…aneb Nové výzkumy potvrzují kataklyzmatickou povahu vymírání K-Pg
O devastačních účincích dopadu planetky na konci křídy před 66 miliony let už jsem na tomto blogu napsal větší množství článků. Nové informace a výzkumy ale stále přicházejí a pozměňují nebo naopak upevňují některé znalosti a informace, které jsme o katastrofě z konce křídy zatím měli k dispozici. Obecně se dá konstatovat, že dopad planetky je nyní většinou odborníků považován za hlavní příčinu vyhynutí zhruba 73 až 76 % druhů před 66 miliony let a tedy za primární příčinu posledního hromadného vymírání v dějinách naší planety.[1] Stále se však objevují námitky proti impaktu coby hlavní příčině této katastrofy, snižován je také význam či reálný dopad této zásadní události pro vývoj života na Zemi.[2] Mezi hlavní argumenty patří v tomto případě poukázání na údajný nulový dopad na rostlinstvo té doby. Rostlinné druhy z konce křídy měly až na drobné výjimky přestát všechny efekty vymírání takřka bez problémů a znatelných ztrát druhové biodiverzity.[3] Pokud by rostliny, byť poněkud odolnější vůči plošné likvidaci než velcí živočichové, ustály vymírání takřka bez problémů, pak by se nejspíš nemohlo jednat o tak dramatickou událost, jak je vykreslována zastánci „katastrofického rázu“. Jak ale ukazují poslední pečlivé výzkumy ze Severní i Jižní Ameriky, realita je v tomto případě zcela odlišná. Ve skutečnosti činí ztráty druhové rozmanitosti rostlin na pomezí křídy a paleogénu na zkoumaných lokalitách často přes 50 %! To naopak jasně ukazuje, že se muselo jednat o vysoce dramatickou, ve své povaze značně katastrofickou událost, a to nejspíš v globálním rozpětí. V loňském roce publikovala trojice vědců výsledky výzkumu fosilní flóry z americké Montany i argentinské Patagonie a výrazně změnila náš pohled na vymírání rostlin před 66 miliony let.[4] Vedoucí práce, kterým je profesor geologických věd Peter Wilf z Pensylvánské státní univerzity, sám shrnuje získané poznatky takto: „V dosud vydané literatuře je trendem tvrdit, že vymírání bylo zlé pro dinosaury a mořské živočichy, ale pro rostliny to bylo v pořádku, jelikož všechny hlavní skupiny přežily. Náš výzkum ale tomuto tvrzení odporuje, protože kamkoliv jsme se podívali, tam byla více než polovina (rostlinných) druhů vyhynulá.“
———
Po dopadu planetky na konci křídy následovalo několik měsíců až let impaktní zimy, zároveň ale také dlouhé období sníženého slunečního svitu. Možná právě kombinace těchto dvou faktorů sehrála nejvýznamnější roli při tomto posledním hromadném vymírání. Kredit: Vladimír Rimbala, ilustrace pro autorovu knihu Velké vymírání na konci křídy (2017).
———
V minulosti byly veškeré výzkumy vymírání rostlin na konci křídy limitovány malým a zeměpisně omezeným vzorkem, který pocházel prakticky výlučně z několika lokalit na území Spojených států amerických.[5] Nově však autoři studie pracovali s rozsáhlejšími vzorky ze vzdálených území jihoamerické Kolumbie a Argentiny i nových lokalit na území Spojených států amerických (ve státech severní Dakota, Colorado a Nové Mexiko). Wilf dodává, že o vymíráních v dávné geologické minulosti nám nic neprozradí ani rozdíly v DNA žijících druhů rostlin a nezbytný je tedy rozsáhlý vzorek fosilií z doby krátce před a krátce po katastrofě. A na každé z nových lokalit činila druhová ztráta více než 50 % rostlinných taxonů. Tak velké procento přitom nemůže být zamítnuto jako možný omyl nebo statistická chyba, jedná se o jasný důkaz toho, že ani rostliny nezůstaly při kataklyzmatu na konci křídy ušetřeny. Rostliny přitom zahrnovaly nesrovnatelně větší počet druhů i jedinců než dinosauři a jiní živočichové – vyhubit celou skupinu rostlin je mnohem těžší než v případě velkých živočichů, jako jsou dinosauři a ptakoještěři.[6] Přesto k tomu však před 66 miliony let došlo a ohromnou ztrátu rostlinných druhů následovalo množství evolučních událostí, které přispěly k vytvoření podoby přírodního světa, jak ho dnes známe. Mimo jiné katastrofa na konci křídy uspíšila nástup dominance krytosemenných rostlin a vytvořila i moderní podobu tropických deštných pralesů s jejich ohromující biodiverzitou.[7] Hromadná vymírání ale nepředstavují jen druhovou ztrátu mnoha skupin organismů – zároveň také nevratně mění celkovou podobu, složení a funkčnost ekosystémů. A tyto změny jsou pozorovatelné i na zkoumaných lokalitách, vzdálených od sebe i tisíce kilometrů. Zajímavé (i když zároveň zcela logické) je, že dopad planetky se projevil různě na různých lokalitách, průběh katastrofy se podle jejich umístění značně lišil. Ve hře přitom byly faktory, jako je vzdálenost od impaktu nebo schopnost odolávat temnotě a chladu, který přinesla následná impaktní zima.
———
Podle současných poznatků mohla na mnoha místech světa až na dobu několika měsíců poklesnout úroveň dopadajícího slunečního záření pod kritickou hodnotu, kdy nemohla u zelených rostlin probíhat fotosyntéza. V takovém případě se velmi brzy zhroutily terestrické potravní řetězce a masivní vlna vymírání druhů již byla nevyhnutelná. Kredit: Vladimír Rimbala, ilustrace pro autorovu knihu Velké vymírání na konci křídy (2017).
———
Podle Wilfa bylo hlavním viníkem vymírání rostlin především zmíněné drastické snížení teploty po dopadu, které se projevilo obzvlášť drtivě v tropických oblastech.[8] V některých ohledech je vymírání na konci křídy porovnatelné i s aktuálním vymíráním, zaviněným lidskou civilizací, ale to už nás nyní nezajímá. Všimněme si ještě jednoho nového výzkumu, který sice nijak nesouvisí s předchozím, jeho vývody ale dobře doplňují zjištění Petera Wilfa a jeho dvou kolegyň. Jedná se o výzkum, který sice zatím nebyl publikován, ale na konci roku 2021 byl prezentován na mítinku Americké geofyzikální unie v New Orleans.[9] Výsledky zajímavého experimentu zde představil geolog Peter Roopnarine z Kalifornské akademie věd. Podle výzkumu jeho týmu mohl být hlavní příčinou vymírání faktor, který navrhovali již otec a syn Alvarezovi v roce 1980 – dlouhodobá globální temnota.[10] Spolu s okamžitými efekty dopadu, jako byla extrémně silná rázová vlna, infračervená radiace nebo mohutné tsunami a zemětřesení, měl další ránu pro tehdejší biotu představovat i několikaměsíční až několik let trvající mráz. Tato tzv. impaktní zima mohla snížit průměrnou teplotu při povrchu řádově až o desítky stupňů Celsia, odhady činí asi 25 až 40 °C.[11] To samo o sobě představovalo děsivou katastrofu pro drtivou většinu tehdejších druhů, přesto ani mráz nemusel být tou poslední ranou z milosti pro dinosaury a mnohé jejich současníky. Podle Roopnarineho byla největším zabijákem tma, vyvolaná především hustými vrstvami popela a dalších částeček vytvořených celosvětovými požáry vegetace po dopadu planetky. Shoření velkého procenta celosvětové rostlinné biomasy je již velmi dobře doloženo fosilním záznamem, dosud jsme ale nevěděli, jak dlouho mohl efekt zastínění oblohy trvat.[12] Do atmosféry bylo vymrštěno velké množství prachu, částeček hornin a kapének kyseliny sírové, které samy o sobě dokázaly znatelně snížit přísun slunečního svitu (snad i o víc než 50 %) v globálním rozsahu.[13] Ještě významnější byl ale ohromný objem sazí z celosvětových požárů, jehož koncentrace v atmosféře mohla být podle výpočtů dostatečně velká na to, aby skutečně znemožnila na mnoha místech průběh fotosyntézy.[14]
———
Hranice K-Pg, poměrně tenká jílová vrstvička nacházející se mezi sedimenty nejmladší křídy a nejstaršího paleogénu. Výrazně zvýšený obsah vzácného kovu platinové skupiny – iridia – ukázal vědcům již koncem 70. let minulého století, že na konci druhohor se se Zemí střetlo relativně velké kosmické těleso. Kredit: Jakub Březina (Montana, 2009).
———
Podle vědců byla koncentrace sazí v atmosféře v prvních týdnech až měsících po dopadu dostatečně velká na to, aby přísun slunečního světla skutečně klesl pod kritickou hranici. Tým rekonstruoval malou část ekosystému souvrství Hell Creek, přičemž využil znalosti o zhruba tří stech známých druhů rostlin z této dobře známé a podrobně prozkoumané geologické formace. Rostliny příbuzné fosilním druhům ze souvrství Hell Creek pak vystavili podmínkám simulované temnoty, modelované pro katastrofu na konci křídy. Rostlinná společenstva byla vystavena podmínkám sníženého přísunu světla po dobu 100 až 700 dní a bylo sledováno, jak se s časem zvedá míra vymírání u jednotlivých druhů i celého společenstva. Kritickou sledovanou hodnotou byla míra 73,3 % druhů, stanovená výzkumníky pro vymírání před 66 miliony let. Podle získaných výsledků se rostlinná komunita v ekosystémech souvrství Hell Creek mohla z temnoty vzpamatovat ještě po 150 dnech, tedy přibližně 5 měsících. Po zhruba 200 dnech však dosáhl tlak na společenství kritické hodnoty, a zatímco některé druhy nenávratně „vyhynuly“, došlo také k posunu dominance druhové skladby. Míra vymírání však drasticky vzrostla až v intervalu mezi 650 a 700 dny (zhruba 21 až 23 měsíců), kdy se dostáváme na podobné hodnoty ztrát druhové diverzity jako při vymírání na konci křídy (65 až 81 %).[15] Z toho můžeme opatrně vyvozovat, že období temnoty v ekosystémech dnešního středozápadu Severní Ameriky trvalo až 2 roky. Tyto podmínky se samozřejmě mohly výrazně lišit na jiných místech světa, v ekosystémech slavného severoamerického souvrství však lze podobně dlouhé období „impaktní tmy“ předpokládat. Podle Roopnarineho pak po návratu podmínek k před-impaktnímu stavu trvalo asi dalších 40 let, než se alespoň rostlinná společenstva mohla začít pomalu obnovovat.[16] Máme tu tedy další důkazy o drastické povaze vymírání na konci křídy. Dá se předpokládat, že do budoucna zjistíme o této fascinující a děsivé ještě víc podrobných informací.
———
.jpg)
Zkamenělý list rostliny pojmenované Bisonia niemii. Tento druh, velmi hojný v sedimentech souvrství Hell Creek, patrně spadá do řádu vavřínotvarých (Laurales) a možná přímo vavřínovitých (Lauraceae). Asi 1,5 až 2 metry vysoká rostlina byla charakteristická svými širokými, laločnatými listy. Patřila k flóře nejpozdnější křídy, kterou těžce zasáhly následky impaktu planetky před 66 miliony let. Kredit:
———
Short Summary in English: Recent geophysical modeling has proposed that the asteroid impact at the end of the Cretaceous Period 66 million years ago would have caused global atmospheric soot-driven darkness. Solar radiation may have been reduced below critical levels required for photosynthesis (and primary production) for up to two years. This was perhaps the main cause of the mass extinction.
———
Odkazy:
https://www.livescience.com/cretaceous-extinction-darkness
https://proopnarine.wordpress.com/2022/01/08/k-pg-days-of-darkness/
https://www.smithsonianmag.com/science-nature/soot-dinosaur-impact-180974708/
https://phys.org/news/2020-03-darkness-cold-responsible-dinosaur-killing-extinction.html
———
[1] Schulte, P.; et al. (2010). The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary. Science. 327 (5970): 1214–1218.
[2] Chiarenza, A. A.; et al. (2020). Asteroid impact, not volcanism, caused the end-Cretaceous dinosaur extinction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117 (29): 17084–17093.
[3] Thompson, J. B.; Ramírez-Barahona, S. (2023). No phylogenetic evidence for angiosperm mass extinction at the Cretaceous–Palaeogene (K-Pg) boundary. Biology Letters. 19 (9).
[4] Wilf, P.; Carvalho, M. R.; Stiles, E. (2023). The end-Cretaceous plant extinction: Heterogeneity, ecosystem transformation, and insights for the future. Cambridge Prisms: Extinction. 1: e14.
[5] Wilf, P.; Johnson, K. R. (2004). Land plant extinction at the end of the Cretaceous: A quantitative analysis of the North Dakota megafloral record. Paleobiology. 30 (3): 347–368.
[6] Fawcett, J. A.; Maere, S.; Van de Peer, Y. (2009). Plants with double genomes might have had a better chance to survive the Cretaceous-Tertiary extinction event. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (14): 5737–5742.
[7] Carvalho, M. R.; et al. (2021). Extinction at the end-Cretaceous and the origin of modern Neotropical rainforests. Science. 372 (6537): 63–68.
[8] 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.
[9] Weisberger, M. (2021). Darkness caused by dino-killing asteroid snuffed out life on Earth in 9 months. livescience.com (December 22nd, 2021).
[10] Alvarez, L. W.; et al. (1980). Extraterrestrial cause for the Cretaceous–Tertiary extinction. Science. 208 (4448): 1095–1108.
[11] Artemieva, N.; et al. (2017). Quantifying the Release of Climate-Active Gases by Large Meteorite Impacts With a Case Study of Chicxulub. Geophysical Research Letters. 44 (20): 10180–10188.
[12] Clyde, W. C.; et al. (2016). Direct high-precision U–Pb geochronology of the end-Cretaceous extinction and calibration of Paleocene astronomical timescales. Earth and Planetary Science Letters. 452: 272–280.
[13] Ohno, S.; et al. (2014). Production of sulphate-rich vapour during the Chicxulub impact and implications for ocean acidification. Nature Geoscience. 7 (4): 279–282.
[14] Robertson, D. S.; et al. (2013). K/Pg extinction: Re-evaluation of the heat/fire hypothesis. Journal of Geophysical Research. 118 (1): 329–336.
[15] 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.
[16] 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.
———