K-T-udryddelsen

Sporing af evolutionens forløb

af Richard Cowen

NOTE: Dette er side 1 af et dokument på tre sider.

Denne opgave, skrevet i 1999, er et kapitel fra min bog History of Life, udgivet af Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Du må gerne udskrive en kopi til personlig brug eller til undervisningsbrug, og du må gerne oprette et link til dette websted. Illustrationer mangler i denne web-version af kapitlet.
Cowen, R. 1994. History of Life. 2. udgave. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Dette er en lærebog på første klasses niveau udgivet af Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Kan fås ved henvendelse til Blackwell Science, 238 Main Street, Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Oplysninger og opdateringer om den 3. udgave.
Se også et særskilt essay om det generelle emne om større udryddelser og en oversigt over Richard Cowens mundtlige præsentation.
På Geology Department ved University of California, Davis, forsøger Richard Cowen at vedligeholde andre websider af interesse:

• Opdateringer og weblinks til essayet om KT-udryddelsen
• Nye referencer om KT-udryddelsen, der er dukket op, siden History of Life blev udgivet.
• Opdateringer og weblinks til essayet om uddøen
• Nye referencer om uddøen, der er dukket op siden udgivelsen af History of Life.
• Paleontology in the News: Websider af aktuel interesse.

Dinosaurernes endeligt: K-T-udryddelsen

Næsten alle de store hvirveldyr på jorden, på land, i havet og i luften (alle dinosaurer, plesiosaurer, mosasaurer og pterosaurer) uddøde pludselig omkring 65 Ma, ved slutningen af Kridttiden. Samtidig uddøde de fleste planktonplanter og mange tropiske hvirvelløse dyr, især revdyr, og mange landplanter blev hårdt ramt. Denne uddøen markerer en vigtig grænse i Jordens historie, K-T-grænsen eller Kridt-Tertiær-grænsen, og afslutningen på den mesozoiske æra. K-T-udryddelserne var verdensomspændende og berørte alle de store kontinenter og oceaner. Der er stadig uenighed om, hvor kort denne begivenhed var. Den var i hvert fald pludselig i geologisk henseende og kan have været katastrofal efter nogens standarder.
På trods af udryddelsernes omfang må vi dog ikke lade os narre til at tro, at K-T-grænsen markerede en katastrofe for alt levende. De fleste grupper af organismer overlevede. Insekter, pattedyr, fugle og blomstrende planter på landjorden og fisk, koraller og bløddyr i havet fortsatte med at diversificere sig enormt hurtigt efter Kridttidens afslutning. K-T-ofrene omfattede de fleste af datidens store skabninger, men også nogle af de mindste, især plankton, som genererer det meste af den primære produktion i havene.

RETURN TO TOP
Der har været mange dårlige teorier til at forklare dinosaurernes uddøen. Der er beskrevet mere dårlig videnskab i dette kapitel end i hele resten af bogen. For eksempel foreslog en ny bog om dinosaurernes uddøen selv i 1980’erne, at de tilbragte for meget tid i solen, fik grå stær, og fordi de ikke kunne se særlig godt, faldt de ud over klipper og gik til grunde. Men uanset hvor overbevisende eller fjollede de er, ignorerer alle de teorier, der kun forsøger at forklare dinosaurernes uddøen, det faktum, at udryddelserne fandt sted i faunaer på land, i havet og i luften og var virkelig verdensomspændende. K-T-udryddelsen var en global begivenhed, og derfor bør vi undersøge globalt virkende agenter: geografiske ændringer, oceanografiske ændringer, klimaændringer eller en udenjordisk begivenhed. Det seneste arbejde om K-T-udryddelsen har været centreret om to hypoteser, der tyder på en voldsom afslutning på Kridttiden: et stort asteroideindslag og et gigantisk vulkanudbrud.

Et asteroide- eller kometnedslag?

En meteorit, der var stor nok til at blive kaldt en lille asteroide, ramte Jorden netop på tidspunktet for K-T-udryddelsen. Beviserne for nedslaget blev først opdaget af Walter Alvarez og kolleger. De fandt, at sten, der blev lagt ned netop ved K-T-grænsen, indeholder ekstraordinære mængder af metallet iridium (figur 18.1). Det ser ud til at være ligegyldigt, om grænsestenene blev lagt på land eller under havet. I Stillehavet og Caribien danner det iridiumholdige ler et lag i havbundssedimenter; det findes i aflejringer fra kontinentalsoklen i Europa; og i Nordamerika, fra Canada til New Mexico, forekommer det i kulholdige stensekvenser, der er nedlagt på flodsletter og deltaer. Dateringen er præcis, og iridiumlaget er blevet identificeret mere end 100 steder rundt om på Jorden. Hvor grænsen ligger i marine sedimenter, forekommer iridiumet i et lag lige over de sidste mikrofossiler fra kridttiden, og sedimenterne over dette lag indeholder mikrofossiler fra Paleocæn fra den tidligste del af Kænozoikum.
Iridiumet er kun til stede i grænsestenene og blev derfor aflejret i en enkelt stor spids: en meget kort begivenhed. Iridium forekommer i normale havbundssedimenter i mikroskopiske mængder, men iridiumspidsen ved K-T-grænsen er meget stor. Iridium er sjældent på Jorden, og selv om det kan koncentreres ved kemiske processer i et sediment, må en iridiumspids af denne størrelsesorden være opstået på en usædvanlig måde. Iridium er meget sjældnere end guld på Jorden, men i ler fra K-T-grænsen er iridium normalt dobbelt så hyppigt forekommende som guld, nogle gange mere end det. Det samme høje forhold findes i meteoritter. Alvarez-gruppen foreslog derfor, at iridium blev spredt over hele verden fra en sky af vragrester, der blev dannet, da en asteroide slog ned et sted på Jorden.

En asteroide, der var stor nok til at sprede den anslåede mængde iridium i den verdensomspændende spids ved K-T-grænsen, kan have været ca. 10 km (6 miles) i diameter. Computermodeller tyder på, at hvis en sådan asteroide kolliderede med Jorden, ville den passere gennem atmosfæren og havet næsten som om de ikke var der og sprænge et krater i skorpen på omkring 100 km i diameter. Iridiumet og de mindste stykker vragrester ville blive spredt over hele verden ved nedslaget, når asteroiden fordamper til en ildkugle. Hvis spidsen virkelig blev dannet af et stort nedslag, hvilke andre beviser kan vi så håbe på at finde i bjergarterne? Velkendte meteoritnedslagstrukturer har ofte fragmenter af chokkvarts og kugler (små glaskugler) tilknyttet dem (figur 18.2). Glasset er dannet, når målbjergarten smeltes under nedslaget, sprænges op i luften som en spray af dråber og næsten øjeblikkeligt fryses fast. I løbet af geologisk tid kan glassfærerne henfalde til ler. Stødkvarts dannes, når kvartskrystaller udsættes for en pludselig impuls af stort tryk. Hvis de ikke er opvarmet nok til at smelte, kan de bære ejendommelige og umiskendelige mikrostrukturer (figur 18.2, øverst).
RETURN TO TOP
Overalt i Nordamerika indeholder K-T-grænseleret ler glaskugler (figur 18.2, nederst), og lige over leret er der et tyndere lag, der indeholder iridium sammen med fragmenter af chokkvarts. Det er kun få millimeter tykt, men i alt indeholder det mere end en kubikkilometer chokkvarts alene i Nordamerika. Zonen med chokkvarts strækker sig mod vest til Stillehavets bund, men chokkvarts er sjældent i K-T-grænsebjergarter andre steder: nogle meget små fragmenter forekommer på europæiske lokaliteter. Alle disse beviser antyder, at K-T nedslaget fandt sted på eller i nærheden af Nordamerika, hvor iridiumet kommer fra den fordampede asteroide og den chokerede kvarts fra de kontinentale klipper, den ramte.
K-T nedslagskrateret er nu fundet. Det er en nogenlunde ægformet geologisk struktur kaldet Chicxulub, der er dybt begravet under sedimenterne på Yucatán-halvøen i Mexico (figur 18.3). Strukturen er ca. 180 km bred og er en af de største nedslagsstrukturer, der hidtil med sikkerhed er identificeret på Jorden. Et borehul, der blev boret ind i Chicxulub-strukturen, stødte på 380 meter (mere end 1000 fod) af magmatisk sten med en mærkelig kemi. Denne kemi kan være opstået ved at smelte en blanding af de sedimentære bjergarter i området sammen. Den magmatiske sten under Chicxulub indeholder et højt indhold af iridium, og dens alder er 65 Ma, hvilket er præcis sammenfaldende med K-T-grænsen.

Overst på den magmatiske sten ligger en masse af knust sten, sandsynligvis de største overlevende skrotpartikler, der faldt tilbage på krateret uden at smelte, og ovenpå det ligger normale sedimenter, der langsomt dannedes for at fylde krateret i de lavvandede tropiske have, der dækkede nedslagsområdet.
Velkendte nedslagskratere har ofte tektitter tilknyttet samt chokkvarts og små glaskugler. Tektitter er større glasperler med usædvanlige former og overfladestrukturer. De dannes, når bjergarter øjeblikkeligt smeltes og sprøjtes ud fra nedslagsstederne i form af store klatter af smeltet glas, hvorefter de afkøles, mens de snurrer gennem luften.
Haiti lå omkring 800 km fra Chicxulub i slutningen af kridttiden (figur 18.3). Ved Beloc og andre lokaliteter i Haiti er K-T-grænsen markeret af et normalt, men tykt (30 cm) lergrænselag, der hovedsagelig består af glassfærer (figur 18.2). Leret er overlejret af et lag af turbidit, submarint jordskredsmateriale, der indeholder store klippefragmenter. Nogle af fragmenterne ligner splintret havskorpe, men der er også kugleformede stykker af gult og sort glas på op til 8 mm i diameter, som utvetydigt er tektitter. Beloc-tektitterne er tilsyneladende dannet ved ca. 1300 °C af to forskellige slags bjergarter, og de er dateret præcist til 65 Ma. De sorte tektitter er dannet af kontinentale vulkanske bjergarter og de gule tektitter af evaporitsedimenter med et højt indhold af sulfat og karbonat. Bjergarterne i Yucatán omkring Chicxulub er overvejende dannet af netop denne blanding af bjergarter, og de magmatiske bjergarter under Chicxulub har en kemi af en engang smeltet blanding af de to bjergarter. Over turbiditten kommer et tyndt rødt lerlag kun omkring 5-10 mm tykt, der indeholder iridium og chokkvarts.
Man kan forklare mange af disse beviser på følgende måde: En asteroide slog ned ved Chicxulub og ramte en bunke tykke sedimenter i et lavt hav. Sammenstødet smeltede en stor del af den lokale skorpe og sprængte smeltet materiale udad fra så dybt som 14 km under overfladen. Små kugler af smeltet glas blev sprængt op i luften i en lav vinkel og faldt ud over et kæmpe område, der strakte sig mod nordøst så langt som til Haiti, flere hundrede kilometer væk, og mod nordvest så langt som til Colorado. Derefter fulgte det finere materiale, der var blevet sprængt højere op i atmosfæren eller ud i rummet og faldt langsommere oven på de grovere fragmenter.
RETURN TO TOP
Chicxulub-kraterets ægform viser, at asteroiden ramte i en lav vinkel, ca. 20°-30°, og at den sprøjtede flere vragrester mod nordvest end i andre retninger. Dette forklarer især de enorme skader på det nordamerikanske kontinent og den skæve fordeling af chokkvarts langt ud i Stillehavet.

Andre steder i det vestlige Caribien tyder på, at normalt rolige, dybhavssedimenter blev drastisk forstyrret lige i slutningen af kridttiden, og de forstyrrede sedimenter har det iridiumholdige lag lige oven på sig. På mange lokaliteter fra det nordlige Mexico og Texas og på to lokaliteter, der er boret på bunden af Den Mexicanske Golf, er der tegn på en stor forstyrrelse i havet ved K-T-grænsen. Nogle steder indeholder de forstyrrede havbundssedimenter fossiler af friske blade og træ fra landplanter sammen med tektitter, der er dateret til 65 Ma (Figur 18.4). Omkring Caribien og på steder op ad USA’s østlige Atlanterhavskyst blev eksisterende sedimenter fra kridttiden revet op og lagde sig igen i en rodet bunke, der også indeholder glaskugler af forskellig kemisk sammensætning, chokerede kvartsfragmenter og en iridiumspids. Alt dette antyder, at en stor tsunami eller tidevandsbølge ramte den daværende havrand og skyllede friske landplanter langt ud i havet og rev havbundssedimenter op, som havde ligget uforstyrret i millioner af år. Den deraf følgende bizarre blanding af bjergarter er blevet kaldt “Kridt-Tertiær-cocktailen.”
Når Chicxulub blev identificeret, blev det muligt at beregne, at chokkvarts var blevet udsendt i en højvinkelsprøjt fra nedslaget. Denne første varme ildkugle blæste fordampede og smeltede vragrester (herunder glaskugler og iridium) højt over atmosfæren for at blive aflejret sidst og globalt, mens den langsomt drev nedad. De større fragmenter, faste og smeltede, blev sprængt udad i lavere vinkler, men ikke særlig langt, og blev deponeret først og lokalt (ca. 15 minutters rejsetid til Colorado!). Samtidig blev mindre fragmenter, herunder chokkvarts, blæst opad mellem den varme ildkugle og de større fragmenter, og de blev aflejret i anden række og regionalt (ca. 30 minutter til Colorado). Anslagsenergien, til sammenligning med brintbombesprængninger, var omkring 100 millioner megaton.

En gigantisk vulkanudbrud?

På K-T-grænsen brændte en ny plume (kapitel 6) sig vej gennem jordskorpen tæt på pladegrænsen mellem Indien og Afrika. Enorme mængder basalt flød ud over det, der nu er Deccanplateauet i det vestlige Indien, og dannede enorme lavabakker kaldet Deccanfælderne. En enorm forlængelse af denne lavastrøm på den anden side af pladegrænsen ligger nu under vandet i Det Indiske Ocean (figur 18.3 og 18.5). Deccan Traps dækker nu 500.000 km2 (ca. 200.000 kvadratkilometer), men de kan have dækket fire gange så meget, før erosionen fjernede dem fra nogle områder. De har et overlevende volumen på 1 million km3 (240.000 kubikmil) og er over 2 km tykke på steder. Hele det vulkanske volumen, der gik i udbrud, inklusive undervandslavaerne, var meget større end dette (figur 18.5).
Dertil kommer, at Deccanudbruddene begyndte pludseligt lige før K-T-grænsen. De maksimale udbrud kan kun have varet omkring en million år (± 50 %), men denne korte periode lå på tværs af K-T-grænsen. Udbrudshastigheden var mindst 30 gange så høj som Hawaiis udbrudshastighed i dag, selv hvis man antager, at den var kontinuerlig over så meget som en million år; hvis udbruddet var kortere eller krampagtigt, ville udbrudshastigheden have været meget højere. Deccan Traps er sandsynligvis brudt ud som lavastrømme og fontæner som dem fra Kilauea, snarere end som gigantiske eksplosive udbrud som dem fra Krakatau. Men skøn over de ildfontæner, der blev skabt af udbrud af samme størrelsesorden som Deccan Traps, tyder på, at aerosoler og aske let ville være blevet ført op i stratosfæren. Deccan-fuglen er stadig aktiv; dens hot spot ligger nu under vulkanøen Réunion i Det Indiske Ocean.
Der er således stærke beviser for kortvarige, men gigantiske vulkanske udbrud ved K-T-grænsen. Nogle har forsøgt at forklare alle kendetegnene ved K-T-grænserne som et resultat af disse udbrud. Men beviserne for en udenjordisk nedslag er så stærke, at det er spild af tid at forsøge at bortforklare disse beviser som vulkanske virkninger. Vi bør i stedet koncentrere os om den kendsgerning, at K-T-grænsen faldt sammen med to meget dramatiske begivenheder. Deccanfælderne ligger på tværs af K-T-grænsen og blev dannet i hvad der tydeligvis var en vigtig begivenhed i Jordens historie. Asteroide nedslaget fandt sted præcis ved K-T-grænsen. Der skete helt sikkert noget dramatisk med livet på Jorden, for geologer har defineret K-T-grænsen og slutningen af den mesozoiske æra på grundlag af en stor udryddelse af skabninger på land og i havet. Et asteroidenedslag eller en række gigantiske udbrud eller begge dele ville have haft store globale virkninger på atmosfæren og vejret.
Der er en følelse, især blandt fysikforskere, at hvis vi kan vise, at der skete en fysisk katastrofe ved K-T-grænsen, har vi automatisk en forklaring på K-T-udryddelserne. Men denne sammenhæng skal påvises, ikke blot antages. Vi må stadig spørge, hvilken katastrofe der i givet fald forårsagede K-T-udryddelserne, og i givet fald hvordan?

Fortsæt til side 2