VYMÍRÁNÍ K-T

Sledování průběhu evoluce

od Richarda Cowena

POZNÁMKA: Toto je první strana třístránkového dokumentu.

TATO ESEJ, napsaná v roce 1999, je kapitolou z mé knihy History of Life, vydané nakladatelstvím Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Můžete si vytisknout kopii pro osobní nebo vzdělávací účely a můžete na tuto stránku odkazovat. V této webové verzi kapitoly chybí ilustrace.
Cowen, R. 1994. Dějiny života. Druhé vydání. Vyd. 460 s. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Jedná se o učebnici pro první ročníky, kterou vydalo nakladatelství Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. K dostání na adrese Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Informace a aktualizace o 3. vydání.
Podívejte se také na samostatnou esej věnovanou obecnému tématu velkých vymírání a na osnovu ústní prezentace Richarda Cowena.
Na katedře geologie Kalifornské univerzity v Davisu se Richard Cowen snaží udržovat další zajímavé webové stránky:

• Aktualizace a webové odkazy k eseji o vymírání KT
• Nové odkazy na vymírání KT, které se objevily od vydání Historie života.
• Aktualizace a webové odkazy pro esej o vymírání KT
• Nové reference o vymírání KT, které se objevily od vydání History of Life.
• Paleontologie ve zprávách:

Konec dinosaurů: Vymírání K-T

Téměř všichni velcí obratlovci na Zemi, na souši, v moři i ve vzduchu (všichni dinosauři, plesiosauři, mosauři a pterosauři) náhle vyhynuli asi před 65 lety, na konci období křídy. Ve stejné době vyhynula většina planktonu a mnoho tropických bezobratlých živočichů, zejména obyvatelé útesů, a těžce postiženy byly i mnohé suchozemské rostliny. Tato událost vymírání představuje významný mezník v historii Země, K-T neboli hranici mezi křídou a terciérem, a konec druhohorní éry. Vymírání K-T mělo celosvětový rozsah a zasáhlo všechny hlavní kontinenty a oceány. O tom, jak krátká tato událost byla, se dodnes vedou spory. Z geologického hlediska byla jistě náhlá a podle všech měřítek mohla být katastrofická.
I přes rozsah vymírání se však nesmíme nechat chytit do pasti, že hranice K-T znamenala katastrofu pro vše živé. Většina skupin organismů přežila. Hmyz, savci, ptáci a kvetoucí rostliny na souši a ryby, koráli a měkkýši v oceánech pokračovali brzy po konci křídy v obrovské diverzifikaci. Mezi oběti K-T patřila většina tehdejších velkých živočichů, ale také někteří z nejmenších, zejména plankton, který vytváří většinu primární produkce v oceánech.
ZPĚT NA VRCHOL

Vyskytlo se mnoho špatných teorií vysvětlujících vymírání dinosaurů. V této kapitole je popsáno více špatných vědeckých poznatků než v celém zbytku knihy. Například ještě v 80. letech 20. století nová kniha o vymírání dinosaurů předpokládala, že trávili příliš mnoho času na slunci, dostali šedý zákal, a protože špatně viděli, padali ze skal do záhuby. Ale bez ohledu na to, jak přesvědčivé nebo hloupé jsou, jakákoli z teorií, která se snaží vysvětlit pouze vymírání dinosaurů, ignoruje skutečnost, že k vymírání docházelo v suchozemské, mořské i vzdušné fauně a bylo skutečně celosvětové. Vymírání K-T bylo globální událostí, takže bychom měli zkoumat globálně působící činitele: geografické změny, oceánografické změny, klimatické změny nebo mimozemskou událost. Nejnovější práce o vymírání K-T se soustředily na dvě hypotézy, které naznačují násilný konec křídy: dopad velkého asteroidu a obří sopečnou erupci.

Asteroid nebo dopad komety?

Meteorit dostatečně velký na to, aby mohl být nazván malým asteroidem, dopadl na Zemi právě v době vymírání K-T. Meteorit, který dopadl na Zemi, byl v době vymírání K-T dostatečně velký. Důkazy o tomto dopadu poprvé objevil Walter Alvarez a jeho kolegové. Zjistili, že horniny uložené přesně na hranici K-T obsahují mimořádné množství kovového iridia (obrázek 18.1). Zdá se, že nezáleží na tom, zda byly hraniční horniny uloženy na souši nebo pod mořem. V Tichém oceánu a Karibiku tvoří jíly obsahující iridium vrstvu v sedimentech oceánského dna, v Evropě se nachází v usazeninách kontinentálního šelfu a v Severní Americe, od Kanady po Nové Mexiko, se vyskytuje v uhelných horninových sekvencích uložených v záplavových oblastech a deltách. Datování je přesné a vrstva iridia byla identifikována na více než 100 místech na Zemi. Tam, kde se hranice nachází v mořských sedimentech, se iridium vyskytuje ve vrstvě těsně nad posledními křídovými mikrofosíliemi a sedimenty nad ní obsahují paleocénní mikrofosílie z nejranější části kenozoika.
Iridium je přítomno pouze v hraničních horninách, a bylo tedy uloženo v jediném velkém výronu: velmi krátké události. Iridium se v běžných sedimentech mořského dna vyskytuje v mikroskopickém množství, ale iridiový hrot na hranici K-T je velmi velký. Iridium je na Zemi vzácné, a přestože se v sedimentech může koncentrovat chemickými procesy, musel iridiový hrot takového rozsahu vzniknout nějakým neobvyklým způsobem. Iridium je na Zemi mnohem vzácnější než zlato, ale v jílech na hranici K-T je iridium obvykle dvakrát hojnější než zlato, někdy i více. Stejně vysoký poměr se nachází i v meteoritech. Alvarezova skupina proto vyslovila domněnku, že iridium bylo rozptýleno po celém světě z oblaku úlomků, který se vytvořil při dopadu asteroidu někde na Zemi.

Asteroid dostatečně velký na to, aby rozptýlil odhadované množství iridia v celosvětovém spadu na hranici K-T, mohl mít průměr asi 10 km. Počítačové modely naznačují, že pokud by se takový asteroid srazil se Zemí, proletěl by atmosférou a oceánem, téměř jako by tam nebyly, a v zemské kůře by vyrazil kráter o průměru asi 100 km. Iridium a nejmenší kousky úlomků by se při dopadu rozptýlily po celém světě, protože by se asteroid vypařil v ohnivou kouli. Pokud byl hrot skutečně vytvořen velkým impaktem, jaké další důkazy bychom měli doufat, že najdeme v horninovém záznamu? S dobře známými impaktními strukturami meteoritů jsou často spojeny úlomky šokovaného křemene a sféry (drobné skleněné kuličky) (obrázek 18.2). Sklo vzniká tak, že se cílová hornina při dopadu roztaví, je vyvržena do vzduchu jako sprška kapiček a téměř okamžitě zmrzne. V průběhu geologického času se skleněné kuličky mohou rozpadnout na hlínu. Rázový křemen vzniká, když krystaly křemene projdou náhlým impulsem velkého tlaku. Pokud nejsou dostatečně zahřáté, aby se roztavily, mohou nést zvláštní a nezaměnitelné mikrostruktury (obrázek 18.2, nahoře).
ZPĚT NA VRCHOL
V celé Severní Americe obsahuje jíl na hranici K-T skleněné kuličky (obrázek 18.2, dole) a těsně nad jílem je tenčí vrstva, která obsahuje iridium spolu s úlomky šokovaného křemene. Její tloušťka je jen několik milimetrů, ale celkově jen v Severní Americe obsahuje více než kilometr krychlový šokovaného křemene. Zóna šokovaného křemene zasahuje na západ na dno Tichého oceánu, ale šokovaný křemen je v horninách na hranici K-T jinde vzácný: některé velmi drobné úlomky se vyskytují na evropských lokalitách. Všechny tyto důkazy naznačují, že k impaktu K-T došlo na území Severní Ameriky nebo v její blízkosti, přičemž iridium pochází z vypařeného asteroidu a šokovaný křemen z kontinentálních hornin, na které dopadl.
Kráter po impaktu K-T byl nyní nalezen. Jedná se o geologickou strukturu zhruba vejčitého tvaru zvanou Chicxulub, hluboko pohřbenou pod sedimenty mexického poloostrova Yucatán (obrázek 18.3). Struktura má průměr asi 180 km, což je jedna z největších dosud spolehlivě identifikovaných impaktních struktur na Zemi. Vrt vyvrtaný do struktury Chicxulub narazil na 380 metrů (více než 1000 stop) vyvřelé horniny se zvláštním chemickým složením. Tento chemismus mohl vzniknout roztavením směsi sedimentárních hornin v oblasti. Vyvřelá hornina pod Chicxulubem obsahuje vysoké množství iridia a její stáří je 65 milionů let, což se přesně shoduje s hranicí K-T.

Na vrcholu vyvřelé horniny leží masa rozlámaných hornin, pravděpodobně největších přeživších úlomků, které dopadly zpět na kráter, aniž by se roztavily, a na ní jsou normální sedimenty, které se pomalu tvořily, aby vyplnily kráter v mělkých tropických mořích, která pokrývala oblast dopadu.
Známé impaktní krátery jsou často spojeny s tektity a také s šokovaným křemenem a drobnými skleněnými kuličkami. Tektity jsou větší skleněné kuličky neobvyklých tvarů a povrchových textur. Vznikají při okamžitém roztavení hornin a jejich vystříknutí z míst dopadu v podobě velkých chuchvalců roztaveného skla, které se pak ochladí při víření vzduchem.
Haiti bylo na konci křídy vzdáleno asi 800 km od Chicxulubu (obr. 18.3). V Belocu a na dalších lokalitách na Haiti je hranice K-T vyznačena normální, ale silnou (30 cm) jílovitou hraniční vrstvou, která se skládá převážně ze skleněných kuliček (obrázek 18.2). Jíl je překryt vrstvou turbiditního, podmořského sesuvného materiálu, který obsahuje velké úlomky hornin. Některé úlomky vypadají jako roztříštěná oceánská kůra, ale vyskytují se zde také kulovité kousky žlutého a černého skla o průměru až 8 mm, které jsou jednoznačně tektity. Belocské tektity zřejmě vznikly při teplotě kolem 1300 °C ze dvou různých druhů hornin; a jsou datovány přesně na 65 milionů let. Černé tektity vznikly z kontinentálních vulkanických hornin a žluté z evaporitových sedimentů s vysokým obsahem síranů a uhličitanů. Horniny Yucatánu v okolí Chicxulubu jsou tvořeny převážně právě touto směsí hornin a vyvřelé horniny pod Chicxulubem mají chemismus kdysi roztavené směsi těchto dvou hornin. Nad turbiditem vystupuje tenká vrstva červeného jílu o tloušťce jen asi 5-10 mm, která obsahuje iridium a šokovaný křemen.
Většinu těchto důkazů lze vysvětlit následovně: u Chicxulubu dopadl asteroid, který narazil do hromady silných sedimentů v mělkém moři. Náraz roztavil velkou část místní kůry a vyvrhl roztavený materiál ven z hloubky až 14 km pod povrchem. Malé kuličky roztaveného skla byly pod malým úhlem vymrštěny do vzduchu a dopadly na obrovskou plochu, která se táhla na severovýchod až k několik set kilometrů vzdálenému Haiti a na severozápad až do Colorada. Následoval jemnější materiál, který byl vyvržen výše do atmosféry nebo do vesmíru a padal pomaleji na hrubší úlomky.
ZPĚT NA VRCHOL
Vejčitý tvar kráteru Chicxulub ukazuje, že asteroid dopadl pod mělkým úhlem, asi 20°-30°, a rozmetal více úlomků na severozápad než v jiných směrech. To vysvětluje zejména obrovské poškození severoamerického kontinentu a zkreslené rozložení šokovaného křemene daleko do Pacifiku.

Další lokality v západním Karibiku naznačují, že normálně klidné hlubokovodní sedimenty byly drasticky narušeny právě na konci křídy a narušené sedimenty mají vrstvu obsahující iridium přímo na sobě. Na mnoha lokalitách ze severního Mexika a Texasu a na dvou lokalitách navrtaných na dně Mexického zálivu jsou patrné známky velkého narušení oceánu na hranici K-T. Na mnoha lokalitách se objevuje iridium. Na některých místech narušené sedimenty mořského dna obsahují zkameněliny čerstvých listů a dřeva suchozemských rostlin spolu s tektity datovanými na 65 milionů let (obr. 18.4). V okolí Karibiku a na lokalitách na východoatlantickém pobřeží Spojených států byly stávající křídové sedimenty vytrhány a znovu usazeny v neuspořádané hromadě, která obsahuje také skleněné kuličky různého chemismu, úlomky šokovaného křemene a iridiový hrot. To vše naznačuje, že tehdejší okraj oceánu zasáhla velká tsunami nebo přílivová vlna, která spláchla čerstvé suchozemské rostliny daleko do moře a roztrhala sedimenty mořského dna, které ležely neporušené miliony let. Vzniklá bizarní směs hornin byla nazvána „křídovo-třetihorní koktejl“.
Když byl Chicxulub identifikován, bylo možné spočítat, že šokovaný křemen byl při dopadu vypuštěn do vysokoúhlového spraše. Tato první žhavá ohnivá koule vynesla vypařené a roztavené úlomky (včetně skleněných kuliček a iridia) vysoko nad atmosféru, aby se při pomalém snášení dolů uložily jako poslední a globálně. Větší úlomky, pevné a roztavené, byly vymrštěny ven pod nižším úhlem, ale ne příliš daleko, a byly uloženy jako první a lokálně (asi 15 minut cesty do Colorada!). Současně byly menší úlomky, včetně šokovaného křemene, vyvrženy vzhůru mezi žhavou ohnivou kouli a větší úlomky a byly uloženy jako druhé a regionálně (asi 30 minut cesty do Colorada). Energie nárazu, pro srovnání s výbuchy vodíkových bomb, byla asi 100 milionů megatun.

Obří sopečná erupce?

Přesně na hranici K-T si nový plum (kapitola 6) razil cestu zemskou kůrou v blízkosti hranice desek mezi Indií a Afrikou. Obrovské množství čediče se vylilo na území dnešní Dekánské plošiny v západní Indii a vytvořilo obrovské lávové vrstvy zvané Dekánské pasti. Obrovské rozšíření tohoto lávového proudu na druhé straně hranice desek nyní leží pod vodou v Indickém oceánu (obrázky 18.3 a 18.5). Dekkánské pasti nyní pokrývají 500 000 km2 (asi 200 000 km2), ale předtím, než je eroze z některých oblastí odstranila, mohly pokrývat čtyřikrát větší plochu. Jejich dochovaný objem činí 1 milion km3 (240 000 km3) a místy mají tloušťku přes 2 km. Celý objem sopek, které vyvřely, včetně podvodních láv, byl mnohem větší (obrázek 18.5).
Dekanské erupce navíc začaly náhle těsně před hranicí K-T.
Dekanské erupce začaly náhle. Vrcholné erupce mohly trvat jen asi jeden milion let (± 50 %), ale tato krátká doba se protáhla přes hranici K-T. To znamená, že v době, kdy probíhaly erupce, bylo v Dekkánském poloostrově jen několik milionů let. Rychlost erupcí byla nejméně třicetinásobná oproti dnešním havajským erupcím, a to i za předpokladu, že byla nepřetržitá po dobu až milionu let; pokud by byla erupce kratší nebo křečovitá, byla by rychlost erupcí mnohem vyšší. Dekkánské pasti pravděpodobně vybuchovaly spíše jako lávové proudy a fontány, jako je tomu u Kilauey, než jako obří explozivní erupce jako u Krakatau. Odhady ohnivých fontán vzniklých při erupcích rozsahu Dekkánských pastí však naznačují, že aerosoly a popel by se snadno dostaly do stratosféry. Dekkánský chochol je stále aktivní; jeho horká skvrna nyní leží pod sopečným ostrovem Réunion v Indickém oceánu.
Existují tedy pádné důkazy o krátkodobých, ale gigantických sopečných erupcích na hranici K-T.
Dekkánský chochol je stále aktivní. Někteří lidé se snažili vysvětlit všechny vlastnosti hornin na hranici K-T jako důsledek těchto erupcí. Důkazy o mimozemském impaktu jsou však tak silné, že je ztrátou času snažit se tyto důkazy vysvětlit jako vulkanické účinky. Místo toho bychom se měli soustředit na skutečnost, že hranice K-T se shodovala se dvěma velmi dramatickými událostmi. Dekkánské pasti leží napříč hranicí K-T a vznikly během zjevně významné události v dějinách Země. Dopad asteroidu se odehrál právě na hranici K-T. S životem na Zemi se jistě stalo něco dramatického, protože geologové určili hranici K-T a konec druhohor na základě velkého vymírání živočichů na souši i v moři. Dopad asteroidu nebo série gigantických erupcí, případně obojí, by měly zásadní globální dopad na atmosféru a počasí.
Především mezi fyzikálními vědci panuje pocit, že pokud se nám podaří prokázat, že na hranici K-T došlo k fyzické katastrofě, máme automatické vysvětlení vymírání v období K-T.
Vyhynulí živočichové, kteří se nacházeli na hranici K-T, se tak automaticky vysvětlují. Tuto souvislost je však třeba prokázat, nikoli pouze předpokládat. Stále se musíme ptát, která katastrofa, pokud vůbec nějaká, způsobila vymírání v období K-T, a pokud ano, jak?“

POKRAČUJEME na straně 2

.