Alla vet att en asteroidstrejk utplånade dinosaurierna, eller hur? Många bevis visar att Chicxulub-konsekvenshändelsen hade fruktansvärda konsekvenser för dinosaurierna. Men bilden är lite mer komplicerad än så. Extrem vulkanisk aktivitet kan ha bidragit till utrotningen.
I slutet av kritaperioden, för cirka 66 miljoner år sedan, försvann dinosaurierna. Och inte bara dinosaurierna; cirka 75% av alla växter och djur försvann. Avian dinosaurier överlevde.
Samtidigt slängde en massiv asteroid eller komet in på jordens Yucatan-halvön, i dagens Mexiko. Kallas Chicxulub-slaghändelsen, det fördunklar atmosfären med vattenånga och med särskilt långvarigt damm på grund av strukturen och typen av berg på slagplatsen.
Det har varit lätt att dra slutsatsen att Chicxulub orsakade utrotningen. Det finns massor av bevis utöver själva påverkan webbplatsen.
Först och främst kallas själva utrotningen Cretaceous-Paleogene extinction (K-Pg extinction), eftersom den markerade slutet av krita-eran och början av Paleogen-perioden. (Det kallas också den kritiska-tertiära utrotningen (K-T-utrotning.)
Den geologiska posten innehåller ett sedimentlager från 66 miljoner år sedan som kallas K-Pg-gränsen. K-Pg-gränsen finns i både marina och markbundna bergarter runt om i världen. Den innehåller massor av metall iridium, som är sällsynt på jorden, men rikligt med asteroider. Slutsatsen är att Chicxulub-påverkan sprider iridium i atmosfären globalt och att den nu bevaras i jordens geologi, en slags rökpistol för slaghändelsen.
Men det finns växande bevis för att vulkanutbrott bidrog till massutrotningen för 66 miljoner år sedan, och att bevis kommer från en bergformation som kallas Deccan Traps. En ny studie stärker kopplingen mellan K-Pg-utrotning och den vulkaniska aktiviteten som orsakade Deccan-fällorna.
Deccan Traps är en region i Indien känd som ett stort stollande provins. Det är en av de största vulkaniska egenskaperna på jorden. Fällorna är flera lager av basaltisk lava och tillsammans är de mer än 2 km (1,2 mil) tjocka. Deccan Traps täcker ett område på 500 000 km. kvadratmeter, även om de på en gång täckte så mycket som 1,5 miljoner kvadratkilometer. (600 000 mil kvadratmeter) Volvan på lavan är 1 miljon kubik km (200 000 kubik miles).
Namnet "Traps" kommer från det svenska ordet "trappa" som betyder trappor. Det hänvisar till den stegliknande strukturen i regionens landskap.
Det finns mer i dessa fällor än rock. Mängden vulkanisk aktivitet som krävs för att skapa Deccan-fällorna skulle ha förorenat atmosfären med giftiga gaser. Nu har två geovetenskapsmän från Princeton University dragit en starkare koppling mellan Deccan Traps och K-Pg Extinction med den första högupplösta tidslinjen för utbrott som skapade Indiens Deccan Traps. Deras forskning visas i 22 februari-numret av Science.
De två forskarna är Blair Schoene och Gerta Keller, båda från Princeton University. De ledde ett internationellt team för denna studie som försökte datera de olika lagren av Deccan-fällorna mer exakt än någonsin tidigare.
"Alla har hört att dinosaurierna dog från en asteroid som träffade jorden," sa Schoene, lektor i geovetenskap. "Det som många inte inser är att det har funnits många andra massutsläckningar under de senaste 500 miljoner åren, och många av dem sammanfaller med stora vulkanutfällningar" från de massiva vulkanerna som kallas översvämningsbasalter eller stora magiska provinser.
Det här är inte första gången fällorna har varit inblandade i K-Pg-utrotningen. Men precisionen i denna nya studie driver punkten hem.
Insatsen för att datera geologiska formationer kallas geokronologi. Geokronologi använder sig av inbyggda egenskaper hos klipporna själva för att hitta sin ålder, och brukar förlita sig på isotopförhållanden och radioaktivt förfall för att göra det.
Den mest kända geokronologitekniken, vanligtvis kallad kol-datering, använder sönderfallet för radioaktivt kol-14 för att hitta fossila åldrar. Men koldatering fungerar bara för levande vävnad som är några tusen år gammal, vilket gör det användbart för arkeologi men inte för 66 miljoner år gammal basalt.
För stenar från omkring massutrotningens tid har geovetenskapsmän några val av naturligt radioaktiva material. Uranium-blygeokronologi ger mycket exakta åldrar, men mineraler som innehåller uran förekommer sällan i basalt, berget som utgör de massiva lavaflödena vid Deccan-fällorna. Uranbärande zirkon är en annan metod för datering av forntida berg, men det finns oftare i explosiva utbrott från vulkanerna i Mount St. Helens-typen, som har en mer kiseldik kemi.
Med dessa dateringsbegränsningar i åtanke var forskargruppen försiktiga med att förutsäga framgång. De förutsåg aldrig att deras första resa till Deccan Traps skulle ge de resultat de gjorde.
"Jag tror inte att någon av oss förutsåg att vår första resa till Deccan Traps skulle leda till den typ av datasats som vi kunde producera," säger Mike Eddy från Class of 2011, nu en postdoktorisk forskningsassistent inom geovetenskaper och en medförfattare på Vetenskap papper.
Men de hade tur.
Under de första dagarna på Deccan Traps samlade forskarna prover av vad som kallas grovkorniga basalter. Basalt är den vanligaste typen av vulkaniskt berg på jorden. De letade efter prover som innehåller uranbärande mineraler, eftersom det radioaktiva förfallet av uran är en riktmärke för geokronologi. Till att börja med hittade de ingen, eftersom sådana stenar är sällsynta i formationer som Deccan Traps och vanligare i vulkanisk aska.
Men efter några dagar hittade de den typ av kiseldioxidiga stenar de letade efter.
"Under vår första vecka i Indien hittade vi en högkiseldioxid-askbädd mellan två basaltflöden, och det fick våra växlar att vända," sade Eddy. Forskarna visste att kiseldioxidrik vulkanaska lätt kan innehålla de små zirkonkristaller som bevarar radioaktivt uran. "Det verkliga genombrottet kom en dag eller två senare, när Blair insåg att de fossila jordarna kan ha samlat in denna typ av aska i små mängder," sade Eddy.
Så teamet ändrade fokus. Istället sökte de efter askaavlagringarna mellan basaltflödena och letade efter det radioaktiva uranet inne i zirkonen, som finns i asken. Uraniet gör zirkonen och därmed askskikten lätt att datera. Genom att datera asklagren över och under ett lavaflöde kunde de mer exakt datera lavan själv och datum för utbrott.
Teamet tillbringade tre säsonger i Deccan-provinsen och skickade prover från 141 platser tillbaka till labbet i Princeton. 24 av proverna innehöll vad teamet behövde: uranbärande zirkonkristaller. Analys av proverna visade att Deccan Traps skapades av fyra distinkta utbrottpulser. Och var och en av dessa pulser stavade undergång för dinosaurierna, och för de flesta av de andra livsformerna på jorden vid den tiden.
Varje gång en vulkan bryter ut ändrar den atmosfären. Enorma mängder svavel och koldioxid sprutas ut i atmosfären från deras långsiktiga sekvestrering inne i klipporna. Svaveln har en kortsiktig kyleffekt på atmosfären, medan koldioxid har en långvarig uppvärmningseffekt. De två kombinerade kan leda till vilda klimatsvingningar.
"Dessa kan leda till klimatsvingningar mellan varma och kalla perioder som gör det riktigt svårt för livet på jorden," sade Schoene. Men för att veta mer tydligt hur dessa utbrott skulle ha påverkat livet på jorden, var de tvungna att få rätt tidpunkt. En massmängd CO2 kommer att ha en mycket annan effekt om den injiceras i atmosfären på hundra år än om det tog en miljon år att injiceras.
Av de fyra utbrottpulserna som forskarna identifierade ägde rum två av dem före massutsläckningarna. Den andra av dessa två började bara tiotusentals år innan påverkan av Chicxulub, vilket är geologiska termer nästan på samma ögonblick. "De två första pulserna ... motsvarar en tidsperiod där klimatet fluktuerade från kallt till varmt till kallt igen, och många forskare tror att detta indikerade en första störning av klimatet som kan ha bidragit till massutrotningshändelsen," sade Schoene. "Våra data visar att den andra pulsen kanske kunde ha spelat en viktig roll i själva utrotningen eftersom det hände precis före den."
"Deccan vulkanism är den mest troliga orsaken till dinosaurie massutrotning," sade Gerta Keller. "Chicxulub-påverkan kan ha bidragit till deras undergång, även om tidseffekten och miljöeffekterna av denna påverkan fortfarande är att bestämma."
En annan nyligen genomförd studie publicerad i samma nummer av Science använde en annan metod för att datera Deccan Traps och kom med olika datum. Denna studie drog slutsatsen att det inte fanns fyra distinkta vulkanpulser som Princeton-studien identifierade, och att mer än 90% av Deccan Traps-volymen utbröt på mindre än 1 miljon år. Den drog också slutsatsen att cirka 75% av det hände efter K-Pg-utrotningen, och att klimatförändringarna i slutet av krita sammanföll med de minsta faserna av utbrott vid Deccan-fällorna. I så fall kunde Deccan Trap-vulkanismen inte ha orsakat utrotningen.
Andra forskare, som är medvetna om arten av inverkan kontra vulkandebat som denna studie är en del av, är mer omsorgsfullt i sina slutsatser.
"Generellt sett tycker jag att det här dokumentet är betydelsefullt och intressant," sa Pincelli Hull, biträdande professor i geologi och geofysik vid Yale som inte var inblandad i denna forskning och som har argumenterat mot vulkanens roll i massutrotningen. "Uppsatsen är ett stort framsteg när det gäller tidpunkten för utbrott av [Deccan Traps], men hur det hänger samman med tidpunkten för utgasning är fortfarande en viktig fråga som måste lösas för att ta reda på exakt vilka relevanta roller vulkanism och påverkan var."
Det är sällan att en studie i en lång rad studier lägger upp en vetenskaplig debatt och denna är inte annorlunda. Vetenskapen utvecklas när forskare blir bättre på att mäta saker och tänka på dem. Detta kommer inte att vara slutet på debatten.
Det kan vara så att det tog en stans på två gånger för att orsaka K-Pg-utrotning. Dinosaurierna kan ha släppts av Chicxulub-påverkan och på väg tillbaka upp och sedan släppts för gott av vulkaner. Eller så kan det vara ännu mer komplicerat än så.
En studie från 2016 visar att dinosaurierna redan hade utrotats miljoner år innan K-Pg-utrotningen, och att nya arter inte verkade ersätta dem. Samtidigt blev däggdjursarter mer varierande och kanske bättre positionerade för att anpassa sig till förändringarna orsakade av vulkanisk aktivitet och Chicxulub-påverkan. Kanske evolutionärt hade dinosaurierna gått, och påverkan och vulkanerna var bara utropstecken.
Och kanske vet vi aldrig säkert.
Källor:
- Pressmeddelande: Dödade vulkaner dinosaurierna? Nya bevis pekar på "kanske.
- Forskningsdokument: U-Pb-begränsningar för pulserande utbrott av Deccan-fällorna över den slutliga kritiska massutrotningen
- Forskningsdokument: Deccan-vulkanismens erptiva tempo i förhållande till gränsen till krita-paleogen
- Forskningsdokument: Dinosaurier sjunker tiotals miljoner år innan deras slutliga utrotning
