartmouth. Jak zauważa, pomimo dziesięcioleci badań, istnieje bardzo mało dowodów na istnienie podobnych zdarzeń uderzeniowych, które zbiegają się z innymi masowymi wymieraniami.

W Dartmouth Green postanowił znaleźć sposób na ilościowe określenie widocznego związku między erupcjami a wymieraniami i sprawdzić, czy zbieżność ta była tylko przypadkiem, czy też istniały dowody na związek przyczynowy między nimi. Współpracując z Kellerem i współautorem pracy, Paulem Renne, profesorem-rezydentem nauk o ziemi i planetach na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley i dyrektorem Berkeley Geochronology Center, Green wykorzystał superkomputery w Dartmouth Discovery Cluster do obliczenia liczb.

Badacze porównali najlepsze dostępne szacunki dotyczące erupcji bazaltów z okresami drastycznego wyginięcia gatunków w geologicznej skali czasu, w tym, ale nie tylko, z pięcioma masowymi wymieraniami. Aby udowodnić, że czas był czymś więcej niż tylko przypadkiem, zbadali, czy erupcje zgadzałyby się równie dobrze z losowo wygenerowanym wzorem i powtórzyli ćwiczenie z 100 milionami takich wzorów. Odkryli, że zgodność z okresami wymierania była znacznie większa niż przypadkowa.

„Chociaż trudno jest określić, czy konkretny wybuch wulkaniczny spowodował jedno konkretne masowe wymieranie, nasze wyniki sprawiają, że trudno jest zignorować rolę wulkanizmu w wymieraniu” – mówi Keller. Gdyby znaleziono związek przyczynowy między wulkanicznymi bazaltami powodziowymi a masowymi wymieraniami, naukowcy spodziewają się, że większe erupcje pociągałyby za sobą poważniejsze wymierania, ale takiej korelacji nie zaobserwowano.

Zamiast brać pod uwagę bezwzględną wielkość erupcji, zespół badawczy uporządkował wydarzenia wulkaniczne według tempa, w jakim wylewały lawę. Odkryli, że wydarzenia wulkaniczne o najwyższym tempie erupcji rzeczywiście powodowały największe zniszczenia, powodując poważniejsze wymieranie aż do masowego wymierania.

„Nasze wyniki wskazują, że według wszelkiego prawdopodobieństwa na granicy kredy i trzeciorzędu doszłoby do masowego wymierania o jakiejś znaczącej wielkości, niezależnie od tego, czy doszło do uderzenia, czy nie, co można teraz wykazać bardziej ilościowo” – mówi Renne. „Fakt, że doszło do uderzenia niewątpliwie pogorszył sytuację”.

Badacze przeprowadzili liczby również dla asteroid. Zbieżność uderzeń z okresami rotacji gatunków była znacznie słabsza i dramatycznie pogorszyła się, gdy nie brano pod uwagę impaktora Chicxulub, co sugeruje, że inne mniejsze znane impaktory nie powodowały znaczących wymierań.

Tempo erupcji Pułapek Dekanu w Indiach sugeruje, że scena była przygotowana na powszechne wymieranie nawet bez asteroidy, mówi Green. Uderzenie było podwójnym ciosem, który głośno zabrzmiał jako sygnał śmierci dla dinozaurów, dodaje.

Powodziowe erupcje bazaltu nie są częste w zapisie geologicznym, mówi Green. Ostatnia o porównywalnej, ale znacznie mniejszej skali wydarzyła się około 16 milionów lat temu na północnym zachodzie Pacyfiku.

„Podczas gdy całkowita ilość dwutlenku węgla uwalniana do atmosfery w ramach współczesnych zmian klimatycznych jest wciąż bardzo mniejsza niż ilość emitowana przez dużą prowincję ignezjową, na szczęście” – mówi Keller – „emitujemy go bardzo szybko, co jest powodem do niepokoju”. Green mówi, że emisja dwutlenku węgla jest nieprzyjemnie podobna do tempa, w jakim badane przez nich bazalty powodziowe oddziałują na środowisko. To umieszcza zmiany klimatyczne w ramach historycznych okresów katastrofy ekologicznej, mówi.

Źródło: Dartmouth College. Harini Barath