Kleine witte vlekjes op brokkelig gesteente langs de rivier de Brazos in Texas. Voor de toevallige waarnemer lijken het misschien onopvallende zandkorrels. De vreemd gevormde korrels bevatten echter aanwijzingen voor de meest catastrofale dag uit de geschiedenis van onze planeet.
Ongeveer 66 miljoen jaar geleden sloeg een 14 kilometer brede asteroïde in de oceaan voor de kust van het Mexicaanse schiereiland Yucatán in. Hierdoor ontstond een 180 kilometer brede krater, Chicxulub genaamd. In een oogwenk was de koers van het leven op aarde voorgoed veranderd. De inslag veroorzaakte bosbranden en tsunami’s over een afstand van duizenden kilometers. Wat volgde was een dramatische periode van afkoeling gevolgd door een lange periode van opwarming. Door deze schommelingen in het wereldklimaat stierf ongeveer 75 procent van alle soorten uit, waaronder de niet-vliegende dinosauriërs.
Lees ook: De eerste vogels: Elke vogel is een dino
In een onderzoek dat in het tijdschrift Geology is gepubliceerd, zijn de kleine witte vlekjes (zogeheten lapilli) uit Texas gebruikt om intrigerende nieuwe details te onthullen over wat er gebeurde in de minuten na die noodlottige inslag. De asteroïde sloeg met zo’n kracht in dat een dikke laag carbonaatgesteente verdampte. Als gevolg werd een oververhitte gaswolk de lucht in geblazen, samen met een gordijn van rotsfragmenten die van het oppervlak werden geblazen.
De lapilli werden ergens in deze geologische wirwar van damp en stof gevormd en regenden vervolgens neer op wat nu Mexico, Belize, Texas en zelfs New Jersey is. ‘Ze waren in een oogwenk gevormd,’ zegt Gregory Henkes, geochemicus aan Stony Brook University in New York en auteur van het nieuwe onderzoek.
Een chemische analyse toonde aan dat de lapilli zijn gevormd toen de temperatuur opliep tot zo’n 155 graden Celsius. Volgens het onderzoeksteam kan dat erop wijzen dat de zone van verwoesting zich binnen enkele minuten tot meer dan 1600 kilometer van het centrum van de krater uitstrekte.
De lapilli kunnen ook aanwijzingen bevatten over de hoeveelheid koolstofdioxide die na de inslag achterbleef in de atmosfeer en uiteindelijk een periode van opwarming van de aarde veroorzaakte. Volgens één schatting zou deze periode wel 100.000 jaar hebben aangehouden. De rimpelingen door de ecosystemen van de aarde als gevolg van deze klimatologische verschuiving zijn ook vandaag de dag nog relevant.
‘Wij voeren in wezen onze eigen experimenten uit door broeikasgassen in de lucht te pompen’, merkt Brandon Johnson op. Deze planetaire wetenschapper aan Purdue University heeft niet deelgenomen aan het nieuwe onderzoek. ‘Als we begrijpen waar het 66 miljoen jaar geleden toe leidde, kunnen we misschien beter begrijpen wat nu de gevolgen zijn.’
Chemische thermometers
De lapilli die in het nieuwe onderzoek zijn geanalyseerd, werden in de jaren 1990 verzameld van een kleine rotsformatie in Centraal-Texas langs de Brazos. De kleine stukjes rots hebben sindsdien voor veel mysteries gezorgd, onder meer hoe ze in de eerste plaats zijn ontstaan.
Lapilli zijn bekend van afzettingen van sommige soorten vulkaanuitbarstingen. Dan ontstaan ze doordat klompjes glasachtige fragmenten in de aspluimen door water aan elkaar worden gebonden. Johnson: ‘Het is eigenlijk vergelijkbaar met hoe een hagelsteen zou kunnen groeien.’
Lapilli worden ook gevonden rond sommige inslagkraters. Het is alleen niet duidelijk of ze op dezelfde manier ontstaan. De analyse van koolstof- en zuurstofisotopen in het nieuwe onderzoek ondersteunt een eerder geopperd mechanisme, waarbij de gecondenseerde gassen van het verdampte carbonaatgesteente kunnen werken als lijm die de klompjes bij elkaar houdt. Volgens Johnson en een collega zou een soortgelijk mechanisme verantwoordelijk kunnen zijn voor de vorming van lapilli op de maan, waar water schaars is.
Bovendien binden de zware isotopen van koolstof en zuurstof minder snel bij hogere temperaturen. Op basis van dit feit en een methode die bestaat uit een analyse van samengeklonterde isotopen konden de wetenschappers de temperatuur bepalen van de gaswolk die miljoenen jaren geleden ontsnapte. Dat vertelt David Burtt, de hoofdauteur van het onderzoek en promovendus aan Stony Brook University.
Een van de problemen bij deze analyse is dat moet worden bevestigd dat de lapilli later niet zijn veranderd, bijvoorbeeld door verhitting doordat ze diep waren begraven. Dat zou betekenen dat de vastgestelde temperaturen onbruikbaar zouden zijn. Daarom analyseerden de onderzoekers ook de carbonaatschalen van kleine zeedieren uit dezelfde periode, zogeheten foraminiferen, die in de directe omgeving zijn gevonden. De zware verbindingen van de foraminiferen kwamen overeen met de verwachte temperaturen aan het zeeoppervlak uit die periode. Dat suggereert dat de temperaturen van de lapilli ook bewaard zijn gebleven.
De resultaten wijzen uit dat de zeer kleine deeltjes bij een zinderende 155 graden Celsius zijn gevormd.
‘Een temperatuur die verwoestend is voor de biosfeer,’ zegt Steven Goderis, geochemicus aan de Vrije Universiteit Brussel. Hij is gespecialiseerd in inslagkraters, maar maakte geen deel uit van het onderzoeksteam.
Het was een hele uitdaging om uit te zoeken hoe ver dit inferno van gas zich precies vanaf de inslagplaats heeft verspreid. Onderzoekers discussiëren al lang over de exacte hoek en richting van de asteroïde toen deze op het aardoppervlak insloeg. Als dat bekend is, kan dat helpen bij het bepalen van de gebieden die het hevigst met het uitgeworpen materiaal werden bestookt. Goderis merkt op dat het onderzoek naar andere lapilli in Mexico de onderzoekers zou kunnen helpen om de temperatuurvariaties beter te begrijpen. Volgens Goderis worden lapilli vreemd genoeg niet in alle gebieden rond de inslagkrater gevonden. Wetenschappers zijn er niet zeker van hoe dat komt.
Een andere onbekende factor is waar en wanneer in het inslagtraject de lapilli zijn gevormd. Dat zegt David Kring, geoloog bij het Lunar and Planetary Institute. Hij heeft de inslagplaats van Chicxulub uitgebreid onderzocht. ‘Ik hoop dat dit soort onderzoeken ons uiteindelijk tot dat punt zullen brengen,’ aldus Kring, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.
De vuurbal die de wereld veranderde
Uit modellen uit het verleden viel op te maken dat de inslag mogelijk nog hogere atmosferische temperaturen veroorzaakte. De hoge temperaturen bij de vorming van de lapilli zijn dus in zekere zin geen verrassing.
Kring: ‘Wat nieuw is, is dat ze een temperatuur aan een bepaald type object hebben gekoppeld.’
Volgens sommige schattingen vormden de gloeiende gassen die bij de inslag vrijkwamen een steeds groter wordende vuurbal. Deze straalde zoveel hitte uit dat tot op een afstand van 2400 kilometer bosbranden ontstonden. De temperaturen zouden nog hoger zijn opgelopen toen de brokstukken terug op aarde vielen. Terwijl het materiaal volgens Kring ‘fluitend door de atmosfeer vloog’, raakte de lucht oververhit en brandden grote delen van het land af.
Rond de inslagplaats waren de temperaturen hoog genoeg waardoor planten spontaan in brand vlogen. Het puin vloog rond de aarde en veroorzaakte aan de andere kant van de wereld waarschijnlijk soortgelijke branden.
Burtt en Henkes zien het nieuwe onderzoek allebei als een springplank. Een belangrijk punt voor toekomstig onderzoek betreft het koolstofdioxide die vrijkwam toen de asteroïde een grote hoeveelheid carbonaatgesteente deed verdampen.
Tijdens de vorming van lapilli in de dampwolk zou een deel van deze koolstofdioxide zijn opgenomen. Dat had misschien invloed op de verschuivingen in het wereldklimaat in de jaren na de inslag. De samenstelling van de uitstoot door de inslag, die onder andere uit zwavel, koolstofdioxide en waterdamp bestond, bracht flinke temperatuurschommeling teweeg. Zo koelde het eerst af, waarna het weer opwarmde. Voedselketens stortten in en talloze soorten kwamen in een spiraal van uitsterven terecht. Johnson legt uit dat het belangrijk is om de hoeveelheid van deze klimaatbeïnvloedende gassen die vrijkwamen te bestuderen. Alleen zo kunnen we volledig begrijpen wat zoveel soorten de das omdeed, iets wat wetenschappers nog steeds aan het uitzoeken zijn.
En dit aspect van het verhaal is niet alleen geschiedenis. ‘Er vindt op dit moment een antropogene uitsterving plaats’, zegt Henkes. Hij verwijst daarmee naar de dramatische achteruitgang in biodiversiteit die de mens heeft veroorzaakt door broeikasgassen uit te stoten, land anders te gaan gebruiken, invasieve soorten te introduceren en ga zo maar door.
De huidige veranderingen zijn volgens hem niet zo plotseling als de inslag van een asteroïde, maar de effecten ervan zullen nog millennia doorwerken in de biosfeer.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com
