Apokalypsa na konci křídy

…aneb Co se opravdu stalo před 66 miliony let

V letošním roce si připomínáme pomyslná „Kristova léta“ obřího impaktního kráteru Chicxulub, tedy konkrétně 33 let od jeho oficiálního objevení v roce 1991 (kráter byl fakticky poprvé identifikován již v roce 1978 americkým geofyzikem Glenem Penfieldem, ale v té době ještě nebyl dostatek důkazů pro ztotožnění tohoto útvaru s osudným dopadem planetky na konci období druhohorní křídy před 66 miliony let).[1] Protože si letos připomínáme zmíněné výročí a zároveň se nám v uplynulých letech nakupilo velké množství nových odborných prací na toto téma, můžeme si nyní sedm let po vydání mé knihy Velké vymírání na konci křídy a šest let po vydání mé další knihy Poslední den druhohor, pojednávajících právě o této děsivé pravěké katastrofě globálních rozměrů, přehledně shrnout, co o tomto hromadném vymírání vlastně dnes víme. A není toho vůbec málo. Chicxulubský impaktor, kterým byla asi 12 km široká planetka typu uhlíkatý chondrit, přiletěla patrně z vnější části hlavního pásu planetek jako tzv. primitivní temný asteroid, nepatřící zřejmě do žádné ze známých asteroidálních rodin.[2] K dopadu došlo před 66,043 milionu let[3] a stalo se tak v době boreálního pozdního jara (jak dokládá rozbor vegetačních fází a životních cyklů organismů z lokalit Teapot Dome ve Wyomingu a Tanis v Severní Dakotě)[4]. Objevují se sice i jiné informace ohledně původu a charakteru impaktoru, doby jeho dopadu nebo jeho složení, pro nás ale bude nyní podstatnější, jaké efekty a v jakém trvání působily onu zkázu, která nakonec zapříčinila zatím poslední hromadné vymírání druhů v dějinách života na naší planetě a odsoudila k zániku přibližně 75 % tehdejších druhů.[5] Dnes víme, že se dopad odehrál do relativně mělké části šelfového moře s hloubkou kolem 100 metrů směrem k jihu a jihozápadu a až 2000 metrů směrem k severu a severovýchodu.[6] Planetka dopadla pod úhlem 45 až 60 stupňů[7] a vytvořila kráter o průměru 195 až 205 km[8][9], který je dnes pohřben zhruba pod 600 až 1000 metry mladších sedimentů[10].

———

———

A co tedy působilo největší destrukci ihned po dopadu? Je prakticky jisté a fyzikálně potvrzené, že po impaktu této intenzity (při uvolnění energie rovnající se asi 4,2 × 10²³ joulů)[11] musely být do vzdálenosti kolem 1500 kilometrů na všechny strany zahubeny všechny nechráněné na povrchu se vyskytující organismy teplotní vlnou, pohybující se rychlostí světla (zmíněnou vzdálenost tedy tato vlna urazila zhruba za 5 tisícin sekundy). Tento efekt je nicméně limitován výškou možného uvolnění okamžité tepelné radiace v rámci severní polokoule, přičemž ve vzdálenosti nad 1500 km již stojí v cestě samotný horizont. Ve větších vzdálenostech se nicméně impakt projevil také, a to zejména větrem o síle větší, než mají nejsilnější člověkem zaznamenané hurikány.[12] Dalším prvkem destrukce jsou samozřejmě extrémně silné zemětřesné vlny, které dalece překonávají nejsilnější zemětřesení v naší době.[13] Mezi další ničivé efekty pak patří také rozsáhlé sesuvy půdy a samozřejmě i tsunami globálního dosahu.[14] Je možné, že v oblastech blízkých dopadu se projevily i další nepředstavitelně silné vlny destrukce, například okamžité zapálení veškeré vegetace, dopad balvanů o velikosti stovek metrů i více (vyvržených dopadem) a mnoho dalších, které ale zatím nemůžeme přímo doložit v sedimentárním nebo paleontologickém záznamu. Všechny tyto děsivé události, jakkoliv byly silné a pro život v okruhu až několika tisíc kilometrů smrtící, by nicméně nemohly samy o sobě vyhubit tři čtvrtiny všech pozemských druhů. Problém globálního dosahu katastrofy musel řešit už Luis Alvarez se svým týmem, když v roce 1980 publikoval svoji impaktní teorii (tehdy ještě hypotézu). Alvarez spatřoval hlavní příčinu hromadného vymírání po dopadu planetky (ačkoliv tehdy ještě za „viníka“ považoval spíše kometární jádro) ve vyvržení ohromného množství prachu a částeček hornin, které byly vymrštěny vysoko do atmosféry a zastínily na dlouhou dobu sluneční světlo. To mělo následně vyvolat impaktní zimu, znemožnit rostlinám fotosyntézu a zapříčinit kolaps globálních potravních řetězců.[15]

———

———

Později byl tento scénář ještě doplněn o další mechanismy, které mohly k destrukci přispět – zejména se mělo jednat o rozsáhlé požáry globálního dosahu, vyvolané tepelnou vlnou, způsobenou vyvrženými impaktními sférulemi (drobnými částečkami kulatého tvaru, vytvořenými přetavením horniny po dopadu).[16] Sférule se vracely po balistických křivkách do nižších vrstev atmosféry, přičemž ji třením vysoce zahřívaly a teplotu při povrchu infračervená radiace zvýšila až na vražedných více než 100 °C (původní odhady činily dokonce 300 nebo i 400 °C!).[17] Je ale tento scénář stále podporován a potvrzován novějšími výzkumy? Některé práce tuto hypotézu podporují s poukazem na možné globální požáry, které měly zachvátit pozemské ekosystémy v prvních hodinách až dnech po impaktu.[18] Existují jisté důkazy pro velké hoření biomasy, zejména v podobě přítomnosti popela a uhlíkových částeček přímo ve vrstvě K-Pg, proti této hypotéze ale vystupují jiné práce, poukazující na nedostatečnou teplotu a další fyzikální efekty pro rozpoutání pekla v podobě celosvětových požárů.[19] Dnešní pohled je takový, že rozsáhlé požáry tehdy nepochybně řádily, což ostatně dokazuje i množství popela ve vrstvách K-Pg, ačkoliv se jednalo spíše o roztroušená ohniska na různých místech světa. Požáry tak patrně nebyly tím nejvýznamnějším činitelem při hromadném vymírání na konci křídy.[20] Vzhledem k místu dopadu, kde je podloží tvořené do značné míry sádrovcem a anhydritem se někteří badatelé domnívají, že se mohlo jednat o doplňkový mechanismus dalšího ochlazení v době impaktní zimy, protože uvolněná síra v atmosféře, pokud je doplněna dostatečným množstvím vodních par, vytváří aerosol, který ve vyšších vrstvách atmosféry skutečně může do určité míry blokovat přísun slunečního tepla a světla.[21] K tomu pak měl samozřejmě přispět i výrazný objem prachových částeček, vržených do atmosféry při dopadu. Dalším vedlejším produktem, pro tehdejší život potenciálně smrtícím, byl vznik silně kyselých dešťů, a to po dlouhou dobu a takřka na globální úrovni.

———

———

Zatím ale nevíme, do jaké míry byl tento jev zodpovědný za vymírání různých skupin organismů.[22] V posledních letech přibylo množství zajímavých a významných informací především díky expedici k potopenému středu kráteru v Mexickém zálivu, která proběhla na jaře roku 2016. Výzkum vzorků podložních hornin v epicentru kráteru z hloubky až 1335 metrů přinesl zajímavé důkazy o průběhu katastrofy i jeho bezprostředních a dlouhodobějších následcích. Byly také objeveny důkazy o masivní tsunami, která krátce po dopadu zpustošila pobřeží ve vzdálenosti kolem 800 kilometrů od geografického středu kráteru. Výsledky výzkumu lokálních hornin také podporují představu o zmíněné destruktivní energii, která po svém uvolnění likvidovala život až do vzdálenosti kolem 1500 km.[23] V roce 2017 byly také publikovány dvě práce, podle kterých bylo po impaktu uvolněno do atmosféry asi 325 gigatun síry a kolem 425 gigatun oxidu uhličitého.[24] V případě předpokládaného uvolnění 100 gigatun sírových aerosolů do ovzduší pak lze předpokládat impaktní zimu, která by znamenala snížení průměrné globální teploty zhruba o děsivých 26 °C, a následující období nadále výrazně snížených teplot na dobu 3 až 16 let.[25] I tento mechanismus by pro většinu neptačích dinosaurů znamenal velmi těžkou ránu, ze které by se tehdy již roztroušené a početně i druhově ochuzené populace jednoduše nedokázaly dostat. Zajímavý je v této souvislosti také výzkum, publikovaný v roce 2021, podle nějž mohlo po dobu čtyř let po impaktu klesnout průměrná teplota hladiny moří z původních 21,4 °C na pouhých -15 °C![26] Pokud by se takové hodnoty budoucími výzkumy potvrdily, pak je nejspíš hlavní viník vymírání definitivně usvědčen. Problém je ale v tom, že chybí spousta dalších podpůrných informací, které by tyto odvážné scénáře dostatečně podpořily. To se týká i otázek množství a podoby vyvržených částic, délky impaktní zimy a dalších efektů, závažnosti okyselení oceánských vod nebo přesné úlohy a podílu dekkánských vulkánů, které řádily prakticky ve stejné době, a dopad nejspíš podnítil nejsilnější etapu jejich výlevné aktivity.[27]

———

———

Nové výzkumy z posledních let také ukázaly, jak se v kráteru vytvořilo specifické hydrotermální prostředí, poskytující na dlouho dobu životní prostor pro extrémofilní mikroorganismy a později i pro rozmanitější a bohatší biodiverzitu. Výzkumem impaktitů a granitoidů vědci jako je americký geolog Sean P. S. Gulick zjistili, že podmínky vhodné pro termofilní faunu mohly v kráteru trvat i více než 10 milionů let po dopadu (kdy se zde udržela teplota nad 70 °C).[28] Po dobu zhruba 1,2 milionu let zde navíc podle nedávných zjištění dominovala „katastrofová společenstva“ nanoplanktonu, která až později nahradil „produktivní“ plankton.[29] Nesporné jsou také doklady o mixotrofii a rychlém šíření toxických řas a sinic krátce po dopadu (což nejspíš souvisí se změnami v chemickém složení oceánských vod).[30] Pokud se ale chceme dozvědět víc o povaze hromadného vymírání na konci křídy, pak se kromě zhruba 75 % vyhynuvších druhů musíme zaměřit také na druhy, které naopak tuto katastrofu přežily. Jak dokázaly přeživší druhy odolat jedné z největších ekologických katastrof v dějinách rozvinutého života na Zemi? Zatím to nevíme s jistotou, ale některé faktory důležité pro přežití jsou známé už dlouho. Mezi ty klíčové nepochybně patřila schopnost živit se po delší dobu pouze mršinami nebo detritem, schopnost vyhledat úkryt například pod zemí nebo ve skalních dutinách a velkou roli nepochybně hrály také tělesné rozměry (až na výjimky přežili obecně pouze menší obratlovci do velikosti středně velkého psa).[31] Fantastické objevy zejména na severoamerických lokalitách, jako je Tanis v Severní Dakotě nebo Corral Bluffs v Coloradu nám ukazují, jak významně a nevratně se změnil život po této katastrofě.[32] Zároveň dokládají i to, jak nezdolné formy savců, ptáků a dalších živočichů (byť s velkými ztrátami druhové rozmanitosti) toto kataklyzma dokázali přečkat. Právě tyto druhy a jejich evoluční potomci pak postupně vytvořili nový svět kenozoických ekosystémů, v nichž žijeme dodnes.

———

———

Short Summary in English: 66 million years ago, the whole Mesozoic era ended in an instant, when ~12 km large asteroid slammed into what is now Yucatan Peninsula in the Mexican Gulf. But what do we really know about this ancient catastrophe? How did it happen and what were the immediate and also later drivers of extinction?

———

Odkazy:

https://www.smithsonianmag.com/science-nature/dinosaur-killing-asteroid-impact-chicxulub-crater-timeline-destruction-180973075/

https://www.ecord.org/expedition364/

https://www.smithsonianmag.com/science-nature/fossil-site-captures-dinosaur-killing-impact-its-only-beginning-story-180971868/

https://ucmp.berkeley.edu/diapsids/extinction.html

https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/

———

[1] Penfield, G. (2019). Unlikely Impact. AAPG Explorer. 40 (12): 20–23.

[2] Nesvorný, D.; Bottke, W. F.; Marchi, S. (2021). Dark primitive asteroids account for a large share of K/Pg-scale impacts on the Earth. Icarus. 368: 114621.

[3] Renne, P.; et al. (2013). Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary. Science. 339 (6120): 684–687.

[4] During, M. A. D.; et al. (2022). The Mesozoic terminated in boreal spring. Nature. 603 (7899): 91–94.

[5] 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.

[6] Gulick, S. P. S.; et al. (2008). Importance of pre-impact crustal structure for the asymmetry of the Chicxulub impact crater. Nature Geoscience. 1 (2): 131–135.

[7] Collins, G. S.; et al. (2020). A steeply-inclined trajectory for the Chicxulub impact. Nature Communications. 11 (1480).

[8] Gulick, S. P. S.; et al. (2013). Geophysical characterization of the Chicxulub impact crater. Reviews of Geophysics. 51 (1): 31–52.

[9] Gulick, S. P. S.; et al. (2008). Importance of pre-impact crustal structure for the asymmetry of the Chicxulub impact crater. Nature Geoscience. 1 (2): 131–135.

[10] Kring, D. A.; et al. (2017). Chicxulub and the Exploration of Large Peak-Ring Impact Craters through Scientific Drilling. GSA Today. The Geological Society of America. 27 (10): 4–8.

[11] 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.

[12] Kring, D. A. (2007). The Chicxulub impact event and its environmental consequences at the Cretaceous-Tertiary boundary. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 255 (1–2): 4–21.

[13] Sanford, J. C.; Snedden, J. W.; Gulick, S. P. S. (2016). The Cretaceous-Paleogene boundary deposit in the Gulf of Mexico: Large-scale oceanic basin response to the Chicxulub impact. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 121 (3): 1240–1261.

[14] Range, M. M.; et al. (2022). The Chicxulub impact produced a powerful global tsunami. AGU Advances. 3 (5): e2021AV000627

[15] Alvarez, L.; et al. (1980). Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction. Science. 208 (4408): 1095–1108.

[16] Kring, D. A.; Durda, D. D. (2002). Trajectories and distribution of materiál ejected from the Chicxulub impact crater: Implications for postimpact wildfires. Journal of Geophysical Research: Planets. 107 (E8): 6–22.

[17] Robertson, D. S.; et al. (2004). Survival in the first hours of the Cenozoic. Geological Society of America Bulletin. 116 (5–6): 760–768.

[18] Robertson, D. S.; et al. (2013). K/Pg extinction: Re-evaluation of the heat/fire hypothesis. Journal of Geophysical Research. 118 (1): 329–336.

[19] Morgan, J.; Artemieva, N.; Goldin, T. (2013). Revisiting wildfires at the K-Pg boundary. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 118 (4): 1508–1520.

[20] Belcher, C. M.; et al. (2015). An experimental assessment of the ignition of forest fuels by the thermal pulse generated by the Cretaceous-Paleogene impact at Chicxulub. Journal of the Geological Society. 172 (2): 175–185.

[21] Tabor, C. R.; et al. (2020). Causes and climatic consequences of the impact winter at the Cretaceous-Paleogene boundary. Geophysical Research Letters. 47 (3): e60121.

[22] Kaiho, K.; et al. (2016). Global climate change driven by soot at the K-Pg boundary as the cause of the mass extinction. Scientific Reports. 6 (1): 28427.

[23] Gulick, S. P. S.; et al. (2019). The first day of the Cenozoic. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (39): 19342–19351.

[24] Artemieva, N.; Morgan, J.; Expedition 364 Science Party (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.

[25] Brugger, J.; Feulner, G.; Petri, S. (2017). 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.

[26] Brugger, J.; et al. (2021). A pronounced spike in ocean productivity triggered by the Chicxulub impact. Geophysical Research Letters. 48 (12): e2020GL092260

[27] Henehan, M. J.; et al. (2019). Rapid ocean acidification and protracted Earth system recovery followed the end-Cretaceous Chicxulub impact. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (45): 22500–22504.

[28] Bralower, T. J.; et al. (2020). The habitat of the nascent Chicxulub crater. AGU Advances. 1 (4): e2020AV000208

[29] Jones, H. L.; Lowery, C. M.; Bralower, T. J. (2019). Delayed calcareous nannoplankton boom-bust successions in the earliest Paleocene Chicxulub (Mexico) impact crater. Geology. 47 (8): 753–756.

[30] Gibbs, S. J.; et al. (2020). Algal plankton turn to hunting to survive and recover from end-Cretaceous impact darkness. Science Advances. 6 (44).

[31] Wiest, L. A.; et al. (2018). Terrestrial evidence for the Lilliput effect across the Cretaceous-Paleogene (K-Pg) boundary. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 491: 161-169.

[32] Weaver, L. N.; et al. (2024). Skull of a new periptychid mammal from the lower Paleocene Denver Formation of Colorado (Corral Bluffs, El Paso County). Journal of mammalian evolution. 31 (2).

———