Fijnstof luidde einde dinosauriërs in

Fijnstof van verpulverd gesteente dat vrijkwam bij de Chicxulub meteorietinslag heeft waarschijnlijk een dominante rol gespeeld bij de afkoeling van het klimaat, de verstoring van fotosynthese en het massa uitsterven van het leven op onze planeet 66 miljoen jaar geleden. Dit is de conclusie van een nieuw onderzoek, gepubliceerd in Nature Geoscience, waaraan onderzoekers Cem Berk Senel, Özgür Karatekin en Orkun Temel van de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) hebben bijgedragen.

De inslag van de Chicxulub-meteoriet veroorzaakte een wereldwijde inslagwinter, die hoogstwaarschijnlijk leidde tot de ondergang van de niet-vliegende dinosauriërs en ongeveer 75% van de soorten op Aarde 66 miljoen jaar geleden. De precieze oorzaken van de massa-extinctie op de grens tussen de geologische perioden van het Krijt en het Paleogeen (K-Pg) zijn echter nog niet goed begrepen, waaronder het effect op het wereldwijde klimaat van de verschillende soorten inslagmateriaal die uit de krater werden geslingerd. Eerder onderzoek suggereerde dat zwavelgas en -deeltjes die vrijkwamen tijdens de inslag en roet van bosbranden ná de inslag de belangrijkste oorzaken waren van een inslagwinter, en niet de uitstoot van silicaatstof in de atmosfeer. Deze hypothese was tot nu toe echter gebaseerd op een beperkte kennis van de fysische eigenschappen van deze stofdeeltjes, waaronder de korrelgrootte.

Om de rol van zwavel, roet en silicaatstof op het klimaat na de inslag te onderzoeken, ontwikkelden Cem Berk Senel, Orkun Temel en Özgür Karatekin, wetenschappers van de Koninklijke Sterrenwacht van België, een nieuw paleoklimaat model, gespecialiseerd om de klimaat- en biologische respons na de Chicxulub-inslag te simuleren. In deze simulaties werd rekening gehouden met nieuwe veldgegevens, afkomstig van een geologische locatie in Noord-Dakota in de Verenigde Staten. Sedimentmonsters werden verzameld en gemeten door middel van laser-diffractie korrelgrootte-analyses door Pim Kaskes en collega’s van Archeology, Environmental Changes & Geo-chemistry (AMGC) aan de Vrije Universiteit Brussel (VUB) en de Vrije Universiteit Amsterdam (VUA). “We hebben specifiek het bovenste millimeterdunne interval van de Krijt-Paleogeen grenslaag bemonsterd. Dit interval toonde een zeer fijne en uniforme korrelgrootte verdeling aan, die we interpreteren als het uit de lucht neerdwarrelen van fijnstof dat we kunnen linken aan de meteorietinslag. De nieuwe resultaten laten veel fijnere korrelgroottes zien dan eerder gebruikt in klimaatmodellen en dit aspect heeft belangrijke gevolgen voor onze klimaatreconstructies”, legt Kaskes uit.

De auteurs ontdekten dat de korrelgrootte verdeling van het neerdwarrelend silicaatrijke puin (ongeveer 0,8-8,0 micrometer in grootte) een grotere rol voor fijn stof onthulde dan eerder werd aangenomen.

Eerste auteur Cem Berk Senel (KSB) vervolgd: “De nieuwe modelsimulaties laten namelijk zien dat een dergelijke pluim van micrometrisch silicaatstof tot maar liefst 15 jaar na de inslag in de atmosfeer kan zijn gebleven. Dit droeg bij aan een wereldwijde afkoeling van het aardoppervlak tot wel 15 graden Celsius in de eerste nasleep van de inslag.” Volgens co-auteurs Steven Goderis en Philippe Claeys (beiden VUB-AMGC) komt deze tijdschaal overeen met de inzichten opgedaan uit een recente ontdekking van een kleilaag, aangerijkt in het chemisch element iridium, middenin de Chicxulub inslagkrater in Mexico. Het iridium wordt gelinkt aan meteoritisch stof, en het neerdwarrelen van dit materiaal wordt geschat op minder dan 20 jaar, in lijn met de huidige klimaatmodel studie.

Daarnaast ontdekten de auteurs dat het fijnstof zorgde voor het tegenhouden van zonnestraling en dat daarmee de fotosynthese op Aarde bijna twee jaar lang werd stilgelegd. De langdurige verstoring van de fotosynthese vormt een voldoende lange tijdschaal om ernstige uitdagingen te vormen voor zowel leven in zee als op land. Dieren en planten die niet waren aangepast om de donkere, koude en voedselarme omstandigheden van bijna twee jaar te overleven, zouden massaal zijn uitgestorven. Dit komt overeen met gegevens van fossielen, volgens co-auteur Johan Vellekoop (KU Leuven en Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen). ,,Flora en fauna die een rustfase konden ingaan (bijvoorbeeld door zaden, cysten of overwintering in holen) en zich konden aanpassen aan een generalistische levensstijl, niet afhankelijk van één bepaalde voedselbron, zouden de meteorietinslag over het algemeen beter overleven.”

De auteurs ontdekten dat het silicaatstof, samen met roet en zwavel, een belangrijke rol speelde bij het blokkeren van de fotosynthese en het lang genoeg volhouden van een inslagwinter om de catastrofale ineenstorting van de primaire productiviteit te veroorzaken, waardoor een kettingreactie van uitstervingen op gang kwam.

“Inslagen ter grootte van Chicxulub door asteroïden ter grootte van een kilometer die massale uitstervingen veroorzaken zijn zeldzaam, maar kleine en middelgrote asteroïden in het bereik van 100 meter komen veel vaker voor in het Zonnestelsel en kunnen verwoestingen veroorzaken op regionale tot nationale schaal,” zegt Özgür Karatekin (KSB). De Hera-missie voor planetaire verdediging van het Europees Ruimteagentschap is de bijdrage van Europa aan een internationaal experiment voor planetaire verdediging, waaraan de auteurs van dit onderzoek van de Koninklijke Sterrenwacht van België en de VUB meewerken. De Hera-missie zal de kinetische inslagtechniek voor de deflectie van asteroïden valideren en wetenschappelijke informatie verschaffen, waardoor we meer inzicht krijgen in de geofysica van asteroïden en inslagprocessen.

Dit onderzoek werd gesteund door het Federaal Wetenschapsbeleid (BELSPO) via het Chicxulub BRAIN-be (Belgian Research Action through Interdisciplinary Networks) project, een samenwerking tussen de Koninklijke Sterrenwacht van België (ROB), de Vrije Universiteit Brussel (VUB) en het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen (KBIN). De auteurs danken ook de steun van subsidies van het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek – Vlaanderen (FWO) en een FED-tWIN project.

Dit artikel is gebaseerd op een gezamenlijk persbericht van de Koninklijke Sterrenwacht van België, de VUB, het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen en de KU Leuven.

Referentie:
Cem Berk Senel, Pim Kaskes, Orkun Temel, Johan Vellekoop, Steven Goderis, Robert DePalma, Maarten A. Prins, Philippe Claeys, Özgür Karatekin. Chicxulub impact winter sustained by fine silicate dust. Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01290-4