Ustalenie, co zabiło dinozaury 66 milionów lat temu pod koniec okresu kredowego, od dawna było przedmiotem debaty, ponieważ naukowcy postanowili ustalić, co spowodowało pięć masowych wymierań, które w jednej chwili geologicznej zmieniły życie na Ziemi. Niektórzy naukowcy twierdzą, że komety lub asteroidy, które zderzyły się z Ziemią, były najbardziej prawdopodobnymi czynnikami masowego rażenia, podczas gdy inni twierdzą, że przyczyną były duże erupcje wulkaniczne. Nowe badanie prowadzone przez Dartmouth opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) donosi, że aktywność wulkaniczna wydaje się być kluczowym czynnikiem masowego wymierania.
Odkrycia dostarczają jak dotąd najbardziej przekonujących dowodów ilościowych, że związek między głównymi erupcjami wulkanów a masową rotacją gatunków nie jest tylko kwestią przypadku.
Naukowcy twierdzą, że cztery z pięciu masowych wymierań są równoczesne z rodzajem wylewu wulkanicznego zwanego bazaltem powodziowym. Te erupcje zalewają ogromne obszary – nawet cały kontynent – lawą w mgnieniu oka geologicznego, zaledwie milion lat. Jako dowód zostawiają gigantyczne odciski palców – rozległe obszary przypominające schodki, skały magmowe (zestalone z erupcji lawy), które geolodzy nazywają „dużymi prowincjami magmowymi”.
Aby można było uznać za „dużą”, duża prowincja magmowa musi zawierać co najmniej 100 000 kilometrów sześciennych magmy. Dla kontekstu erupcja Mount St. Helens w 1980 r. obejmowała mniej niż jeden kilometr sześcienny magmy. Naukowcy twierdzą, że większość wulkanów przedstawionych w badaniu wybuchła milion razy więcej lawy niż ta.
Zespół wykorzystał trzy dobrze ugruntowane zestawy danych w geologicznej skali czasu, paleobiologii i dużych prowincjach magmowych, aby zbadać związek czasowy między masowym wymieraniem a dużymi prowincjami magmowymi.
„Duże, podobne do stopni obszary skał magmowych z tych wielkich erupcji wulkanicznych wydają się zbiegać w czasie z masowymi wymieraniami i innymi znaczącymi wydarzeniami klimatycznymi i środowiskowymi”, mówi główny autor Theodore Green ’21, który przeprowadził to badanie w ramach Senior Program stypendialny w Dartmouth, a obecnie jest studentem studiów podyplomowych w Princeton.
W rzeczywistości seria erupcji na dzisiejszej Syberii spowodowała najbardziej destrukcyjne z masowych wymierań około 252 milionów lat temu, uwalniając gigantyczny puls dwutlenku węgla do atmosfery i prawie dławiąc całe życie. Świadczą o tym Syberyjskie Pułapki, duży obszar skał wulkanicznych wielkości Australii.
Erupcje wulkanów wstrząsnęły również subkontynentem indyjskim w czasie wymierania wielkich dinozaurów, tworząc coś, co jest dziś znane jako płaskowyż Dekan. To, podobnie jak uderzenie asteroidy, miałoby dalekosiężne skutki globalne, pokrywając atmosferę pyłem i toksycznymi oparami, uduszając dinozaury i inne formy życia, a także zmieniać klimat na długą skalę.
Z drugiej strony, naukowcy twierdzą, że teorie przemawiające za anihilacją przez uderzenie asteroidy opierają się na impaktorze Chicxulub, kosmicznej skale, która awaryjnie wylądowała na meksykańskim półwyspie Jukatan mniej więcej w tym samym czasie, w którym wyginęły dinozaury.
„Wszystkie inne teorie, które próbowały wyjaśnić, co zabiło dinozaury, w tym wulkanizm, zostały zburzone, gdy odkryto krater uderzeniowy Chicxulub” – mówi współautor Brenhin Keller, adiunkt nauk o Ziemi w Dartmouth. Ale jest bardzo mało dowodów na podobne zdarzenia uderzeniowe, które zbiegają się z innymi masowymi wymieraniami pomimo dziesięcioleci badań, podkreśla.
W Dartmouth Green postanowił znaleźć sposób na ilościowe określenie pozornego związku między erupcjami a wymieraniem i przetestowanie, czy zbieg okoliczności był tylko przypadkiem, czy też istnieją dowody na związek przyczynowy między tymi dwoma. Współpracując z Kellerem i współautorem Paulem Renne, profesorem-rezydentem nauk o Ziemi i planetologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley i dyrektorem Berkeley Geochronology Center, Green zrekrutował superkomputery w Dartmouth Discovery Cluster, aby przeanalizować liczby.
Naukowcy porównali najlepsze dostępne szacunki dotyczące erupcji bazaltu powodziowego z okresami drastycznego wymierania gatunków w geologicznej skali czasu, w tym między innymi z pięcioma masowymi wymieraniami. Aby udowodnić, że czas był czymś więcej niż przypadkowym przypadkiem, zbadali, czy erupcje pasują równie dobrze do losowo wygenerowanego wzoru i powtórzyli ćwiczenie ze 100 milionami takich wzorów. Odkryli, że zgodność z okresami wymierania była znacznie większa niż przypadkowa szansa.
„Chociaż trudno jest określić, czy konkretny wybuch wulkanu spowodował jedno konkretne masowe wymieranie, nasze wyniki sprawiają, że trudno zignorować rolę wulkanizmu w wymieraniu” – mówi Keller. Naukowcy spodziewają się, że gdyby znaleziono związek przyczynowy między wulkanicznymi bazaltami powodziowymi a masowymi wymieraniami, większe erupcje pociągnęłyby za sobą poważniejsze wymierania, ale takiej korelacji nie zaobserwowano.
Zamiast rozważać bezwzględną wielkość erupcji, zespół badawczy uporządkował zdarzenia wulkaniczne według tempa, z jakim wyrzucały lawę. Odkryli, że wydarzenia wulkaniczne o najwyższych wskaźnikach erupcji rzeczywiście spowodowały największe zniszczenia, powodując poważniejsze wymierania, aż do masowych wymierań.
„Nasze wyniki wskazują, że według wszelkiego prawdopodobieństwa doszłoby do masowego wymierania na trzeciorzędowej granicy kredy o pewnej znaczącej wielkości, niezależnie od tego, czy miało to miejsce, czy nie, co można teraz wykazać bardziej ilościowo” – mówi Renne. „Fakt, że nastąpił wpływ, niewątpliwie pogorszył sytuację”.
Naukowcy sprawdzili również liczby asteroid. Zbieżność uderzeń z okresami wymiany gatunków była znacznie słabsza i dramatycznie pogorszyła się, gdy nie uwzględniono impaktora Chicxulub, co sugeruje, że inne mniejsze znane impaktory nie spowodowały znaczącego wyginięcia.
Tempo erupcji pułapek na Dekanie w Indiach sugeruje, że scena została przygotowana do powszechnego wyginięcia nawet bez asteroidy, mówi Green. Uderzenie było podwójne, które głośno zabrzmiało dzwonem śmierci dla dinozaurów, dodaje.
Erupcje bazaltu powodziowego nie są powszechne w danych geologicznych, mówi Green. Ostatnia o porównywalnej, ale znacznie mniejszej skali, miała miejsce około 16 milionów lat temu na północno-zachodnim Pacyfiku.
„Podczas gdy całkowita ilość dwutlenku węgla uwalnianego do atmosfery we współczesnych zmianach klimatu jest nadal znacznie mniejsza niż ilość emitowana przez dużą prowincję magmową, na szczęście”, mówi Keller, „emitujemy go bardzo szybko, co jest powodem obawiać się.” Green twierdzi, że emisje dwutlenku węgla są nieprzyjemnie podobne do tempa badanych przez nich bazaltów powodziowych, które mają wpływ na środowisko. To umieszcza zmiany klimatyczne w ramach historycznych okresów katastrof ekologicznych, mówi.