THE K-T EXTINCTION

Tracking the Course of Evolution

by Richard Cowen

MEGJEGYZÉS: Ez egy háromoldalas dokumentum 1. oldala.

EZ az 1999-ben írt esszé egy fejezet a Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000-ben megjelent History of Life című könyvemből. © Richard Cowen. Egy példányt kinyomtathat személyes vagy oktatási célokra, és hivatkozhat erre az oldalra. A fejezet e webes változatából hiányoznak az illusztrációk.
Cowen, R. 1994. Az élet története. Második kiadás. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. A Blackwell Science által kiadott elsősöknek szóló tankönyv. Copyright Richard Cowen 1994. Kapható a következő címen: Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Információk és frissítések a 3. kiadásról.
Lásd még a nagy kihalások általános témájának szentelt külön esszét, valamint Richard Cowen szóbeli előadásának vázlatát.
A Kaliforniai Egyetem geológiai tanszékén, Davisben Richard Cowen igyekszik fenntartani más érdekes weboldalakat is:

• Frissítések és weblinkek a KT kihalásról szóló esszéhez
• A KT kihalásról szóló új hivatkozások, amelyek a History of Life megjelenése óta jelentek meg.
• Frissítések és weblinkek a kihalásról szóló esszéhez
• Új hivatkozások a kihalásról, amelyek az Élet története megjelenése óta jelentek meg.
• Paleontológia a hírekben: Web pages of current interest.

A dinoszauruszok vége: A K-T kihalás

A földi, szárazföldi, tengeri és légi nagy gerincesek (az összes dinoszaurusz, plesiosaurusz, moszaszaurusz és pteroszaurusz) körülbelül 65 Ma körül, a kréta időszak végén hirtelen kihaltak. Ezzel egy időben kihalt a legtöbb plankton és számos trópusi gerinctelen állat, különösen a zátonylakók, és sok szárazföldi növényt is súlyosan érintett. Ez a kihalási esemény a Föld történetében egy fontos határvonalat, a K-T vagy kréta-tercier határvonalat és a mezozoikum végét jelöli. A K-T kihalás világméretű volt, az összes nagy kontinenst és óceánt érintette. A mai napig viták folynak arról, hogy mennyire rövid volt ez az esemény. Geológiai szempontból mindenképpen hirtelen következett be, és bárki mércéjével mérve katasztrofális lehetett.
A kihalások mértéke ellenére azonban nem szabad abba a csapdába esnünk, hogy a K-T határ minden élőlény számára katasztrófát jelentett. Az élőlények legtöbb csoportja túlélte. A szárazföldön a rovarok, emlősök, madarak és virágos növények, az óceánban pedig a halak, korallok és puhatestűek a kréta végét követően hamarosan óriási diverzitásba kezdtek. A K-T áldozatai közé tartozott az akkori nagy élőlények többsége, de a legkisebbek közül is néhány, különösen az óceánok elsődleges termelésének nagy részét előállító plankton.

RETURN TO TOP
A dinoszauruszok kihalásának magyarázatára számos rossz elmélet született. Ebben a fejezetben több rossz tudományt írunk le, mint a könyv egész többi részében. Például még az 1980-as években is azt sugallta egy új könyv a dinoszauruszok kihalásáról, hogy túl sok időt töltöttek a napon, hályogot kaptak, és mivel nem láttak túl jól, sziklákról zuhantak a vesztükbe. De bármilyen meggyőzőek vagy ostobák is legyenek, minden olyan elmélet, amely csak a dinoszauruszok kihalását próbálja megmagyarázni, figyelmen kívül hagyja azt a tényt, hogy a kihalások a szárazföldi, a tengeri és a légi faunában egyaránt végbementek, és valóban világméretűek voltak. A K-T kihalás globális esemény volt, ezért globálisan ható okokat kell vizsgálnunk: földrajzi változást, oceanográfiai változást, éghajlati változást vagy földönkívüli eseményt. A K-T kihalással kapcsolatos legújabb munkák középpontjában két hipotézis áll, amelyek a kréta időszak erőszakos végére utalnak: egy nagy aszteroida becsapódása és egy óriási vulkánkitörés.

Aszteroida vagy üstökös becsapódása?

Egy kis aszteroidának nevezhető, elég nagy meteorit pontosan a K-T kihalás idején csapódott a Földbe. A becsapódásra utaló bizonyítékot először Walter Alvarez és munkatársai fedezték fel. Azt találták, hogy a pontosan a K-T határon lerakódott kőzetek rendkívüli mennyiségű irídium fémet tartalmaznak (18.1. ábra). Úgy tűnik, nem számít, hogy a határkőzetek a szárazföldön vagy a tenger alatt rakódtak le. A Csendes-óceánon és a Karib-tengeren az irídiumtartalmú agyag az óceánfenéki üledékekben alkot egy réteget; Európában a kontinentális talapzat lerakódásaiban található; Észak-Amerikában pedig Kanadától Új-Mexikóig az ártereken és deltákban lerakódott széntartalmú kőzetsorozatokban fordul elő. A kormeghatározás pontos, és az irídiumréteget a Föld több mint 100 helyén azonosították. Ahol a határ tengeri üledékekben található, ott az irídium közvetlenül az utolsó kréta kori mikrofosszíliák feletti rétegben fordul elő, a felette lévő üledékek pedig a kainozoikum legkorábbi szakaszából származó paleocén mikrofosszíliákat tartalmaznak.
Az irídium csak a határkőzetekben van jelen, tehát egyetlen nagy tüskében rakódott le: egy nagyon rövid esemény. Az irídium mikroszkopikus mennyiségben fordul elő a normál tengerfenéki üledékekben, de a K-T határon lévő irídiumcsúcs nagyon nagy. Az irídium ritka a Földön, és bár kémiai folyamatok révén koncentrálódhat az üledékben, egy ekkora irídiumcsúcsnak valamilyen szokatlan módon kellett keletkeznie. Az irídium sokkal ritkább, mint az arany a Földön, mégis a K-T határ menti agyagban az irídium általában kétszer olyan gyakori, mint az arany, néha még annál is több. Ugyanilyen magas arányt találunk a meteoritokban is. Az Alvarez-csoport ezért azt javasolta, hogy az irídium világszerte szétszóródott egy törmelékfelhőből, amely akkor keletkezett, amikor egy aszteroida becsapódott valahol a Földön.

Egy aszteroida, amely elég nagy volt ahhoz, hogy a K-T határon a becsült irídiummennyiséget szétszórja a világméretű tüskében, körülbelül 10 km (6 mérföld) átmérőjű lehetett. Számítógépes modellek szerint, ha egy ilyen aszteroida ütközne a Földdel, úgy haladna át a légkörön és az óceánon, mintha azok ott sem lennének, és egy körülbelül 100 km átmérőjű krátert robbantana a kéregbe. Az irídiumot és a legkisebb törmelékdarabokat az aszteroida tűzgolyóvá párolgása során a becsapódási robbanás világszerte szétterítené. Ha a tüskét valóban egy nagy becsapódás hozta létre, milyen egyéb bizonyítékokat remélhetünk még találni a kőzetfelvételekben? A jól ismert meteoritbecsapódási struktúrákhoz gyakran kapcsolódnak sokkolt kvarc és gömböcskék (apró üveggömbök) töredékei (18.2. ábra). Az üveg úgy keletkezik, hogy a célkőzet a becsapódás során megolvad, cseppek permeteként a levegőbe robban, és szinte azonnal megfagy. A geológiai idő múlásával az üveggömbök agyaggá bomolhatnak. A lökéses kvarc akkor keletkezik, amikor a kvarckristályok hirtelen nagy nyomásimpulzusnak vannak kitéve. Ha nem melegednek fel eléggé ahhoz, hogy megolvadjanak, sajátos és összetéveszthetetlen mikroszerkezeteket hordozhatnak (18.2. ábra, fent).
RETURN TO TOP
A K-T határ menti agyag egész Észak-Amerikában üveggömböket tartalmaz (18.2. ábra, lent), és közvetlenül az agyag felett egy vékonyabb réteg található, amely a sokkolt kvarc töredékeivel együtt irídiumot tartalmaz. Ez a réteg csak néhány milliméter vastag, de összességében csak Észak-Amerikában több mint egy köbkilométernyi sokkolt kvarcot tartalmaz. A sokkolt kvarc zónája nyugatra, a Csendes-óceán fenekére is kiterjed, de a K-T határkőzetekben máshol ritkán fordul elő sokkolt kvarc: néhány nagyon apró töredék európai lelőhelyeken fordul elő. Mindezek a bizonyítékok arra utalnak, hogy a K-T becsapódás Észak-Amerikában vagy annak közelében történt, az irídium az elpárolgott aszteroidából, a sokkolt kvarc pedig a becsapódó kontinentális kőzetekből származik.
A K-T becsapódási krátert mostanra megtalálták. Ez egy nagyjából tojás alakú geológiai struktúra, a Chicxulub, amely mélyen a mexikói Yucatán-félsziget üledékei alá van betemetve (18.3. ábra). A mintegy 180 km átmérőjű struktúra az egyik legnagyobb, a Földön eddig biztonsággal azonosított becsapódási struktúra. A Chicxulub struktúrába fúrt fúrás 380 méter (több mint 1000 láb) mélységű, különös kémhatású magmás kőzetre bukkant. Ez a kémia a térségben található üledékes kőzetek keverékének összeolvadásából keletkezhetett. A Chicxulub alatti vulkáni kőzet nagy mennyiségű irídiumot tartalmaz, és kora 65 Ma, ami pontosan egybeesik a K-T határral.

A vulkáni kőzet tetején egy töredezett kőzettömeg fekszik, valószínűleg a legnagyobb megmaradt törmelékszemcsék, amelyek olvadás nélkül hullottak vissza a kráterre, és ezen felül normál üledékek vannak, amelyek lassan képződtek, hogy kitöltsék a krátert a becsapódási területet borító sekély trópusi tengerekben.
A jól ismert becsapódási kráterekhez gyakran kapcsolódnak tektitek, valamint sokkolt kvarc és apró üveggömbök. A tektitek szokatlan formájú és felszíni textúrájú nagyobb üveggyöngyök. Akkor keletkeznek, amikor a kőzetek azonnal megolvadnak, és a becsapódási helyekről nagy olvadt üveggömbök formájában kifröccsennek, majd a levegőben pörögve lehűlnek.
Haiti a kréta végén mintegy 800 km-re volt a Chicxulubtól (18.3. ábra). Belocban és más haiti lelőhelyeken a K-T határt egy normál, de vastag (30 cm) agyag határréteg jelzi, amely főként üveggömbökből áll (18.2. ábra). Az agyagot egy turbidites, tenger alatti földcsuszamlásos anyagból álló réteg fedi, amely nagyméretű kőzettöredékeket tartalmaz. A töredékek némelyike összetört óceáni kéregnek látszik, de vannak gömb alakú, akár 8 mm átmérőjű sárga és fekete üvegdarabok is, amelyek összetéveszthetetlenül tektitek. A Beloc-tektitek nyilvánvalóan körülbelül 1300 °C-on keletkeztek két különböző kőzetfajtából; és pontosan 65 Ma-ra datálhatók. A fekete tektitek kontinentális vulkáni kőzetekből, a sárga tektitek pedig magas szulfát- és karbonáttartalmú evaporitos üledékekből keletkeztek. A Chicxulub körüli Yucatán kőzeteit túlnyomórészt pontosan ebből a kőzetkeverékből alakították ki, és a Chicxulub alatti vulkáni kőzetek kémhatása a két kőzet egykor olvadt keveréke. A turbidit fölött egy vékony, mindössze 5-10 mm vastagságú vörös agyagréteg következik, amely irídiumot és sokkolt kvarcot tartalmaz.
Ezek a bizonyítékok nagy részét a következőképpen magyarázhatjuk: egy aszteroida becsapódott Chicxulubnál, és egy sekély tengerben lévő vastag üledékhalmazba csapódott. A becsapódás megolvasztotta a helyi kéreg nagy részét, és olvadt anyagot lövellt ki a felszín alól akár 14 km mélyről. Az olvadt üveg apró gömböcskéi sekély szögben a levegőbe repültek, és egy óriási területen hullottak ki, amely északkelet felé egészen a több száz kilométerre fekvő Haitiig, északnyugat felé pedig egészen Coloradóig terjedt. Ezután következett a finomabb anyag, amely magasabban a légkörbe vagy az űrbe lövellt, és lassabban hullott a durvább töredékek tetejére.
RETURN TO TOP
A Chicxulub-kráter tojás alakja azt mutatja, hogy az aszteroida sekély szögben, körülbelül 20°-30°-ban csapódott be, több törmeléket szórva északnyugat felé, mint más irányokba. Ez magyarázza különösen az észak-amerikai kontinensen keletkezett óriási károkat, és a megrázkódott kvarc ferde eloszlását messze a Csendes-óceánban.

A Karib-tenger nyugati részén található más lelőhelyek arra utalnak, hogy az általában csendes, mélyvízi üledékeket éppen a kréta végén drasztikusan megzavarták, és a megzavart üledékek tetején közvetlenül az irídiumtartalmú réteg található. Számos észak-mexikói és texasi lelőhelyen, valamint a Mexikói-öböl fenekén fúrt két lelőhelyen az óceánban a K-T határon bekövetkezett nagy zavarra utaló jelek találhatók. Néhány helyen a megzavart tengerfenéki üledékek szárazföldi növények friss leveleinek és fáinak fosszíliáit tartalmazzák, 65 Ma-ra datált tektitekkel együtt (18.4. ábra). A Karib-tenger környékén és az Egyesült Államok keleti atlanti-óceáni partvidékén található helyeken a meglévő kréta kori üledékeket felszakították, majd ismét rendezetlen halomban ülepedtek le, amely különböző kémhatású üveggömböket, sokkolt kvarctöredékeket és irídiumtüskét is tartalmaz. Mindez arra utal, hogy egy nagy cunami vagy szökőár érte az akkori óceán peremét, amely jócskán kimosta a tengerbe a friss szárazföldi növényeket, és szétszaggatta az évmilliókig háborítatlanul fekvő tengerfenéki üledékeket. Az így keletkezett bizarr kőzetkeveréket “kréta-tercier koktélnak” nevezték el.”
Mihelyt azonosították a Chicxulubot, lehetővé vált a számítások szerint, hogy a becsapódásból nagy szögben kilőtt sokkoló kvarc nagy szögű permetbe került. Ez az első forró tűzgömb magasan a légkör fölé fújta az elpárolgott és megolvadt törmeléket (köztük üveggömböket és irídiumot), hogy az lassan lefelé sodródva utoljára és globálisan lerakódjon. A nagyobb, szilárd és olvadt szilánkok alacsonyabb szögben, de nem túl messzire lövelltek kifelé, és elsőként és helyileg lerakódtak (kb. 15 perc utazási idő Coloradóig!). Ugyanakkor a kisebb darabok, beleértve a sokkolt kvarcot is, a forró tűzgömb és a nagyobb darabok között felfelé lettek fújva, és másodikként és regionálisan rakódtak le (kb. 30 perc alatt értek Coloradóba). A becsapódás energiája, összehasonlításképpen a hidrogénbomba robbanásával, körülbelül 100 millió megatonna volt.

Egy óriási vulkánkitörés?

Éppen a K-T határon egy új fúvóka (6. fejezet) égette át magát a kéregben, közel az India és Afrika közötti lemezhatárhoz. Hatalmas mennyiségű bazalt ömlött ki a mai nyugat-indiai Dekkán-fennsík területén, és hatalmas lávaágyakat, a Dekkán-csapdákat alkotta. Ennek a lávafolyásnak egy hatalmas kiterjedése a lemezhatár túloldalán ma az Indiai-óceánban fekszik a víz alatt (18.3. és 18.5. ábra). A Dekkán-csapdák jelenleg 500 000 km2 -t (kb. 200 000 négyzetmérföldet) borítanak, de ennek négyszeresét is boríthatták, mielőtt az erózió egyes területekről eltávolította őket. A fennmaradt térfogatuk 1 millió km3 (240 000 köbkilométer), és helyenként több mint 2 km vastagok. A teljes kitört vulkáni térfogat, beleértve a víz alatti lávákat is, ennél jóval nagyobb volt (18.5. ábra).
A Dekkán kitörései ráadásul hirtelen kezdődtek, közvetlenül a K-T határ előtt. A kitörések csúcspontja csak körülbelül egymillió évig (± 50%) tarthatott, de ez a rövid idő a K-T határra esett. A kitörési ráta legalább 30-szorosa volt a mai hawaii kitöréseknek, még akkor is, ha feltételezzük, hogy a kitörés akár egymillió éven át folyamatos volt; ha a kitörés rövidebb vagy görcsös lett volna, a kitörési ráta sokkal magasabb lett volna. A Dekkán-csapdák valószínűleg lávafolyamok és szökőkutak formájában törtek ki, mint a Kilauea, és nem olyan óriási robbanásszerű kitörésekben, mint a Krakatau. A Deccan-csapdák nagyságrendű kitörések által keltett tűzszökőkutak becslései azonban arra utalnak, hogy az aeroszolok és a hamu könnyen a sztratoszférába kerültek volna. A Dekkán-csapda még mindig aktív; forró pontja jelenleg az Indiai-óceánban lévő Réunion vulkanikus sziget alatt fekszik.
Ez tehát erős bizonyíték a rövid életű, de gigantikus vulkánkitörésekre a K-T határon. Egyesek megpróbálták a K-T határkőzetek minden jellegzetességét e kitörések eredményeként magyarázni. De a földönkívüli becsapódásra utaló bizonyítékok olyan erősek, hogy időpocsékolás megpróbálni ezeket a bizonyítékokat vulkáni hatásokkal magyarázni. Ehelyett inkább arra a tényre kellene koncentrálnunk, hogy a K-T határ két nagyon drámai eseménnyel esett egybe. A Dekkán-csapdák a K-T határon túl helyezkednek el, és a Föld történetében nyilvánvalóan jelentős esemény során keletkeztek. Az aszteroida becsapódás pontosan a K-T határon történt. Minden bizonnyal valami drámai dolog történt a földi élettel, mert a geológusok a K-T határt és a mezozoikum végét a szárazföldi és tengeri élőlények nagymértékű kihalása alapján határozták meg. Egy aszteroida becsapódása, vagy gigantikus kitörések sorozata, vagy mindkettőnek jelentős globális hatása lehetett a légkörre és az időjárásra.
Van egy olyan érzés, különösen a természettudósok körében, hogy ha ki tudjuk mutatni, hogy a K-T határon fizikai katasztrófa történt, akkor automatikusan magyarázatot kapunk a K-T kihalásokra. De ezt az összefüggést bizonyítani kell, nem csak feltételezni. Még mindig meg kell kérdeznünk, hogy melyik katasztrófa okozta a K-T kihalásokat, és ha igen, akkor hogyan?

FOLYTATÁS a 2. oldalra