Iedereen weet dat een asteroïde aanval de dinosauriërs heeft weggevaagd, toch? Veel bewijs toont aan dat de Chicxulub-impactgebeurtenis verschrikkelijke gevolgen had voor de dinosauriërs. Maar de foto is iets gecompliceerder dan dat. Extreme vulkanische activiteit heeft mogelijk bijgedragen aan het uitsterven.
Aan het einde van het Krijt, ongeveer 66 miljoen jaar geleden, stierven de dinosauriërs uit. En niet alleen de dinosauriërs; ongeveer 75% van alle planten en dieren stierf uit. Aviaire dinosauriërs hebben het overleefd.
Tegelijkertijd sloeg een enorme asteroïde of komeet tegen het schiereiland Yucatan van de aarde, in het huidige Mexico. Het werd het Chicxulub-impactevenement genoemd en vertroebelde de atmosfeer met waterdamp en met bijzonder langdurig stof, vanwege de structuur en het type steen op de impactlocatie.
Het was gemakkelijk om te concluderen dat Chicxulub het uitsterven heeft veroorzaakt. Er is veel bewijs buiten de impactsite zelf.
Allereerst wordt de extinctie zelf de Krijt-Paleogeen-extinctie (K-Pg-extinctie) genoemd, omdat deze het einde betekende van het Krijt-tijdperk en het begin van de Paleogene periode. (Het wordt ook wel het Krijt-Tertiaire uitsterven genoemd (K-T-uitsterven.)
Het geologische record bevat een sedimentlaag van 66 miljoen jaar geleden, de K-Pg-grens genoemd. De K-Pg-grens is aanwezig in zowel zee- als terrestrische rotsen over de hele wereld. Het bevat veel van het metaaliridium, wat zeldzaam is op aarde, maar overvloedig aanwezig in asteroïden. De conclusie is dat de Chicxulub-inslag iridium wereldwijd in de atmosfeer verspreidde, en dat het nu bewaard is gebleven in de geologie van de aarde, een soort rookpistool voor de inslag.
Maar er is groeiend bewijs dat vulkaanuitbarstingen 66 miljoen jaar geleden hebben bijgedragen aan de massale uitsterving, en dat bewijs komt van een rotsformatie genaamd de Deccan Traps. Een nieuwe studie versterkt de link tussen de K-Pg-extinctie en de vulkanische activiteit die de Deccan Traps veroorzaakte.
De Deccan Traps is een regio in India die bekend staat als een grote stollingsprovincie. Het is een van de grootste vulkanische kenmerken op aarde. De vallen zijn meerdere lagen basaltachtige lava en samen zijn ze meer dan 2 km dik. De Deccan Traps beslaan een oppervlakte van 500.000 km. (200.000 mi. sq.), hoewel ze ooit maar liefst 1,5 miljoen vierkante km besloeg. (600.000 mi. Sq.) Het volume van de lava is 1 miljoen kubieke km (200.000 kubieke mijl.)
De naam "Traps" komt van het Zweedse woord "trappa" wat trap betekent. Het verwijst naar de stapachtige structuur in het landschap van de regio.
Er zit echter meer achter deze vallen dan rock. De hoeveelheid vulkanische activiteit die nodig is om de Deccan Traps te creëren, zou de atmosfeer hebben vervuild met giftige gassen. Nu hebben twee geowetenschappers van Princeton University een sterkere link gelegd tussen de Deccan Traps en de K-Pg Extinction met de eerste tijdlijn met hoge resolutie voor de uitbarstingen die de Deccan Traps in India hebben gecreëerd. Hun onderzoek verschijnt in het nummer van Science van 22 februari.
De twee wetenschappers zijn Blair Schoene en Gerta Keller, beiden van Princeton University. Ze leidden een internationaal team voor deze studie, die probeerde de verschillende lagen van de Deccan Traps nauwkeuriger dan ooit tevoren te dateren.
"Iedereen heeft gehoord dat de dinosauriërs stierven door een asteroïde die de aarde raakt", zegt Schoene, universitair hoofddocent geowetenschappen. "Wat veel mensen niet beseffen, is dat er de afgelopen 500 miljoen jaar veel andere massale uitstervingen zijn geweest, en dat veel ervan samenvallen met grote vulkanische uitstortingen" van de enorme vulkanen die bekend staan als vloedbasalt of grote stollingsprovincies.
Het is niet de eerste keer dat de vallen betrokken zijn bij het uitsterven van K-Pg. Maar de precisie in deze nieuwe studie drijft het punt naar huis.
De inspanning om geologische formaties te dateren wordt geochronologie genoemd. Geochronologie gebruikt inherente eigenschappen van de rotsen zelf om hun leeftijd te vinden, meestal vertrouwend op isotoopverhoudingen en radioactief verval om dit te doen.
De beroemdste geochronologietechniek, meestal koolstofdatering genoemd, gebruikt het verval van radioactieve koolstof-14 om fossielen te vinden. Maar koolstofdatering werkt alleen voor levend weefsel dat een paar duizend jaar oud is, waardoor het nuttig is voor archeologie, maar niet voor 66 miljoen jaar oud basalt.
Voor rotsen van rond de tijd van de massale uitsterving hebben geowetenschappers een paar keuzes van natuurlijk radioactieve materialen. Uranium-loodgeochronologie levert zeer precieze leeftijden op, maar mineralen die uranium bevatten komen zelden voor in basalt, het gesteente dat de enorme lavastromen vormt bij de Deccan Traps. Uraniumhoudende zirkoon is een andere methode om oude gesteenten te dateren, maar wordt vaker aangetroffen in explosieve uitbarstingen van vulkanen van het type Mount St. Helens, die een meer silica-rijke chemie hebben.
Met deze datingbeperkingen in gedachten, was het team van wetenschappers voorzichtig met het voorspellen van succes. Ze hadden nooit verwacht dat hun eerste reis naar de Deccan Traps de resultaten zou opleveren die ze deden.
"Ik denk niet dat een van ons had verwacht dat onze eerste reis naar de Deccan Traps zou leiden tot het type dataset dat we konden produceren", zegt Mike Eddy van de Class of 2011, nu een postdoctoraal onderzoeker in de geowetenschappen en een co-auteur op de Wetenschap papier.
Maar ze hadden geluk.
In hun eerste paar dagen bij de Deccan Traps verzamelden de wetenschappers monsters van zogenaamde grofkorrelige basalt. Basalt is het meest voorkomende type vulkanisch gesteente op aarde. Ze waren op zoek naar monsters die uraniumhoudende mineralen bevatten, omdat het radioactieve verval van uranium een van de belangrijkste geochronologische methoden is. Aanvankelijk vonden ze er geen, omdat dergelijke rotsen zeldzaam zijn in formaties zoals de Deccan Traps en vaker voorkomen in vulkanische as.
Maar na een paar dagen vonden ze het soort kiezelrijke rotsen waarnaar ze op zoek waren.
"Tijdens onze eerste week in India vonden we een asfaltbed met een hoog silica-gehalte tussen twee basaltstromen, en het zette onze versnellingen aan het draaien", zei Eddy. De onderzoekers wisten dat siliciumrijke vulkanische as gemakkelijk de kleine zirkoonkristallen kan bevatten die radioactief uranium bewaren. 'De echte doorbraak kwam een dag of twee later, toen Blair zich realiseerde dat de fossiele bodems dit soort as mogelijk ook in kleine hoeveelheden hebben verzameld', zei Eddy.
Dus veranderde het team van focus. In plaats daarvan zochten ze naar de asafzettingen tussen de basaltstromen, op zoek naar het radioactieve uranium in de zirkoon, dat zich in de as bevond. Het uranium maakt de zirkoon, en dus de aslagen, gemakkelijk te dateren. Door de aslagen boven en onder een lavastroom te dateren, konden ze de lava zelf en de datum van uitbarsting nauwkeuriger dateren.
Het team bracht drie veldseizoenen door in de provincie Deccan en stuurde monsters van 141 locaties terug naar het laboratorium in Princeton. 24 van de monsters bevatten wat het team nodig had: uraniumhoudende zirkoonkristallen. Analyse van de monsters toonde aan dat de Deccan-vallen werden gecreëerd door vier verschillende uitbarstingspulsen. En elk van die pulsen betekende onheil voor de dinosauriërs en voor de meeste andere levensvormen op aarde in die tijd.
Elke keer dat een vulkaan uitbarst, verandert de atmosfeer. Enorme hoeveelheden zwavel en kooldioxide worden in de atmosfeer uitgestoten door hun langdurige opslag in de rotsen. De zwavel heeft een kortstondig koelend effect op de atmosfeer, terwijl de kooldioxide een langdurig opwarmend effect heeft. De twee gecombineerd kunnen leiden tot wilde klimaatschommelingen.
"Deze kunnen leiden tot klimaatschommelingen tussen warme en koude periodes die het leven op aarde erg moeilijk maken", zegt Schoene. Maar om duidelijker te weten hoe deze uitbarstingen het leven op aarde zouden hebben beïnvloed, moesten ze de timing goed hebben. Een grote hoeveelheid CO2 zal een heel ander effect hebben als het binnen honderd jaar in de atmosfeer wordt geïnjecteerd dan als het een miljoen jaar duurde om te worden geïnjecteerd.
Van de vier uitbarstingspulsen die de wetenschappers identificeerden, vonden er twee plaats vóór de massale uitsterving. De tweede van die twee begon pas tienduizenden jaren vóór de Chicxulub-impact, wat in geologisch opzicht bijna tegelijkertijd is. "De eerste twee pulsen ... komen overeen met een periode waarin het klimaat weer schommelde van koud naar warm naar koud, en veel wetenschappers denken dat dit duidde op een eerste verstoring van het klimaat die mogelijk heeft bijgedragen aan de massa-extinctie", zei Schoene. "Onze gegevens tonen aan dat misschien de tweede puls een belangrijke rol had kunnen spelen bij het uitsterven zelf, omdat het vlak daarvoor was gebeurd."
"Deccan-vulkanisme is de meest waarschijnlijke oorzaak van de massale uitsterving van dinosauriërs", zegt Gerta Keller. "De Chicxulub-impact heeft mogelijk bijgedragen tot hun ondergang, hoewel de timing en de milieueffecten van deze impact nog moeten worden bepaald."
Een andere recente studie gepubliceerd in hetzelfde nummer van Science gebruikte een andere methode om de Deccan Traps te dateren en kwam met verschillende data. Deze studie concludeerde dat er geen vier verschillende vulkanische pulsen waren die de Princeton-studie identificeerde, en dat meer dan 90% van het Deccan Traps-volume in minder dan 1 miljoen jaar losbarstte. Het concludeerde ook dat ongeveer 75% ervan plaatsvond na het uitsterven van de K-Pg en dat de klimaatverandering aan het einde van het Krijt samenviel met de kleinste fasen van uitbarstingen bij de Deccan Traps. Als dat zo was, had het vulkanisme van Deccan Trap de uitsterving niet kunnen veroorzaken.
Andere wetenschappers, die zich bewust zijn van de aard van het effect versus vulkaandebat waar deze studie deel van uitmaakt, zijn voorzichtiger in hun conclusies.
"Over het algemeen denk ik dat dit artikel belangrijk en interessant is", zegt Pincelli Hull, een assistent-professor geologie en geofysica bij Yale die niet betrokken was bij dit onderzoek en die heeft gepleit tegen de rol van de vulkaan bij de massale uitsterving. "De paper is een enorme vooruitgang in het timen van de uitbarstingen van [Deccan Traps], maar hoe dat zich verhoudt tot de timing van uitgassing is nog steeds een belangrijke vraag die moet worden opgelost om erachter te komen wat de relevante rollen van vulkanisme en impact precies waren."
Het komt zelden voor dat één studie in een lange reeks studies een wetenschappelijk debat naar bed brengt, en deze is niet anders. De wetenschap vordert naarmate wetenschappers beter worden in het meten van dingen en erover nadenken. Dit is niet het einde van het debat.
Het kan zijn dat er een klap van één of twee voor nodig was om de K-Pg Extinction te veroorzaken. De dinosauriërs zijn mogelijk door de Chicxulub-inslag omvergeworpen en zijn op hun weg terug omhoog geslagen, en vervolgens voorgoed door vulkanen omvergeworpen. Of misschien is het zelfs nog complexer dan dat.
Een onderzoek uit 2016 toont aan dat dinosaurussoorten al miljoenen jaren voor de uitsterving van de K-Pg uitstierven en dat nieuwe soorten deze niet lijken te vervangen. Tegelijkertijd werden de zoogdiersoorten gevarieerder en misschien beter gepositioneerd om zich aan te passen aan de veranderingen veroorzaakt door vulkanische activiteit en de Chicxulub-impact. Misschien waren evolutionair gezien de dinosauriërs hun gang gegaan en waren de inslag en de vulkanen slechts het uitroepteken.
En misschien weten we het nooit zeker.
Bronnen:
- Persbericht: hebben vulkanen de dinosauriërs gedood? Nieuw bewijs wijst op 'misschien'.
- Onderzoekspaper: U-Pb-beperkingen op gepulseerde uitbarsting van de Deccan-vallen over het einde van het Krijt-massa-uitsterven
- Research Paper: Het uitbarstende tempo van Deccan-vulkanisme in relatie tot de Krijt-Paleogene grens
- Research Paper: Dinosaurussen nemen tientallen miljoenen jaren af voordat ze definitief uitsterven
