…aneb Čtveřice jezdců z chicxulubské apokalypsy
V dějinách výzkumu vymírání na konci křídy se vědci dlouho mylně zaměřovali na dlouhodobě působící činitele, jako jsou postupně se měnící výška hladin moří, kontinuální enormně silná sopečná činnost, vleklá degradace ekosystémů apod.[1] Mnohé zdokumentované efekty na biosféru v průběhu této kataklyzmatické události však naznačují, že se jednalo spíše o velmi rychlou, z hlediska geologického času prakticky okamžitou událost.[2] Tato skutečnost je do velké míry konzistentní s krátkodobou příčinou v podobě impaktu, se kterou poprvé přesvědčivě vystoupil Luis Alvarez se svým týmem v roce 1980.[3] Ačkoliv ani dnes není tato tzv. impaktní teorie všeobecně přijímána (a nevysvětluje kompletně všechny jevy, pozorované ve fosilním záznamu), jeví se jako nejpravděpodobnější vysvětlení události K-Pg.[4] Desítky vědeckých studií z posledních let jsou až na výjimky v dobrém souladu s impaktní teorií a doplňují mnohé detaily ohledně průběhu, fyzikálních efektů i následků této 66 milionů let staré události.[5] Destruktivní efekty K-Pg impaktu si na základě současných znalostí můžeme pracovně rozdělit do čtyř fází, které se společně v různé míře podílely na katastrofě, v jejímž důsledku zcela vyhynulo asi 70 až 80 % tehdejších druhů.[6]
———
Fyzikální efekty, spojené s dopadem planetky na konci křídy byly pro všechny větší živočichy v okruhu asi 1500 kilometrů od epicentra dopadu fatální. Zabíjely extrémně silné zemětřesné vlny, enormně rychlá rázová vlna i oblak žhavého plazmatu, mnohonásobně překonávající teplotu na povrchu Slunce. I to byl ale jen začátek katastrofy, to nejhorší mělo teprve přijít. Kredit: Vladimír Rimbala, pro autorovu knihu Velké vymírání na konci křídy.
———
1. fáze („Drtivý úder“) – první sekundy až hodiny po srážce
Planetka se sráží se Zemí v oblasti dnešního Mexického zálivu a při dopadu uvolňuje energii několik tisíckrát větší, než by odpovídalo souhrnné detonaci všech atomových bomb v jaderných arzenálech na vrcholu Studené války.[7] Od naprosto zdevastovaného místa dopadu (v řádu mnoha stovek kilometrů) se všemi směry začne šířit šoková vlna, která při rychlosti v řádu kilometrů za sekundu zabíjí vše živé v okruhu stovek až tisíců kilometrů od epicentra dopadu.[8] Zemětřesení o magnitudě nad 10.1 (dle jiných odhadů ale až 13!) se rovněž šíří touto extrémní rychlostí a sráží a drtí vše v dosahu.[9] V současném světě by takové globální zemětřesení dokázalo zničit většinu budov na celém povrchu planety. Šířící se oblak plazmy o teplotě až 20 tisíc °C doslova vypaří vše živé v okruhu odpovídajícím rozloze velkých států.[10] Megatsunami o počáteční výšce 1,5 kilometru až po řádové desítky metrů při vzdálenějších pobřežích má asi 30 000krát větší energii než indonéská tsunami z roku 2004 a zdevastuje většinu pobřeží světa.[11] Žádný z těchto efektů však přesto není sám o sobě příčinou globálního vymírání, jakým katastrofa na konci křídy byla. Je jisté, že v celé oblasti Střední Ameriky, severní části Jižní Ameriky a naopak v jižních částech Severní Ameriky je zkáza prakticky úplná a takřka všechny populace větších suchozemských živočichů jsou zde zmasakrovány. Jedná se ale teprve o začátek katastrofy.
———
2. fáze („Žár z nebes“) – první desítky minut až desítky hodin po srážce
Zatímco v první fázi byla totální destrukce ještě omezena na jeden region (byť o průměru v řádu tisíců kilometrů), v následující fázi, která se časově s první prakticky prolíná, už je drtivě zasažen celý svět. Globální účinek má podobu tepelného infračerveného záření, vznikajícího vstupem extrémního množství drobných částic vyvrženého materiálu do nižších vrstev atmosféry.[12] Vzduch se sice ohřívá jen asi o 10 °C, teplo je ale plně absorbováno povrchem hornin, listů i kmenů a samozřejmě i těly živočichů. Bylo spočítáno, že infračervená radiace tehdy překonala asi 8 až 10krát teplo přicházející od Slunce během poledních hodin na nejteplejších místech naší planety, a to v řádu desítek minut až několika hodin.[13] Živá tkáň se v takových podmínkách doslova usmaží, jedinou záchranu skýtají úkryty pod zemí (v hloubce alespoň 10 cm) nebo pod vodní hladinou (kde se odpaří nanejvýš několik horních mikronů vodního sloupce).[14] Jistou ochranu skýtaly také jeskyně nebo skalní převisy, případně i oblasti s aktuálně značnou oblačností, ve hře zde byl tedy rovněž efekt pouhé šťastné souhry okolností. Právě tato druhá fáze účinků dopadu planetky mohla být pro většinu populací terestrických zvířat nejvíce destruktivní a způsobit vyhynutí téměř všech nechráněných a obloze exponovaných suchozemských živočichů s hmotností nad 5 (dle jiných odhadů také 25) kilogramů.[15]
———
Obří azhdarchidní ptakoještěr sleduje děsivou zkázu v podobě dopadu planetky na konci křídy. V této blízkosti k místu dopadu měl jistotu smrti v řádu několika minut. Pro globální biotu však byly fatální až dlouhodobé důsledky této srážky, zejména pak tzv. impaktní zima. Kredit: Vladimír Rimbala, pro autorovu knihu Velké vymírání na konci křídy.
———
3. fáze („Globální mráz“) – první týdny až několik roků po srážce
Ještě v předchozí fázi dochází na velké části světa i k divokým požárům, které spálí značnou část rostlinné biomasy a dále výrazně zhorší podmínky pro přežití velkému množství organismů.[16] Po odeznění ohnivého pekla ale nečeká již tak těžce zkoušený svět úleva a postupná obnova, ba právě naopak. Naplno se začíná projevovat další vražedný efekt spojený s vyvržením ohromného množství plynného i pevného materiálu do atmosféry, a to přesně opačný – zastínění slunečního svitu částicemi hmoty katapultovanými do stratosféry vede k rychlému snížení průměrné teploty na celém světě.[17] Pokles je přímo drastický, činí v průměru asi 26 až 34 stupňů Celsia![18] Horký svět pozdní křídy se v geologickém mrknutí oka mění na extrémně chladný, místy až ledový.[19] Teplomilné druhy zvířat a rostlin, jejichž zástupci přežili nejhorší průběh prvních dvou fází katastrofy, na mnoha místech světa definitivně vymírají. Na souši trvá obnova a návrat přibližně k původnímu klimatickému stavu asi 3 až 16 let, podle jiné odborné práce je to však možná až 30 let.[20] I tak se ale jedná o extrémně rychlou obnovu oproti některým oblastem hlubokých moří a oceánů, kde značné výkyvy a dozvuky této tzv. impaktní zimy přetrvávají asi po dobu 10 tisíc let.[21] O rozsáhlých požárech a následné impaktní zimě svědčí i tzv. kapradinový vrchol, který odpovídá extrémnímu rozšíření „katastrofové vegetace“ v prvních měsících až desetiletích po události.[22]
———
4. fáze („Horko ve zničeném světě“) – desítky tisíc let po srážce
Předchozí tři fáze destrukce byly nepochybně hlavními činiteli při hromadném vymírání na konci křídy a poslední fáze už je spíše dodatečná. V jejím průběhu doznívaly některé dlouhodobější účinky srážky a přírodní svět se vlastně již vzpamatovával z nejhorších důsledků katastrofy.[23] Přesto i v těchto zhruba prvních 100 tisíciletích po dopadu planetky byl proces obnovy narušen dalším efektem, majícím podobu dlouhodobého globálního oteplení.[24] To bylo způsobeno únikem velkého množství skleníkových plynů do atmosféry, které se naplno projevily až po vyčištění oblohy od prachových a dalších částeček, které stínily sluneční záření během impaktní zimy.[25] Rozsáhlá výlevná sopečná činnost tzv. Dekkánských Trapů na území tehdejší ostrovní Indie navíc dodávala již před srážkou oxid uhličitý do atmosféry v takové míře, že se jeho podíl zvýšil ještě před dopadem ze zhruba 500 na 1400 ppm a po dopadu pak dokonce na 2300 ppm.[26] Novější odborné práce uvádějí, že teplota mělkých částí vodstev se tehdy zvýšila v průměru o 5 °C a na souších pak o 4,3 až 13,5 °C (průměrně tedy asi o 7,5 °C).[27] I takové, oproti předchozím událostem zdánlivě nevýznamné kolísání teploty, mohlo v průběhu mnoha tisíciletí ještě více ztížit obnovu ekosystémů a mnohé druhy, které jen o vlásek unikly vyhynutí krátce po dopadu, postrčit takříkajíc přes okraj definitivní zkázy.
———
Tento zjednodušený a značně zestručněný scénář 66 milionů let staré globální katastrofy svědčí o tom, že i jediná událost s takřka okamžitými účinky může výrazně promluvit do průběhu vývoje života na Zemi a dokonce může způsobit celosvětovou katastrofu v podobě hromadného vymírání druhů. Ačkoliv je jisté, že intenzita těchto jevů nebyla na celém světě stejně výrazná a mnohé druhy dinosaurů i jiných velkých živočichů dokázaly přežívat po další desítky nebo i stovky tisíciletí, přesto byli nakonec i takoví odolnější nebo šťastnější zástupci megafauny vyhubeni. V současnosti se nacházíme ve fázi intenzivního výzkumu této pradávné události a nové objevy a další převratná zjištění lze očekávat nejen v příštích letech, ale možná již v následujících měsících a týdnech. Některé detaily vymírání na konci křídy nejspíš nikdy nezjistíme a v mnoha ohledech budeme i nadále značně nejistí – s dnes dostupnými novými metodami a moderními technologiemi výzkumu máme ale jistotu, že budeme v tomto směru v dohledné době podstatně moudřejší.
———
Katastrofa na konci křídy byla do značné míry selektivní v tom smyslu, že roli při přežití druhů sehrávala i prostá náhoda. Obecně však lze říci, že větší suchozemští obratlovci (jako byli dinosauři, ptakoještěři a mnozí další) neměli obvykle šanci přežít, nejpozději v průběhu třetí fáze již byli funkčně nebo i definitivně vyhynulí. Malí tvorové, jako byli oportunističtí savci, schopní najít úkryt pod zemí nebo ve skalních dutinách a následně získat potravu v post-apokalyptickém světě, byli značně zvýhodněni. Kredit: Vladimír Rimbala, pro autorovu knihu Dinosauři od Pekelného potoka.
———
Short Summary in English: The so called Alvarez hypothesis, formally published in 1980, posits that the mass extinction of the non-avian dinosaurs and their contemporaries during the Cretaceous–Paleogene extinction event 66 million years ago was caused by the impact of an asteroid or comet (as we now know, it was most likely an asteroid and the impact took place in what is now Mexican Gulf). The effects of this impact were immense and they can be divided roughly into four phases.
———
Odkazy:
https://en.wikipedia.org/wiki/Cretaceous-Paleogene_extinction_event
https://www.geol.umd.edu/~tholtz/G104/lectures/104extinct.html
https://ucmp.berkeley.edu/diapsids/extinction.html
https://www.geolsoc.org.uk/chicxulub
https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/
———
[1] MacLeod, N.; et al. (1997). The Cretaceous–Tertiary biotic transition. Journal of the Geological Society. 154 (2): 265–292.
[2] Mukhopadhyay, S. (2001). A Short Duration of the Cretaceous-Tertiary Boundary Event: Evidence from Extraterrestrial Helium-3 (PDF). Science. 291 (5510): 1952–1955.
[3] Alvarez, L. W.; et al. (1980). Extraterrestrial cause for the Cretaceous–Tertiary extinction. Science. 208 (4448): 1095–1108.
[4] Schulte, P.; et al. (2010). The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary (PDF). Science. 327 (5970): 1214–1218.
[5] Morgan, J. V.; et al. (2022). The Chicxulub impact and its environmental consequences. Nature Reviews Earth & Environment. 3: 338–354.
[6] Jablonski, D.; Chaloner, W. G. (1994). Extinctions in the fossil record (and discussion). Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 344 (1307): 11–17.
[7] Richards, M. A.; et al. (2015). Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact. Geological Society of America Bulletin. 127 (11–12): 1507–1520.
[8] Frankel, C. (1999). The End of the Dinosaurs. Cambridge University Press, str. 112–114.
[9] DePalma, R. A.; et al. (2019). A seismically induced onshore surge deposit at the K-Pg boundary, North Dakota. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (17): 201817407.
[10] Burtt, D. G.; et al. (2022). Hot atmospheric formation of carbonate accretionary lapilli at the Cretaceous-Paleogene boundary, Brazos River, Texas, from clumped isotope thermometry. Geology. 50 (5): 636–640.
[11] Range, N. M.; et al. (2022). The Chicxulub Impact Produced a Powerful Global Tsunami. AGU Advances. 3 (5): e2021AV000627.
[12] Melosh, H. J. (1990). Reentry of fast ejecta: The global effects of large impacts [abs.]. Eos (Transactions, American Geophysical Union). 71: 1429.
[13] Robertson, D. S.; et al. (2004). Survival in the first hours of the Cenozoic (PDF). GSA Bulletin. 116 (5–6): 760–768.
[14] Goldin, T.; Melosh, J. (2009). Self-shielding of thermal radiation by Chicxulub impact ejecta: Firestorm or fizzle? Geology. 37: 1135–1138.
[15] Pope, K. O.; et al. (1997). Energy, volatile production, and climatic effects of the Chicxulub Cretaceous/Tertiary impact. Journal of Geophysical Research. 102 (E9): 21645–21664.
[16] Robertson, D. S.; et al. (2013). K‐Pg extinction: Reevaluation of the heat‐fire hypothesis. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 118 (1): 329–336.
[17] Lyons, S. L.; et al. (2020). Organic matter from the Chicxulub crater exacerbated the K-Pg impact winter. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (41): 25327–25334.
[18] Brugger, J.; Feulner, G.; Petri, S. (2016). Baby, it’s cold outside: Climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the Cretaceous. Geophysical Research Letters. 44 (1): 419–427.
[19] Chiarenza, A. A.; et al. (2020). Asteroid impact, not volcanism, caused the end-Cretaceous dinosaur extinction. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (29): 17084–17093.
[20] Pankhurst, M. J.; Stevenson, C. J.; Coldwell, B. C. (2021). Meteorites that produce K-feldspar-rich ejecta blankets correspond to mass extinctions. Journal of the Geological Society. 179 (3): jgs2021-055.
[21] Norris, R. (2020). Whump, Slosh, Slosh, Slosh–Filling the Crater That Did in the Dinosaurs. AGU Advances. 1 (4): e2020AV000306.
[22] Berry, K. (2023). Can the initial phase of the K/Pg boundary fern spike be reconciled with contemporary models of the Chicxulub impact? New insights from the birthplace of the fern spike concept. Review of Palaeobotany and Palynology. 309: 104824.
[23] Claytor, J. R.; et al. (2023). New mammalian local faunas from the first ca. 80 ka of the Paleocene in northeastern Montana and a revised model of biotic recovery from the Cretaceous–Paleogene mass extinction. Journal of Vertebrate Paleontology. e2222777.
[24] Naafs, B. D. A.; et al. (2018). High temperatures in the terrestrial mid-latitudes during the early Palaeogene (PDF). Nature Geoscience. 11 (10): 766–771.
[25] Vellekoop, J.; et al. (2014). Rapid short-term cooling following the Chicxulub impact at the Cretaceous-Paleogene boundary. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (21): 7537–7541.
[26] Nava, A. H.; et al. (2021). Reconciling early Deccan Traps CO2 outgassing and pre-KPB global climate. Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (14): e2007797118.
[27] Petersen, S. V.; Dutton, A.; Lohmann, K. C. (2016). End-Cretaceous extinction in Antarctica linked to both Deccan volcanism and meteorite impact via climate change. Nature Communications. 7: 12079.
———