THE K-T EXTINCTION

Tracking the Course of Evolution

by Richard Cowen

UWAGA: To jest strona 1 z trzystronicowego dokumentu.

THIS ESSAY, napisany w 1999 roku, jest rozdziałem z mojej książki History of Life, wydanej przez Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Możesz wydrukować kopię do użytku osobistego lub edukacyjnego i możesz zamieścić link do tej strony. W tej internetowej wersji rozdziału brakuje ilustracji.
Cowen, R. 1994. Historia życia. 2nd edition. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Jest to podręcznik dla początkujących wydany przez Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Dostępny w Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Informacje i aktualizacje na temat 3. wydania.
Zobacz też osobny esej poświęcony ogólnemu tematowi wielkich wymierań oraz zarys ustnej prezentacji Richarda Cowena.
Na Wydziale Geologii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, Richard Cowen stara się utrzymywać inne interesujące strony internetowe:

• Aktualizacje i linki do eseju o KT Extinction
• Nowe referencje na temat KT Extinction, które pojawiły się od czasu opublikowania History of Life.
• Aktualizacje i linki do eseju o Wymieraniu
• Nowe referencje o Wymieraniu, które pojawiły się od czasu opublikowania History of Life.
• Paleontologia w Aktualnościach: Strony internetowe o aktualnym zainteresowaniu.

Koniec dinozaurów: Wymieranie K-T

Prawie wszystkie duże kręgowce na Ziemi, na lądzie, w morzu i w powietrzu (wszystkie dinozaury, plezjozaury, mosazaury i pterozaury) nagle wymarły około 65 mln lat temu, pod koniec okresu kredowego. W tym samym czasie wyginęła większość planktonu i wiele tropikalnych bezkręgowców, zwłaszcza żyjących na rafach koralowych, a wiele roślin lądowych poważnie ucierpiało. To wymieranie wyznacza ważną granicę w historii Ziemi, granicę K-T lub Kreda-Trzeciele, i koniec ery mezozoicznej. Wymieranie K-T miało zasięg ogólnoświatowy, dotykając wszystkich głównych kontynentów i oceanów. Wciąż trwają spory o to, jak krótkie było to wydarzenie. Z pewnością było ono nagłe w sensie geologicznym i mogło być katastrofalne według czyichkolwiek standardów.
Pomimo skali wymierań, nie możemy jednak dać się wciągnąć w pułapkę myślenia, że granica K-T oznaczała katastrofę dla wszystkich żywych istot. Większość grup organizmów przetrwała. Owady, ssaki, ptaki i rośliny kwitnące na lądzie, a ryby, koralowce i mięczaki w oceanie zaczęły się ogromnie różnicować wkrótce po zakończeniu kredy. Ofiary K-T obejmowały większość dużych stworzeń tamtych czasów, ale także niektóre z najmniejszych, w szczególności plankton, który generuje większość produkcji pierwotnej w oceanach.

RETURN TO TOP
Było wiele złych teorii wyjaśniających wymieranie dinozaurów. W tym rozdziale opisano więcej złej nauki niż w całej pozostałej części książki. Na przykład nawet w latach 80. nowa książka o wymieraniu dinozaurów sugerowała, że spędzały one zbyt wiele czasu na słońcu, nabawiły się zaćmy, a ponieważ nie widziały zbyt dobrze, spadały z klifów na swoją zgubę. Ale bez względu na to, jak przekonujące lub jak głupie są teorie, które próbują wyjaśnić tylko wymieranie dinozaurów, ignorują fakt, że wymieranie miało miejsce w faunach lądowych, morskich i powietrznych, i było naprawdę ogólnoświatowe. Wymieranie K-T było wydarzeniem globalnym, więc powinniśmy zbadać czynniki działające globalnie: zmiany geograficzne, oceanograficzne, klimatyczne lub pozaziemskie. Najnowsze prace nad wymieraniem K-T koncentrują się na dwóch hipotezach, które sugerują gwałtowny koniec kredy: uderzenie dużej asteroidy i gigantyczna erupcja wulkaniczna.

Asteroida lub uderzenie komety?

Meteoryt wystarczająco duży, by nazwać go małą asteroidą, uderzył w Ziemię dokładnie w czasie wymierania K-T. Dowody na to uderzenie zostały po raz pierwszy odkryte przez Waltera Alvareza i współpracowników. Odkryli oni, że skały ułożone dokładnie na granicy K-T zawierają niezwykłe ilości metalu irydu (rysunek 18.1). Wydaje się, że nie ma znaczenia, czy skały graniczne zostały ułożone na lądzie, czy pod powierzchnią morza. Na Oceanie Spokojnym i Karaibach iryd tworzy warstwy w osadach dna oceanicznego, w Europie występuje w osadach szelfu kontynentalnego, a w Ameryce Północnej, od Kanady po Nowy Meksyk, występuje w sekwencjach skał węglonośnych ułożonych na terenach zalewowych i deltach. Datowanie jest precyzyjne, a warstwa irydu została zidentyfikowana w ponad 100 miejscach na Ziemi. Tam, gdzie granica znajduje się w osadach morskich, iryd występuje w warstwie tuż nad ostatnimi mikroskamieniałościami z kredy, a osady powyżej zawierają mikroskamieniałości z paleocenu z najwcześniejszej części kenozoiku.
Iryd jest obecny tylko w skałach granicznych, a zatem został zdeponowany w jednym dużym skoku: bardzo krótkie wydarzenie. Iryd występuje w normalnych osadach dna morskiego w mikroskopijnych ilościach, ale irydowy pik na granicy K-T jest bardzo duży. Iryd jest rzadki na Ziemi, i chociaż może być skoncentrowany przez procesy chemiczne w osadzie, irydowy pik tej wielkości musiał powstać w jakiś niezwykły sposób. Iryd jest znacznie rzadszy niż złoto na Ziemi, jednak w iłach z pogranicza K-T iryd jest zwykle dwa razy bardziej obfity niż złoto, czasem nawet więcej. Taki sam wysoki stosunek występuje w meteorytach. The Alvarez grupa dlatego zasugerował, że iryd został rozproszony na całym świecie z chmury gruzu, który powstał jako asteroida uderzył gdzieś na Earth.

Asteroida wystarczająco duży, aby rozproszyć szacowaną ilość irydu w światowym szpikulcu na granicy K-T może być około 10 km (6 mil) w poprzek. Modele komputerowe sugerują, że jeśli taka asteroida zderzyła się z Ziemią, to przejdzie przez atmosferę i ocean prawie tak, jakby ich tam nie było i wysadzi krater w skorupie około 100 km w poprzek. Iryd i najmniejsze kawałki gruzu zostałyby rozrzucone po całym świecie przez podmuch uderzenia, gdy asteroida wyparowałaby w kulę ognia. Jeśli rzeczywiście kolec powstał w wyniku dużego uderzenia, jakie inne dowody powinniśmy znaleźć w zapisie skalnym? Dobrze znane struktury impaktów meteorytowych często mają związane z nimi fragmenty zszokowanego kwarcu i sferule (małe szklane kule) (Rysunek 18.2). Szkło powstaje, gdy skała docelowa jest topiona podczas uderzenia, wyrzucana w powietrze w postaci rozpylonych kropel i niemal natychmiast zamrażana. W miarę upływu czasu szklane kulki mogą rozpadać się na glinę. Kwarc wstrząsowy powstaje, gdy kryształy kwarcu poddane są nagłemu impulsowi wielkiego ciśnienia. Jeśli nie są wystarczająco rozgrzane, by się stopić, mogą nosić osobliwe i niepowtarzalne mikrostruktury (Rysunek 18.2, u góry).
RETURN TO TOP
W całej Ameryce Północnej glina z granicy K-T zawiera szklane sferule (Rysunek 18.2, u dołu), a tuż nad gliną znajduje się cieńsza warstwa, która zawiera iryd wraz z fragmentami wstrząśniętego kwarcu. Ma ona grubość zaledwie kilku milimetrów, ale w sumie zawiera ponad kilometr sześcienny zszokowanego kwarcu w samej Ameryce Północnej. Strefa zszokowanego kwarcu rozciąga się na zachód na dno Oceanu Spokojnego, ale zszokowany kwarc jest rzadki w skałach z granicy K-T w innych miejscach: niektóre bardzo małe fragmenty występują na stanowiskach europejskich. Wszystkie te dowody sugerują, że uderzenie K-T nastąpiło w Ameryce Północnej lub w jej pobliżu, z irydem pochodzącym z odparowanej asteroidy i wstrząśniętym kwarcem pochodzącym ze skał kontynentalnych, w które uderzyła.
Krater uderzeniowy K-T został już odnaleziony. Jest to w przybliżeniu jajowata struktura geologiczna zwana Chicxulub, głęboko zakopana pod osadami półwyspu Jukatan w Meksyku (rysunek 18.3). Struktura ta ma około 180 km średnicy i jest jedną z największych struktur uderzeniowych zidentyfikowanych do tej pory z całą pewnością na Ziemi. Otwór wiertniczy wywiercony w strukturze Chicxulub natrafił na 380 metrów skał iglastych o dziwnym składzie chemicznym. Chemia ta mogła zostać wygenerowana przez stopienie razem mieszaniny skał osadowych w tym regionie. Skała iglasta pod Chicxulub zawiera wysoki poziom irydu, a jej wiek wynosi 65 Ma, co dokładnie pokrywa się z granicą K-T.

Na szczycie skały iglicowej leży masa połamanej skały, prawdopodobnie największe ocalałe cząstki gruzu, które spadły z powrotem do krateru bez stopienia, a na wierzchu znajdują się normalne osady, które formowały się powoli, by wypełnić krater w płytkich tropikalnych morzach, które pokrywały obszar uderzenia.
Znane kratery uderzeniowe często mają związane z nimi tektyty, jak również wstrząśnięty kwarc i maleńkie szklane sferule. Tektyty to większe szklane kulki o niezwykłych kształtach i fakturach powierzchni. Powstają one, gdy skały są natychmiast topione i rozpryskiwane z miejsc zderzenia w postaci wielkich gobetów roztopionego szkła, a następnie chłodzone podczas wirowania w powietrzu.
Haiti znajdowało się około 800 km od Chicxulub pod koniec kredy (Rysunek 18.3). W Beloc i innych miejscach na Haiti granica K-T jest zaznaczona przez normalną, ale grubą (30 cm) warstwę graniczną gliny, która składa się głównie ze szklanych kulek (Rysunek 18.2). Na glinie zalega warstwa turbidytów, podmorskiego materiału osuwiskowego, który zawiera duże fragmenty skalne. Niektóre z tych fragmentów wyglądają jak pokruszona skorupa oceaniczna, ale występują też kuliste kawałki żółtego i czarnego szkła o średnicy do 8 mm, które bez wątpienia są tektytami. Tektyty z Beloc najwyraźniej powstały w temperaturze około 1300°C z dwóch różnych rodzajów skał i są datowane dokładnie na 65 Ma. Czarne tektyty powstały z kontynentalnych skał wulkanicznych, a żółte z osadów ewaporytowych o wysokiej zawartości siarczanów i węglanów. Skały Jukatanu wokół Chicxulub są uformowane głównie z takiej właśnie mieszaniny skał, a skały iglaste pod Chicxulub mają chemię niegdyś stopionej mieszaniny obu tych skał. Powyżej turbidytów znajduje się cienka warstwa czerwonej gliny o grubości zaledwie 5-10 mm, która zawiera iryd i zszokowany kwarc.
Wiele z tych dowodów można wyjaśnić w następujący sposób: asteroida uderzyła w Chicxulub, trafiając na stos grubych osadów w płytkim morzu. Uderzenie stopiło znaczną część lokalnej skorupy i wyrzuciło stopiony materiał na zewnątrz z głębokości aż 14 km pod powierzchnią. Małe kuleczki stopionego szkła zostały wyrzucone w powietrze pod płytkim kątem i spadły na olbrzymi obszar, który rozciągał się na północny wschód aż do odległego o kilkaset kilometrów Haiti i na północny zachód aż do Kolorado. Następnie pojawił się drobniejszy materiał, który został wyrzucony wyżej w atmosferę lub w przestrzeń i spadał wolniej na wierzch grubszych fragmentów.
RETURN TO TOP
Jajowaty kształt krateru Chicxulub pokazuje, że asteroida uderzyła pod płytkim kątem, około 20°-30°, rozpryskując więcej odłamków na północny zachód niż w innych kierunkach. To rachunki w szczególności dla ogromnych szkód na kontynencie północnoamerykańskim, a skośny rozkład wstrząśniętego kwarcu daleko do Pacyfiku.

Inne miejsca w zachodniej części Karaibów sugerują, że normalnie spokojne, głębokie osady wodne zostały drastycznie zakłócone tuż pod koniec kredy, a zakłócone osady mają irydonośną warstwę tuż na ich szczycie. Na wielu stanowiskach z północnego Meksyku i Teksasu, a także na dwóch stanowiskach wywierconych na dnie Zatoki Meksykańskiej, widoczne są oznaki wielkich zaburzeń w oceanie na granicy K-T. W niektórych miejscach zaburzone osady dna morskiego zawierają skamieniałości świeżych liści i drewna roślin lądowych, wraz z tektytami datowanymi na 65 mln lat temu (Rysunek 18.4). W okolicach Karaibów i na stanowiskach na wschodnim wybrzeżu Atlantyku w Stanach Zjednoczonych, istniejące osady kredowe zostały podarte i ponownie osadzone w bezładnej kupie, która zawiera również szklane sferule o różnej chemii, fragmenty zszokowanego kwarcu i szpikulec irydu. Wszystko to sugeruje, że wielkie tsunami lub fala pływowa dotknęła ówczesnego brzegu oceanu, wypłukując świeże rośliny lądowe daleko w morze i rozrywając osady dna morskiego, które leżały nienaruszone przez miliony lat. Powstała w ten sposób dziwaczna mieszanina skał została nazwana „koktajlem kredy i trzeciorzędu”.”
Odkąd Chicxulub został zidentyfikowany, możliwe stało się obliczenie, że zszokowany kwarc został wystrzelony w strumień o dużym kącie od uderzenia. Ta pierwsza, gorąca kula ognia wyrzuciła odparowane i stopione odłamki (w tym szklane kulki i iryd) wysoko ponad atmosferę, aby zostały zdeponowane jako ostatnie i globalnie, gdy powoli spływały w dół. Większe fragmenty, stałe i stopione, zostały wyrzucone na zewnątrz pod mniejszymi kątami, ale niezbyt daleko, i zostały zdeponowane jako pierwsze i lokalnie (około 15 minut podróży do Kolorado!). W tym samym czasie mniejsze fragmenty, w tym zszokowany kwarc, zostały wyrzucone w górę pomiędzy gorącą kulą ognia i większymi fragmentami, i zostały zdeponowane jako drugie i regionalnie (około 30 minut drogi do Kolorado). Energia uderzenia, dla porównania z wybuchami bomb wodorowych, wynosiła około 100 milionów megaton.

A Giant Volcanic Eruption?

Dokładnie na granicy K-T nowy pióropusz (rozdział 6) wypalał sobie drogę przez skorupę ziemską w pobliżu granicy płyt między Indiami a Afryką. Ogromne ilości bazaltu wylały się na terenie dzisiejszego płaskowyżu Deccan w zachodnich Indiach, tworząc ogromne pokłady lawy zwane pułapkami Deccan. Ogromne przedłużenie tego strumienia lawy po drugiej stronie granicy płyt leży obecnie pod wodą w Oceanie Indyjskim (rysunki 18.3 i 18.5). Pułapki Dekanu pokrywają obecnie 500 000 km2 (około 200 000 mil kwadratowych), ale mogły pokrywać cztery razy więcej, zanim erozja usunęła je z niektórych obszarów. Ich ocalała objętość wynosi 1 milion km3 (240 000 mil sześciennych), a grubość w niektórych miejscach przekracza 2 km. Cała objętość wulkaniczna, która wybuchła, w tym podwodne lawy, była znacznie większa niż ta (Rysunek 18.5).
Co więcej, erupcje Dekanu rozpoczęły się nagle tuż przed granicą K-T. Szczytowe erupcje mogły trwać tylko około jednego miliona lat (± 50%), ale ten krótki czas przeciągnął się przez granicę K-T. Tempo erupcji było co najmniej 30 razy większe od dzisiejszego tempa erupcji na Hawajach, nawet zakładając, że była ona ciągła przez milion lat; gdyby erupcja była krótsza lub spazmatyczna, tempo erupcji byłoby znacznie wyższe. Pułapki Dekanu prawdopodobnie wybuchały jako strumienie lawy i fontanny, jak te z Kilauea, a nie w gigantycznych wybuchowych erupcjach, jak ta z Krakatau. Jednak szacunki dotyczące fontann ognia generowanych przez erupcje na skalę Pułapki Dekanu sugerują, że aerozole i popiół z łatwością zostałyby przeniesione do stratosfery. Pióropusz Dekanu jest nadal aktywny; jego gorący punkt leży teraz pod wulkaniczną wyspą Reunion na Oceanie Indyjskim.
Tak więc istnieją mocne dowody na krótkotrwałe, ale gigantyczne erupcje wulkaniczne na granicy K-T. Niektórzy ludzie próbowali wyjaśnić wszystkie cechy skał z granicy K-T jako wynik tych erupcji. Jednak dowody na pozaziemskie uderzenie są tak silne, że szkoda czasu na próby wyjaśnienia ich jako efektów wulkanicznych. Zamiast tego powinniśmy się skupić na fakcie, że granica K-T zbiegła się z dwoma bardzo dramatycznymi wydarzeniami. Pułapki Dekanu leżą w poprzek granicy K-T i zostały uformowane w tym, co było oczywiście ważnym wydarzeniem w historii Ziemi. The asteroida uderzenie być dokładnie przy the K-T granica. Z pewnością coś dramatycznego stało się z życiem na Ziemi, ponieważ geolodzy zdefiniowali granicę K-T i koniec ery mezozoicznej na podstawie dużego wymierania stworzeń na lądzie i w morzu. Uderzenie asteroidy, lub seria gigantycznych erupcji, lub jedno i drugie, miałyby poważny globalny wpływ na atmosferę i pogodę.
Jest poczucie, szczególnie wśród naukowców fizycznych, że jeśli możemy pokazać, że fizyczna katastrofa miała miejsce na granicy K-T, mamy automatyczne wyjaśnienie dla wymierań K-T. Ale ten związek musi być wykazany, a nie tylko założony. Wciąż musimy zapytać, która katastrofa, jeśli którakolwiek, spowodowała wymierania K-T, a jeśli tak, to w jaki sposób?

CONTINUE to page 2