Ostatnie chwile dinozaurów, czyli katastrofa sprzed 66 mln lat godzina po godzinie i dzień po dniu

Prorocy różnych religii i kultur od tysiącleci zapowiadali apokalipsę – dzień, w którym znany nam świat przestanie istnieć. Ziemia przeżyła ją naprawdę. Nie była karą ani mitem, lecz skutkiem zderzenia z asteroidą. W trakcie kilku minut rozpoczął się ciąg wydarzeń, który w następnych godzinach, dniach i latach doprowadził do zagłady ¾ gatunków zamieszkujących planetę. Świat należący przez ponad 160 mln lat do dinozaurów po prostu przestał istnieć.

Jeszcze dwie dekady temu naukowcy potrafili jedynie naszkicować przebieg tej katastrofy. Dziś dzięki odwiertom wykonanym w kraterze Chicxulub, symulacjom komputerowym oraz badaniom osadów odkrywanych od Meksyku po Nową Zelandię, a ostatnio także na japońskiej wyspie Hokkaido, potrafimy odtworzyć jej przebieg niemal minuta po minucie. Wiemy już, z którego kierunku nadleciała asteroida, pod jakim kątem uderzyła w Ziemię, jak długo pył przesłaniał Słońce, kiedy niemal ustała fotosynteza i jak przez oceany rozeszło się być może największe tsunami w historii naszej planety. Większość tych szczegółów poznaliśmy dopiero w ostatnich latach dzięki badaniom publikowanym w prestiżowych czasopismach. Nie jest to więc literacka wizja końca świata, lecz możliwie wierna rekonstrukcja prawdziwej apokalipsy. Przedstawili ją ostatnio Michael Benton, paleontolog z University of Bristol, oraz Monica Grady, znawczyni meteorytów z Open University.

Godzina 0 minus jeden dzień

Słoneczny poranek nie zapowiada katastrofy. Jest ciepło i wilgotno. Nad płytkim morzem, pokrywającym północny skraj dzisiejszego półwyspu Jukatan, unoszą się ciężkie chmury, a przez gęste zarośla przedziera się potężny T. rex. Nie szuka ofiary. Wywęszył szczątki triceratopsa, którego upolował poprzedniego dnia. Zatrzymuje się przy padlinie, odrywa jeszcze kilka kęsów mięsa, po czym rusza ku pobliskiemu jezioru, by zaspokoić pragnienie. Niewielkie krokodyle i żółwie z pluskiem znikają pod wodą. Nieco dalej stoi ankylozaur – potężny roślinożerca osłonięty pancerzem z płyt kostnych i uzbrojony w ciężką maczugę wieńczącą ogon. Tyranozaur przygląda mu się przez chwilę, po czym rusza dalej. Nawet dla największego drapieżnika późnej kredy taki przeciwnik oznacza ryzyko ciężkich obrażeń.

Ten dzień zaczyna się jak wiele poprzednich, ale jego koniec nie będzie już taki sielski. Od mniej więcej tygodnia na nocnym niebie widoczny jest niezwykle jasny punkt. Nie przypomina komety, bo nie ciągnie za sobą świetlistego warkocza. Wygląda raczej jak wyjątkowo jasna gwiazda. Asteroida ma 10–12 km średnicy i leci z prędkością blisko 20 km/s wprost ku Ziemi, dlatego przez wiele dni wydaje się nieruchoma. Dopiero około doby przed zderzeniem zaczyna gwałtownie jaśnieć. Nie znika w ciągu dnia, lecz szybko się powiększa. T. rex nie wie, co to znaczy. Nie ma pojęcia, że z kosmosu nadciąga zagłada, że zniknie bezpowrotnie wraz z całą swoją dinozaurową dynastią.

Symulacje opublikowane niedawno w „Nature Communications” wykazały, że asteroida nadleciała z północnego wschodu pod kątem 45–60° do powierzchni Ziemi. Taki tor lotu sprzyjał wyrzuceniu do atmosfery maksymalnej ilości skał, pyłu i gazów odpowiedzialnych za późniejsze zmiany klimatu. Równie ważne było miejsce uderzenia. Asteroida trafiła w płytkie morze o zasięgu znacznie większym niż dziś, z zalegającymi pod dnem grubymi warstwami skał osadowych. To one zamieniły lokalną katastrofę w globalny kataklizm.

Godzina 0

T. rex zdąży jeszcze zobaczyć kulę ognia jaśniejszą od Słońca. Być może jego zmysł słuchu w ostatnim momencie zarejestruje trzaski i syki rozchodzące się w silnie rozgrzanym powietrzu. Zaraz rozlegnie się ogłuszający huk, związany z przekroczeniem przez asteroidę bariery dźwięku, a następnie spadnie ona do płytkiego morza. Żadne zwierzę znajdujące się w pobliżu nie przetrwa tego uderzenia. Energia pędzącej asteroidy zamienia się w ciepło, fale sejsmiczne i uderzeniowe. Szacuje się ją na równowartość blisko 100 mln megaton trotylu. To miliardy razy więcej energii, niż uwolniła bomba zrzucona na Hiroszimę. Pod takim ciśnieniem skały przestają zachowywać się jak ciała stałe. Zarówno asteroida, jak i ogromne połacie podłoża topią się lub odparowują, a temperatura sięga 10 tys. °C.

Po jakichś 10 s powstaje krater, który gwałtownie się pogłębia. 20 s po uderzeniu jego głębokość przekracza 30 km! Jego krawędzie wznoszą się dwukrotnie wyżej niż Mount Everest – tak sugerują symulacje komputerowe. Ta gigantyczna struktura istnieje jednak tylko kilkadziesiąt sekund. W środku krateru formuje się kilkukilometrowej wysokości wierzchołek, który po chwili zapada się pod własnym ciężarem. Pozostaje krater o średnicy ok. 200 km. Ale najważniejsze procesy zachodzą nie w samym kraterze, lecz ponad nim. Do atmosfery trafiają miliardy ton stopionych i rozdrobnionych skał. Największe bloki opadają w pobliżu miejsca katastrofy, drobniejszy materiał wzbija się na wysokość nawet kilkudziesięciu kilometrów. Część tych cząstek opuszcza Ziemię i umyka w kosmos, ale większość rozpoczyna lot wokół planety. To one odegrają kluczową rolę w dalszym przebiegu katastrofy.

Godzina 0 plus 60 min

W promieniu setek kilometrów od miejsca uderzenia dotychczasowy krajobraz przestaje istnieć. Jeszcze przed chwilą były tu płytkie morze, tropikalne wybrzeże i gęsty las. Teraz jest rozżarzona pustynia. Powietrze rozgrzewa się do ponad 200°C. Gorąco oraz poruszająca się z prędkością naddźwiękową fala uderzeniowa zabijają niemal wszystko w promieniu 1500–2000 km od miejsca impaktu. Zwierzęta i rośliny zostają upieczone i spalone, jakby umieszczono je w gigantycznym piekarniku z termoobiegiem. Po kilku minutach wiatry trochę słabną, ale wciąż mają prędkość i impet najbardziej niszczycielskich huraganów 5 kategorii. Wybuchają pożary, które karmią się roślinami i ściółką.

Impakt porusza też oceanem. Następuje gwałtowne przemieszczenie niewyobrażalnych mas wody. Modele hydrodynamiczne pozwoliły oszacować energię tej fali. Była ona – jak napisali autorzy analizy opublikowanej rok temu w „AGU Advances” – ok. 30 tys. razy większa niż w przypadku największych współczesnych tsunami. Najpierw żywioł uderza w brzegi Zatoki Meksykańskiej. Ściana wody ma wysokość ponad 100 m. W następnych godzinach podobnie występują z brzegów wody północnego Atlantyku oraz Pacyfiku – tu fala tsunami ma ponad 10 m wysokości. W wielu miejscach woda zdziera z dna oceanicznego osady gromadzone przez miliony lat.

Dla zwierząt i roślin żyjących tysiące kilometrów od upadku meteorytu apokalipsa dopiero się zaczyna. Dinozaury przemierzające lasy dzisiejszej Azji czy Nowej Zelandii nie słyszały eksplozji, nie poczuły niszczycielskiej fali uderzeniowej. Lecz nad ich głowami zachodzi o wiele potężniejszy proces, który przesądzi o losach całej biosfery. Materiał wyrzucony w powietrze z krateru o średnicy 180 km i głębokości 20 km musi gdzieś się podziać. A ponieważ porusza się w atmosferze z prędkością ponad 5 km/s, w ciągu godziny rozchodzi się wokół całego globu. Teraz miliardy rozżarzonych drobin skalnych i mineralnych powracają na Ziemię, rozgrzewając powietrze. Te kropelki stopionych skał, nazwane sferulami, geolodzy odnaleźli w dziesiątkach miejsc na globie w warstewce osadów wyznaczającej kres ery mezozoicznej. Od rozżarzonego nieba zapalają się lasy na całym globie. Nie wszędzie ogień ma jednakową siłę, ale jego zasięg jest bezprecedensowy. Również po tych megapożarach w warstwie granicznej skał zachował się ślad pod postacią drobinek sadzy.

Godzina 0 plus jeden tydzień

Tsunami obiegło już glob, huraganowe wiatry powoli słabną, ale pożary wciąż pustoszą kolejne lądy, a sadza z nich dołącza do innych cząstek unoszących się w wyższych warstwach atmosfery i blokujących światłu słonecznemu dostęp do powierzchni planety. Wśród tych aerozoli najważniejszą frakcję stanowi bardzo drobny pył mineralny, głównie krzemionkowy, pochodzący z impaktu. Opublikowane w „Nature Geoscience” badania belgijskich naukowców sugerują, że ziarenka o średnicy 1–8 µm mogły utrzymywać się w atmosferze nawet przez 15 lat.

Pyły krzemionkowe zaczynają hamować fotosyntezę. Dokonują tego razem z sadzą oraz aerozolami siarkowymi, których źródłem również jest impakt, jako że tam, gdzie spadł meteoryt, znajdują się również grube warstwy skał siarczanowych takich jak anhydryt. Specjaliści długo uważali, że to właśnie siarka najsilniej schłodziła glob 66 mln lat temu, ale naukowcy z Belgii opowiadają się za pyłem krzemionkowym.

Niebo nad Ziemią ciemnieje. Tarcza słoneczna ginie. Stopniowo zasłania ją gęstniejąca brunatnoszara mgła. Temperatury na globie zaczynają spadać. Rośliny na lądach i fitoplankton oceaniczny, pozbawione światła słonecznego, zamierają. Z każdym dniem zmniejsza się dopływ energii do większości ekosystemów. Katastrofa przeobraża się w globalny kryzys biologiczny. Symulacje komputerowe przeprowadzone przez badaczy z amerykańskiego National Center for Atmospheric Research w Boulder sugerują, że mniej więcej tydzień po upadku meteorytu strumień energii słonecznej docierającej do powierzchni globu zmniejsza się tysiąckrotnie. Temperatura obniża się o jakieś 5°C, a duże gady lądowe i morskie, przystosowane do ciepłego klimatu późnej kredy, nie potrafią poradzić sobie z tak gwałtowną zmianą warunków i zaczynają masowo umierać.

Na dodatek na planetę zaczynają spadać kwaśne deszcze, zawierające związki siarki i azotu. Opady zakwaszają gleby, doprowadzając do zagłady lasów. Gwałtowny spadek pH oceanów skutkuje masową śmiercią organizmów morskich posiadających wapienne skorupki i pancerzyki – mięczaków, skorupiaków, koralowców. Załamują się morskie łańcuchy pokarmowe – ich odbudowa zajmie dziesiątki tysięcy lat.

Godzina 0 plus jeden rok

Pożary dawno wygasły, wiatry ucichły, a oceany odzyskały pozorny spokój. Może się wydawać, że po kosmicznej kolizji pozostała jedynie głęboka rana na dnie morskim. Najbardziej destrukcyjny efekt wciąż jednak trwa. Atmosfera nadal jest wypełniona pyłami i sadzą ograniczającymi niemal do zera dopływ światła i ciepła słonecznego. Średnia temperatura na globie spadła o 15°C (tak sugerują symulacje belgijskich badaczy) w porównaniu z czasami sprzed impaktu, a fotosynteza praktycznie ustała.

Na pogrążonej w sadzy i pyłach Ziemi trwa zima. Wszystkie dinozaury i gady morskie, które jakimś cudem przetrwały pierwszy tydzień po uderzeniu meteorytu, wymarły w ciągu kilku kolejnych tygodni. Pozostały tylko ich rozkładające się cielska. W nielicznych refugiach żyją mniejsze gatunki, które zdołały skryć się pod powierzchnią gruntu lub pod wodą. Najlepiej radzą sobie te, które nie grymaszą i są odporne na niedostatek pokarmu. W norach i szczelinach skalnych ukrywają się małe ssaki. Od śmierci uratowały się żółwie, część krokodyli, jaszczurki, węże, płazy i wiele owadów. Znikły wszystkie nieptasie dinozaury, pterozaury, amonity, belemnity i całe grupy gadów morskich. Łącznie wymarło ok. 75% gatunków. Analizy skamieniałości z różnych miejsc na globie z okresu tuż po zagładzie pokazują jednak, że również te organizmy, które ostatecznie ocalały, poniosły ogromne straty.

Godzina 0 plus 10 lat

10 lat po uderzeniu Ziemia wciąż nie przypomina planety sprzed katastrofy. Większość aerozoli siarczanowych dawno opadła na powierzchnię globu wraz z kwaśnymi deszczami, ale część pyłu i sadzy wciąż unosi się w atmosferze. Klimat powoli się ociepla, choć średnia temperatura pozostaje wyraźnie niższa niż pod koniec kredy. Fotosynteza ponownie nabiera rozpędu. Najpierw odradza się fitoplankton, później – roślinność lądowa, a dopiero za nimi wracają bardziej złożone ekosystemy. Gdyby taki kataklizm przytrafił się nam, jako gatunek, który nie drąży nor i nie mieszka pod wodą, byśmy go nie przetrwali.

Świat odradza się, choć w nowej formie. Nie ma już ogromnych zauropodów, rogatych triceratopsów, drapieżnych tyranozaurów ani pterozaurów szybujących nad morzami. W oceanach zniknęły amonity, belemnity i różne gady morskie. Katastrofa usunęła większość figur i pionków na ewolucyjnej planszy. Pozostały po nich puste miejsca. A co z tymi, którzy ocaleli? Zaczynają powoli wygrzebywać się z populacyjnego dołka. Wciąż walczą o przetrwanie, przyczajeni w nielicznych, względnie bezpiecznych strefach, znajdujących się daleko od miejsca impaktu.

Najodważniejsi i najbardziej ekspansywni zaczynają zajmować pobliskie opustoszałe nisze ekologiczne. To jednak długotrwały proces, który potrwa znacznie dłużej niż jedną dekadę. Na razie jednak liczy się przede wszystkim to, że dzięki powrotowi fotosyntezy szybko odbijają rośliny i fitoplankton. Produkcja biomasy na lądach i w morzach rośnie. Ziemia się zazielenia, a atmosfera oczyszcza.

Godzina 0 plus milion lat

Odbudowa biosfery trwa znacznie dłużej, niż mogłoby się wydawać. Nie liczy się jej w latach ani tysiącach lat, lecz w setkach tysięcy i milionach. Rany jednak stopniowo się zabliźniają. Powracają lasy, stabilizuje się klimat, odbudowują się rafy koralowe i morskie sieci pokarmowe. Życie na lądach i w oceanach stopniowo odzyskuje dawną różnorodność. Nie wraca jednak świat sprzed impaktu. Jest to zupełnie nowa planeta, zamieszkana przez nowych zwycięzców. Są nimi przede wszystkim ssaki. Wcześniej niewielkie i żyjące w cieniu gigantycznych gadów, teraz rozpoczynają niezwykłą ekspansję. Znakomicie pokazuje to stanowisko kopalne Corral Bluffs, usytuowane na przedpolu Gór Skalistych w centralnej części amerykańskiego stanu Kolorado. Paleontolodzy Tyler Lyson i Ian Miller z Denver Museum of Nature and Science oraz ich współpracownicy odnaleźli tu kilka tysięcy doskonale zachowanych skamieniałości roślin oraz ok. tysiąca skamieniałości zwierząt. Cały ten skarb pochodził z pierwszego miliona lat po impakcie. Wcześniej żyły tu tyranozaury, ankylozaury, hadrozaury, triceratopsy, a także żółwie, krokodyle, ryby, płazy i ssaki. W krajobrazie dominowały lasy palmowe, rzeki i mokradła.

Po katastrofie świat Corral Bluffs zmienił się radykalnie. Owszem, niektóre grupy zwierząt ocalały, ale np. wśród ssaków przetrwały tylko najmniejsze gatunki o masie 0,5 kg lub mniejszej. Większe osobniki znikły, a były wśród nich okazy o masie nawet 8 kg. Upłynęło jednak niewięcej niż 100 tys. lat, a ssaki ponownie osiągnęły rozmiary sprzed zagłady, natomiast liczba ich gatunków, rodzajów i rodzin się podwoiła. Po upływie 300 tys. lat od impaktu osiągały już rozmiary trzykrotnie większe aniżeli pod koniec kredy. Badacze podejrzewają, że mógł to być efekt zmian w diecie, w której pojawiły się orzechy. W Corral Bluffs ssaki rosły i różnicowały się tak szybko, że w ciągu 700 tys. lat od katastrofy powiększyły swoje rozmiary stukrotnie, do blisko 50 kg. Taką masę miał drapieżnik Eoconodon, cechujący się krępą sylwetką, silną szczęką i mocnymi kłami. Jego pojawienie się oznaczało, że ssaki po odbudowaniu własnych nisz ekologicznych szybko przystąpiły do zajmowania tych opuszczonych przez wymarłe gady. To był początek radiacji ewolucyjnej, która ostatecznie doprowadziła do pojawienia się naczelnych, a znacznie później – człowieka.

Godzina 0 plus 66 mln lat

Dziś po tamtej katastrofie nie ma już śladu na powierzchni Ziemi. Krater Chicxulub ukryty jest pod młodszymi skałami półwyspu Jukatan oraz wodami Zatoki Meksykańskiej. Odnaleziono go w 1991 r. dzięki wierceniom. Późniejsze badania pozwoliły odtworzyć jego rzeczywiste rozmiary oraz proces powstawania. Jeszcze większym archiwum tamtych wydarzeń okazały się skały rozsiane po całym świecie. W 1980 r. Luis Alvarez ze współpracownikami opublikował na łamach „Science” pracę, w której opisali cienką warstwę iłu z końca kredy zawierającą niezwykle wysokie stężenie irydu – pierwiastka rzadkiego w skałach skorupy ziemskiej, lecz stosunkowo częstego w meteorytach. Autorzy artykułu zaproponowali odważną hipotezę. Dowodzili, że źródłem irydu było uderzenie gigantycznej asteroidy. Sceptycy początkowo kręcili nosem, lecz po odnalezieniu krateru szybko ich ubyło. Warstewki wzbogaconej w iryd zaczęto szukać w innych miejscach na globie. I odnajdywano ją. Najnowsze doniesienie pochodzi z maja tego roku z japońskiej wyspy Hokkaido. To pierwsze takie znalezisko we wschodniej Azji. Niemal wszędzie granica pomiędzy kredą a erą kenozoiczną ma zaledwie kilka centymetrów grubości. Zdumiewająco mało jak na kronikę z czasów apokalipsy.