Około 66 milionów lat temu z powierzchni Ziemi zniknęło blisko 75% gatunków. Wymarły wszystkie dinozaury nieptasie, pterozaury, amonity oraz liczne grupy organizmów morskich. Katastrofę przetrwały natomiast ptaki – jedyna żyjąca do dziś linia dinozaurów.

Niektóre zwierzęta często przedstawiane jako ofiary tego wymierania zniknęły znacznie wcześniej. Ichtiozaury wymarły około 90 milionów lat przed wielkim wymieraniem, a pliozaury prawdopodobnie również nie dotrwały do końca kredy.

W tym samym czasie na Ziemi doszło do dwóch niezwykłych zjawisk: uderzenia planetoidy w rejonie dzisiejszego półwyspu Jukatan oraz potężnych erupcji wulkanicznych na obszarze obecnych Indii. Przez dziesięciolecia naukowcy spierali się, które z nich odegrało decydującą rolę.

Dziś większość danych wskazuje, że bezpośrednią i główną przyczyną masowego wymierania był impakt Chicxulub. Wulkanizm trapów Dekanu wpływał na klimat i ekosystemy przed katastrofą oraz po niej, ale prawdopodobnie nie wystarczyłby samodzielnie do unicestwienia dinozaurów i tak wielu innych grup organizmów.

Ślady kosmicznej katastrofy

Planetoida o średnicy około 10–12 kilometrów uderzyła w płytkie morze pokrywające część dzisiejszego półwyspu Jukatan. Pozostawiła po sobie krater Chicxulub o średnicy około 180 kilometrów, ukryty dziś pod osadami i wodami Zatoki Meksykańskiej.

O impakcie świadczą liczne dowody odnajdywane na całym świecie:

  • cienka warstwa osadów wzbogacona w iryd – pierwiastek rzadki w skorupie ziemskiej, ale stosunkowo częsty w materii pozaziemskiej,
  • kwarc szokowy, którego charakterystyczne struktury powstają pod wpływem ogromnego ciśnienia,
  • sferule impaktowe, czyli maleńkie kulki szkliwa utworzone z materiału stopionego i wyrzuconego podczas zderzenia,
  • tektyty oraz fragmenty skał przeobrażonych przez falę uderzeniową,
  • globalna warstwa osadów powstałych bezpośrednio po katastrofie,
  • sygnatury izotopowe wskazujące na pozaziemskie pochodzenie części materiału.

Najnowsze analizy izotopów rutenu wskazują, że obiekt z Chicxulub był najprawdopodobniej planetoidą węglistą typu C. Materia, z której powstał, pochodziła z zewnętrznej części Układu Słonecznego, za orbitą Jowisza, choć sam obiekt przed zderzeniem zapewne przez bardzo długi czas krążył w pasie planetoid.

Krater Chicxulub na półwyspie Jukatan (średnica 180 km, głębokość 1 km), obok mapa anomalii siły ciężkości w rejonie krateru.
Źródło: http://solarsystem.nasa.gov

Dzień, w którym zatrzęsła się Ziemia

Energia wyzwolona podczas uderzenia była miliardy razy większa niż energia eksplozji bomby atomowej zrzuconej na Hiroszimę. W pobliżu miejsca zderzenia skały zostały stopione lub odparowane, a przez skorupę ziemską przeszły potężne fale sejsmiczne. Uderzenie wywołało również ogromne tsunami, którego ślady odnaleziono między innymi wokół Zatoki Meksykańskiej.

Do atmosfery zostały wyrzucone pył, sadza, stopione krople skał oraz gazy zawierające siarkę. Część rozgrzanego materiału obiegła Ziemię, a następnie opadła na jej powierzchnię. Mogło to wywołać gwałtowny wzrost temperatury i pożary na rozległych obszarach, chociaż skala globalnych pożarów nadal jest przedmiotem badań.

Najbardziej zabójcze okazały się jednak nie pierwsze godziny po uderzeniu, lecz jego długotrwałe następstwa.

Wymarłe fauny triasowe i odrodzenie ewolucyjne w jurze – na podstawie Grzegorz Pieńkowski, Grzegorz Niedźwiedzki i Paweł Brański, 2014

Zima impaktowa

Planetoida trafiła w skały bogate w węglany, siarczany i związki organiczne. Do atmosfery przedostały się ogromne ilości pyłu, sadzy oraz aerozoli siarczanowych. Ograniczyły one dopływ promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi.

Rozpoczęła się tak zwana zima impaktowa. Temperatura gwałtownie spadła, a fotosynteza na lądach i w oceanach została silnie ograniczona. Rośliny oraz mikroskopijne glony stanowiące podstawę łańcuchów pokarmowych przestały produkować dostateczną ilość materii organicznej.

Najpierw wymierały organizmy bezpośrednio zależne od żywych roślin i planktonu, a następnie żywiące się nimi zwierzęta. Załamały się całe łańcuchy pokarmowe. W oceanach szczególnie mocno ucierpiały organizmy planktoniczne, amonity oraz duże gady morskie. Na lądach wyginęły wszystkie dinozaury nieptasie i większość dużych kręgowców.

Kwaśne deszcze i zakwaszenie powierzchniowych wód oceanicznych dodatkowo pogłębiały kryzys. Po okresie gwałtownego ochłodzenia mogło natomiast nastąpić ocieplenie wywołane uwolnieniem dużych ilości dwutlenku węgla.

Czy dinozaury już wcześniej chyliły się ku upadkowi?

Niektóre badania sugerują, że różnorodność części grup dinozaurów malała już kilka milionów lat przed końcem kredy. Inne analizy wskazują jednak, że pozorny spadek może wynikać z niepełnego zapisu kopalnego, nierównomiernego rozpoznania poszczególnych kontynentów oraz mniejszej liczby zachowanych skał z końca kredy.

Nie można wykluczyć, że część ekosystemów była wcześniej osłabiona przez zmiany klimatu, poziomu mórz i układu siedlisk. Nie zmienia to jednak wniosku, że planetoida spowodowała gwałtowną, globalną katastrofę, której większość dużych zwierząt nie była w stanie przetrwać.

Trapy Dekanu – drugi podejrzany

Mniej więcej w tym samym czasie na obszarze dzisiejszych Indii trwały gigantyczne erupcje wulkaniczne. Ich pozostałością są trapy Dekanu – rozległa pokrywa kolejnych warstw bazaltowej lawy. Pierwotnie mogły one zajmować powierzchnię przekraczającą milion kilometrów kwadratowych.

Erupcje nie przypominały pojedynczego wybuchu wulkanu. Były to wielokrotnie powtarzające się wylewy lawy ze szczelin, trwające łącznie setki tysięcy lat. Do atmosfery trafiały wówczas ogromne ilości dwutlenku węgla, dwutlenku siarki, chloru i innych gazów.

Dwutlenek węgla powodował długotrwałe ocieplenie, natomiast aerozole siarczanowe mogły wywoływać krótkotrwałe ochłodzenia i kwaśne deszcze. Wulkanizm Dekanu prowadził więc do zmian klimatu jeszcze przed impaktem.

Coraz dokładniejsze badania wskazują jednak, że najpoważniejsze zmiany związane z wulkanizmem nie pokrywają się tak precyzyjnie z nagłym wymieraniem jak warstwa impaktowa. Część klimatycznych skutków erupcji wystąpiła dziesiątki tysięcy lat wcześniej, a temperatura przed uderzeniem mogła już powracać do wcześniejszego poziomu.

Modele klimatyczne pokazują również, że ocieplenie wywołane emisjami wulkanicznymi nie zniszczyłoby wszystkich siedlisk dinozaurów. Paradoksalnie po zimie impaktowej dwutlenek węgla uwalniany przez wulkany mógł nawet przyspieszyć ponowne ocieplenie planety.

Czy impakt wpłynął na wulkanizm?

Niektóre badania wskazują, że fale sejsmiczne wywołane uderzeniem mogły zmienić sposób, w jaki magma wydostawała się na powierzchnię w Indiach. Nie wiadomo jednak, czy impakt rzeczywiście zwiększył całkowitą objętość erupcji, czy jedynie zmienił ich tempo i charakter.

Lekcja z erupcji Laki

Wyobrażenie o skutkach erupcji szczelinowych daje wybuch islandzkiego systemu wulkanicznego Laki w latach 1783–1784. W ciągu około ośmiu miesięcy na powierzchnię wydostało się niemal 15 kilometrów sześciennych lawy, a do atmosfery trafiło około 120 milionów ton dwutlenku siarki.

Toksyczne gazy zniszczyły pastwiska i doprowadziły do śmierci znacznej części islandzkich zwierząt hodowlanych. Głód zabił około jednej piątej mieszkańców wyspy. Nad Europą pojawiła się charakterystyczna mgła, a erupcja wpłynęła na pogodę i stan zdrowia ludności.

Dlaczego jedne organizmy przetrwały, a inne zginęły?

Katastrofa nie działała na wszystkie organizmy jednakowo. Większe szanse na przeżycie miały zwierzęta niewielkie, mogące ukrywać się pod ziemią lub w wodzie, odżywiające się różnorodnym pokarmem albo korzystające z nasion, szczątków organicznych i detrytusu.

Przetrwały między innymi krokodyle, żółwie, płazy, jaszczurki, węże, część ssaków oraz niektóre ptaki. Wiele z nich potrafiło długo obywać się bez pokarmu albo żywić się materią niezależną od bieżącej fotosyntezy.

Po wymarciu dominujących grup zwierząt pozostały liczne wolne nisze ekologiczne. W paleogenie nastąpił szybki rozwój i różnicowanie ssaków oraz ptaków. Katastrofa, która zakończyła erę dinozaurów nieptasich, otworzyła nowy rozdział w historii życia.

Werdykt po 66 milionach lat

Obecny stan wiedzy można podsumować następująco:

  • decydujące znaczenie miało załamanie fotosyntezy oraz globalnych łańcuchów pokarmowych podczas zimy impaktowej.
  • planetoida Chicxulub była główną i bezpośrednią przyczyną masowego wymierania,
  • trapy Dekanu wpływały na klimat przed katastrofą i po niej, ale prawdopodobnie nie wywołały wymierania samodzielnie,
  • zmiany poziomu mórz i wcześniejsze przemiany środowiska mogły zwiększać podatność części ekosystemów,

Przeczytaj także: