Konec křídy a vražedný vodní květ

…aneb Další z mnoha teorií, snažící se vysvětlit vymírání K-Pg

O velkém vymírání na přelomu křídy a paleogénu již byla na blogu řeč mnohokrát, a dostali jsme se i k různým vedlejším aspektům této zásadní události (kdy k ní vlastně došlo, jaký měla přibližný průběh, kdo se stal její obětí, jaký byl její rozsah a pozorovatelné fyzikální efekty apod.). Dnes již nikdo nepochybuje, že k této události skutečně došlo a že byla pravděpodobně druhým nejzávažnějším hromadným vymíráním v průběhu fanerozoického eonu (období posledních 541 milionů let).[1] Středobodem zájmu je v tomto ohledu nepochybně impakt planetky Chicxulub do oblasti dnešního Mexického zálivu v době před 66,0 miliony let.[2] Dobře známou skutečností však je, že celosvětovou vlnu vymírání spustily až druhotné následky po dopadu, které nepůsobily jen po řádové minuty až dny, ale celé měsíce, roky nebo dokonce tisíciletí. Svou pomyslnou trošku do mlýna přinesla na konci roku 2015 i studie týmu vědců, publikovaná v Journal of Geophysical Research.[3] Známý americký geofyzik a „impaktolog“ H. Jay Melosh se svými kolegy zde dochází k závěru, že při impaktu bylo mimo jiné uvolněno ohromné množství oxidů dusíku, což vyústilo v enormní obohacení půdy i oceánských vod právě prvkem dusíkem. To následně vedlo k drastickému okyselení a zároveň nepřímo i k masivnímu zmnožení sinic a řas. Právě tyto globální „vodní květy“ pak mohly významně přispět k vymírání přinejmenším v oceánech. Závěry tohoto výzkumu by také vysvětlily tzv. dusíkovou izotopickou anomálii (asi dvacetinásobné obohacení tímto prvkem), objevenou v novozélandských mořských sedimentech z konce křídy.[4]

———

———

Po dopadu asteroidu na konci křídy bylo do atmosféry vyvrženo ohromné množství roztavené zemské hmoty (asi 2 x 10¹⁵ kg), které se následně v podobě asi 10²³ impaktních sférulí vracely při rychlostech kolem 8 km/s zpět k povrchu planety[5] a spolupůsobily při vytvoření slavné jílové vrstvičky K-Pg. Většina těchto sférulí měla průměr kolem 250 mikrometrů a při sestupu vytvořily společnou plochu o rozměru asi 5 x 10⁹ km².[6] Fosilní sférule jsou dodnes jedním z hlavních důkazů pro dopad zmíněného asteroidu. Zatímco vymírání na souši již bylo dříve poměrně uspokojivě vysvětleno, vymírání organismů ve světových mořích a oceánech se ukázalo být těžším oříškem. Studie by ráda tuto mezeru zaplnila, ačkoliv spíše jen jednou z více možných alternativ než jakýmsi bezmála konečným verdiktem. Vědci přitom sáhli k modelům sloužícím dosud zejména astrofyzikům a technikům pro počítání efektu nízkého tlaku a značné výšky pro raketoplány vracející se zpět do nižších vrstev atmosféry.[7] Z modelů vyplývalo, že při těchto událostech dochází k významnému generování plynů oxidu dusnatého, což bylo dosud v modelech impaktu do značné míry přehlíženo.[8] Vedoucí studie, letecký inženýr Devon Parkos prohlašuje, že nová zjištění jen dokazují, jak životu nepřátelským úkazem onen dopad byl. Zdá se totiž, že impaktní sférule při návratu do nižších vrstev atmosféry vytvořily tolik oxidu dusíku, že mohl generovat vznik prudkých dešťů, které silně zasáhly horní vrstvy oceánských vod. Maximální intenzita tohoto jevu byla přitom dosažena až zhruba rok po samotném dopadu.

———

———

A to ještě nejsme u hlavní příčiny vymírání, kterou mohlo být právě nekontrolovatelné přemnožení vodních řas a sinic, vytvářejících rozsáhlé „vodní květy“ na rozlehlých plochách dusíkem obohacených vodstev.[9] Tyto vodní organismy jsou pro své okolí často silně toxické a navíc odčerpávají z vody kyslík, takže jí eutrofizují. Vyčerpání dusičnanů a fosforečnanů z moří mohlo vést ke globální nerovnováze v koloběhu živin a následně k velkému vymírání již dříve zasažených skupin organismů, a to v širokém spektru od malých ryb až po obří vodní plazy mosasaury. Pohromou byl globální vodní květ také pro fotosyntetizující mořské organismy, kterým podobně jako částice prachu v atmosféře živočichům na souši znemožnil přístup ke slunečnímu světlu, což nepochybně představovalo podstatný faktor ve vymírání těchto mikroskopických tvorů. S všeobecným vymíráním tohoto základního pilíře potravní pyramidy pak zákonitě musely trpět i vyšší organismy, které byly na této trofické síti životně závislé. Vymírání planktonních druhů na konci křídy je ve fosilním záznamu skutečně velmi dobře doloženo, a to již po delší dobu.[10] Zajímavou souvislostí je také fakt, že toxiny produkované společenstvím „vodních květů“ mohou být podle některých zdrojů značně nebezpečné hlavonožcům – a ti byli skutečně významně postiženou skupinou, neboť vyhynuli například i téměř všichni globálně rozšíření amoniti a belemniti (ačkoliv názory na skutečnou míru vymírání těchto bezobratlých se dosud značně rozcházejí).[11] Tedy závěrem: Zmíněná studie rozhodně nedokazuje, že vodní květ byl rozhodující nebo dokonce jedinou příčinou vymírání v mořích na konci křídy – je ale další zajímavou stopou, která nás může posunout dál při hledání příčin jedné z nejzásadnějších katastrof v dějinách života na Zemi.

———

———

Short English Summary: A scientific study from 2015 revealed that the huge asteroid that hit the Earth 66 million years ago, killed not only high percentage of terrestrial animals, but also many marine species after it probably triggered a worldwide algal bloom.

———

Odkazy:

http://www.livescience.com/53075-asteroid-marine-extinction.html

http://blogs.agu.org/geospace/2015/12/04/11769/

https://www.sciencealert.com/here-s-how-the-darkness-and-cold-killed-off-the-dinosaurs

Parkos, D., A. Alexeenko, M. Kulakhmetov, B. C. Johnson, and H. J. Melosh (2015), NO_x production and rainout from Chicxulub impact ejecta reentry, J. Geophys. Res. Planets, 120, 2152–2168, doi:10.1002/2015JE004857

———

[1] Jablonski, D.; Chaloner, W. G. (1994). „Extinctions in the fossil record (and discussion)“. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B. 344 (1307): 11–17. doi:10.1098/rstb.1994.0045

[2] Renne, Paul R.; Deino, Alan L.; Hilgen, Frederik J.; Kuiper, Klaudia F.; Mark, Darren F.; Mitchell, William S.; Morgan, Leah E.; Mundil, Roland; Smit, Jan (7 February 2013). „Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary“. Science. 339 (6120): 684–687. doi:10.1126/science.1230492

[3] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015JE004857/full?campaign=wlytk-41855.6211458333

[4] Gilmour, I., and S. Boyd (1988). Nitrogen geochemistry of a Cretaceous-Tertiary boundary site in New Zealand, LPI Contrib., 673, 58–59.

[5] Goldin, T., and H. J. Melosh (2009). Atmospheric interactions during global deposition of Chicxulub impact ejecta, Geology, 37, 87–106.

[6] Smit, J. (1999). The global stratigraphy of the Cretaceous-Tertiary boundary impact ejecta, Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 27, 75–113.

[7] Arnold, G. S., and D. J. Coleman (1991). Surface-mediated chemiluminescent reaction of O and NO, Chem. Phys. Lett., 177, 279–282.

[8] Parkos, D., M. Kulakhmetov, B. C. Johnson, H. J. Melosh, and A. Alexeenko (2012). Climatic effects of the Chicxulub impact ejecta, AIP Conf. Proc., 1501, 1557–1564.

[9] Castle, J., and J. Rodgers (2009). Hypothesis for the role of toxin-producing algae in Phanerozoic mass extinctions based on evidence from the geologic record and modern environments, Environ. Geosci., 16(1), 1–23.

[10] MacLeod N.; Rawson P. F.; Forey P. L.; Banner F. T.; Boudagher-Fadel M. K.; Bown P. R.; Burnett J. A.; Chambers P.; Culver S.; Evans S. E.; Jeffery C.; Kaminski M. A.; Lord A. R.; Milner A. C.; Milner A. R.; Morris N.; Owen E.; Rosen B. R.; Smith A. B.; Taylor P. D.; Urquhart E.; Young J. R. (1997). „The Cretaceous–Tertiary biotic transition“. Journal of the Geological Society. 154 (2): 265–292. doi:10.1144/gsjgs.154.2.0265

[11] Ward P. D., Kennedy W. J., MacLeod K. G., Mount J. F. (1991). „Ammonite and inoceramid bivalve extinction patterns in Cretaceous/Tertiary boundary sections of the Biscay region (southwestern France, northern Spain)“. Geology. 19 (12): 1181–1184. doi:10.1130/0091-7613(1991)0192.3.CO;2

———