Pekelný první den třetihor

…aneb Jaké byly skutečné důsledky obřího impaktu

Zatímco geologické éry skýtají nepředstavitelně dlouhé období, a konkrétně ta druhohorní trvala zhruba 186 milionů let, moment přelomu křídové periody a následujícího třetihorního paleocénu se odehrál v rámci jediného okamžiku. Tím okamžikem byla chvíle, kdy se okraj biliony tun těžkého a přes 10 kilometrů širokého uhlíkatého chondritu původem z Hlavního pásu planetek dotkl při rychlosti kolem 70 000 km/h zemského povrchu.[1] Stalo se to na území dnešního Mexického zálivu, v té době se ovšem jednalo o mělké šelfové moře v tzv. proto-Karibiku.[2] Okamžik, který byl sotva delší než mrknutí oka, tak rozdělil dvě éry – asi 70 miliard dní druhohor a dosavadních 24 miliard dní kenozoika. Nyní už díky mnoha novým paleontologickým, sedimentologickým i astrofyzikálním výzkumům dokážeme rekonstruovat děsivý příběh prvních 24 hodin třetihorního období na území dnešního amerického Středozápadu, odkud máme nejpodrobnější a informačně nejhodnotnější údaje o této převratné události.

———

———

Ten scénář jsem popsal již mnohokrát dříve. Jsme právě 66 050 000 let (plus mínus několik desítek tisíciletí)[3] zpátky v minulosti a nacházíme se na území dnešní východní Montany. V dané době odpovídala paleo-pozice tohoto místa severovýchodnímu okraji již vysychajícího Vnitrokontinentálního moře na území subkontinentu Laramidie. Vzdálenost od místa dopadu osudové planetky činila asi 3000 až 3300 kilometrů.[4] Nacházíme se teď na břehu velké řeky, která se táhne desítky kilometrů daleko od mořského břehu a je součástí rozsáhlé říční sítě menších toků, protkávajících tuto bohatě zalesněnou vlhkou záplavovou nížinu. Na břehu můžeme pozorovat množství živočichů, od bzučícího hmyzu přes početné želvy a krokodýlovité plazy až po velké ptakoještěry a obří dinosaury, jako jsou rohatí triceratopsové, obrnění ankylosauři, kachnozobí edmontosauři nebo mladí i dospělí tyranosauři, neustále se pídící po příležitostné kořisti.[5] Ekosystémy souvrství Hell Creek zkrátka pulzují životem. Nad vodami i pevninou se vznášejí roje mušek i moskytů, létají tu vážky a stridulují kobylky. Krokodýlovití champsosauři loví ryby a malé želvy, zatímco savci pískají a podupávají ukryti ve svých norách a doupatech na zemi i ve větvích stromů. Po kmenech pobíhají také různí malí ještěři a hadi se plazí pod nohami dinosaurů v podrostech přesliček a kapradin.[6] Lesy překypují životem, který se ozývá v tisících různých zvuků, mísících se do kakofonie zatím netušeně zanikajícího světa dinosaurů. Ale o osudu místní megafauny už je rozhodnuto a zkázu dosavadních vládců planety po dobu předchozích 135 milionů let nemůže nikdo a nic odvrátit. Daleko nad nejřidší vrstvou atmosféry se totiž k Zemi blíží němá hrozba osmdesátinásobkem rychlosti dopravního letadla. Jeden z nejhorších okamžiků v dějinách komplexního rozvinutého života právě nastává. Planetka proletí zemskou atmosférou za několik málo sekund a ukončí celou druhohorní éru svým dopadem pod úhlem 45° až 60° ve směru ze severovýchodu na jihozápad za uvolnění energie rovnající se zhruba 100 teratunám TNT.[7]

———

Co se ale dělo o tři tisíce kilometrů dále na sever, v ekosystémech souvrství Hell Creek? Vlastně vůbec nic – tedy pouze prozatím. Ve chvíli dopadu zde naprosto nic nenasvědčovalo tomu, že je něco špatně. Žádný podivný poryv větru, žádné potemnění oblohy. V tomto bohatém jarním světě posledních neptačích dinosaurů nic nenasvědčovalo tomu, že už jsou odpočítávány první sekundy kenozoické éry – věku savců. Dinosaurům bude dopřáno zažít ještě desítky minut až několik týdnů tohoto nového světa. Skutečné peklo už se sem nezadržitelně blíží omračující rychlostí. Někteří tvorové již v tuto chvíli cítí, že něco není v pořádku, ačkoliv zatím netuší co. Celý ekosystém začíná strašidelným způsobem umlkat. Za několik minut je mezitím v proto-Karibiku vytvarována podoba gigantického kráteru Chicxulub, přičemž zde na okamžik vznikají velehory vyšší než dnes Mount Everest a opět se hroutí.[8] Míra regionální zkázy je doslova nepředstavitelná. Ve stejnou dobu, zhruba deset minut po dopadu, pak konečně dorazí samotnou zemí první vlna zkázy i k našemu pozorovacímu místu v souvrství Hell Creek na území Montany. A při rychlosti několika kilometrů za sekundu je opět velmi tichá, a to až děsivě. Země se pod nohama dinosaurů a dalších zde žijících tvorů začíná divoce třást, koruny stromů se vlní jako hladina rozbouřeného moře a mnohé stromy se lámou a padají – a to včetně sto metrů vysokých metasekvojí. Některé jsou vyvráceny z kořenů a s hlučným zaduněním padají na zem, mnozí tvorové tak už v této první fázi katastrofy přicházejí o život. To nejhorší se však ještě ani zdaleka neodehrává. V náhlém okamžiku pak chvění země, které má i zde ještě sílu největších člověkem zaznamenaných zemětřesení v dějinách, ustává. Na rozdíl od oblastí výrazně bližších epicentru dopadu, ve kterých se země doslova vlní jako moře a síla zemětřesení dosahuje 11,5 stupně, zde ještě dostala většina živých tvorů šanci.[9] V celém ekosystému nyní panuje děsivé ticho. Jako by celý svět s hrůzou a napětím vyčkával, co se bude dít dál.

———

Klid má ale jen dočasné trvání. Po několika minutách přichází další zemětřesná vlna, druhý pozdrav z místa dopadu, odkud se nepředstavitelné množství uvolněné energie žene i zemskou kůrou. Dorazit do této oblasti skrz kontinentální desku pod Laramidií jí zabere asi 15 minut. Tentokrát už jsou všichni dosud ještě stojící dinosauři, ptakoještěři, krokodýlovití plazi a další živočichové sraženi nebo odhozeni, mnozí z nich umírají na utržená těžká poranění. Stromy jsou většinou pokáceny, vyvráceny z kořenů nebo přelomeny. Ale je to až třetí zemětřesná vlna, jež dorazí zhruba deset minut po té první, která zde rozpoutá skutečný masakr. Ten je způsoben masivním objemem vody, ženoucí se k tomuto místu z blízkého jezera. Není to tedy impaktní cunami, která brzy zaplaví všechna pobřežní území na světě, ale pouze obří séše (kmitající stojaté vlny), kdy otřes země vyvolá „vyšplouchnutí“ ohromného objemu vody. Voda v jezeře se houpe takovým způsobem, že získává stále větší setrvačnost a po nějaké době to již vypadá, jakoby celé jezero šplíchalo z jedné strany na druhou. Hmotnost a hybnost vodní masy už náhle jezerní pánev nemůže zadržet a ta se vyvalí jako gigantická vlna do okolí. Odhalí přitom i miliony let staré sedimenty z podloží, obsahující zkameněliny amonitů a dalších měkkýšů, žijících zde v době, kdy tu ještě stále bylo Vnitrozemské moře. Všichni tvorové v blízkém okolí jezera jsou v okamžiku zachváceni vodním sloupcem, mnoho z nich se utopí nebo jsou vyvrženi na okolní skály a stromy, někteří jsou dokonce nabodnuti na zlomené větve trčící ze zaplavených břehů. Přesně takové fosilie, mořští amoniti, utopení dinosauři nebo želva probodená větví, jsou objeveny ve 21. století na lokalitě Tanis v souvrství Hell Creek na území Severní Dakoty.[10] Když voda ustoupí, celé kilometry okolního terénu jsou téměř zcela odlesněny, pouze izolované ostrůvky stromů v zaplavené krajině dávají tušit, že se tu stalo cosi hrozivého. Zemětřesné vlny již před záplavou oslabily kořenový systém mnoha stromů, což usnadnilo jejich převržení nebo vytržení vodní masou.

———

———

Ale to nejhorší má teprve přijít. V tuto chvíli už nebe potemnělo a Slunce se začíná barvit do ruda. Všude na jihu už totiž hoří celé rozsáhlé porosty lesů, divoké požáry vyvolané tepelným pulzem od dopadu se šíří po celé Laramidii a do atmosféry stoupá ohromné množství sazí a popela. Z místa dopadu se také ve stejnou dobu zvedají stovky miliard tun síry a oxidu uhličitého a desetitisíce krychlových kilometrů přetavené horniny. Vzduch na obzoru se nepřirozeným způsobem chvěje horkem a brzy má přijít ještě mnohem větší žár. Pokud ještě nějací dinosauři v této oblasti přežili zemětřesení a záplavu, nyní je čeká ta nejhorší zkouška. Co totiž letí nahoru, musí nakonec také spadnout dolů. V případě bezpočtu impaktních sférulí – přetavených kuliček horniny vyvržených ohromnou rychlostí vysoko do atmosféry – znamenala tato fyzikální zákonitost jistou smrt pro poslední přeživší dinosaury a ptakoještěry i ve víc než tři tisíce kilometrů vzdáleném Hell Creeku. Toto impaktní „sklo“ začíná postupně po balistických křivkách sestupovat do nižších vrstev atmosféry a některé se dostanou až do oblasti současného Nového Zélandu, některé i dál.[11] Tento „déšť smrti“ známe také z uloženin v Antarktidě.[12] Vzhledem k jejich ohromnému množství představují kritický impulz pro celou biosféru. Jak sestupují vlivem zemské gravitace do nižších vrstev atmosféry, třením o vzduch se zahřívají a díky svému množství výrazně ohřívají i celé vrstvy atmosféry. Vzduch vysoko nad hlavami přeživších dinosaurů se doslova rozžhaví do červena. Zhruba za hodinu po dopadu začínají první žhavé sférule dopadat i na území dnešní Montany. Většinou jsou malé, v průměru mají několik milimetrů až několik málo centimetrů. Neletí tak rychle, aby větší živočichy při nárazu zabily. Zkáza způsobená těmito malými posly smrti je sice pomalejší, o to ale jistější. Teplota vzduchu i těsně nad povrchem začíná z již tak vysokých hodnot náhle strmě stoupat. Nevíme s jistotou, zda na 100 °C po dobu desítek minut nebo na 400 °C po dobu desítek sekund.[13]

———

Podle některých odhadů mohla teplota na dobu několika málo sekund stoupnout až na neuvěřitelných 1500 °C, to však zatím s jistotou nevíme (samozřejmě v samotném místě dopadu mohla teplota stoupnout až na 20 000 °C a zhruba do vzdálenosti 1800 km pak až na několik stovek stupňů Celsia).[14] Jisté je, že v Hell Creeku hodinu po dopadu vzplály i poslední dosud nehořící zbytky vegetace, promáčené předchozí záplavou. Teplota vzduchu těsně nad povrchem už znemožňuje dýchání, a tak ani dinosauři, kteří snad vyhledali útočiště v mělké vodě, nemají šanci. Všude kolem nich hoří zbytky lesů, jednotlivé požáry už se spojily do jednotné ohnivé stěny a den se proměnil v super-žhavý soumrak. V tuto chvíli už je více než 99 % dinosauří populace na území Laramidie pravděpodobně mrtvá. Přežít mohou jen malé a hrabavé druhy (jako byl například Thescelosaurus)[15], jejichž šťastnější zástupci dokážou vyhrabat nebo obsadit opuštěné podzemní nory, případně se schovat do jeskyní. Dutiny ve stromech už jsou v tuto chvíli pouze smrtící ohnivou pastí, což dokazuje i míra vymírání stromových druhů ptáků. Obloha je již kompletně zastíněná částicemi prachu a popela z požárů, osvětlovaných pouze zespodu oranžovým ohnivým peklem. Tak vypadá první den kenozoika, éry zrozené ze smrti a ohně. Těla dinosaurů leží všude kolem, některá ohořelá, jiná beze stop ohně. Zabíjí totiž samotná vlna infračervené radiace, která je natolik smrtící, že není možné jí uniknout. Intenzita záření je nyní přibližně desetkrát vyšší než u samotného Slunce za horkého letního poledne. Dokonce i peří vodních ptáků, za běžných okolností mastně a hydrofobní je natolik vysušeno, až ztrácí tyto vlastnosti a jejich majitelé se buď utopí pod vahou vlastního těla nyní prostoupeného zčásti vodou (dech dokážou zadržet jen na několik minut), nebo jsou usmaženi a udušeni nad hladinou. Zachrání se jen šťastní jednotlivci, kteří se stihnout schovat například pod větším kamenným převisem nebo podobným útvarem, schopným efektivně blokovat intenzivní tepelnou radiaci.

———

Neptačí dinosauři však byli evolucí přizpůsobeni k životu v otevřeném terénu a nic je nemohlo připravit na podobné podmínky – teploty jako v horkovzdušné troubě po dobu desítek minut a další vlny zkázy v podobě impaktní zimy – navíc když se vše odehrává v jediném geologickém (ale v tomto případě i biologickém) okamžiku. Malí plazi, savci a ptáci, kteří jsou schopni zůstat po delší dobu ukrytí pod zemí nebo ve vodě, mají náhle obrovskou výhodu, kterou samozřejmě nemohla nevědoucí organická evoluce nijak předpokládat ani k ní jakékoliv adaptace směrovat. Při tomto vymírání hraje zdaleka nejdůležitější roli pouhá náhoda a štěstí.[16] Na konci prvního dne kenozoické éry (či třetihor, chcete-li) stále hoří rozsáhlé plochy zbývající vegetace a pod ní leží vysychající mrtvá těla někdejších vládců této oblasti – tvorů, jejichž hegemonie mohla pokračovat po další desítky milionů let. Nyní ale mnohé mršiny hoří a vysychající šlachy ohýbají jejich krky a ocasy nahoru, do typické dinosauří „smrtelné pózy“. Podobný obrázek je v různé míře k vidění i v jiných částech světa, právě v Laramidii je ale míra destrukce nejhorší.[17] Už po prvních 24 hodinách od impaktu zde ekosystémy prakticky přestaly existovat a jen zlomek dinosauřích populací přežil – avšak pouze proto, aby poslední zástupci této fascinující dynastie definitivně vyhynuli v průběhu nastupující impaktní zimy. Během tohoto kritického období se průměrná globální teplota propadne asi o tři desítky stupňů Celsia, a to na dobu mnoha měsíců až zhruba tří let.[18] Ale to už je jiný příběh, protože ke skutečnému funkčnímu vyhynutí neptačích dinosaurů dochází spíše již v řádu dní až týdnů po dopadu planetky. Je nicméně jisté, že pokud by ke srážce Země s asteroidem před 66 miliony let nedošlo a dinosauři by nevyhynuli, lidská civilizace by tu nyní prakticky s jistotou nebyla. Jakkoliv děsivý a brutální byl tedy první den třetihor, my jej můžeme alespoň v pomyslné rovině oslavovat coby jarní den zrození našeho přírodního světa – dnes obecně známého jako éra savců.[19]

———

———

Short Summary in English: The day an asteroid 10 to 15 km across slammed into the Yucatán Peninsula some 66 million years ago is a truly strong contender for “the worst day in (Phanerozoic) history”. The K–Pg extinction ended the long evolutionary success story of the non-avian dinosaurs and a host of other creatures, and has lodged itself firmly in our collective imagination. But what happened in what is now Montana (Hell Creek Formation ecosystems) during the first 24 hours after the great impact?

———

———

Odkazy:

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

https://www.geol.umd.edu/~tholtz/G104/lectures/104extinct.html

https://www.lpi.usra.edu/science/kring/Chicxulub/regional-effects/

https://www.nsf.gov/science-matters/moment-changed-earth

https://www.nhm.ac.uk/discover/how-an-asteroid-caused-extinction-of-dinosaurs.html

———

[1] Desch, S.; et al. (2021). The Chicxulub impactor: comet or asteroid?. Astronomy & Geophysics. 62 (3): 3.34–3.37.

[2] Schulte, P.; et al. (2010). The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary. Science. 327 (5970): 1214–1218.

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

[4] DePalma, R. A.; et al. (2019). A seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (17): 8190–8199.

[5] Horner, J. R; Goodwin, M. B.; Myhrvold, N. (2011). Dinosaur Census Reveals Abundant Tyrannosaurus and Rare Ontogenetic Stages in the Upper Cretaceous Hell Creek Formation (Maastrichtian), Montana, USA. PLOS ONE. 6 (2): e16574.

[6] Longrich, N. R.; Bhullar, B.-A. S.; Gauthier, J. A. (2013). Mass extinction of lizards and snakes at the Cretaceous–Paleogene boundary. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (16): 6608.

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

[8] Riller, U.; et al. (2018). Rock fluidization during peak-ring formation of large impact structures. Nature. 562 (7728): 511–518.

[9] Richards, M. A.; et al. (2015). Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact. GSA Bulletin. 127 (11–12): 1507–1520.

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

[11] Vajda, V.; Raine, J. I.; Hollis, C. J. (2001). Indication of global deforestation at the Cretaceous–Tertiary boundary by New Zealand fern spike. Science. 294 (5547): 1700–1702.

[12] Mohr, R. C.; et al. (2020). Subannual stable isotope records reveal climate warming and seasonal anoxia associated with two extinction intervals across the Cretaceous-Paleogene boundary on Seymour Island, Antarctica. Geology. 48 (11): 1131–1136.

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

[14] 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.

[15] Button, D. J.; Zanno, L. E. (2023). Neuroanatomy of the Late Cretaceous Thescelosaurus neglectus (Neornithischia: Thescelosauridae) reveals novel ecological specialisations within Dinosauria. Scientific Reports. 13: 19224.

[16] Hughes, J. J.; et al. (2021). Ecological selectivity and the evolution of mammalian substrate preference across the K-Pg boundary. Ecology and Evolution. 11 (13): 1–15.

[17] Dean, C. D.; Chiarenza, A. A.; Maidment, S. C. R. (2020). Formation binning: a new method for increased temporal resolution in regional studies, applied to the Late Cretaceous dinosaur fossil record of North America. Palaeontology. 63 (6): 881–901.

[18] 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.

[19] Maor, R.; et al. (2017). Temporal niche expansion in mammals from a nocturnal ancestor after dinosaur extinction. Nature Ecology and Evolution. 1 (12): 1889–1895.

———