EXTINCȚIA K-T

Tracking the Course of Evolution

de Richard Cowen NOTĂ: Aceasta este pagina 1 dintr-un document de trei pagini.

Acesta eseu, scris în 1999, este un capitol din cartea mea History of Life, publicată de Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Puteți tipări o copie pentru uz personal sau educațional și puteți face un link către acest site. Ilustrațiile lipsesc din această versiune web a capitolului.
Cowen, R. 1994. Istoria vieții. Ediția a 2-a. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Acesta este un manual de nivel începător publicat de Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Disponibil la Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Informații și actualizări despre ediția a 3-a.
Vezi, de asemenea, un eseu separat dedicat subiectului general al extincțiilor majore, precum și pentru o schiță a prezentării orale a lui Richard Cowen.
La Departamentul de Geologie al Universității din California, Davis, Richard Cowen încearcă să mențină și alte pagini Web de interes:

• Actualizări și link-uri Web pentru eseul despre Extincția KT
• Noile referințe despre Extincția KT care au apărut de la publicarea History of Life.
• Actualizări și linkuri Web pentru eseul despre Extincție
• Noi referințe despre Extincție care au apărut de la publicarea History of Life.
• Paleontology in the News: Pagini web de interes actual.

The End of the Dinosaurs: The K-T extinction

Chiar toate vertebratele mari de pe Pământ, de pe uscat, de pe mare și din aer (toți dinozaurii, plesiosaurii, mosasaurii și pterozaurii) au dispărut brusc în jurul anului 65 Ma, la sfârșitul perioadei cretacice. În același timp, majoritatea planctonului și multe nevertebrate tropicale, în special cele care trăiesc în recifuri, au dispărut, iar multe plante terestre au fost grav afectate. Acest eveniment de extincție marchează o graniță majoră în istoria Pământului, granița K-T sau granița Cretacic-Terțiar, și sfârșitul Erei Mesozoice. Extincțiile K-T au avut loc la nivel mondial, afectând toate marile continente și oceane. Există încă discuții cu privire la cât de scurt a fost acest eveniment. Cu siguranță a fost brusc din punct de vedere geologic și este posibil să fi fost catastrofal după standardele oricui.
În ciuda amplorii extincțiilor, totuși, nu trebuie să ne lăsăm prinși în capcana de a crede că granița K-T a marcat un dezastru pentru toate ființele vii. Majoritatea grupurilor de organisme au supraviețuit. Insectele, mamiferele, păsările și plantele cu flori de pe uscat, iar peștii, coralii și moluștele din ocean au continuat să se diversifice enorm la scurt timp după sfârșitul Cretacicului. Victimele K-T au inclus majoritatea creaturilor mari ale vremii, dar și unele dintre cele mai mici, în special planctonul care generează cea mai mare parte a producției primare din oceane.

RETURN TO TOP
Au existat multe teorii proaste pentru a explica dispariția dinozaurilor. În acest capitol este descrisă mai multă știință proastă decât în tot restul cărții. De exemplu, chiar în anii 1980, o nouă carte despre dispariția dinozaurilor sugera că aceștia au petrecut prea mult timp la soare, au făcut cataractă și, pentru că nu vedeau foarte bine, au căzut de pe stânci spre pieire. Dar indiferent cât de convingătoare sau cât de prostești sunt, oricare dintre teoriile care încearcă să explice doar dispariția dinozaurilor ignoră faptul că extincțiile au avut loc în faunele terestre, marine și aeriene și au fost cu adevărat mondiale. Extincțiile K-T au fost un eveniment global, așa că ar trebui să examinăm agenții eficienți la nivel global: schimbări geografice, schimbări oceanografice, schimbări climatice sau un eveniment extraterestru. Cele mai recente lucrări privind extincția K-T s-au axat pe două ipoteze care sugerează un sfârșit violent al Cretacicului: un impact mare de asteroid și o erupție vulcanică gigantică.

Un impact de asteroid sau cometar?

Un meteorit suficient de mare pentru a fi numit un asteroid mic a lovit Pământul exact în momentul extincției K-T. Dovezile impactului au fost descoperite pentru prima dată de Walter Alvarez și colegii săi. Aceștia au constatat că rocile așezate exact la granița K-T conțin cantități extraordinare de iridiu metalic (Figura 18.1). Nu pare să conteze dacă rocile de graniță au fost așezate pe uscat sau sub mare. În Oceanul Pacific și în Caraibe, argila care conține iridiu formează un strat în sedimentele de pe fundul oceanului; în Europa se găsește în depozitele de pe platforma continentală; iar în America de Nord, din Canada până în New Mexico, apare în secvențe de roci carbonifere așezate pe câmpii inundabile și delte. Datarea este precisă, iar stratul de iridiu a fost identificat în peste 100 de locuri din jurul Pământului. Acolo unde granița se află în sedimente marine, iridiul apare într-un strat chiar deasupra ultimelor microfosile cretacice, iar sedimentele de deasupra conțin microfosile paleocene din prima parte a Cenozoicului.
Iridiul este prezent doar în rocile de graniță și, prin urmare, a fost depus într-un singur vârf mare: un eveniment foarte scurt. Iridiul se găsește în sedimentele normale de pe fundul mării în cantități microscopice, dar vârful de iridiu de la granița K-T este foarte mare. Iridiul este rar pe Pământ și, deși poate fi concentrat prin procese chimice într-un sediment, un vârf de iridiu de această magnitudine trebuie să fi apărut într-un mod neobișnuit. Iridiul este mult mai rar decât aurul pe Pământ, dar în argila de la granița K-T iridiul este de obicei de două ori mai abundent decât aurul, uneori chiar mai mult decât atât. Același raport ridicat se găsește în meteoriți. Prin urmare, grupul Alvarez a sugerat că iridiul a fost împrăștiat în întreaga lume dintr-un nor de resturi care s-a format când un asteroid a lovit undeva pe Pământ.

Un asteroid suficient de mare pentru a împrăștia cantitatea estimată de iridiu în vârful mondial de la granița K-T ar fi putut avea un diametru de aproximativ 10 km (6 mile). Modelele computerizate sugerează că, dacă un astfel de asteroid s-ar fi ciocnit cu Pământul, ar fi trecut prin atmosferă și ocean aproape ca și cum nu ar fi fost acolo și ar fi aruncat în aer un crater în crustă cu un diametru de aproximativ 100 km. Iridiul și cele mai mici fragmente de resturi ar fi împrăștiate în întreaga lume de explozia impactului, în timp ce asteroidul s-ar vaporiza într-o minge de foc. Dacă, într-adevăr, vârful a fost format de un impact mare, ce alte dovezi ar trebui să sperăm să găsim în înregistrarea rocilor? Structurile de impact ale unor meteoriți bine cunoscuți au adesea fragmente de cuarț șocat și sfere (mici sfere de sticlă) asociate cu acestea (figura 18.2). Sticla se formează pe măsură ce roca-țintă se topește în urma impactului, este aruncată în aer sub forma unui jet de picături și aproape imediat înghețată. De-a lungul timpului geologic, sferele de sticlă se pot descompune în argilă. Cuarțul șocat se formează atunci când cristalele de cuarț sunt supuse unui impuls brusc de presiune mare. Dacă nu sunt suficient de încălzite pentru a se topi, ele pot purta microstructuri deosebite și inconfundabile (Figura 18.2, sus).
RETURN TO TOP
În toată America de Nord, argila de la granița K-T conține sfere de sticlă (Figura 18.2, jos), iar chiar deasupra argilei se află un strat mai subțire care conține iridiu împreună cu fragmente de cuarț șocat. Acesta are o grosime de numai câțiva milimetri, dar în total conține mai mult de un kilometru cub de cuarț șocat numai în America de Nord. Zona de cuarț șocat se extinde spre vest pe fundul Oceanului Pacific, dar cuarțul șocat este rar în rocile de frontieră K-T din alte părți: câteva fragmente foarte mici apar în siturile europene. Toate aceste dovezi implică faptul că impactul K-T a avut loc pe sau în apropierea Americii de Nord, iridiul provenind de la asteroidul vaporizat, iar cuarțul șocat provenind din rocile continentale pe care le-a lovit.
Craterul de impact K-T a fost acum găsit. Este o structură geologică în formă de ou aproximativ, numită Chicxulub, adânc îngropată sub sedimentele peninsulei Yucatán din Mexic (figura 18.3). Structura are un diametru de aproximativ 180 km, fiind una dintre cele mai mari structuri de impact identificate cu certitudine până în prezent pe Pământ. O gaură forată în structura Chicxulub a atins 380 de metri (peste 1000 de picioare) de rocă ígnea cu o chimie ciudată. Această chimie ar fi putut fi generată prin topirea unui amestec de roci sedimentare din regiune. Roca ígnea de sub Chicxulub conține niveluri ridicate de iridiu, iar vârsta sa este de 65 Ma, ceea ce coincide exact cu granița K-T.

Supra rocii igoase se află o masă de rocă spartă, probabil cele mai mari particule de resturi supraviețuitoare care au căzut înapoi pe crater fără să se topească, iar deasupra se află sedimente normale care s-au format lent pentru a umple craterul în mările tropicale de mică adâncime care acopereau zona de impact.
Craterele de impact bine cunoscute au adesea tektite asociate cu ele, precum și cuarț șocat și mici sfere de sticlă. Tektitele sunt bile de sticlă mai mari, cu forme și texturi de suprafață neobișnuite. Ele se formează atunci când rocile se topesc instantaneu și sunt împrăștiate din locurile de impact sub forma unor ghiocei mari de sticlă topită, apoi se răcesc în timp ce se rotesc prin aer.
Haiti se afla la aproximativ 800 km de Chicxulub la sfârșitul Cretacicului (Figura 18.3). La Beloc și în alte localități din Haiti, limita K-T este marcată de un strat limită argilos normal, dar gros (30 cm), format în principal din sfere de sticlă (figura 18.2). Argila este acoperită de un strat de turbidite, material de alunecare submarină care conține fragmente mari de rocă. Unele dintre fragmente arată ca o crustă oceanică sfărâmată, dar există, de asemenea, bucăți sferice de sticlă galbenă și neagră cu diametrul de până la 8 mm care sunt fără îndoială tektite. Se pare că tektitele de la Beloc s-au format la aproximativ 1300°C din două tipuri diferite de roci; și sunt datate cu precizie la 65 Ma. Tektitele negre s-au format din roci vulcanice continentale, iar cele galbene din sedimente de evaporit cu un conținut ridicat de sulfat și carbonat. Rocile din Yucatán din jurul Chicxulubului sunt formate în mod dominant exact din acest amestec de roci, iar rocile ígnee de sub Chicxulub au o chimie a unui amestec de roci topite odată. Deasupra turbiditei vine un strat subțire de argilă roșie, cu o grosime de numai 5-10 mm, care conține iridiu și cuarț șocat.
Se poate explica o mare parte din aceste dovezi după cum urmează: un asteroid a lovit la Chicxulub, lovind o grămadă de sedimente groase într-o mare de mică adâncime. Impactul a topit o mare parte din crusta locală și a aruncat în exterior material topit de la o adâncime de până la 14 km sub suprafață. Sferule mici de sticlă topită au fost aruncate în aer la un unghi puțin adânc și au căzut peste o zonă uriașă care s-a extins spre nord-est până în Haiti, la câteva sute de kilometri distanță, și spre nord-vest până în Colorado. A urmat materialul mai fin care a fost aruncat mai sus în atmosferă sau în spațiu și care a căzut mai încet deasupra fragmentelor mai grosiere.

RETURN TO TOP
Forma de ou a craterului Chicxulub arată că asteroidul a lovit la un unghi puțin adânc, de aproximativ 20°-30°, împrăștiind mai multe resturi spre nord-vest decât în alte direcții. Acest lucru explică în special pagubele uriașe produse continentului nord-american și distribuția înclinată a cuarțului șocat până departe în Pacific.
Alte situri din vestul Caraibelor sugerează că sedimentele de adâncime, în mod normal liniștite, au fost perturbate drastic chiar la sfârșitul Cretacicului, iar sedimentele perturbate au stratul purtător de iridiu chiar deasupra lor. În multe situri din nordul Mexicului și Texas, precum și în două situri forate pe fundul Golfului Mexic, există semne ale unei mari perturbări în ocean la granița K-T. În unele locuri, sedimentele perturbate de pe fundul mării conțin fosile de frunze proaspete și lemn de plante terestre, împreună cu tektite datate la 65 Ma (Figura 18.4). În jurul Caraibelor și în siturile de pe coasta de est a Atlanticului din Statele Unite, sedimentele cretacice existente au fost smulse și depuse din nou într-o grămadă dezordonată care conține, de asemenea, sfere de sticlă de diferite chimii, fragmente de cuarț șocat și un vârf de iridiu. Toate acestea implică faptul că un mare tsunami sau un val de maree a afectat marginile oceanului din acea vreme, spălând plantele terestre proaspete mult în largul mării și distrugând sedimentele de pe fundul mării care au stat neperturbate timp de milioane de ani. Amestecul bizar de roci rezultat a fost numit „cocktailul Cretacic-Terțiar.”
După ce Chicxulub a fost identificat, a devenit posibil să se calculeze că cuarțul șocat a fost lansat într-un jet cu unghi mare de la impact. Această primă minge de foc fierbinte a aruncat în aer resturi vaporizate și topite (inclusiv sfere de sticlă și iridiu) la mare înălțime deasupra atmosferei, pentru a se depune ultima și la nivel global pe măsură ce a alunecat încet în jos. Fragmentele mai mari, solide și topite, au fost aruncate în exterior la unghiuri mai mici, dar nu foarte departe, și au fost depuse primele și la nivel local (aproximativ 15 minute de călătorie până în Colorado!). În același timp, fragmente mai mici, inclusiv cuarț șocat, au fost suflate în sus, între mingea de foc fierbinte și fragmentele mai mari, și au fost depozitate în al doilea rând și la nivel regional (aproximativ 30 de minute pentru a ajunge în Colorado). Energia impactului, pentru comparație cu exploziile bombelor cu hidrogen, a fost de aproximativ 100 de milioane de megatone.

O erupție vulcanică gigantică?

Exact la granița K-T, un nou penaj (capitolul 6) își croia drum prin crustă, aproape de granița de plăci dintre India și Africa. Cantități enorme de bazalt s-au revărsat peste ceea ce este acum platoul Deccan din vestul Indiei pentru a forma uriașe straturi de lavă numite Trapele Deccan. O extensie uriașă a acestei curgeri de lavă de cealaltă parte a limitei de plăci se află acum sub apă în Oceanul Indian (figurile 18.3 și 18.5). Trapele Deccan acoperă în prezent 500.000 km2 (aproximativ 200.000 de mile pătrate), dar este posibil să fi acoperit o suprafață de patru ori mai mare înainte ca eroziunea să le îndepărteze din anumite zone. Ele au un volum supraviețuitor de 1 milion de km3 (240.000 de mile cubice) și au o grosime de peste 2 km în unele locuri. Întregul volum vulcanic care a erupt, inclusiv lavele subacvatice, a fost mult mai mare decât acesta (Figura 18.5).
În plus, erupțiile Deccanului au început brusc chiar înainte de granița K-T. Este posibil ca vârful erupțiilor să fi durat doar aproximativ un milion de ani (± 50%), dar această perioadă scurtă de timp a traversat granița K-T. Rata de erupție a fost de cel puțin 30 de ori mai mare decât rata erupțiilor hawaiiene de astăzi, chiar și presupunând că a fost continuă pe o perioadă de un milion de ani; dacă erupția ar fi fost mai scurtă sau spasmodică, ratele de erupție ar fi fost mult mai mari. Trapa Deccan a erupt probabil sub formă de curgeri de lavă și fântâni precum cele de la Kilauea, mai degrabă decât sub forma unor erupții explozive gigantice precum cea de la Krakatau. Dar estimările privind fântânile de foc generate de erupții de amploarea celor de la Deccan Traps sugerează că aerosolii și cenușa ar fi fost ușor de transportat în stratosferă. Pluma Deccan este încă activă; punctul său fierbinte se află acum sub insula vulcanică Réunion din Oceanul Indian.
Există așadar dovezi puternice pentru erupții vulcanice de scurtă durată, dar gigantice, la granița K-T. Unele persoane au încercat să explice toate caracteristicile rocilor de la granița K-T ca fiind rezultatul acestor erupții. Dar dovezile privind un impact extraterestru sunt atât de puternice încât este o pierdere de timp să încerci să explici aceste dovezi prin efecte vulcanice. În schimb, ar trebui să ne concentrăm asupra faptului că granița K-T a coincis cu două evenimente foarte dramatice. Trapele Deccan se află de-a lungul graniței K-T și s-au format în ceea ce a fost în mod evident un eveniment major în istoria Pământului. Impactul asteroidului a avut loc exact la granița K-T. Cu siguranță, ceva dramatic s-a întâmplat cu viața pe Pământ, deoarece geologii au definit granița K-T și sfârșitul erei mezozoice pe baza unei extincții importante a creaturilor de pe uscat și din mare. Un impact de asteroid sau o serie de erupții gigantice, sau ambele, ar fi avut efecte globale majore asupra atmosferei și a vremii.
Există un sentiment, în special în rândul oamenilor de știință din domeniul fizicii, că dacă putem demonstra că la granița K-T a avut loc o catastrofă fizică, avem o explicație automată pentru extincțiile K-T. Dar această legătură trebuie să fie demonstrată, nu doar presupusă. Încă trebuie să ne întrebăm care catastrofă, dacă este cazul, a cauzat extincțiile K-T și, dacă da, cum?

Continuați la pagina 2

.