Men dient te leren van het verleden is een concept dat steeds relevanter wordt in deze tijd waarin klimaatverandering en onthutsende berichten over uitstervende diersoorten geregeld in het nieuws komen. Om beter inzicht te krijgen in de directe oorzaken (en gevolgen) hiervan onderzoeken geologen de vele massa-extincties die onze planeet gekend heeft. De vijf grootste worden ook wel "The big five" genoemd, waarvan de meest recente, zo'n 66 miljoen jaar geleden, zo catastrofaal was dat ongeveer 60% van al de flora en fauna uitstierven. De meest bekende slachtoffers van deze massa-extinctie waren de dinosauriërs, die tijdens de gehele duur van het Mesozoïcum heer en meester waren van het continent. Aan de andere kant waren onze verre voorouders, de zoogdieren, de 'winnaars' van deze gebeurtenis, door het invullen van de vrijgekomen niches was het 'onze' beurt om de wereld te domineren.

Dinosauriërs waren de bekendste slachtoffers van de meest recente massa-extinctie.

De oorzaak van het uitsterven vindt men beschreven in een verhoging in de concentratie van het element iridium precies op de geologische grenslaag tussen het einde van het Mesozoïcum en het begin van het Cenozoïcum. Iridium is een uiterst zeldzaam metaal dat men alleen (in grote hoeveelheden) vindt in meteorieten. Daarnaast bevat de grenslaag ook kwartskristallen die kristallografisch zo gedeformeerd zijn dat het duidt op een druk die miljoenen malen groter moet zijn geweest dan die aan het aardoppervlak. Deze aanwijzingen duiden op de inslag van een 10 - 12 km grote meteoriet.

Deze gigantische massa van buitenaards gesteente sloeg in met een snelheid van minimaal 20 km/s op wat men hedendaags Yucatán (Mexico) noemt. De gevormde krater, vernoemd naar het nabijgelegen dorp Chicxulub, heeft in de terrestrische korst een gat geslagen van ± 200km in diameter en minstens 20km diep. Doordat de krater zo groot is laat deze een verhoogde centrale ring zien, een zogeheten 'peak-ring zone'. Deze vorm van krater is vergelijkbaar met bijvoorbeeld de Schrödinger krater op de maan en komt alleen voor bij kraters die 200 km of groter zijn (Figuur 1). Tegenwoordig ligt de Chicxulub-krater begraven onder een dikke laag Cenozoisch sediment en is niet meer zichtbaar.

Op de maan geeft de Schrödinger-krater (> 300 km) een mooi beeld van hoe de Chicxulub-krater eruit zou hebben gezien als deze aan de oppervlakte zichtbaar was gebleven (beeld: D. Kring, Lunar and Planetary Institute, Houston, Texas). © D. Kring, Lunar and Planetary Institute, Houston, Texas

Om meer inzicht te krijgen in het mechanisme en de effecten van kratervorming is in 2016 een wetenschappelijke expeditie erin geslaagd om een kern te boren uit de eerdergenoemde peak-ring zone. Deze peak-ring zone is van belang omdat dit gesteente van zeer diep komt. Dit komt omdat de energie die vrijkwam toen de meteoriet insloeg zo groot was (in magnitude gelijk aan ± 5 miljard atoombommen die tegelijk exploderen) dat het gesteente werd vervormd op een manier dat het zich bijna gedraagt als water, zogeheten akoestische fluïdisatie.

Dit had als gevolg dat het granitische gesteente dat de uiteindelijke peak-ring vormde van zeer diep in de aardkorst naar het oppervlak werd gebracht. De aardkorst stuitte terug en rees omhoog vlak na het verdrijven van de druk van de inslag, waarna de massa terug naar de aarde viel en de krater zich lateraal verder uitbreidde tot het zijn huidige vorm had bereikt. Het geheel is visueel enigszins vergelijkbaar met het laten vallen van een steen in een waterreservoir en duurde ongeveer 10 tot 12 minuten, een flits op geologische tijdschaal.

De eerdergenoemde boorkern geeft aan dat de krater een verscheidenheid aan gesteenten bevat, waaronder een mengelmoes van gesmolten lithologieën, afgebroken fragmenten van de bovenste lagen van de Yucatán korst en graniet dat onder zeer hoge druk heeft gestaan.

Foto's van de boorkern uit de Chicxulub-impactkrater met gesmolten gesteenten (bovenste twee) en de akoestisch gefluïdiseerde graniet die van diep in de korst naar boven is gekomen in de peak-ring zone (onderste twee). De karakteristieken van deze graniet laten zien hoe de aardkorst aan een zeer hoge druk en temperatuur werd blootgesteld tijdens het kratervormingsproces (een kern is 25 cm lang). © R.V.

Recent gepubliceerd onderzoek, gebaseerd op de verkregen boorkern, laat goed zien hoe het granitische gesteente werd vervormd, onder invloed van deze immense hoeveelheid energie. Tevens gaf de boorkern inzicht in de klimatologische gevolgen van de inslag. Tegen het einde van het Mesozoïcum bestond de regio Yucatán namelijk uit een ondiepe tropische zee met veel carbonaten en zwavelrijke evaporieten. Hoewel we carbonaten veelvuldig terugvinden in de kern is er geen enkele evaporiet of ander zwavelrijk gesteente meer te vinden. Deze belangrijke observatie heeft ons VUB-team kunnen bewijzen aan de hand van micro-X-ray Fluorescentie op zeer hoge resolutie (25 micrometers).

Het zwavelrijk gesteente dat voor de inslag aanwezig was moet daarom geheel verdampt zijn met rampzalige gevolgen voor het klimaat. In enkele uren tijd werd meer dan 300 gigaton aan zwavel in de atmosfeer geworpen en samen met de tot fijnstof geblazen granieten zorgde deze nieuwgevormde aerosolen voor een deken van duisternis over de aarde.

De hitte en het licht van de zon konden het aardoppervlak niet meer bereiken, waardoor de temperatuur wereldwijd en jarenlang daalde. De fotosynthese kwam tot een schrijnend einde, de planten stierven af en als een kaartenhuis zakte de gehele voedselketen in elkaar. Hetzelfde gebeurde in de oceanen. Tot overmaat van ramp zorgde de vrijgekomen zwavel voor zure regen doordat het verbindingen aanging met water en zodoende zwavelzuur (H2SO4) vormde. De biosfeer werd compleet gedecimeerd, met als gevolg dat alle organismen die meer dan 25 kilo wogen, uitstierven.

Wonderlijk genoeg bleek dit horrorscenario niet het einde van al het leven. Verder onderzoek aan de boorkern laat, compleet tegen de verwachting in, zien dat het leven zich vrij snel herpakte. Nieuwe soorten mariene micro-organismen koloniseerden de krater vrijwel direct nadat het zeewater de krater had gevuld. Naar alle waarschijnlijkheid was de krater dus geen gesteriliseerd galgenveld, maar een nieuw gevormd en potentieel rijk ecosysteem. Op het land, waar de dinosauriërs niet meer het hoogtij vierden en de wereld leek te zijn vergaan, konden de kleine zoogdieren de niches vullen die de dino's achterlieten om uiteindelijk, over een tijdspanne van meer dan 66 miljoen jaar, uit te groeien tot de dominante levensvormen die we beter kennen als u en ik.

Professor Philippe Claeys en vorser Sietze de Graaff zijn lid van de onderzoeksgroep Analytical-Environmental-Geo-Chemistry (AMGC) aan de VUB.