Das K-T-Aussterben

Den Lauf der Evolution verfolgen

von Richard Cowen

HINWEIS: Dies ist Seite 1 eines dreiseitigen Dokuments.

Dieser Essay, geschrieben 1999, ist ein Kapitel aus meinem Buch History of Life, veröffentlicht von Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Sie können eine Kopie für den persönlichen Gebrauch oder für den Unterricht ausdrucken und einen Link auf diese Seite setzen. Abbildungen fehlen in dieser Web-Version des Kapitels.
Cowen, R. 1994. History of Life. 2. Auflage. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Dies ist ein Lehrbuch für Studienanfänger, veröffentlicht von Blackwell Science. Urheberrecht Richard Cowen 1994. Erhältlich bei Blackwell Science, 238 Main Street, Cambridge, Massachusetts 02142, Telefon 800-215-1000. Informationen und Aktualisierungen zur 3. Auflage.
Siehe auch einen separaten Aufsatz, der dem allgemeinen Thema der großen Aussterbeereignisse gewidmet ist, sowie einen Abriss des mündlichen Vortrags von Richard Cowen.
Am Geologischen Institut der Universität von Kalifornien, Davis, bemüht sich Richard Cowen um die Pflege weiterer interessanter Webseiten:

• Aktualisierungen und Weblinks für den Aufsatz über das KT-Aussterben
• Neue Hinweise auf das KT-Aussterben, die seit der Veröffentlichung von History of Life erschienen sind.
• Aktualisierungen und Weblinks für den Aufsatz über das Aussterben
• Neue Referenzen über das Aussterben, die seit der Veröffentlichung von History of Life erschienen sind.
• Paläontologie in den Nachrichten: Webseiten von aktuellem Interesse.

Das Ende der Dinosaurier: Das K-T-Sterben

Nahezu alle großen Wirbeltiere auf der Erde, zu Lande, zu Wasser und in der Luft (alle Dinosaurier, Plesiosaurier, Mosasaurier und Pterosaurier) starben plötzlich um 65 Ma, am Ende der Kreidezeit, aus. Gleichzeitig starben das meiste Plankton und viele tropische wirbellose Tiere, insbesondere Riffbewohner, aus, und viele Landpflanzen wurden stark in Mitleidenschaft gezogen. Dieses Aussterbeereignis markiert eine wichtige Grenze in der Erdgeschichte, die K-T- oder Kreide-Tertiär-Grenze, und das Ende des Mesozoikums. Das K-T-Sterben fand weltweit statt und betraf alle großen Kontinente und Ozeane. Es wird immer noch darüber gestritten, wie kurz das Ereignis war. Aus geologischer Sicht war es auf jeden Fall ein plötzliches Ereignis, das nach jedermanns Maßstäben katastrophal gewesen sein dürfte.
Trotz des Ausmaßes des Aussterbens dürfen wir jedoch nicht glauben, dass die K-T-Grenze eine Katastrophe für alle Lebewesen bedeutet. Die meisten Gruppen von Organismen haben überlebt. Insekten, Säugetiere, Vögel und Blütenpflanzen an Land sowie Fische, Korallen und Weichtiere im Meer entwickelten sich bald nach dem Ende der Kreidezeit enorm weiter. Zu den K-T-Opfern gehörten die meisten großen Lebewesen dieser Zeit, aber auch einige der kleinsten, insbesondere das Plankton, das den größten Teil der Primärproduktion in den Ozeanen erzeugt.

Nach oben
Es gab viele schlechte Theorien zur Erklärung des Aussterbens der Dinosaurier. In diesem Kapitel wird mehr schlechte Wissenschaft beschrieben als im gesamten Rest des Buches. So wurde in den 1980er Jahren in einem neuen Buch über das Aussterben der Dinosaurier behauptet, dass sie zu viel Zeit in der Sonne verbrachten, grauen Star bekamen und, weil sie nicht gut sehen konnten, über Klippen ins Verderben stürzten. Aber egal, wie überzeugend oder albern sie sind, alle Theorien, die nur das Aussterben der Dinosaurier zu erklären versuchen, ignorieren die Tatsache, dass das Aussterben von Land-, Meeres- und Luftfaunen stattfand und wirklich weltweit war. Das K-T-Aussterben war ein globales Ereignis, daher sollten wir global wirksame Ursachen untersuchen: geografische Veränderungen, ozeanografische Veränderungen, klimatische Veränderungen oder ein außerirdisches Ereignis. Die jüngsten Arbeiten zum K-T-Aussterben konzentrieren sich auf zwei Hypothesen, die auf ein gewaltsames Ende der Kreidezeit hindeuten: einen großen Asteroideneinschlag und einen gigantischen Vulkanausbruch.

Ein Asteroiden- oder Kometeneinschlag?

Ein Meteorit, der groß genug ist, um als kleiner Asteroid bezeichnet zu werden, traf die Erde genau zum Zeitpunkt des K-T-Aussterbens. Der Beweis für den Einschlag wurde zuerst von Walter Alvarez und Kollegen entdeckt. Sie fanden heraus, dass Gesteine, die genau an der K-T-Grenze abgelagert wurden, außergewöhnliche Mengen des Metalls Iridium enthalten (Abbildung 18.1). Dabei scheint es keine Rolle zu spielen, ob die Grenzgesteine an Land oder im Meer abgelagert wurden. Im Pazifik und in der Karibik bildet der iridiumhaltige Ton eine Schicht in den Sedimenten des Meeresbodens; in Europa findet man ihn in Ablagerungen auf dem Kontinentalschelf; und in Nordamerika, von Kanada bis New Mexico, kommt er in kohlehaltigen Gesteinsabfolgen vor, die auf Überschwemmungsgebieten und Deltas abgelagert wurden. Die Datierung ist präzise, und die Iridiumschicht wurde an mehr als 100 Stellen auf der Erde nachgewiesen. Dort, wo sich die Grenze in Meeressedimenten befindet, tritt das Iridium in einer Schicht direkt über den letzten Mikrofossilien aus der Kreidezeit auf, und die darüber liegenden Sedimente enthalten Mikrofossilien aus dem Paläozän, dem frühesten Teil des Känozoikums.
Das Iridium ist nur in den Grenzgesteinen vorhanden und wurde daher in einem einzigen großen Ausschlag abgelagert: ein sehr kurzes Ereignis. Iridium kommt in normalen Meeresbodensedimenten in mikroskopisch kleinen Mengen vor, aber der Iridiumspike an der K-T-Grenze ist sehr groß. Iridium ist auf der Erde selten, und obwohl es durch chemische Prozesse in einem Sediment konzentriert werden kann, muss eine Iridiumspitze dieser Größenordnung auf ungewöhnliche Weise entstanden sein. Iridium ist auf der Erde viel seltener als Gold, doch im Ton der K-T-Grenze ist Iridium in der Regel doppelt so häufig wie Gold, manchmal sogar noch häufiger als dieses. Das gleiche hohe Verhältnis findet sich auch in Meteoriten. Die Alvarez-Gruppe schlug daher vor, dass Iridium weltweit aus einer Trümmerwolke verstreut wurde, die sich beim Einschlag eines Asteroiden irgendwo auf der Erde bildete.

Ein Asteroid, der groß genug war, um die geschätzte Menge an Iridium in der weltweiten Spitze an der K-T-Grenze zu verstreuen, könnte einen Durchmesser von etwa 10 km (6 Meilen) gehabt haben. Computermodelle deuten darauf hin, dass ein solcher Asteroid bei einem Zusammenstoß mit der Erde die Atmosphäre und den Ozean fast so passieren würde, als wären sie nicht vorhanden, und einen Krater von etwa 100 km Durchmesser in die Kruste sprengen würde. Das Iridium und die kleinsten Trümmerteile würden durch den Aufprall weltweit verteilt, während der Asteroid zu einem Feuerball verdampft. Wenn der Spike tatsächlich durch einen großen Einschlag entstanden ist, welche anderen Beweise sollten wir dann in den Gesteinsaufzeichnungen finden? Bekannte Meteoriteneinschlagstrukturen weisen oft Fragmente von geschocktem Quarz und Kugeln (winzige Glaskugeln) auf (Abbildung 18.2). Das Glas entsteht, wenn das Zielgestein beim Einschlag schmilzt, als Tröpfchen in die Luft geschleudert wird und fast sofort gefriert. Im Laufe der geologischen Zeit können die Glaskügelchen zu Ton zerfallen. Erschütterungsquarz entsteht, wenn Quarzkristalle einem plötzlichen starken Druckimpuls ausgesetzt sind. Wenn sie nicht so stark erhitzt werden, dass sie schmelzen, können sie eigenartige und unverwechselbare Mikrostrukturen aufweisen (Abbildung 18.2, oben).
Nach oben
Überall in Nordamerika enthält der Ton an der K-T-Grenze Glaskügelchen (Abbildung 18.2, unten), und direkt über dem Ton befindet sich eine dünnere Schicht, die Iridium zusammen mit Bruchstücken von geschocktem Quarz enthält. Sie ist nur wenige Millimeter dick, enthält aber insgesamt mehr als einen Kubikkilometer geschockten Quarz allein in Nordamerika. Die Zone aus geschocktem Quarz erstreckt sich nach Westen auf den Boden des Pazifischen Ozeans, aber geschockter Quarz ist in anderen Gesteinen der K-T-Grenze selten: einige sehr kleine Fragmente kommen in europäischen Fundstellen vor. All diese Beweise deuten darauf hin, dass der K-T-Einschlag auf oder in der Nähe von Nordamerika stattfand, wobei das Iridium von dem verdampften Asteroiden und der geschockte Quarz von den kontinentalen Gesteinen stammt, auf die er aufschlug.
Der K-T-Einschlagskrater ist jetzt gefunden worden. Es handelt sich um eine etwa eiförmige geologische Struktur namens Chicxulub, die tief unter den Sedimenten der mexikanischen Halbinsel Yucatán vergraben ist (Abbildung 18.3). Die Struktur hat einen Durchmesser von etwa 180 km und ist damit eine der größten Einschlagstrukturen, die bisher mit Sicherheit auf der Erde identifiziert wurden. Ein Bohrloch, das in die Chicxulub-Struktur gebohrt wurde, stieß auf 380 Meter (mehr als 1000 Fuß) Eruptivgestein mit einer seltsamen Chemie. Diese Chemie könnte durch das Zusammenschmelzen eines Gemischs von Sedimentgestein in der Region entstanden sein. Das Eruptivgestein unter Chicxulub enthält hohe Mengen an Iridium, und sein Alter beträgt 65 Ma, was genau mit der K-T-Grenze übereinstimmt.

Auf dem Eruptivgestein liegt eine Masse zerbrochenen Gesteins, wahrscheinlich die größten überlebenden Trümmerteile, die ohne zu schmelzen auf den Krater zurückfielen, und darüber befinden sich normale Sedimente, die sich langsam bildeten und den Krater in den flachen tropischen Meeren füllten, die das Einschlagsgebiet bedeckten.
Bekannte Einschlagskrater weisen oft Tektite auf, ebenso wie geschockten Quarz und winzige Glaskugeln. Tektite sind größere Glaskugeln mit ungewöhnlichen Formen und Oberflächenstrukturen. Sie entstehen, wenn Gesteine sofort geschmolzen und in Form großer Klumpen geschmolzenen Glases aus den Einschlagstellen herausgeschleudert werden und dann abkühlen, während sie durch die Luft wirbeln.
Haiti war am Ende der Kreidezeit etwa 800 km von Chicxulub entfernt (Abbildung 18.3). In Beloc und an anderen Orten auf Haiti ist die K-T-Grenze durch eine normale, aber dicke (30 cm) Tonschicht gekennzeichnet, die hauptsächlich aus Glaskugeln besteht (Abbildung 18.2). Der Ton wird von einer Schicht aus turbiditischem, submarinem Hangrutschungsmaterial überlagert, das große Gesteinsfragmente enthält. Einige der Fragmente sehen aus wie zerbrochene Meereskruste, aber es gibt auch kugelförmige Stücke aus gelbem und schwarzem Glas mit einem Durchmesser von bis zu 8 mm, bei denen es sich eindeutig um Tektite handelt. Die Tektite von Beloc haben sich offenbar bei etwa 1300 °C aus zwei verschiedenen Gesteinsarten gebildet; sie wurden genau auf 65 Ma datiert. Die schwarzen Tektite bildeten sich aus kontinentalem Vulkangestein und die gelben aus Evaporitsedimenten mit hohem Sulfat- und Karbonatgehalt. Die Gesteine von Yucatán rund um Chicxulub bestehen überwiegend aus genau dieser Gesteinsmischung, und die Eruptivgesteine unter Chicxulub haben die Chemie einer einst geschmolzenen Mischung aus beiden. Über dem Turbidit befindet sich eine dünne, nur etwa 5-10 mm dicke rote Tonschicht, die Iridium und geschockten Quarz enthält.
Ein Großteil dieser Beweise lässt sich folgendermaßen erklären: Ein Asteroid schlug in Chicxulub ein und traf auf einen Haufen dicker Sedimente in einem flachen Meer. Der Einschlag schmolz einen Großteil der lokalen Kruste und schleuderte geschmolzenes Material aus einer Tiefe von bis zu 14 km unter der Oberfläche nach außen. Kleine Kugeln aus geschmolzenem Glas wurden in einem flachen Winkel in die Luft geschleudert und fielen über ein riesiges Gebiet, das sich nach Nordosten bis ins mehrere hundert Kilometer entfernte Haiti und nach Nordwesten bis nach Colorado erstreckte. Danach folgte das feinere Material, das höher in die Atmosphäre oder in den Weltraum geschleudert wurde und langsamer auf die gröberen Fragmente fiel.

RÜCKKEHR NACH OBEN
Die Eiform des Chicxulub-Kraters zeigt, dass der Asteroid in einem flachen Winkel von etwa 20°-30° einschlug und mehr Trümmer nach Nordwesten schleuderte als in andere Richtungen. Dies erklärt insbesondere die enormen Schäden auf dem nordamerikanischen Kontinent und die schiefe Verteilung des geschockten Quarzes bis weit in den Pazifik hinein.
Andere Fundstellen in der westlichen Karibik deuten darauf hin, dass die normalerweise ruhigen Tiefseesedimente am Ende der Kreidezeit drastisch gestört wurden, und die gestörten Sedimente tragen die iridiumhaltige Schicht direkt über sich. An vielen Stellen in Nordmexiko und Texas sowie an zwei Stellen, die auf dem Boden des Golfs von Mexiko gebohrt wurden, gibt es Anzeichen für eine große Störung des Ozeans an der K-T-Grenze. An einigen Stellen enthalten die gestörten Sedimente des Meeresbodens Fossilien von frischen Blättern und Holz von Landpflanzen sowie Tektite, die auf 65 Ma datiert sind (Abbildung 18.4). In der Karibik und an der östlichen Atlantikküste der Vereinigten Staaten wurden Sedimente aus der Kreidezeit aufgerissen und in einem unordentlichen Haufen wieder abgelagert, der auch Glaskugeln unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung, geschockte Quarzfragmente und einen Iridiumspike enthält. All dies deutet darauf hin, dass ein großer Tsunami oder eine Flutwelle den damaligen Ozeanrand erschütterte, frische Landpflanzen weit aufs Meer hinausspülte und Sedimente des Meeresbodens zerriss, die Millionen von Jahren ungestört gelegen hatten. Die daraus resultierende bizarre Gesteinsmischung wurde als „Kreide-Tertiär-Cocktail“ bezeichnet.
Nachdem Chicxulub identifiziert worden war, konnte berechnet werden, dass schockierter Quarz in einem hohen Winkel aus dem Einschlag herausgeschleudert worden war. Diese erste heiße Feuerkugel blies verdampfte und geschmolzene Trümmer (einschließlich Glaskugeln und Iridium) hoch über die Atmosphäre, um sich zuletzt und global abzulagern, während sie langsam nach unten driftete. Die größeren, festen und geschmolzenen Fragmente wurden in einem niedrigeren Winkel nach außen geschleudert, aber nicht sehr weit, und wurden zuerst und lokal abgelagert (etwa 15 Minuten Reisezeit nach Colorado!). Gleichzeitig wurden kleinere Fragmente, darunter auch geschockter Quarz, zwischen dem heißen Feuerball und den größeren Fragmenten nach oben geschleudert und lagerten sich als zweites und regional ab (etwa 30 Minuten bis Colorado). Die Aufprallenergie betrug, zum Vergleich mit Wasserstoffbomben, etwa 100 Millionen Megatonnen.

Ein riesiger Vulkanausbruch?

Genau an der K-T-Grenze brannte sich ein neuer Plume (Kapitel 6) durch die Kruste nahe der Plattengrenze zwischen Indien und Afrika. Enorme Mengen von Basalt fluteten über das heutige Dekkan-Plateau in Westindien und bildeten riesige Lavabänke, die Dekkan-Fallen. Eine große Ausdehnung dieses Lavastroms auf der anderen Seite der Plattengrenze liegt heute im Indischen Ozean unter Wasser (Abbildungen 18.3 und 18.5). Die Dekkan-Fallen bedecken heute eine Fläche von 500.000 km2 (etwa 200.000 Quadratmeilen), doch bevor die Erosion sie aus einigen Gebieten entfernte, waren sie möglicherweise viermal so groß. Sie haben ein überlebendes Volumen von 1 Million km3 (240.000 Kubikmeilen) und sind an manchen Stellen über 2 km dick. Das gesamte vulkanische Volumen, das ausbrach, einschließlich der Unterwasserlaven, war viel größer als dies (Abbildung 18.5).
Außerdem begannen die Eruptionen im Dekkan plötzlich kurz vor der K-T-Grenze. Der Höhepunkt der Eruptionen mag nur etwa eine Million Jahre (± 50 %) gedauert haben, aber diese kurze Zeitspanne überspannte die K-T-Grenze. Die Eruptionsrate betrug mindestens das 30-fache der heutigen Eruptionsrate auf Hawaii, selbst wenn man davon ausgeht, dass die Eruptionen über eine Million Jahre hinweg ununterbrochen stattfanden; wäre die Eruption kürzer oder spasmodisch gewesen, wären die Eruptionsraten viel höher gewesen. Die Dekkanfalle brach wahrscheinlich in Form von Lavaströmen und -fontänen aus, wie die des Kilauea, und nicht in Form riesiger explosiver Eruptionen wie die des Krakatau. Schätzungen der Feuerfontänen, die bei Eruptionen in der Größenordnung der Dekkan-Fallen entstehen, legen jedoch nahe, dass Aerosole und Asche leicht in die Stratosphäre getragen worden wären. Der Deccan-Plume ist immer noch aktiv; sein heißer Punkt liegt jetzt unter der Vulkaninsel Réunion im Indischen Ozean.
Es gibt also deutliche Hinweise auf kurzlebige, aber gigantische Vulkanausbrüche an der K-T-Grenze. Einige Leute haben versucht, alle Merkmale der Felsen an der K-T-Grenze als Ergebnis dieser Eruptionen zu erklären. Aber die Beweise für einen außerirdischen Einschlag sind so stark, dass es Zeitverschwendung ist, zu versuchen, diese Beweise als vulkanische Effekte wegzuerklären. Wir sollten uns stattdessen auf die Tatsache konzentrieren, dass die K-T-Grenze mit zwei sehr dramatischen Ereignissen zusammenfiel. Die Dekkan-Fallen liegen auf der K-T-Grenze und wurden bei einem offensichtlich bedeutenden Ereignis der Erdgeschichte gebildet. Der Asteroideneinschlag fand genau an der K-T-Grenze statt. Für das Leben auf der Erde hat sich mit Sicherheit etwas Dramatisches ereignet, denn Geologen haben die K-T-Grenze und das Ende des Mesozoikums auf der Grundlage eines großen Aussterbens von Lebewesen an Land und im Meer definiert. Ein Asteroideneinschlag oder eine Reihe gigantischer Eruptionen oder beides hätte große globale Auswirkungen auf die Atmosphäre und das Wetter gehabt.
Vor allem unter den Naturwissenschaftlern herrscht das Gefühl vor, dass, wenn wir zeigen können, dass sich an der K-T-Grenze eine physikalische Katastrophe ereignet hat, wir automatisch eine Erklärung für das K-T-Aussterben haben. Aber dieser Zusammenhang muss nachgewiesen werden, nicht nur vermutet. Wir müssen uns immer noch fragen, welche Katastrophe, wenn überhaupt, das K-T-Aussterben verursacht hat, und wenn ja, wie?

Weiter auf Seite 2