K-T-utdöendet

Spårning av evolutionen

av Richard Cowen

OBS: Detta är sida 1 av ett dokument på tre sidor.

Denna uppsats, som skrevs 1999, är ett kapitel ur min bok History of Life, som publicerades av Blackwell Science, Boston, Massachusetts, 2000. © Richard Cowen. Du får skriva ut en kopia för personligt eller pedagogiskt bruk och du får länka till den här webbplatsen. Illustrationer saknas i denna webbversion av kapitlet.
Cowen, R. 1994. History of Life (Livets historia). 2:a upplagan. 460 pp. Blackwell Scientific Publications, Cambridge, Massachusetts. Detta är en lärobok på nybörjarnivå som publiceras av Blackwell Science. Copyright Richard Cowen 1994. Kan fås från Blackwell Science, 238 Main Street,Cambridge, Massachusetts 02142, telefon 800-215-1000. Information och uppdateringar om den tredje upplagan.
Se även en separat uppsats som ägnas åt det allmänna ämnet större utdöenden och en översikt över Richard Cowens muntliga presentation.
På Geology Department vid University of California, Davis, försöker Richard Cowen upprätthålla andra webbsidor av intresse:

• Uppdateringar och webblänkar för uppsatsen om KT-utdöendet
• Nya referenser om KT-utdöendet som har dykt upp sedan History of Life publicerades.
• Uppdateringar och webblänkar för uppsatsen om utdöendet
• Nya referenser om utdöendet som har dykt upp sedan History of Life publicerades.
• Paleontology in the News: Nästan alla stora ryggradsdjur på jorden, på land, till havs och i luften (alla dinosaurier, plesiosaurier, mosasaurier och pterosaurier) dog plötsligt ut omkring 65 Ma, i slutet av kritaperioden. Samtidigt dog de flesta plankton och många tropiska ryggradslösa djur, särskilt revlevande djur, ut, och många landväxter drabbades hårt. Detta utdöende markerar en viktig gräns i jordens historia, K-T-gränsen eller krita-tertiärgränsen, och slutet på den mesozoiska eran. K-T-utdöendet var världsomspännande och påverkade alla större kontinenter och hav. Det finns fortfarande meningsskiljaktigheter om hur kort denna händelse var. Det var definitivt plötsligt i geologiska termer och kan ha varit katastrofalt med någons mått mätt.
  Trots utdöendenas omfattning får vi dock inte låta oss fångas in i tron att K-T-gränsen innebar en katastrof för alla levande varelser. De flesta grupper av organismer överlevde. Insekter, däggdjur, fåglar och blommande växter på land och fiskar, koraller och blötdjur i havet fortsatte att diversifieras enormt snart efter kritans slut. K-T-förlusterna omfattade de flesta av tidens stora varelser, men också några av de minsta, i synnerhet plankton som genererar det mesta av primärproduktionen i haven.
  RETURN TO TOP
  Det har funnits många dåliga teorier för att förklara utdöendet av dinosaurier. Mer dålig vetenskap beskrivs i det här kapitlet än i hela resten av boken. Till exempel föreslog till och med på 1980-talet en ny bok om dinosauriernas utdöende att de tillbringade för mycket tid i solen, fick grå starr och eftersom de inte kunde se särskilt bra, föll de över klippor till sin undergång. Men oavsett hur övertygande eller fåniga de är, ignorerar alla teorier som försöker förklara enbart dinosauriernas utdöende det faktum att utdöendena ägde rum i faunan på land, i havet och i luften, och att de verkligen var världsomspännande. K-T-utdöendet var en global händelse, så vi bör undersöka globalt verkande faktorer: geografiska förändringar, oceanografiska förändringar, klimatförändringar eller en utomjordisk händelse. Det senaste arbetet med K-T-utdöendet har fokuserat på två hypoteser som tyder på ett våldsamt slut på kritaperioden: ett stort asteroidnedslag och ett gigantiskt vulkanutbrott.
  

  Ett asteroid- eller kometnedslag?

  En meteorit som är tillräckligt stor för att kallas för en liten asteroid träffade jorden just vid tidpunkten för K-T-utdöendet. Bevisen för nedslaget upptäcktes först av Walter Alvarez och kollegor. De fann att stenar som lagts ned just vid K-T-gränsen innehåller extraordinära mängder av metallen iridium (figur 18.1). Det verkar inte spela någon roll om gränsstenarna lades ner på land eller under havet. I Stilla havet och Karibien bildar den iridiumhaltiga leran ett lager i havsbottnens sediment, den finns i kontinentalsockelavlagringar i Europa och i Nordamerika, från Kanada till New Mexico, förekommer den i kolhaltiga bergsekvenser som lagts ner på flodslätter och deltan. Dateringen är exakt, och iridiumskiktet har identifierats på mer än 100 platser runt om på jorden. Där gränsen finns i marina sediment förekommer iridiumet i ett lager precis ovanför de sista krittida mikrofossilerna, och sedimenten ovanför innehåller paleocena mikrofossil från den tidigaste delen av Cenozoikum.
  Uridiumet finns bara i gränsberget och har därför avsatts i en enda stor spik: en mycket kort händelse. Iridium förekommer i normala sediment på havsbotten i mikroskopiska mängder, men iridiumspiken vid K-T-gränsen är mycket stor. Iridium är sällsynt på jorden, och även om det kan koncentreras genom kemiska processer i ett sediment måste en iridiumspik av denna storlek ha uppstått på något ovanligt sätt. Iridium är mycket mer sällsynt än guld på jorden, men i leran vid K-T-gränsen är iridium vanligtvis dubbelt så vanligt som guld, ibland mer än så. Samma höga förhållande finns i meteoriter. Alvarez-gruppen föreslog därför att iridium spreds över hela världen från ett moln av skräp som bildades när en asteroid slog ner någonstans på jorden.
  En asteroid som var tillräckligt stor för att sprida den uppskattade mängden iridium i den världsomspännande spiken vid K-T-gränsen kan ha varit cirka 10 km (6 miles) i diameter. Datormodeller visar att om en sådan asteroid kolliderade med jorden skulle den passera genom atmosfären och havet nästan som om de inte fanns där och spränga en krater i jordskorpan med en diameter på cirka 100 km. Iridiumet och de minsta bitarna skulle spridas över hela världen av nedslagssprängningen när asteroiden förångas till ett eldklot. Om spiken verkligen bildades av ett stort nedslag, vilka andra bevis kan vi då hoppas på att hitta i stenregistret? Välkända meteoritnedslagstrukturer har ofta fragment av chockad kvarts och sfärer (små glaskulor) associerade med dem (figur 18.2). Glaset bildas när målarten smälts i nedslaget, sprutas upp i luften som en spray av droppar och nästan omedelbart stelnar. Under geologisk tid kan glassfärerna sönderfalla till lera. Stötkvarts bildas när kvartskristaller utsätts för en plötslig puls av stort tryck. Om de inte är tillräckligt upphettade för att smälta kan de bära märkliga och omisskännliga mikrostrukturer (figur 18.2, överst).
  RÄTT TILL ÖVERST
  Överallt i Nordamerika innehåller leran vid K-T-gränsen glaskulor (figur 18.2, nederst), och strax ovanför leran finns ett tunnare lager som innehåller iridium tillsammans med fragment av chockad kvarts. Det är bara några millimeter tjockt, men totalt sett innehåller det mer än en kubikkilometer chockad kvarts bara i Nordamerika. Zonen med chockad kvarts sträcker sig västerut på Stilla havets botten, men chockad kvarts är sällsynt i bergarter vid K-T-gränsen på andra ställen: några mycket små fragment förekommer på europeiska platser. Alla dessa bevis tyder på att K-T-slaget inträffade på eller i närheten av Nordamerika, där iridiumet kommer från den förångade asteroiden och den chockade kvartsen från de kontinentala stenar som den träffade.
  K-T-slagkratern har nu hittats. Det är en ungefär äggformad geologisk struktur som kallas Chicxulub, djupt begravd under sedimenten på Yucatánhalvön i Mexiko (figur 18.3). Strukturen är cirka 180 km i diameter, vilket är en av de största nedslagsstrukturer som hittills har identifierats med säkerhet på jorden. Ett borrhål som borrades in i Chicxulub-strukturen stötte på 380 meter (mer än 1000 fot) magmatisk sten med en märklig kemi. Denna kemi kan ha skapats genom att smälta samman en blandning av sedimentära bergarter i området. Den magmatiska stenen under Chicxulub innehåller höga halter av iridium, och dess ålder är 65 Ma, vilket exakt sammanfaller med K-T-gränsen.
  Ovanpå den magmatiska berggrunden ligger en massa av krossad sten, troligen de största överlevande skräppartiklarna som föll tillbaka på kratern utan att smälta, och ovanpå detta ligger normala sediment som långsamt bildades för att fylla kratern i de grunda tropiska haven som täckte nedslagsområdet.
  Välkända nedslagskratrar har ofta tektiter i anslutning till sig, liksom chockad kvarts och små glaskulor. Tektiter är större glaspärlor med ovanliga former och ytstrukturer. De bildas när stenar omedelbart smälts och stänks ut från nedslagsplatserna i form av stora klumpar av smält glas, som sedan kyls medan de snurrar genom luften.
  Haiti låg cirka 800 km från Chicxulub i slutet av kritaperioden (figur 18.3). Vid Beloc och andra platser i Haiti markeras K-T-gränsen av ett normalt men tjockt (30 cm) lergränsskikt som huvudsakligen består av glaskulor (figur 18.2). Leran överlagras av ett lager av turbidit, submarint jordskredsmaterial som innehåller stora stenfragment. En del av fragmenten ser ut som splittrad havsskorpa, men det finns också sfäriska bitar av gult och svart glas med en diameter på upp till 8 mm som otvivelaktigt är tektiter. Beloc tektiterna har uppenbarligen bildats vid ca 1300°C av två olika typer av bergarter, och de har daterats exakt till 65 Ma. De svarta tektiterna bildades från kontinentala vulkaniska bergarter och de gula från evaporitsediment med hög halt av sulfat och karbonat. Berggrunden i Yucatán runt Chicxulub består huvudsakligen av just denna blandning av bergarter, och de magmatiska bergarterna under Chicxulub har en kemi av en en gång smält blandning av de två. Ovanför turbiditen kommer ett tunt rött lerlager som bara är ca 5-10 mm tjockt och som innehåller iridium och chockad kvarts.
  Man kan förklara en stor del av dessa bevis på följande sätt: En asteroid slog ner vid Chicxulub och träffade en hög med tjocka sediment i ett grunt hav. Genom nedslaget smälte en stor del av den lokala skorpan och sprängde smält material utåt från så djupt som 14 km under ytan. Små sfärer av smält glas sprängdes upp i luften i en ytlig vinkel och föll ut över ett gigantiskt område som sträckte sig åt nordost så långt som till Haiti, flera hundra kilometer bort, och åt nordväst så långt som till Colorado. Därefter följde det finare materialet som hade sprängts högre upp i atmosfären eller ut i rymden och föll långsammare ovanpå de grövre fragmenten.
  RETURN TO TOP
  Chicxulub-kraterns äggform visar att asteroiden slog ner i en svag vinkel, cirka 20°-30°, och sprängde mer skräp åt nordväst än i andra riktningar. Detta förklarar särskilt de enorma skadorna på den nordamerikanska kontinenten och den skeva fördelningen av chockad kvarts långt ut i Stilla havet.
  Andra platser i västra Karibien tyder på att normalt lugna, djupa vattensediment stördes drastiskt precis i slutet av kritan, och de störda sedimenten har det iridiumhaltiga lagret rakt ovanpå sig. På många platser från norra Mexiko och Texas och på två platser som borrats på botten av Mexikanska golfen finns det tecken på en stor störning i havet vid K-T-gränsen. På vissa ställen innehåller de störda sedimenten på havsbotten fossil av färska blad och ved från landväxter, tillsammans med tektiter som daterats till 65 Ma (figur 18.4). Runt Karibien och på platser längs USA:s östra Atlantkust har befintliga sediment från kritan rivits upp och sedimenterats igen i en rörig hög som också innehåller glaskulor av olika kemiska sammansättningar, chockade kvartsfragment och en iridiumspik. Allt detta tyder på att en stor tsunami eller tidvattenvåg påverkade den tidens havsrand och sköljde färska landväxter långt ut i havet och rev upp havsbottnens sediment som hade legat ostörda i miljontals år. Den bisarra blandning av stenar som blev resultatet har kallats ”krita-tertiärcocktailen”.
  När Chicxulub identifierades blev det möjligt att beräkna att chockad kvarts hade avfyrats i en högvinkelstänk från nedslaget. Detta första heta eldklot blåste förångade och smälta spillror (inklusive glaskulor och iridium) högt över atmosfären för att deponeras sist och globalt när det långsamt drev nedåt. De större fragmenten, fasta och smälta, blåstes utåt i lägre vinklar, men inte särskilt långt, och deponerades först och lokalt (ca 15 minuters restid till Colorado!). Samtidigt blåstes mindre fragment, inklusive chockad kvarts, uppåt mellan den heta eldklotet och de större fragmenten och deponerades i andra hand och regionalt (ca 30 minuter för att nå Colorado). För att jämföra med vätebombsexplosioner var nedslagsenergin cirka 100 miljoner megaton.

  Ett gigantiskt vulkanutbrott?

  Exakt vid K-T-gränsen brände en ny plym (kapitel 6) sig fram genom jordskorpan nära plattgränsen mellan Indien och Afrika. Enorma mängder basalt flödade ut över det som nu är Deccanplatån i västra Indien och bildade enorma lavabäddar som kallas Deccanfallen. En enorm förlängning av detta lavaflöde på andra sidan plattgränsen ligger nu under vatten i Indiska oceanen (figurerna 18.3 och 18.5). Deccanfallen täcker nu 500 000 km2 (cirka 200 000 kvadratkilometer), men de kan ha täckt fyra gånger så mycket innan erosionen tog bort dem från vissa områden. De har en överlevande volym på 1 miljon km3 (240 000 kubikmil) och är över 2 km tjocka på vissa ställen. Hela den vulkaniska volymen som bröt ut, inklusive undervattenslavorna, var mycket större än så (figur 18.5).
  För övrigt började utbrotten från Deccan plötsligt strax före K-T-gränsen. De högsta utbrotten kan ha varat endast omkring en miljon år (± 50 %), men denna korta tid spände över K-T-gränsen. Utbrottshastigheten var minst 30 gånger högre än Hawaiis utbrottshastighet idag, även om man antar att den var kontinuerlig under så mycket som en miljon år; om utbrotten var kortare eller krampaktiga skulle utbrottshastigheten ha varit mycket högre. Deccanfällorna fick troligen utbrott i form av lavaströmmar och fontäner som vid Kilauea, snarare än i jätteexplosiva utbrott som vid Krakatau. Men uppskattningar av de eldfontäner som genereras av utbrott av den omfattning som Deccanfallen hade tyder på att aerosoler och aska lätt skulle ha förts upp i stratosfären. Deccanplymen är fortfarande aktiv; dess heta punkt ligger nu under vulkanön Réunion i Indiska oceanen.
  Det finns alltså starka bevis för kortvariga men gigantiska vulkanutbrott vid K-T-gränsen. Vissa har försökt förklara alla egenskaper hos K-T-gränsens stenar som ett resultat av dessa utbrott. Men bevisen för en utomjordisk påverkan är så starka att det är slöseri med tid att försöka bortförklara dessa bevis som vulkaniska effekter. Vi bör i stället koncentrera oss på det faktum att K-T-gränsen sammanföll med två mycket dramatiska händelser. Deccanfallen ligger tvärs över K-T-gränsen och bildades i vad som uppenbarligen var en viktig händelse i jordens historia. Asteroidnedslaget skedde exakt vid K-T-gränsen. Något dramatiskt hände definitivt med livet på jorden, eftersom geologer har definierat K-T-gränsen och slutet av den mesozoiska eran på grundval av en stor utrotning av varelser på land och i havet. Ett asteroidnedslag eller en serie gigantiska utbrott, eller båda, skulle ha haft stora globala effekter på atmosfären och vädret.
  Det finns en känsla, särskilt bland fysikforskare, att om vi kan visa att en fysisk katastrof inträffade vid K-T-gränsen, så har vi en automatisk förklaring till K-T-utdöendet. Men detta samband måste påvisas, inte bara antas. Vi måste fortfarande fråga oss vilken katastrof, om någon av dem, som orsakade K-T-utdöendet, och i så fall hur?

  Fortsätt till sidan 2