Krater Chicxulub – poznajmy mordercę dinozaurów

Dinozaury wymarły, ponieważ nie miały programu kosmicznego.
Larry Niven

Dla obecnego pokolenia idea kosmicznego pocisku, który 66 milionów lat temu rąbnął w Ziemię, demolując globalny ekosystem, brzmi jak coś oczywistego. Nawet dzieci bazgrzące po kolorowankach z dinozaurami, słyszały o strasznym kataklizmie, jaki zakończył rządy Tyranozaura i innych wielkich gadów. Aż trudno uwierzyć, że koncepcja impaktu wypłynęła na otwarte wody nauki raptem cztery dekady temu i początkowo wcale nie traktowano jej zbyt łaskawie.

Co jeśli nie meteoryt?

Mniej więcej do lat 80. wiedzieliśmy tylko tyle, że miliony lat temu, gdzieś pod koniec kredy doszło do masowego wymierania, zakończonego zniknięciem trzech czwartych ówczesnych gatunków. Winowajca pozostawał nieznany, a brak twardego materiału dowodowego sprawiał, że uczeni sypali pomysłami jak cukierkami.

Granica K-Pg, od kredy i paleogenu — Wymieranie nastąpiło na przełomie kredy (ostatniego okresu mezozoiku) i paleogenu (pierwszego okresu ery kenozoicznej) 66 milionów lat temu.

Sporą część z nich łączyło założenie o tzw. starzeniu gatunków. Tak jak człowiek rodzi się, dorasta, osiąga dojrzałość, wchodzi w wiek podeszły i w końcu umiera, tak całe gatunki posiadają określony etapy egzystencji i ograniczony czas istnienia. Ciało każdej istoty wzrasta i przejrzewa, stając się coraz bardziej niedołężne. Z kolei populacja danego gatunku kumuluje w sobie genetyczne mutacje – najczęściej negatywne – prowadzące ostatecznie do „przygniecenia” tejże populacji swym szkodliwym balastem. O zagładzie nie decyduje pojedynczy czynnik, lecz wyczerpanie pewnej ewolucyjnej formuły. Dotarcie do biologicznej ślepej uliczki.

Przedmiotem spekulacji pozostawały szczegóły starzenia się dinozaurów jako gatunku. Niektórzy wskazywali na gigantyzm gadów. Przesadne rozmiary ciała nieustannie zwiększały potrzeby żywieniowe, co w końcu mogło poskutkować zawaleniem się łańcucha pokarmowego. Inny, choć 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. Nie wykluczano też, że 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 „wybekiwanego” metanu. Bestie żyjące w mezozoiku, proporcjonalnie do swej masy, miałyby wyprodukować ilość gazów, która poważnie zaszkodziłaby pradawnym ekosystemom, a w efekcie im samym.

To tylko kilka wybranych hipotez. Żadna z nich nie dawała się zweryfikować, za to każda posiadała trudne do załatania luki.

Zapytacie, dlaczego przez żadną z mądrych głównie przeleciała prosta myśl o połączeniu wymierania z jakąś spektakularną katastrofą? Cóż, przeleciała. Zoolog Max Walker de Laubenfels już w latach 50. rzucił myśl, że w geologicznej skali czasu uderzenie śmiercionośnego meteorytu wydaje się wydarzeniem bardzo prawdopodobnym i mogło odegrać rolę w kształtowaniu życia. Była to jednak bardziej luźna idea, niż poważna próba wyjaśnienia konkretnego zjawiska. Zresztą, gdyby taka kolizja naprawdę miała miejsce, musiałaby pozostawić na Ziemi wyraźną bliznę, a tej przecież nikt nie widział.

Wymieranie K-Pg

Wszystko zmieniło się za sprawą dwóch uczonych: 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. (Stąd w publikacjach czasem mówi się o warstwach geologicznych K-Pg i analogicznie o wymieraniu K-Pg).

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 cieniutką 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.

Zbliżenie na glinę graniczną pomiędzy warstwami K-Pg. Oczywiście stosuję tu mocne uproszczenie: uwagę Waltera Alvareza w pierwszej kolejności zwrócił fakt, że otwornice (takie małe skorupiaki) z górnej kredy znikają nagle i ustępują innym gatunkom otwornic z kenozoiku.

Jak to rozumieć? Dobrą praktyką w takiej sytuacji jest upewnienie się, czy grubość poszczególnych warstw skalnych, aby na pewno jest skorelowana z czasem ich powstawania. Innymi słowy, czy cienka linia gliny powstała w (geologicznym) okamgnieniu. Tak też pomyślał Walter i zwrócił się o pomoc do swojego ojca.

Krnąbrny Luis

Luis Alvarez sprawował profesurę w Berkeley, uczestniczył w Projekcie Manhattan, w 1968 roku otrzymał Nagrodę Nobla i bez wątpienia należał do najbardziej szanowanych fizyków eksperymentalnych w Stanach Zjednoczonych. Nie miał natomiast doświadczenia, ani w geologii, ani w paleontologii. Mało tego, z żarliwością wyznawał prymat własnej dyscypliny, traktując nauki o Ziemi z lekkim przymrużeniem oka. No, może więcej niż lekkim.

Nie lubię mówić źle o paleontologach, ale nie są zbyt dobrymi naukowcami. Są raczej jak kolekcjonerzy znaczków.
Luis Alvarez, 1988

W każdym razie uczony zaangażował się w pracę swojego syna, wspierając go swoim doświadczeniem z zakresu fizyki. 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 regularnie 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.

Luis Alavarez wraz z synem Walterem włoskim Gubbio w 1981 roku.

Ojca i syna najbardziej interesowało oczywiście, 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 z góry i dołu wapienie.

O czym to świadczy? Na dobrą sprawę istniały dwie możliwości. Albo kilkucentymetrowa warstewka formowała się trzydzieści razy dłużej niż potężne pokłady wapieni – co z punktu widzenia geologii brzmi nieprawdopodobnie – albo doszło do nagłego skoku stężenia irydu na Ziemi. Iryd dociera do nas z przestrzeni kosmicznej, więc logika sugerowała powiązać 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 z kosmosu.

To gdzie ten krater?

Publikacja autorstwa Waltera Alvareza, jego ojca Luisa oraz chemików Franka Asaro i Helen Michel, ujrzała światło dzienne w czerwcu 1980 roku. Artykuł wzbudził 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 biologa. Stąd też tezy aroganckiego noblisty w dziedzinie fizyki, pragnącego pouczać geologów i paleontologów, doczekały się odpowiednio chłodnego przyjęcia.

Waltera Alvarez, Luisa Alvarez oraz Frank Asaro i Helen Michel — Autorzy hipotezy kosmicznej katastrofy (od lewej): Luis Alvarez, Walter Alvarez, Frank Asaro i Helen Michel.

Na uczonych nie robiły wrażenia skrupulatne przewidywania dotyczące impaktu, poparte chemią i twardymi obliczeniami. Alvarezowie korzystając z dostępnych informacji na temat innych katastrof, wyliczyli podstawowe wartości dla kataklizmu 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.

Hipoteza prezentowała się całkiem solidnie, tyle że na papierze. Sceptycy wymagali najważniejszego: wskazania konkretnego miejsca zbrodni, tak dokładnie naszkicowanego przez fizyka. Skoro wybuch był potężny, a krater wielgachny, to gdzieś muszą istnieć pozostałości krateru. Niestety sprawa była prosta tylko pozornie. Kilkadziesiąt milionów lat to szmat czasu, wystarczający do zabliźnienia nawet najgłębszych ran skorupy ziemskiej. Pamiętajcie, że mamy do czynienia z perspektywą 66 milionów lat, podczas gdy zaledwie 4 miliony lat temu afrykańskie pustkowia przemierzał australopitek.

Chicxulub

Na zidentyfikowanie właściwego krateru naukowcom przyszło czekać ponad dekadę. Dopiero na początku lat 90., już 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.

Historycznego odkrycia dokonała ekipa badaczy pod kierownictwem Alana Hildebranda. Kanadyjczyk słusznie założył, że sama warstwa K-Pg musi skrywać pewne elementy prowadzące wprost do strefy zero. 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 uderzenie meteorytu.

Część tego materiału stopionego przez meteoryt jest wyrzucana z krateru i tworzy krople, które po zastygnięciu zmieniają się w charakterystyczne sferule.

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.

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

Triumfalny koniec poszukiwań 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. Kosmiczna kolizja zdołała w końcu osiągnąć status pierwszego pełnego i wiarygodnego wytłumaczenia wielkiego wymierania K-Pg.

Współsprawcy zbrodni

Późniejsze symulacje komputerowe dowiodły, że wskutek kolizji w kredowej atmosferze znalazło się przynajmniej 70 miliardów ton sadzy. Tyle zanieczyszczeń wystarczyłoby, aby ograniczyć dostęp światła słonecznego na dwa lata i obniżyć globalną średnią temperatur aż o 16°C. Po zakończeniu tej długiej nocy zwiększone stężenie dwutlenku węgla mogło z kolei doprowadzić do podwyższenia temperatury, nawet ponad stan sprzed apokalipsy.

Gwałtowne zmiany warunków stworzyły wąskie gardło, przez które przecisnęła się tylko jedna czwarta gatunków.

Nie oznacza to wszystko, że Chicxulub nie mógł mieć cichego wspólnika. Geolog Paul Renne zasugerował jakiś czas temu, że dinozaury padły ofiarą podwójnego kataklizmu. Kiedy w zachodnią półkulę planety uderzała masywna skała, 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 w środkowych Indiach. Majestatyczne trapy wznoszące się na wysokość nawet 2 tysięcy metrów nad poziom morza, to nic innego niż masy zastygłej lawy.

Dekan to gigantyczny płaskowyż, który zaczął powstawać pod koniec kredy, kiedy na powierzchnię Ziemi wypłynęło ponad 500 kilometrów sześciennych 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. Ponadto, Dekan dołożył jeszcze jeden ważny czynnik. Wraz z magmą, na powierzchnię Ziemi wydostały się miliardy ton rtęci oraz innych toksycznych pierwiastków. Trujące mogło stać się zatem nie tylko powietrze, ale również oceany inicjując śmiertelny efekt domino. (Powstały też kontrpropozycje, wedle których procesy wulkaniczne złagodziły skutki uderzenia meteorytu).

Wypadki chodzą po dinozaurach

Pozostaje jeszcze kwestia pochodzenia kosmicznego zabójcy. Chociaż już Alvarezowie z grubsza nakreślili wymiary niszczycielskiego meteorytu, przez długie lata trwał spór o to, czy była to planetoida, czy może raczej zabłąkana kometa. Najnowsze analizy wskazują na tę pierwszą opcję. Według badaczy z Uniwersytetu Kolońskiego w Ziemię uderzył chondryt węglisty, a jego skład chemiczny (obecność izotopów rutenu) sugeruje, że pierwotnie krążył daleko od Słońca.

Dlaczego odległa planetoida opuściła swój posterunek i postanowiła odwiedzić naszą okolicę? Być może Jowisz, którego grawitacja zazwyczaj chroni nas przed niechcianymi gośćmi, spłatał nam figla i tym razem cisnął kamieniem w naszym kierunku. Tego pewnie nie potwierdzimy. Wiemy natomiast, że aż 80% meteorytów, które dosięgają Ziemi, pochodzi z wnętrza Układu Słonecznego i należy do innej kategorii. Oznacza to, że Chicxulub był wyjątkiem od reguły.

Godne zauważenia wydaje się też spostrzeżenie Kunio Kaiho z Uniwersytetu Tohoku. Zdaniem Japończyka o losie dinozaurów przesądziła nie tyle energia uderzenia, co jego miejsce. Tylko 13% powierzchni Kuli Ziemskiej ma strukturę i skład chemiczny, które po kolizji pozwoliłby na wyrzucenie do stratosfery tak potwornych ilości sadzy. Innymi słowy, gdyby planetoida spadła gdzieś indziej – na środek głębi oceanicznej, albo na twarde granitowe podłoże – prawdopodobnie katastrofa nie byłaby aż tak dotkliwa.

Dinozaury miały podwójnego, a nawet potrójnego pecha.