Mokslo ir technologijų pasaulis

Šimto milijonų megatonų asteroido sprogimas Žemę daugeliui metų panardino į juodą tamsą, pražudydamas stambius gyvūnus ir be ugnikalnių pagalbos

Prieš šešiasdešimt šešis milijonus metų visi urvuose negyvenę sausumos gyvūnai, išmirė. Tuo stengtasi apkaltinti ir kolosalaus masto Dekano ugnikalnius, ir asteroido sprogimą. Kaip dabar tapo aišku, ugnikalniai niekuo dėti, ir toliau papasakosime, kodėl.

Dar prieš 15-20 metų daugelis tyrėjų tvirtino, kad dinozaurai išmirė, nes buvo menkiau konkurentabilūs nei žinduoliai. Girdi, tie ėdė nepaslankių driežų kiaušinius ir kitaip trukdė jiems gyventi, nuo ko dinozaurai pamažėle ir išmirė.

Dinozaurai: žinduoliams nenusileido, bet vis viena išmirė

Pastaraisiais metais galutinai tapo aišku, kad daugelis — gal net didžioji dauguma — dinozaurų buvo šiltakraujai, dažnai plunksnuoti ir gan vikrūs. O štai šaltakraujus „Juros periodo parko“ driežus jie menkai priminė. Savotiškas skeletas su oro ertmėmis ir neįprasta kvėpavimo sistema suteikė jiems galimybę išaugti gerokai didesniems, nei bet kokie sausumos žinduoliai.

Kitaip nei šiuolaikinių paukščių, taksonomiškai susijusių su dinozaurais, dalies senovės „siaubingųjų driežų“ snapai buvo ne lygūs, o dantyti: panašūs į stručius, tik dešimčių tonų svorio ir dantyti. Iš to vaizdo nesunku suprasti, kodėl iki pat sausumos dinozaurų išmirimo žinduoliai liko naktiniais gyvūnais. Nuo stručio pabėgti sunku, o nuo dantyto daugiatonio plėšrūno išsilaisvinti šansų irgi nedaug. Stambesni priešininkai tiesiog nepaliko jiems galimybės dominuoti dieną.

Be to, paleontologai įtikimai įrodė, kad antžemminių dinozaurų rūšių (išskyrus paukščius) liko daug iki pat 66,04 mln. metų nuo mūsų dienų, o paskui praktiškai akimirksniu sumažėjo iki nulio. Negana to, tuo pat metu išnyko 93％ žinduolių rūšių — ir mes, pavyzdžiui, kilome iš negausių išlikusių rūšių. Iš to aišku, kad žinduoliai sausumos dinozaurus išstūmė ne dėl to, kad buvo kuo nors geresni, o todėl, kad šie žuvo dėl kažkokių išorės poveikių.

Žudiko paieškos. Ugnikalniai, arba penki milijardai Hirošimų

Maždaug tuo pat metu įvyko dvi Didįjį išmirimą galinčios paaiškinti katastrofos. Indostane pusantro milijono kvadratinių kilometrų užliejo storas lavos sluoksnis (dabar tai Dekano plokščiakalnio trapas). Tuo pačiu į atmosferą išsiskyrė labai daug sieros dioksido — galingą antišiltnamio efektą sukeliančių dujų.

Jis efektyviai blokuoja Saulės šviesą, ir planetoje prasideda žiema. Dekano trapus sukūręs išsiveržimas buvo itin galingas. Todėl nemažai mokslininkų tarė, kad ir vulkaninė žiema po jo buvo tokia pat galinga. Šaltis gali pražudyti ištisas rūšis: daugumą stambių išmirimų Žemėje sutapo su staigiais temperatūros pažemėjimais.

Bet prieš ~66 milijonus metų planetą ištiko kita bėda, galinti „iššaldyti“ stambių gyvūnų rūšis. Prie Jukatano pusiasalio nukrito ne mažiau nei 10 kilometrų skersmens Čiksulubo asteroidas. Daugelio kilometrų per sekundę greičiu lekiančio stambaus kūno susidūrimas su uolienomis sukėlė sprogimą, kurio galingumas vertinamas 100 milijonų megatonų trotilo (maždaug penki milijardai Hirošimų). Kaip ir bet kuris stambus asteroido smūgis, jis į stratosferą iškėlė daugybę dulkių, sukėlusių asteroidinę žiemą.

Astreoidai turi ir kitų „bonusų“: jis į viršų išsviedžia ne tik dulkes, bet ir stambias nuolaužas, kurios įgyja iki 1 km/s greitį ir atlieka suborbitinį kosminį skrydį. Sugrįždamos iš jo, iki 6 km/s greičiu, nuolaužos smarkiai įkaista. Dalis iš jų — stambiausios ir puriausios — sprogsta atmosferoje, dalis — smulkesni ir tankesni — iki raudonumo įkaitę krenta ant žemės. 100 milijonų megatonų sukėlė ir galingus cunamius. Tačiau visi šie efektai, iš esmės, antraeiliai: skaičiuojama, kad asteroidinė žiema biosferai gerokai pavojingesnė už globalų ugnies lietų ar visus planetos okeanus apėjusi aukšta banga.

Taigi, išmirimą galėjo sukelti ir vulkaninė, ir asteroidinė žiema. Tačiau kaip suprasti, katra būtent? Būtų gerai tai atlikti, išsiaiškinus, kas nutiko pirmiau. Viena bėda: panašu, kad Dekano trapai išsiveržė truputį – dešimtimis tūkstantmečių, – anksčiau, nei išmirė dinozaurai. Nors visa jėga įsigalėjo tik po to. Tai yra, vienomis datomis situacijos suprasti nepavyksta: reikalingi dar kažkokie rodikliai.

Kažkas parūgštino iš karto visas jūras — akimirksniu

Tarptautinė mokslininkų grupė nusprendė atsakymo į šį klausimą ieškoti buvusiame jūros dugne. Jie rado 66,04 mln. metų amžiaus molių bandinius, tarp kurių buvo vienas itin storas (ir informatyvus ), šiuolaikinių Nyderlandų teritorijoje. Šiose nuogulose yra jūrinių vienaląsčių su maža kriauklele — foraminiferų. Naujojo darbo autoriai ištyrė, kaip šiose nuogulose kito boro lygis — šio elemento kaupimasis moliuskų kriauklėse priklauso nuo jūrų rūgštingumo. Rūgštingumas išreiškiamas vandenilio potencialu pH.

Remiantis naujuoju darbu, paskutiniai 100 tūkstančių kreidos periodo metų buvo itin stabilūs. Tai, beje, nėra labai įprasta: pastaruosius 20 tūkstančių Žemės istorijos metų jos vandenynų rūgštingumas šokinėjo šen bei ten gan greitai. Taip vyksta todėl, kad vandenyno rūgštingumas greitai reaguoja į CO₂ atmosferoje. Kai klimatas šiltas, atmosferoje CO₂ daugiau, kai šaltas — mažiau. Taigi, dinozaurų eros pabaiga pasižymėjo stulbinamai stabiliu klimatu, be tokių staigių svyravimų, kaip mūsų laikais.

Mokslininkai mano, kad jūrų rūgštingumo stabilumas tuo metu pašalina įtarimus nuo Dekano trapų: jie negali būti dinozaurų žudikais. Jeigu jų išsiveržimai išties būtų sukėlę globalią vulkaninę žiemą, tai pH niekaip negalėjo likti stabilus. Sieros dioksidas iš atmosferos iškrenta rūgščių lietų pavidalu. Maždaug 30 tūkstančių metų iki dinozaurų išmirimo vykę Dekano trapų išsiveržimai staigaus tokių lietų pagausėjimo nesukėlė. Vadinasi, tuometinių išsiveržimų mastas nebuvo toks didelis, kad paveiktų klimatą ir paspartintų išmirimą.

Bet štai prieš 66,04 mln. metų buvusio stabilumo neliko nė pėdsako. Sprendžiant iš nuosėdinių uolienų bandinių, vos per tūkstantį metų okeanų pH sumažėjo iš karto 0,25. Pabrėžiame: šiuo atveju tūkstantis metų — būtent viršutinė riba. Gali būti, tai nutiko greičiau, tiesiog vien nuosėdinėmis uolienomis įvykio datos tiksliau nustatyti nepavyksta.

Ką byloja rūgštūs okeanai

Gali pasirodyti, kad 0,25 — ne taip jau ir daug. Be abejonės, pats savaime toks rūgštingumas retai geba nudaigoti jūrų gyventojus. Taip, dar prieš 20 metų daug kas skelbė pavojų dėl to, kad okeanų rūgštėjimas sukels masinę geldeles ir klintinius skeletus turinčių organizmų žūtį ir (nuo moliuskų iki koralų). Manyta, kad rūgštesniame vandenyje jų kriauklelės ir skeletai ims tirpti.

Dabar žinome, kad tai, švelniai tariant, supaprastinimas. Iš tiesų, daugeliui karbonatus savo organizmui kurti naudojančių organizmų, okeanų rūgštėjimas naudingas. Ir jų bendras augimo greitis, ir kalcio įsisavinimas skeleto struktūroms kurti, rūgštesniame vandenyje pastebimai didėja. Nuo 1751 iki 1996 metų rūgštingumo augimas sumažino okeanų pH nuo 8,25 iki 8,14. Tuo pat metu, nepaisant prognozių, kad organizmai su karbonatiniais skeletais rūgštesnėse jūrose „ištirps“, kokolitoforidų biomasė išaugo 40％.

Kai kurie koralai, kuriems irgi buv pranašaujamas išmirimas dėl rūgštėjančių okeanų, geriau auga stipriai rūgštesniame (iki pH 7,3) vandenyje. Nepaisant tokių sąlygų, jie išauga trigubai didesni, nei dabar, nerūgščiose jūrose.

Tačiau okeano rūgštingumo padidėjimas — svarbus planetos įvykių indikatorius. Naujo darbo autoriai suskaičiavo: per pirmą tūkstantį metų po Čiksulubo asteroido kritimo parūgštėjęs vandenynas rodo staigų atmosferos sudėties kitimą. Iki asteroido sprogimo atmosferoje buvo 900 ppm CO₂, o iš karto po to tapo 1600 ppm. Tai milžiniškas šuolis.

Tačiau pats savaime CO₂ gausėjimas išmirimo sukelti negali. Žemės istorijoje buvo gerokai didesnių augimų. Vos prieš 10-15 tūkstančių metų CO₂ koncentracijos šuoliai šen ir ten vyko ne kartą. Prieš daugiau nei penkiasdešimt milijonų metų, per paleoceno-eoceno terminį maksimumą, CO₂ lygis atmosferoje padidėjo maždaug dvigubai, iki lygio, aukštesnio, nei buvo dinozaurų išmirimo laikais. Okeanų pH sumažėjo 0,28 — stipriau, nei po Čiksulubo.

Nepaisant to, planetoje rūšių ne tik nesumažėjo, bet ir sparčiai padaugėjo. Vadinasi, dinozaurų išmirimo angliarūgštės „potvynis“ nesukėlė. Veikiau pats išmirimas išprovokavo tą „potvynį“.

Ką rodo pagausėjęs CO₂

Anglies dvideginis atmosferoje gali būti ne tik tokių globalių pokyčių, kaip mūsiškis atšilimas, priežastimi, bet ir jų požymiu.

Šiuolaikiniais duomenimis, nukritus Čiksulubo asteroidui, planetoje 80 metų įsigalėjo gan žemos temperatūros. 2016 metų tyrimas rodo, kad tuomet į orą pateko 325 milijardai tonų sieros, iš kurios galėjo susidaryti iki trilijono tonų sieros dioksido (SO₂).

Iš pirmo žvilgsnio, tai ne taip jau ir daug: to paties CO₂ dabar atmosferoje yra daugiau, nei trys trilijonai tonų. Tačiau asteroido sprogimo aukštai į atmosferą išmesti sieros junginiai blokuoja Saulės spindulius iš tiesų efektyviai. Skaičiavimai rodo, kad netgi jei asteroido sprogimas į atmosferą būtų iškėlęs vos 100 milijardų tonų sieros, planeta būtų smarkiai atšalusi.

Per tris metus po sprogimo vidutinė temperatūra turėjo nukristi 27 °C. Tai yra, nuo normalių kreidos periodo 22 °C ji nukrito iki −5 °C. Akivaizdu, jei sieros išsiskyrė trigubai daugiau, globalus atšalimas turėjo būti gerokai rimtesnis, nei 27 laipsniais, tačiau kiek konkrečiai, kol kas pasakyti sunku. Todėl apsiribosime 100 milijardų tonų atvejo skaičiavimu. Ar iš tiesų vidutinės temperatūros nukritimas 27 °C — baisus ir gali sukelti išmirimą?

1778–2022 m. vidutinė metinė temperatūra Lietuvoje yra apie 7°C. Jai sumažėjus 27 laipsniais, tokio klimato dabar nėra visame Šiauriniame pusrutulyje. Antarktidos pakrantėje — truputį daugiau nei −10 °C. −20 °C — vidinių Antarktidos dalių klimatas, kur netgi pingvinų nėra. Ten iš viso stambių gyvūnų nėra, o ir smulkių daugialąsčių, atvirai šnekant, aštrus deficitas. Tai yra, pasikartojus „Čiksulubo žiemai“ Lietuva taptų negyvenama.

Galima paprieštarauti, kad Lietuva ne pati geriausia vieta gyventi ir kad Žemėje vidutinė temperatūra yra 15 °C. Tai yra 7 °C žemesnė, nei dinozaurų eros gale. Temperatūrai nukritus 27 °C, vidutinė temperatūra Žemėje taptų −12 °C. Tokiam klimatui lengva rasti analogą: Prano Juozapo Žemė, kur vidutinė metinė temperatūra yra būtent −12 °C. Ten gyvena mažiau, nei trys dešimtys paukščių ir žinduolių rūšių: likusiems ten per šalta.

Dabar šilčiausios Žemės vietos vidutinė metinė temperatūra yra 34 °C. Jai nukritus 27 laipsniais, iki 7 °C, atrodytų, tropinėse oazėse dinozaurai būtų galėję ir išgyventi.

Iš tiesų, ne. Tyrėjų skaičiavimais, po asteroidinės žiemos šilčiausia buvo prie jūros. Dėl gigantiškos jų šilumos talpos, ten tiesiog negalėjo pernelyg smarkiai atšalti, tad vidutinė temperatūra virš okeano buvo 5,9 °C.

O štai sausumoje situacija buvo blogesnė: asteroidinės žiemos šalčiausiais metais vidutinė temperatūra nusileido iki −32 °C. Dinozaurų eros pabaigoje tropikų kontinentinių dalių vidutinė metinė temperatūra po Čiksulubo nuo 27 °C nukrito iki −22°C, tai yra, kokia dabar fiksuojama tik Antarktidos gilumoje. Ankstesnių temperatūrų buvo galima tikėtis tik po mažiausiai trijų dešimtmečių asteroidinės žiemos.

Po Čiksulubo smūgio temperatūra Žemėje pirmus penkis metus negalėjo pakilti iki daugiau, nei 0 °C. Iš čia akivaizdu, kad stambūs gyvūnai ten išgyventi paprasčiausiai negalėjo. Mezozojuje buvo šilta, labai šilta, netgi Antarktidos ir Arkties klimatą apibūdintume kaip vidutinį.

Tęsinys kitame puslapyje: 

Tokiose vietose surengus penkis metus žiemos, kurią išgyventi gebėtų nebent tundros augmenija, žūva praktiškai visi augalai. Dirvoje jų sėklos gali išlikti — taip ir nutiko: gaubtasėkliai atsigavo gan greitai, tačiau per penkių metų žiemą be augalinio maisto praktiškai visi augalėdžiai žuvo. Ir kuo stambesni, tuo greičiau. O įkandin žolėdžių į amžinos medžioklės plotus patraukė ir plėšrūnai: penkių metų be grobio iš augalėdžių jie niekaip neištvertų.

Žuvę gyvūnai ir augalai turėjo pamažu pūti, išskirdami į atmosferą CO₂. Tačiau ankstesnio masto augmenijos būti negalėjo. Kita mokslininkų grupė parodė, kad asteroido smūgio į stratosferą išmesti suodžiai ir sieros dioksidas bent dviems metams nusmukdė šviesos lygį 100 kartų. Žemės augalai negali efektyviai fotosintetinti, kai apšvietimas yra vos viena šimtoji įprastinio. Tai yra, imti iš oro CO₂ ir gauti iš jo deguonį du metus nebuvo kam.

Tokiose vietose surengus penkis metus žiemos, kurią išgyventi gebėtų nebent tundros augmenija, žūva praktiškai visi augalai. Dirvoje jų sėklos gali išlikti — taip ir nutiko: gaubtasėkliai atsigavo gan greitai, tačiau per penkių metų žiemą be augalinio maisto praktiškai visi augalėdžiai žuvo. Ir kuo stambesni, tuo greičiau. O įkandin žolėdžių į amžinos medžioklės plotus patraukė ir plėšrūnai: penkių metų be grobio iš augalėdžių jie niekaip neištvertų.

Žuvę gyvūnai ir augalai turėjo pamažu pūti, išskirdami į atmosferą CO₂. Tačiau ankstesnio masto augmenijos būti negalėjo. Kita mokslininkų grupė parodė, kad asteroido smūgio į stratosferą išmesti suodžiai ir sieros dioksidas bent dviems metams nusmukdė šviesos lygį 100 kartų. Žemės augalai negali efektyviai fotosintetinti, kai apšvietimas yra vos viena šimtoji įprastinio. Tai yra, imti iš oro CO₂ ir gauti iš jo deguonį du metus nebuvo kam.

Saulės šviesai pamažu grįžtant, klimatas iš karto į normą irgi negrįžo. Asteroidinės žiemos dešimtmečiais staigiai išaugo dinozaurų laikais egzotika buvę jūrų ledai. Ledas gerai atspindi Saulės šviesą, papildomai vėsindamas Žemę. Ikikatastrofinė floros įvairovė greitai sugrįžti negalėjo.

Dar svarbesniu CO₂ šaltiniu galėjo būti pats asteroido smūgis. Jis neišvengiamai turėjo į atmosferą išmesti nemažai anglies turinčių medžiagų. Angliarūgšte atmosferą svariai papildė ir visoje planetoje ugninio lietaus sukelti gaisrai. Kai kuriais vertinimais, bendras Čiksulubo asteroido indėlis į Žemės atmosferą galėjo būti skaičiuojamas šimtais milijardų tonų.

Įprastai CO₂ gali pakelti planetos temperatūrą, nes sulaiko infraraudonąjį spinduliavimą. Tačiau asteroidinę žiemą ta neveikia: sieros dioksidas atmosferoje Saulės spinduliams neleidžia pasiekti tankios troposferos. CO₂ negali prie paviršiaus išlaikyti pakankamai šilumos, jeigu jos ten pateks per mažai.

Taigi, staigus CO₂ pagausėjimas po asteroido smūgio rodo svarbiausia: būtent jis sukėlė staigų šiltnamio efektą sukeliančių dujų pagausėjimą atmosferoje, būtent jis sukėlė dinozaurų išmirimą. Dekano trapų vulkaninis aktyvumas padėtį galėjo pasunkinti, tačiau pirmą ir galingiausią smūgį dinozaurams smogė ne jis.

Kodėl sausumos dinozaurai išmirė, o paukščiai ir mes — ne

Bendrai situacija aiški. 100 milijonų megatonų sprogimas porai metų planetą panardino į juodą naktį, daugeliui metų — į ekstremaliai šaltą klimatą. Suprantama, kodėl žuvo trys ketvirtadaliai augalų rūšių ir 93％ žinduolių rūšių. Bet dalis visgi išgyveno. Iš dinozaurų išgyveno ir paukščiai. Kodėl gi žuvo sausumos dinozaurai?

Tarkime, stambiems gyvūnams sudėtingomis sąlygomis pramisti sunku. Tačiau ne visi dinozaurai buvo milžinai, tarp jų netrūko ir smulkių — žmogaus dydžio. Kodėl jie neišgyveno ir paskui netapo stambesnių rūšių protėviais?

Labiausiai tikėtinas atsakymas į šį klausimą: kiaušiniai. Kaip dabar žinoma, dinozaurai juos perėdavo (kitaip, nei šaltakraujai driežai). Mezozojaus eroje nepasitaikė tokio periodo, koks buvo po Čiksulubo asteroido smūgio, todėl kiaušinius perėti buvo galima ilgai. Jeigu paukščiai peri kiaušinius nuo 11 iki 85 dienų (stambiausias iš jų, strutis, — 42 dienas), tai sausumos dinozaurai perėdavo tris-šešis mėnesius.

Kol viskas buvo gerai, ilgas perėjimas nepaukštiniams dinozaurams buvo naudingas. Mokslininkai mano, kad pagrindinė ilgo perėjimo priežastis buvo laikas, kol embrionui išsivystys dantys. Šiuolaikiniai paukščiai dantų neturi, tad ir kiaušinių ilgai perėti nereikia. Tačiau be dantų sunku užimti daugelį ekologinių nišų. Bedančiu snapu sunkiau plėšyti stambų grobį ar smulkinti rupų augalinį maistą. Bendrai, daugumai neskraidančių rūšių dantys labai reikalingi.

Tačiau po Čiksulubo katastrofos ilgas kiaušinių perėjimas iš pliuso tapo riebiu minusu: su maistu striuka, gyvų augalų nėra, žolėdžiai gaišta, dvėseliena pūva, o išgyventi galima tik nuolat judant, atimant retą maistą iš vis naujų žemių gyventojų. Padėjus kiaušinius, pernešti juos į kitą vietą labai sudėtinga, o kelyje sunku sušildyti (asteroidinė žiema — ne juokai). Vienoje vietoje pramisti netgi tris mėnesius neįmanoma: aplinkui apokaliptinių mastų katastrofa, vienoje vietoje sėdėti nevalia.

Paukščiai, ypač smulkūs, gali kiaušinius išperėti greitai, todėl jie išgyveno, o jų rūšių ir dabar beveik dvigubai daugiau, nei žinduolių. Jeigu sąžiningai, tezė „planetoje pradėjo dominuoti žinduoliai“ iš tiesų skambėti „tarp neskraidančių gyvūnų pradėjo dominuoti žinduoliai“.

Patys žinduoliai neišmirė todėl, kad jų nėščios patelės palikuonius nešioja su savimi, tai yra, jos nepririštos prie vienos vietos. Kiaušinius dedantys žinduoliai, kaip dabartinės echidnos ir ančiasnapiai, kiaušinius peri po žeme, kur temperatūra svyruoja mažiau. Tai irgi sumažino jiems grėsmę išmirti atšalus orui.

Kas mums iš to?

Iš pirmo žvilgsnio, naujojo darbo išvados ganėtinai banalios. Pasirodo, penkių milijardų Hirošimų smūgis su po to sekusiais ugniniais lietumis, megacunamiais ir dešimtmečiais asteroidinės žiemos gali išnaikinti visas stambias sausumos gyventojų rūšis. Ar tikrai reikia įrodinėti kažką tokio akivaizdaus?

Kaip bebūtų keista, taip. Jau minėjome, kad lig šiol yra mokslininkų, pasirengusių neigti, kad dinozaurai išmirė būtent po Čiksulubo. Daug tyrėjų bandė prieš 66 milijonus metų įvykusią katastrofą priskirti ugnikalniams. Išsiaiškinti, kas kaltas iš tiesų, nėra tiesiog abstraktaus žingeidumo patenkinimas. Ugnikalnio išsiveržimų išvengti negalime.

O štai stambių asteroidų ir kometų susidūrimų su Žeme žmonija išvengti gali — jei panorės sukurti reikalingas raketas su reikiamos galios termobranduolinėmis galvutėmis. Tačiau be aiškių mokslinių duomenų, kad Žemės gyvybei pavojingiausias faktorius yra būtent asteroidai, niekas neskirs resursų apsaugai nuo jų.