Afbeelding in de hoofding: Artist impression van de Chicxulub inslag (65 MA) en de krater daarvan. Bron: https://news.qq.com/rain/a/20230609A00Y4600?no-redirect=1
We hebben het al eerder gehad over de ‘late heavy bombardment’, de periode van 4,2 GA tot 3,9 GA waarin enorm veel meteorieten op de Aarde en andere gesteenteplaneten en Maan gevallen zijn. Er zouden op het hoogtepunt gemiddeld ongeveer elke 100 jaar extreem grote impacten geweest zijn, waarbij mogelijks een deel van de oceanen verdampten en nadien terug uitregenden. We weten ook dat de meeste van deze objecten afkomstig waren van de planetoïdengordel tussen Jupiter en Mars. Maar zijn er sindsdien – in de laatste 4 miljard jaar – nog andere grote impacten geweest, die even vernietigend waren? Niet dat we weten.
De allerbekendste grote impact is relatief recent, en viel samen met het uitsterven van de dino’s. Die inslag was veel te klein om de oceanen (deels) te verdampen of om bijvoorbeeld alle meercellig leven te vernietigen. Toch heeft deze inslag een zeer grote invloed gehad op het leven en het klimaat van onze planeet. We proberen hieronder even de gebeurtenis samengevat te beschrijven, zodat we toch een beetje een beeld krijgen van de effecten van een invallende meteoriet van ‘respectabel’ formaat.
Het was 65 miljoen jaar geleden, en de steen moet ongeveer 10 km diameter geweest zijn. Hij viel neer nabij een plek waar nu Yucatan (Mexico) en de aangrenzende Golf van Mexico ligt. Er zijn ook oudere impacten gekend die vergelijkbaar van grootte moeten geweest zijn (Vredesfort krater in Zuid-Afrika en Sudbury krater in Canada), maar de restanten daarvan zijn meer fragmentarisch dan de Chicxulub. Dat de Mexicaanse krater gevormd is wanneer er al lang dieren bestonden, en bovendien verantwoordelijk geacht wordt voor een hoofdbijdrage aan de uitsterving van onder meer dinosaurussen, maakt deze veel beroemder dan de andere. Hij is dan ook uitgebreider bestudeerd, en we weten verrassend veel over deze inslag en de gevolgen.
De impact: onmiddellijke effecten
Het geweld dat plaatsvond op de plaats van de Chicxulub inslag is te groot voor ons voorstellingvermogen. Een steen van 10 km groot die op de grond valt met een snelheid van 20 km per seconde (72.000 km/u), kan je dat bevatten? De ondergrond werd door de enorme energie gesmolten en samengedrukt waardoor in enkele seconden hele lagen nieuwe metamorfe gesteenten onstaan. Miljoenen gloeiend hete brokstukken – van zeer klein tot vele meters groot, zowel origineel als gesmolten gesteente – werden in het rond geslingerd tot meer dan 100 km hoog. Een deel valt meteen terug naar beneden, en een deel geraakt in een baan rond de Aarde en zal dagen of jaren later terug komen ergens op Aarde. De schokgolf in de aardkorst en mantel veroorzaakt trillingen die zich over de hele planeet verspreiden. Overal ter wereld ontstaan zware aardbevingen. Bodems scheuren open, en zones van slapend vulkanisme worden terug actief. Vanuit de golf van Mexico ontstaat een vloedgolf die zich verspreid, en aan de andere kant van de oceaan tsunami’s veroorzaakt die tot 100 meter hoog waren (2 tot 3 keer groter dan de vreselijke tsunami van 2004 in Azië). Ondertussen kwamen ook overal ter wereld gloeiende brokstukken naar beneden, waardoor wereldwijd een golf van bosbranden begon. Overal verspreidde zich tegelijkertijd vulkanische gassen en heet stof. Zowel vanuit de impactzone als uit al die secundaire effecten kwam een gigantische wolk van gassen rijk aan onder meer sulfaten, CO2, stikstofoxiden en methaan. Het gevolg op korte termijn was vergiftiging en zure regen en verzuring van alle oppervlaktewaters.
Daarna wordt het beter? niet echt …
De dagen na de inslag waren dus een ware hel op Aarde. Maar er was daarna niet meteen veel beterschap in zicht. Dr. Cem Berk Senel van de VUB maakt reconstructies van deze inslageffecten, en berekende dat het na Chicxulub 622 dagen helemaal donker moet geweest zijn op de hele planeet, vanwege de enorme hoeveelheid stof in de atmosfeer. Dat zijn dus 622 dagen dat wereldwijd de fotosythese wordt stilgelegd. Daarna komt er weer wat zonlicht door, maar het zou nog ongeveer 10 jaar verduisterd geweest zijn, waardoor de fotosynthese toch nog beperkt was, en waardoor er 10 jaar weinig zonne-energie op het oppervlak kwam. Dus 10 jaar winter eigenlijk. De meeste planten en algen sterven af, en er onstaat een extreme voedselschaarste.
Traag herstel
Wanneer al die dodelijke miserie op zijn einde loopt, kunnen de ecosystemen op Aarde beginnen met herstel op basis van wat er overleefde. Maar dat was weinig. In de oceanen zijn naar schatting iets meer dan de helft van alle soorten uit het Krijt voor altijd verdwenen. Op het land was het nog vele keren erger. Niet-vliegende dinosaurussen verdwenen volledig. Alle andere planten en dieren waren hun meeste soorten kwijt. Er startte een ietwat ‘experimentele’ periode van enkele miljoenen jaren dat totaal nieuwe soorten voortbracht. De ene succesvoller dan de andere, en uiteindelijk bleef er over wat de moderne fauna en flora vorm gaf. De eerste honderdduizenden jaren geraakte onze planeet ook in een redelijk extreem broeikaseffect. De enorme hoeveelheid broeikasgassen die uitgespuwd waren kort na de impact (op de impactsite en via secundaire vulkanisme) hadden het klimaat ontregelt. Dit is één van de warmere perioden die de Aarde gekend heeft. Daar kwam nog eens bij dat er in het huidige India ongeveer een miljoen jaar lang een vloedbasalt bezig was: een permanent vulkanisch actieve ‘provincie’ van meerdere vierkante kilometers. De grafiek hieronder maakt dit verhaal wat concreter.
Op de figuur hierboven staan op de bovenste lijn de letters A tot G, die ons gaan leiden doorheen de uitleg. De horizontale lijn op 65MA is het tijdstip waarop de Chicxulub meteoriet valt, ook wel de K/P grens genoemd: de scherpe overgang tussen Krijt en Paleogeen.
A, B en C (Fauna en flora) zijn symbolische weergaven van de de evolutie van biologische soorten. A toont de uitsterving van 60 à 75 procent van alle planten- en diersoorten. Hun verhaal stopt in de eerste dagen of jaren na de inslag. Wanneer de ecosystemen zich langzaam beginnen te herstellen, ontstaan er nieuwe niches die moeten opgevuld worden. Startend vanuit de overgebleven soorten, brengt de evolutie de volgende duizenden en zelfs miljoenen jaren dan allerlei totaal nieuwe soorten voort. De eerste nieuwe soorten die succesvol de niches invullen vallen onder de letter B op bovenstaande figuur, de zogenaamde opportunisten. Ze verdwijnen later weer omdat het herstel van de ecosystemen in fasen verloopt. De latere fase, waarin nieuwe ecosystemen zich beter ontwikkeld hebben, is erg verschillend van de eerdere fasen. De opportunisten zijn dan niet langer in het voordeel, en worden weg geconcurreerd door soorten die beter aangepast zijn aan de finale systemen (niet langer in herstel, maar eerder in stabiele fase). Die laatste soorten worden getoond onder “C”. Een voorbeeld daarvan zijn de huidige zoogdiersoorten.
Onder D wordt de verhouding tussen twee koolstof-isotopen getoond, namelijk C13 ten opzichte van C12. Levende cellen die CO2 uit de lucht of het water halen (fotosynthese, chemosynthese), die gaan altijd een voorkeur vertonen voor moleculen waar koolstof-12 isotopen in zitten, liever dan de varianten met koolstof-13. Als je dus in de gesteentelagen organische moleculen vindt met een lagere C13/C12 verhouding dan de standaard, dan is dat een aanwijzing dat die organische moleculen afkomstig zijn van leven. En als er in de zee veel fotosynthese is, dan wordt er in verhouding meer C12 verbruikt dan C13, waardoor de C13 een beetje meer overblijft in het water (en daarna in de zeebodem). Daarom wijst een gesteente met een hogere C13/C12 verhouding dan standaard op het ontbreken van actief ecosysteem. En dat laatste is wat we op bovenstaande grafiek zien vanaf de K-P grens. De biologische productiviteit valt ineens terug naar superlage waarden. En vervolgens duurt het miljoenen jaren om terug op hetzelfde niveau te geraken. Enerzijds had het aardse leven zeer veel tijd nodig om terug even productieve ecosystemen te ontwikkelen in het water en op het land. Anderzijds was door het geweld van de inslag, aardbevingen en vulkanisme enorm veel historische koolstof de atmosfeer in gejaagd. Die historische koolstof was grotendeels afgezet door ouder leven, en had dus een lage C13/C12 verhouding, en was na de inslag overal aanwezig in de zee en in de atmosfeer.
Ook onder E, de afzetting van calciet, zien we een gelijkaardig effect. Calciet, of Calcium carbonaat (CaCO3) wordt zowel zonder als met leven afgezet op de zeebodem. Maar als er veel zeeleven is, dan gaat het veel sneller. Omdat dit leven door de inslag grotendeels verdween, zie je een zeer scherpe daling van calcietafzetting vanaf 65MA. En het duurt ook hier weer een heel tijdperk om de oude waarden van calcietafzetting terug te winnen.
En kolom F is dan de concentratie van het metaal irridium dat men terugvindt in de gesteentelagen. Hier zien we een zeer snelle stijging net na de Chicxulub impact. Waar komt die toegevoegde irridium vandaan? Van de meteoriet zelf. Die ruimtesteen bevat veel meer irridium dan de aardkorst. Omdat het geweld van de inslag zo groot was, is het irridium van de oorspronkelijke meteoriet mee de lucht ingeslingerd, en overal ter aarde ook weer neergekomen. Hier zien we wel dat de oude waarden zich zeer snel herstellen, omdat nieuw afgezette gesteenten al snel niet meer aangerijkt werden met het vallende puin van de Chicxulub steen.
Tenslotte zien we een kolom onder G, de Deccan Trapps. Dit is de vloedbasalt, de actieve vulkanische provincie in het huidige India die zeker een miljoen jaar over meerdere vierkante kilometers is blijven lava en gassen uitstoten. Het precieze begin en einde van deze vulkanische afzettingen zijn vaag, vandaar de vraagtekens. Deze kolom werd aan het verhaal toegevoegd omdat het niet voor iedereen 100% duidelijk is dat de Chicxulub inslag de enige oorzaak zou geweest zijn voor de grote massa-extinctie. mogelijks zouden verschillende soorten dinosaurussen ook uitgestorven zijn zonder de meteoriet. in elk geval stelt men vast in het fossielenbestand dat er in de laatste miljoen jaar voor de inslag al achteruitgaande populaties waren, en mogelijk zelfs al uitgestorven soorten. Dat de Deccan trapps voor en na de inslag het leven al moeilijker maakte is wel een zekerheid.
Chicxulub: besluit
Een meteoriet van 10 km groot heeft het leven op Aarde, de koolstofcyclus, het klimaat, enz. ernstig beschadigd. Er was veel tijd nodig voor het leven om zich te herpakken. Anderzijds is er ook erg veel biologische vernieuwing op gevolgd, omdat de vroegere niches terug vrij kwamen. De biologische wereld vanaf het Paleogeen is eigenlijk drastisch anders dan ervoor.
Gebeurt het nog eens?
Wat als er nog een grotere steen op ons afkomt? of gewoon zelfs even groot? En hoe groot is die kans?
Met de kennis die we vandaag hebben, zegt de statistiek dat we een inslag van dit formaat elke 50 tot 100 miljoen jaar mogen verwachten. Het is momenteel 65 miljoen jaar geleden. Statistiek zegt iets over waarschijnlijkheden, niet over gebeurtenissen in de realiteit. We stellen ook vast dat we niets vinden over even grote impacten in de laatste 600 miljoen jaar (en zelfs ouder, maar dan is het veel moeilijker te ontdekken). Er lijkt dus iets mis te zijn met de statistische inschatting.
Maar toeval speelt hier wel een zeer grote rol. om dit goed te illustreren, geef ik je graag iets mee over de voorgeschiedenis van de Chicxulub meteoriet. Het onderstaande verhaal komt uit het boek ‘Het verhaal van de Aarde’ van Manuel Sintobin (KU Leuven).
Door modellering met observatiegegevens hebben wetenschappers kunnen achterhalen dat de Chicxulub meteoriet afkomstig was van de zogenaamde baptistina planetoïden. Dit is een familie van planetoïden die ontstaan is door een grote botsing in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter 160 miljoen jaar geleden. De twee botsende planetoïden waren behoorlijk groot, namelijk 170 km en 60 km diameter. Het gevolg van de botsing was een familie van duizenden brokstukken – allen met dezelfde chemische samenstelling -waarvan een groot stuk in onstabielen banen zaten. Meer dan 100 miljoen jaar lang zijn dan ook baptistina brokstukken in het Zonnestelsel rondgevlogen, onder meer richting gesteenteplaneten. De Chicxulub meteoriet is één van die brokstukken en kwam dus 65 miljoen jaar geleden op de Aarde terecht. En de Tycho krater op de Maan zou 108 miljoen jaar geleden ook ontstaan zijn door een impact van deze planetoïden familie.. De onderzoekers hebben wat gespeeld met de tijdstippen van de botsing van 165 miljoen jaar geleden, en wat bleek? Als deze botsing 7 minuten (!!) vroeger of later zou gebeurd zijn, dan had de Chicxulub steen de Aarde niet geraakt! Zouden de dinosaurussen toen nog wel uitgestorven zijn? Wie zal het zeggen….
Dit verhaal illustreert heel mooi hoe kleine toevalligheden belangrijk zijn. Helaas weten we ondertussen dat het verhaal niet klopt. Het model moest herzien worden na toevoeging van nieuwe gegevens, onder meer na de studie van de Chelyabinsk meteoriet die neerviel in Rusland in 2013. Nu blijkt dat de Baptistina botsing 80 miljoen jaar geleden was, en dus zeer waarschijnlijk niet de Chicxulub steen kon leveren. Dat zou namelijk al 15 miljoen jaar na de botsing zijn, en dat is onwaarschijnlijk kort voor de meeste grotere brokstukken om zo uit hun baan te geraken.