Chicxulub – poznajmy mordercę dinozaurów

Niniejszy artykuł zostanie poświęcony prawdopodobnie największemu zabójcy w dziejach planety. Temu, który pod koniec mezozoiku wyrąbał krater Chicxulub, doprowadzając przy okazji do masowej zagłady niemal wszystkich dużych organizmów zamieszkujących ówczesną Ziemię.

Dinozaury wymarły, ponieważ nie miały programu kosmicznego.

Larry Niven

Co jeśli nie meteoryt?

Dla obecnego pokolenia koncepcja potężnego meteorytu, który zdemolował ziemski ekosystem inicjując wymieranie większości gatunków, brzmi niczym aksjomat. Nawet dziecko bazgrzące po kolorowance z dinozaurami mogło gdzieś usłyszeć o straszliwym losie, jaki spotkał te niesamowite stworzenia. Pomysł kosmicznego pocisku sterylizującego planetę jest dla nas tak naturalny, jak darwinowska teoria ewolucji czy newtonowska siła ciążenia. Fakt dość zaskakujący, kiedy sobie przypomnimy, że hipoteza impaktu wypłynęła na otwarte wody nauki niecałe cztery dekady temu i początkowo wcale nie traktowano jej zbyt łaskawie. Masz wobec tego pełne prawo zastanawiać się, jak wcześniej tłumaczono zniknięcie wielkich gadów, znanych przecież nauce już dwieście lat.

W zasadzie do momentu wyklucia ukształtowanej idei katastrofizmu, na próżno szukać pojedynczej i kompletnej hipotezy wyjaśniającej kredowe wymieranie. Wręcz przeciwnie, do 1980 roku rzucano pomysłami jak cukierkami, często nie zważając na twardy materiał dowodowy. Niemniej, sporą część z kilkudziesięciu przedstawionych konceptów łączyło założenie o tzw. starzeniu gatunków. Mówiąc obrazowo, dzieje danego gatunku organizmów przyrównywano do naturalnego cyklu życia. Tak jak człowiek rodzi się, dorasta, osiąga dojrzałość, wiek podeszły i w końcu umiera, tak całe gatunki posiadają określony cykl egzystencji i czas istnienia. Ciało każdej istoty wzrasta i przejrzewa, stając się coraz bardziej niedołężne. Z kolei populacja  kumuluje w sobie genetyczne mutacje – najczęściej negatywne – prowadzące ostatecznie do “przygniecenia” gatunku swym balastem i jego wymarcia. Istotną rolę pełnił również charakterystyczny dla klasycznego darwinizmu pogląd gradualizmu. Zgodnie z nim zmiany ewolucyjne następują bardzo powoli, z wykluczeniem znaczącego wpływu gwałtownych zjawisk. O zagładzie dinozaurów nie zadecydował żaden pojedynczy, zewnętrzny i nagły czynnik, lecz wyczerpanie pewnej ewolucyjnej formuły. Dotarcie do ślepej uliczki. Naturalnie mowa tu o procesie trwającym dziesiątki lub setki milionów lat, ale jednak zawsze prowadzącym do kresu. 

Przedmiotem spekulacji pozostawały szczegóły starzenia się dinozaurów jako gatunku. Niektórzy wskazywali na swoisty gigantyzm gadów. Przesadne rozmiary ciała nieustannie zwiększały potrzeby żywieniowe, co w końcu musiało skutkować zawaleniem się łańcucha pokarmowego. Podobny zamysł mówił o pułapce ewolucyjnej wywołującej efekt nadspecjalizacji. Rozmiary, pancerze czy kolce – przydatne w pewnej skali – stały się dla większości stworzeń utrapieniem, na kształt pawich ogonów. Inni uważali, iż dinozaury na pewnym etapie zatraciły zdolność do odpowiednio szybkiego dostosowywania się do nowych warunków, nie potrafiąc znieść nawet umiarkowanych zmian w krajobrazie i klimacie Ziemi. Znaleźli się nawet badacze twierdzący, że dinozaury same się wykończyły zatruwając atmosferę. Współcześnie bydło i inne zwierzęta hodowlane odpowiadają za około 18% emisji gazów cieplarnianych, głównie w formie metanu. Bestie żyjące w mezozoiku, proporcjonalnie do swej masy, miałyby produkować taką ilość gazów, która poważnie zaszkodziłaby pradawnym ekosystemom oraz im samym.

To tylko kilka wybranych hipotez. Problemem każdej były trudności z falsyfikacją, a często również niepełność. Autorzy dzielnie starali się uporać z zagadką zniknięcia tyranozaura i spółki, jednocześnie tracąc z oczu inne gatunki, które również ucierpiały pod koniec kredy. Możesz się teraz zastanawiać, czy naprawdę przez żadną z mądrych głów nie przeleciała myśl o połączeniu wielkiego wymierania z jakąś spektakularną katastrofą. Wszakże taki scenariusz aż prosi się o rozpatrzenie! W istocie, amerykański zoolog Max Walker de Laubenfels, już w latach 50. dostrzegł, że w geologicznej skali czasu, uderzenie w planetę śmiercionośnego meteorytu wydaje się czymś całkiem prawdopodobnym. Teza ta nie miała jednak wtedy zębów i traktowana była raczej jako ciekawostka niż poważny koncept. W końcu taki cios musiałby pozostawić na Ziemi jakiś ślad, a nikt żadnego nie widział…

Wymieranie K-Pg

Wszystko zmieniło się za sprawą Waltera Alvareza i jego ojca Luisa. Walter był zdolnym geologiem, prowadzącym badania w niewielkim 30-tysięcznym miasteczku Gubbio, na wschód od Rzymu. Znajdowały się tam pięknie wyeksponowane skały osadowe pochodzące sprzed 80-40 milionów lat, czyli przełomu kredy i paleogenu. Właśnie stąd eksperci od nauk o Ziemi zwykli mówić o warstwach geologicznych K-Pg i analogicznie o wymieraniu K-Pg. W niektórych opracowaniach możesz też napotkać nieaktualne już oznaczenie K-T, pochodzące od kredy i trzeciorzędu. Bez względu na nomenklaturę, rejon Gubbio przyciągał badaczy łatwo dostępnym i wyraźnym zapisem geologicznym momentu wielkiej zagłady. Patrząc na skalną ścianę, Walter Alvarez widział grube, wielometrowe pokłady wapieni, przedzielone cienką kreską gliny. Kilkucentymetrowa linia uformowała się mniej więcej 66 milionów lat temu. Skały pod nią zawierały liczne skamieliny, świadczące o bujnym rozwoju fauny i flory. Skały leżące bezpośrednio powyżej, zatem nagromadzone później, niemal nie zdradzały istnienia życia.

Granica K-Pg, od kredy i paleogenu

Jak to rozumieć? Jakie wnioski należy wyciągnąć? Dobrą praktyką byłoby upewnienie się, czy grubość poszczególnych warstw skalnych aby na pewno pozostaje skorelowana z czasem ich powstawania. Tak pomyślał Walter i zwrócił się o pomoc do swojego ojca, Luisa Alvareza. Profesor w Berkeley, uczestnik Projektu Manhattan i noblista, bez wątpienia należał do najbardziej szanowanych uczonych w Stanach Zjednoczonych (dla uzupełnienia zachęcam Cię do przeczytania wcześniejszego tekstu poświęconego Alvarezowi). Jednakże… nie był geologiem ani paleontologiem. Mało tego, doświadczony fizyk eksperymentalny z żarliwością uznawał prymat własnej dyscypliny nad innymi, z przymrużeniem oka traktując nauki o Ziemi. Mimo to zaangażował się w badania swojego syna, korzystając oczywiście z metod bliższych fizyce niż geologii.

Alvarez zasugerował, że wystarczy znaleźć pierwiastek odkładający się w skałach w miarę jednostajnym tempie i na tej podstawie szacować długość ich formowania. W tej roli początkowo widział jeden z izotopów berylu, lecz ostatecznie wybrał iryd. Atomy tego rzadkiego metalu wpadają do atmosfery wraz z pyłem kosmicznym i odkładają się w skałach, dając średnie stężenie nieprzekraczające jednego atomu irydu na tysiąc innych obecnych w skorupie ziemskiej. Ojca fizyka i syna geologa najbardziej interesowało natomiast, ile irydu zalega w samej granicy K-Pg.

Wynik zgodnie z oczekiwaniami zdecydowanie odstawał od normy. Cienka warstwa gliny zawierała aż trzydzieści razy większe stężenie irydu niż otaczające ją wapienie. O czym to świadczy? Na dobrą sprawę istnieją dwie możliwości. Albo kilkucentymetrowa warstewka formowała się trzydzieści razy dłużej niż potężne pokłady wapieni – co z punktu widzenia geologii brzmi kuriozalnie – albo doszło do nagłego skoku stężenia irydu na Ziemi. Iryd dociera do nas z przestrzeni kosmicznej, więc logika nakazuje wiązać szybki wzrost jego ilości z wydarzeniem o kosmicznej genezie. Może z supernową? Była to pierwsza myśl Luisa, ale wiedział on co nieco o astrofizyce i zdawał sobie sprawę, że eksplozja gwiazdy poza drobinami irydu, powinna również sypnąć innymi rzadkimi pierwiastkami, jak chociażby charakterystyczny pluton-244. Obecności tej substancji badacze jednak nie odnotowali, więc prymat zyskała druga opcja. Uderzenie meteorytu.

Gdzie ten meteoryt?

Publikacja autorstwa Waltera Alvareza, jego ojca Luisa oraz chemików Franka Asaro i Helen Michel (na fotografii poniżej), ujrzała światło dzienne w 1980 roku. Wzbudziła spore emocje w środowisku geologów, głównie negatywne. Powiedzmy sobie szczerze, sam Luis Alvarez nie potraktowałby zbyt poważnie wywrotowej pracy na temat, powiedzmy, jądra atomowego – sygnowanej nazwiskiem geologa czy innego nie-fizyka. Stąd też tezy aroganckiego noblisty w dziedzinie fizyki, pragnącego pouczać geologów i paleontologów, doczekały się odpowiednio chłodnego przyjęcia.

Na uczonych nie robiły wrażenia skrupulatne przewidywania dotyczące impaktu, poparte twardymi obliczeniami. Alvarezowie, korzystając z dostępnych informacji na temat innych katastrof (m.in. słynnej erupcji wulkanu Krakatau), wyliczyli podstawowe wartości dla wydarzeń sprzed 66 milionów lat. Zgodnie z nimi w naszą planetę rąbnął obiekt o masie 34 miliardów ton i średnicy minimum 7 kilometrów, który pędząc z prędkością 90 tys. km/h wybił krater o szerokości około 150 kilometrów. Mówimy o naprawdę pokaźnym uderzeniu. Wyzwolona energia była porównywalna z eksplozją dwóch milionów ładunków termonuklearnych pokroju sowieckiej Car Bomby.

Waltera Alvarez, Luisa Alvarez oraz Frank Asaro i Helen Michel

Hipoteza prezentowała się naprawdę solidnie, tyle że na papierze. Sceptycy wymagali najważniejszego: konkretnego śladu apokalipsy dokładnie naszkicowanej przez fizyka. Skoro wybuch był tak potężny, a krater tak wielgachny, to zlokalizowanie miejsca zbrodni nie powinno nastręczać kłopotów. Jednak, co by nie mówić, kilkadziesiąt milionów lat to szmat czasu, wystarczający do zabliźnienia nawet najgłębszych ran skorupy ziemskiej. Pamiętaj, że zaledwie 4 miliony lat temu, afrykańskie pustkowia przemierzał australopitek, a tu mamy do czynienia z okresem 66 milionów lat! Oczywiście ciekawych kraterów nie brakowało, lecz na zidentyfikowanie tego właściwego przyszło teoretykom czekać ponad dekadę. Dopiero na początku lat 90., trzy lata po śmierci Luisa Alvareza, trafiono na  przykryty grubą kołdrą osadów, 150-kilometrowy krater w Ameryce Północnej. Tym trudniejszy do wytropienia, że częściowo zanurzony w wodach Morza Karaibskiego. Dzieła dokonała ekipa badaczy pod kierownictwem Alana Hildebranda. Kanadyjczyk słusznie założył, że sama warstwa K-Pg musi skrywać pewne elementy prowadzące wprost do strefy zero, do miejsca przedwiecznego kataklizmu. Analizując linię gliny w Teksasie i Meksyku, geolodzy dostrzegli jej zgrubienie, zwiększoną obfitość irydu, a także obecność czegoś na kształt szklanych kulek. Były to tzw. sferule, niewielkie struktury powstałe przy okazji raptownych i bardzo gorących procesów stapiających kwarc – jak erupcja wulkanu, eksplozja bomby jądrowej, czy właśnie impakt.

Podążając po nitce do kłębka, Hildebrand wylądował w końcu na wschodnim wybrzeżu Meksyku. Tam nauce przyszedł na pomoc przemysł. Stara spółka naftowa Petróleos Mexicanos, poinformowała uczonych o efektach odwiertów dokonanych na terenie półwyspu Jukatan, trzydzieści lat wcześniej. Poszukując ropy w centrum okrągłej niecki, inżynierowie przebili się przez zaskakująco cienką i zniekształconą warstwę wapieni pochodzących z kredy. Dokładnie tego szukał Hildebrand. Punktu, w który z impetem wbił się kosmiczny pocisk, kiereszując mezozoiczną powierzchnię planety. Triumfalny koniec polowania obwieszczono na łamach czasopisma “Geology”, w artykule Krater Chicxulub: możliwy krater uderzeniowy przełomu kredy / trzeciorzędu na półwyspie Jukatan w Meksyku. W 1993 roku niewielka meksykańska mieścina Chicxulub zyskała nieśmiertelną sławę, jako miejsce długo wyczekiwanego odkrycia krateru Alvarezów.

Krater Chicxulub na półwyspie Jukatan w Meksyku
Umiejscowienie krateru Chicxulub na północy Jukatanu.

Współsprawca zbrodni

Wielu krytyków wciąż nie dawało za wygraną. Jednak bez względu na swoją zapalczywość nie potrafili oni dłużej negować faktu, że pod koniec mezozoiku niemal na pewno runął na Ziemię kosmiczny obiekt o niebagatelnej masie. Nie byli też w stanie zaprzeczyć, że taki impakt stanowił znaczące wydarzenie w historii planety, który wpłynął na każdy z żyjących ówcześnie gatunków. Sceptycy mogli co najwyżej próbować dowieść, że meteoryt co prawda uderzył, ale nie był główną lub przynajmniej jedyną przyczyną śmierci wielkich gadów. Innymi słowy, dinozaury i tak opuściłyby ten padół, a impakt jedynie ten proces przyśpieszył. Nawet nie będąc paleontologiem pewnie domyślasz się, że – w świetle odkrycia Alana Hildebranda – tego typu koncepcje nie brzmiały szczególnie przekonująco. Meteoryt z Chicxulub zdołał osiągnąć status pierwszego pełnego i wiarygodnego wytłumaczenia wielkiego wymierania K-Pg. Wątpliwości sprowadzają się w zasadzie do technicznych szczegółów eksplozji oraz przebiegu następujących po niej wydarzeń. 

Współczesne symulacje komputerowe dowodzą, że w kredowej atmosferze znalazło się przynajmniej 70 miliardów ton sadzy. Tyle zanieczyszczeń było koniecznych aby ograniczyć dostęp światła słonecznego na dwa lata i obniżyć globalną średnią temperatur o… 16°C. Po tej długiej nocy, zwiększone stężenie dwutlenku węgla mogło z kolei doprowadzić do podwyższenia temperatury, nawet ponad stan sprzed apokalipsy. Godne zauważenia wydaje się świeże spostrzeżenie Kunio Kaiho z Uniwersytetu Tohoku. Zdaniem Japończyka dinozaury miały wyjątkowego pecha, bowiem o ich losie przesądziła nie tyle energia impaktu, co miejsce uderzenia. Mierzący kilkanaście kilometrów kamień wyrzucił aż do stratosfery gigantyczne ilości sadzy, co mogło odciąć rośliny od fotosyntezy i urżnąć łańcuch pokarmowy u samych podstaw. Jednak czy w każdych okolicznościach katastrofa skończyłaby się równie brutalnym wynikiem? Co gdyby meteoryt spadł na środek głębi oceanicznej? Albo walnął w twarde granitowe podłoże? Kaiho twierdzi, że tylko 13% powierzchni ziemskiej charakteryzowało się taką strukturą i składem chemicznym aby doprowadzić do tak druzgocących skutków. 

Równie intrygujące pomysły dochodzą z Uniwersytetu Berkeley. Geolog Paul Renne zasugerował niedawno, że dinozaury padły ofiarą podwójnego kataklizmu. W pewnym sensie to powrót do starszych koncepcji. Sam Luis Alvarez (na marginesie, również pochodzący z Berkeley), w swoich ostatnich publikacjach rozważał czy meteoryt przypadkiem nie posiadał cichego wspólnika. Kiedy w zachodnią półkulę planety uderzała planetoida, na wschodniej już od jakiegoś czasu trwało wielkie kopcenie. Pisząc “wielkie”, mam na myśli nieustanną i bezprecedensową produkcję magmy oraz gazów cieplarnianych, przez co najmniej ćwierć miliona lat. W takim piekle formowała się obecna wyżyna Dekan, zajmująca obszar około dziesięciokrotnie większy od terytorium Polski. Zajmujące ją majestatyczne trapy, wznoszące się na wysokość nawet 2 tys. metrów nad poziom morza, to nic innego niż masy zastygłej lawy. Renne uważa, że szczyt tej niesłychanej aktywności wulkanicznej przypadł na ten sam moment dziejowy co katastrofa na Jukatanie. Połączone siły impaktu i niezliczonych wulkanów skutecznie zapaskudziły atmosferę. Ponad to, Dekan dołożył jeszcze jeden ważny czynnik. Wraz z magmą, na powierzchnię Ziemi wydostały się miliardy ton rtęci oraz innych toksycznych pierwiastków. Trujące stało się nie tylko powietrze, ale również oceany inicjując śmiertelny efekt domino.

Trapy Dekanu zabójcą dinozaurów?

Poszczególne elementy teorii impaktu wciąż czekają na dopracowanie. Czy 3/4 ziemskich gatunków rzeczywiście wymordowała nuklearna zima? Jak długo niebo przysłaniały wyrzucone do atmosfery pyły? Jak wyglądała kolejność wymierania poszczególnych organizmów? Czy astronomiczny zabójca pochodził z Pasa Głównego planetoid? Spekulacje zapewne potrwają jeszcze wiele dekad, ale żadna koncepcja nie może ignorować krateru Chicxulub i jednego z największych kataklizmów w dziejach naszej planety.

Literatura uzupełniająca:
L. Randall, Ciemna materia i dinozaury, przeł. B. Bieniok, Warszawa 2016;
M. Benton, Gdy życie prawie wymarło. Tajemnica największego masowego wymierania w dziejach Ziemi, przeł. A. Hołdys, Warszawa 2016;
W. Alvarez, Dinozaury i krater śmierci, przeł. N. Ryszczuk, Warszawa 1999;
I. Asimov, Kosmos, dinozaury, uczeni, przeł. P. Sitarski, Warszawa 1994;
T. Sunmer, What killed the dinosaurs? New rocky evidence has been emerging about the dinos’ final days, [online: www.sciencenewsforstudents.org/article/dinosaurs-extinction-asteroid-eruptions-doom];
B. Griggs, More evidence that the dinosaurs were super unlucky with regards to that whole asteroid thing, [online: www.popsci.com/dinosaur-asteroid-extinction-location-unlucky].
Jak to było z flagą na Księżycu? Fizyka made in Poland – czyli polscy fizycy, których znać wypada Lot Virgin Galactic Unity 22 – Przewodnik dla zabieganych