Czy wulkany były przyczyną wielkich wymierań w historii Ziemi?
Odkąd odkryto, że wielkie wymieranie gatunków miało miejsce już pięć razy w historii Ziemi, naukowcy spierają się, jaka jest jego przyczyna. Rywalizują ze sobą dwie teorie: impaktu, czyli uderzenia w Ziemię obcego ciała i wulkanizmu, czyli czasowej zwiększonej aktywności wulkanicznej. Najsłynniejsze wymieranie pod koniec kredy przemawia za teorią impaktu, jednak teraz naukowcy pokazali, że to jednak wulkanizm towarzyszył wszystkim wymieraniom.
Odkrycie anomalii rtęciowej dokonane przez zespół naukowców, którym kierował prof. zw. dr hab. Grzegorz Racki z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego, przesądziło o uznaniu wulkanizmu jako głównej przyczyny wszystkich pięciu masowych wymierań w historii geologicznej Ziemi. – Jest to „kropka nad i” w prowadzonych od wielu lat badaniach nad procesami doprowadzającymi do gwałtowanego wyginięcia większości gatunków fauny i flory – katastrof, do których doszło na naszej planecie aż pięciokrotnie – mówi prof. Grzegorz Racki, opowiadając o zbliżającym się do końca projekcie badawczym, którego wyniki zostały opublikowane na łamach prestiżowego amerykańskiego czasopisma „Geology”. Z prof. zw. dr. hab. Grzegorzem Rackim rozmawia dr Małgorzata Kłoskowicz.
Dr Małgorzata Kłoskowicz: Naukowcy szacują, że w geologicznej historii Ziemi aż pięciokrotnie doszło do wielkich wymierań: ordowickiego, dewońskiego, permskiego, triasowego oraz chyba najbardziej znanego – kredowego, podczas którego wyginęły m.in. dinozaury. Jak sama nazwa wskazuje, wymieranie to jednak długotrwały proces mogący zachodzić nawet kilkadziesiąt milionów lat. Co można powiedzieć o nim z perspektywy geologicznej?
Prof. zw. dr hab. Grzegorz Racki: Jeśli jakiś proces zachodzi kilkadziesiąt milionów lat, trudno nazwać go zdarzeniem w historii geologicznej. Tymczasem, gdy rozmawiamy o wymieraniu, mamy na myśli zdarzenia trwające najwyżej milion lat. Naukowcy powiedzieliby bowiem, że proces zanikania gatunków zachodzi cały czas, nawet teraz. Kluczowe znaczenie ma natomiast tempo zachodzących procesów w bioróżnorodności. Analizy naukowców pokazały, że w dziejach Ziemi było pięć takich interwałów czasu geologicznego zwanych masowymi i charakteryzujących się znaczącym wzrostem tempa wymierań. W związku z tym, badając tamte okresy, specjaliści szukają wskaźników, które mogłyby dać odpowiedź na pytanie, jakie globalne czynniki doprowadziły do tak dramatycznych zmian w ekosystemie Ziemi.
Zapewne przyczyn może być wiele i są ze sobą powiązane. Wystarczy wspomnieć o zmianach klimatycznych, a zatem gwałtownych ociepleniach czy ochłodzeniach atmosfery, epidemiach, współzawodnictwie międzygatunkowym, zjawiskach wulkanicznych czy wreszcie chyba najbardziej znanej przyczynie, czyli uderzeniu asteroidy w czuły punkt Ziemi…
Możemy mówić o dwóch rodzajach czynników. Są więc te, które bezpośrednio wpływały na zasięg występowania oraz liczebność gatunków zwierząt i roślin, takie jak: ograniczenia pokarmowe, możliwości rozrodu, epidemie, międzygatunkowa konkurencja, ilość tlenu w morzach, zmiana temperatury i składu chemicznego atmosfery itd. Druga grupy przyczyn ma bardziej globalny charakter i w zasadzie może zostać sprowadzona do dwóch głównych czynników: wulkanizmu oraz impaktu. Odkąd zdaliśmy sobie sprawę z tego, że w geologicznej historii Ziemi doszło do masowych wymierań, z biegiem lat dyskusja zaczęła się ograniczać do dwóch pierwotnych, wymienionych przeze mnie przed chwilą przyczyn.
W związku z dramatycznym zakończeniem ery dinozaurów bardziej znana wydaje się hipoteza impaktu…
O prawdziwości tej hipotezy świadczyło odkrycie w 1980 r. anomalii irydowej w profilach geologicznych w poziomie stratygraficznym odpowiadającym granicy kredy i paleogenu oraz odnalezienie mającego ponad 180 km średnicy krateru Chicxulub znajdującego się w Zatoce Meksykańskiej na półwyspie Jukatan. Koncepcja ta stała się tak popularna, iż zaczęto przypuszczać, że impakt był także główną przyczyną pozostałych czterech wielkich wymierań. Naukowcy szukali więc potwierdzenia kolejnej hipotezy, przy czym musimy pamiętać, że nie jest to łatwe zadanie chociażby ze względu na trudności w odnalezieniu i datowaniu kraterów.
Są jednak jeszcze wspomniane anomalie irydowe…
Dwóch naukowców, fizyk Luis Alvarez oraz jego syn, geolog Walter Alvarez znaleźli w warstwie skalnej datowanej na koniec okresu kredowego dosyć duże ilości irydu. Było to zaskakujące ze względu na niewielkie ilości tego pierwiastka w skorupie ziemskiej. Musiał zatem znaleźć się na powierzchni naszej planety w wyniku uderzeń ciał kosmicznych (planetoid i meteorytów). Utrzymywał się w pyle po-impaktowym w stratosferze stosunkowo niedługo, może kilka lat, a następnie stopniowo opadał równomiernie na powierzchnię Ziemi, tworząc rodzaj mikrowarstwy. Odnajdując je w profilach geologicznych, możemy wnioskować o dużym prawdopodobieństwie wystąpienia impaktu. Towarzyszyły mu również olbrzymie wyrzuty dwutlenku węgla i tlenków siarki do atmosfery, a także w konsekwencji kwaśne deszcze znacząco zubożające faunę i florę. O niesprzyjających warunkach świadczyć mogą m.in. karłowate szczątki roślin czy zwierząt pochodzące z badanego okresu. Problem polega jednak na tym, że podobne skutki obserwowane są w związku z procesami wulkanicznymi.
Czy szukając śladów wulkanizmu, także można mówić o podobnych anomaliach?
Okazało się, że takim wskaźnikiem jest tzw. anomalia rtęciowa. Wulkanizm odgrywa znaczącą rolę w obiegu tego pierwiastka, który w wyniku erupcji dostaje się do stratosfery. W związku z tym, podobnie jak w przypadku irydu, po pewnym czasie równomiernie opada na powierzchnię Ziemi, następnie jest wiązany w skałach przez materię organiczną i pozostaje w nich aż do dziś jako zapis zdarzeń nawet sprzed setek milionów lat. Oczywiście są również inne naturalne procesy o podobnych skutkach, w związku z czym stwierdzenie występowania rtęci w jednym profilu geologicznym jeszcze niczego nie przesądza.
W ramach projektu naukowego MAESTRO pn. „Głębokomorskie środowiska dewonu jako klucz do zrozumienia globalnych perturbacji ekosystemowych”, którym Pan Profesor kieruje od 2013 roku, zbadanych zostało jednak kilka profili…
Właściwie było ich kilkanaście. Pochodziły z różnych regionów świata, z Europy, Azji, Ameryki i Afryki. My udowodniliśmy występowanie podwyższonej zawartości rtęci w tym samym poziomie stratygraficznym górnego dewonu odpowiadającym wielkiemu wymieraniu przede wszystkim biocenoz rafowych. W artykule skoncentrowaliśmy się na opisie trzech najciekawszych przypadków z Niemiec, Maroka i północnej Rosji.
Wyniki badań przesądziły zatem o dominującym znaczeniu wulkanizmu w kontekście wystąpienia dewońskiego wielkiego wymierania…
Zgadza się. Dostarczyliśmy argumentów na rzecz uznania procesów wulkanicznych jako głównej przyczyny wymierania dewońskiego. Już wcześniej anomalie rtęciowe znaleziono na poziomach stratygraficznych odpowiadających czterem pozostałym gwałtownym katastrofom ekologicznym zachodzącym w przeszłości geologicznej Ziemi. Nasz zespół, odnajdując „geochemiczny odcisk palca wulkanicznego” w skałach z okresu dewońskiego, zamyka zatem tę część dyskusji, która dotyczy dominującej przyczyny tzw. Wielkiej Piątki.
Pozostaje jednak pytanie, co może być przyczyną „dominującej przyczyny”, a więc występowania zjawisk wulkanicznych o takiej sile, która doprowadziła do wielkich wymierań?
Zawsze możemy pytać o przyczyny przyczyn. Istnieją różne hipotezy. Wspomnę może o trzech. Niektórzy naukowcy twierdzą, że to jednak impakt może przyczyniać się do zwiększonej aktywności wulkanicznej (taka sytuacja jest prawdopodobna w końcu kredy). Inni szukają ich źródła w cyklicznej, zachodzącej co kilkaset milionów lat konieczności uwalniania ciepła z wnętrza planety (model tzw. ‘bijącego serca’ naszej planety) jeszcze inni spoglądają w niebo i odpowiedzi szukają w zjawiskach zachodzących w przestrzeni kosmicznej, które także niewątpliwie mają wpływ na procesy obserwowane na Ziemi. Dyskusja trwa.
Artykuł ukaże się drukiem w czasopiśmie "Geology" 6 czerwca 2018 r.
Rozmowa opublikowana została pod tytułem "Wulkanizm jako główna przyczyna pięciu wielkich wymierań" na stronie internetowej Unwiersytetu Śląskiego.
