De dood van de dinosauriërs

C. de Jager

65 miljoen jaar geleden verdwenen, naar het schijnt vrij plotseling, de dinosauriërs van de aardbodem. En daar bleef het niet bij: ruimschoots de helft van de toen levende diersoorten stierf uit. Aangenomen wordt dat de oorzaak van dit uitsterven de inslag van een bijna dertig kilometer grote komeet is geweest. Het inslagscenario wordt door vele aanwijzingen ondersteund, vooral door het sterker voorkomen van het element iridium in de grenslaag tussen Krijt en Tertiair, die 65 miljoen jaar geleden werd gevormd. Een onlangs opgekomen idee dat het massale uitsterven niet plotseling maar geleidelijk zou zijn gebeurd, bijvoorbeeld doordat de zon met zijn schare van planeten door een grote moleculaire wolk trok, dan wel door het optreden van aards vulkanisme op grote schaal, lijkt minder goed te verdedigen dan de catastrofe-theorie.

Pootafdrukken van dinosauriërs in de Zwitserse Alpen (2400 m hoog) bij het 'Lac du Vieux Emosson', ten zuiden van Martigny, enkele honderden meters van de grens met Frankrijk.

De benaming dinosaurus is ontleend aan het Griekse woord deinos, dat schrikwekkend betekent, in samenstelling met sauros: hagedis. Er waren grote en kleine dinosauriërs, maar het zijn vooral de grote die tot de verbeelding spreken. De romantiek omtrent de dinosauriërs werd versterkt toen allengs duidelijk werd dat ze vrij plotseling verdwenen waren tijdens de overgangsperiode tussen de geologische tijdvakken Krijt (120 tot 65 miljoen jaar geleden) en Tertiair (65 tot 2 miljoen jaar geleden). Hoe plotseling dat gebeurde bleef de vraag. Welk drama heeft zich om deze waarschijnlijk goedmoedige monsters afgespeeld? Een andere vraag was waarom dat verdwijnen blijkbaar gelijktijdig over de hele wereld gebeurde. Fossiele resten en pootafdrukken van dino's zijn aangetroffen in krijtlagen van alle continenten. Ze verschenen voor het eerst in het Trias (200 - 160 miljoen jaar geleden) en bleven op aarde tot het eind van het Krijt, maar ze blijken niet meer voor te komen in het Tertiair.
Het raadsel kreeg een sinister aspect toen bleek dat niet alleen de dinosauriërs bij de overgang van Krijt naar Tertiair zijn verdwenen: ca. zeventig procent van alle toen levende diersoorten verdween rond dezelfde tijd; niet slechts de grote reptielen, maar ook de grote insecten, grote schelpdieren zoals de ammonieten (tot 2,5 meter grote schelpdieren die in zee leefden) en veel andere koudbloedige dieren zoals slangen. Vele kleine insecten, reptielen en schelpdieren bleven echter bestaan, evenals de toen nog kleine en schaarse zoogdieren (hoofdzakelijk knaagdieren en kleine primaten) die zich, evenals de vogels, daarna snel ontwikkelden, gebruik makend van de opengevallen ecologische nissen. Het uitsterven van de dinosauriërs vergemakkelijkte het ontstaan van de grotere zoogdieren waartoe ook de mens behoort. Met enige overdrijving zou je kunnen stellen, dat wij ons bestaan te danken hebben aan het verdwijnen van de dinosauriërs!

Overzicht van de geologische tijdvakken en van de daarin voorkomende diersoorten. De tijd loopt van onder naar boven. De hele tijdas omvat 500 miljoen jaar, slechts een tiende van de leeftijd van de aarde.

De vragen waarom al deze dieren tijdens de overgang van Krijt naar Tertiair verdwenen, en hoe snel dat gebeurde, geleidelijk of catastrofaal, bleven jaren open. De doorbraak kwam toen in 1980 de Amerikaanse natuurkundige Luis Alvarez nabij de mooie oude stad Gubbio (Italië) de grenslaag tussen Krijt en Tertiair onderzocht. Hij ontdekte dat deze, de zo geheten K/T-grenslaag, veel meer van het element iridium bevatte dan een gemiddeld stukje aardkorst. Alvarez nam aan dat dit een wereldwijd verschijnsel was en wist bovendien dat iridium in meteorieten, en naar men vermoedt ook in kometen, meer voorkomt dan in de aardkorst. Combinatie van deze gegevens en onderstellingen leidde hem tot het stoutmoedige idee dat 65 miljoen jaar geleden een groot brok interplanetaire materie in de aarde zou zijn geslagen. Dat zou tot gevolg hebben gehad dat zich een laagje materiaal over de aarde verspreidde met een meer dan normale concentratie iridium. Maar bovendien, zo onderstelde Alvarez, zou die inslag zo hevig zijn geweest dat dichte stofmassa's in de hoge atmosfeer werden geblazen, die het zonlicht gedurende jaren zouden hebben verduisterd. Dat zou dan hebben geleid tot afkoeling van de aarde en het uitsterven van veel diersoorten, zoals de dinosauriërs, die mogelijk koudbloedig waren. Alvarez' idee werd niet voetstoots aangenomen -- daarvoor berustte het op te veel toen nog onbewezen onderstellingen -- maar we weten nu meer!

Opname van een pootafdruk van een dinosauriër.

Iridium

Laten we eerst iets over iridium (Ir) zeggen. Het is een scheikundig element van de platinagroep, dat in verbindingen tot kleurrijke mineralen kan leiden en dat daarom ook wel het regenboogelement wordt genoemd (iris = regenboog). We weten intussen dat het overal in de K/T-grenslaag in (ten opzichte van de aardkorst) verhoogde concentraties voorkomt. Maar ook in vier andere geologische grenslagen wordt hier en daar een verhoogde iridiumconcentratie gemeten. In de Jura-Krijt-grenslaag (120 miljoen jaar geleden) van Midden-Siberië bijvoorbeeld; de verhoging in die laag komt echter niet over de hele aarde voor. In China is een hoge iridiumconcentratie vastgesteld in de Pre-Cambrium/Cambrium-grenslaag (ca. 500 miljoen jaar geleden) en over de gehele aarde wordt in de Perm/Trias-grenslaag (200 miljoen jaar geleden) een iets verhoogde iridiumconcentratie gemeten. Ook bij die laatste overgang schijnen de meeste toen op aarde voorkomende soorten verdwenen te zijn. Als een aanwijzing dat ook de P/T-grenslaag door een meteorietinslag zou kunnen zijn veroorzaakt beschouwen sommigen het feit dat in het Japanse deel van die grenslaag minuscule holle bolletjes zijn gevonden. Deze bolletjes, met een middellijn van 20 tot 30 micrometer, hebben dezelfde samenstelling als chondrieten, een soort steenmeteorieten. De P/T- en K/T-grenslagen lijken dus dramatische perioden in de biologische evolutie te markeren.
Door metingen van de hoeveelheden iridium op verschillende plaatsen op aarde te combineren en te vergelijken, heeft men berekend dat de totale hoeveelheid iridium in de K/T-grenslaag, over de hele aarde tezamen genomen, 3,6 x 10¹¹ gram, dus 360 miljoen kg bedraagt. Dat is een getal dat ons houvast geeft voor het verdere onderzoek; het moet ons iets kunnen leren over de herkomst van het iridium.
Reeds lang wist men dat iridium in meteorieten méér voorkomt dan in de aardkorst. Metingen in verschillende meteorieten, zoals die van Orgeuil, Richardson en Canyon Diablo, leidden tot het resultaat dat de iridiumconcentratie in deze meteorieten gemiddeld 140 maal groter is dan in de aardkorst. Ze is ook ca. dertig maal groter dan in de hooglanden op de maan. Men onderstelt wel dat dit is gebeurd, doordat het iridium, samen met andere zware elementen, naar de diepere delen van de aarde is gezakt.

De krater en zijn strooivelden

Hoewel geologen reeds in 1980, hetzelfde jaar waarin Alvarez zijn hypothese naar buiten bracht, in Mexico onder 300 tot 1000 meter dikke lagen sediment de resten van een grote krater ontdekten, duurde het nog tot 1990 voor er een verband werd gelegd tussen deze krater en de hypothetische inslag van Alvarez. De resten van de krater liggen zó ver onder het aardoppervlak dat ze niet bij gewoon veldwerk onderzocht kunnen worden. De krater zelf werd dan ook pas ontdekt door het meten van gravitatie-anomalieën: dit zijn afwijkingen van de richting van de zwaartekrachtsaantrekking tengevolge van massaconcentraties in de ondergrond.
De krater is ca. 170 tot 200 km groot (anderen zeggen 140 km en ook zag ik ergens het getal 300 km -- het ligt er sterk aan hoe en waar men meet) en ligt op het noordwestelijke deel van het schiereiland Yucatán in Mexico. In het gebied van de krater ligt het plaatsje Chicxulub (spreek uit: Tsjiesjoeloeb), wat in de plaatselijke Maya-taal 'staart van de duivel' betekent. De krater heeft dezelfde naam gekregen.
Directe boringen in de krater of kraterwand zijn nog maar weinig uitgevoerd, om de voor de hand liggende moeilijkheid dat men eerst door 300 tot 1000 meter veel later neergeslagen sedimenten moet boren voor men bij de krater zelf is. Niettemin is er wel iets gevonden. Men heeft ontdekt dat het ondergrondse terrein nabij Chicxulub wordt gekenmerkt door chaotisch neergeslagen gesteente, bezaaid met gebroken kwartskristallen. Ander materiaal bleek eerst gesmolten en daarna weer gestold te zijn, zoals tektieten (fraai afgeronde glasmeteorieten). Ook vond men ca. honderd meter dikke steenlagen die kennelijk eerst gesmolten en daarna weer gestold waren. Zulk materiaal, dat na een vloeibare fase weer gestold is, leent zich uitstekend voor een ouderdomsbepaling met bijvoorbeeld de uranium-loodmethode. Men gaat na hoeveel radioactief uranium ergens voorkomt en hoeveel van het daaruit in de loop der tijden ontstane lood, en zo kan men dan berekenen hoe lang geleden het gesteente vloeibaar was. Dankzij deze radioactieve dateringen kent men nu de ouderdom van de krater heel precies: 64,98 ± 0,05 miljoen jaar. Vooral dit laatste feit legde een sterk verband met de K/T-grenslaag, die immers uit diezelfde tijd stamt. Het gaf sterke steun aan de hypothese van Alvarez.
Het ligt voor de hand dat bij de explosie veel materiaal opgeworpen werd en elders weer neersloeg. Zo ontstaat een strooiveld. Om het materiaal van zo'n strooiveld nader te onderzoeken, werd de aandacht gericht op de regio Belize, ongeveer 360 km zuidelijk van de krater. Daar ligt de K/T-grens dicht onder het oppervlak, waardoor men gemakkelijk toegang heeft tot het strooiveld van het bij de inslag opgeworpen gesteente. Profiterend van de aanwezigheid van een plaatselijke steengroeve is daar door leden van de Amerikaanse 'Planetary Society' de laatste jaren heel wat veldwerk verricht. In de wand van de steengroeve ziet men de K/T-grens zich duidelijk aftekenen. Kleine en grotere stenen en keien, tot één met een omvang van acht meter toe, werden in die grenslaag aangetroffen; een imposant blijk van de kracht van de explosie die blijkbaar in staat was zo'n groot rotsblok over een afstand van ruim driehonderd kilometer weg te slingeren.
In en nabij de grenslaag werden grote keien gevonden met talrijke evenwijdige, diepe krassen, alsof ze met kracht ergens langs waren geschuurd. Anderzijds vond men ook keien die een glad oppervlak hadden, alsof het gesteente eens vloeibaar en daarna weer gestold was. In dat gladde oppervlak trof men hier en daar toch weer evenwijdige krassen aan. Opmerkelijk waren bolletjes calciet (calciumcarbonaat, CaCO₃). Ook deze waren blijkbaar eens vloeibaar geweest, anders was de bolvorm niet goed te verklaren. Andere stukken calciet hadden de voor deze stof kenmerkende kristalvorm; die waren dus niet gesmolten geweest maar toonden wel tekenen van snelle groei. Weer andere stenen toonden een pokdalig oppervlak, alsof ze door vele kleinere steentjes met grote kracht bekogeld waren geweest. Van een aantal van zulke in en bij de grenslaag gevonden brokstukken, die bij de inslag gesmolten en daarna gestold zijn, werd de ouderdom bepaald. Dit leidde opnieuw tot dezelfde ouderdom als de krater van Chicxulub: 65 miljoen jaar. Dit is een duidelijke aanwijzing dat deze stenen met de krater-inslag te maken hadden. Uiteraard vond men ook vele fossielen, waaronder een tot dan toe onbekende krabbensoort, die boven de grenslaag niet teruggevonden werd.
Andere onderzoekers hebben boringen verricht voor de kust van Florida. Op 2600 diepte vond men lagen met vele fossielen uit het Krijt, maar daarboven lag een laag met veel groene glaskorrels (tektieten) en daarboven weer een laag met roestbruin verpulverd materiaal. Daarboven een 5 cm dikke kleilaag zonder enig fossiel teken van vroeger leven. Die kleilaag moet daar in de jaren na de explosie in een tijdsbestek van ongeveer vijfduizend jaar zijn neergelegd.

Overzichtskaartje van het Mexicaanse schiereiland Yucatán, met daarin de plaats van de onderaardse krater Chicxulub, de breukvlakken tengevolge van de aardbevingen en het strooiveld van Belize (uit Ocampo, The Planetary Report).

De grootte van het projectiel

Er zijn in de loop der jaren genoeg gegevens over inslagen en inslagkraters verzameld om te kunnen schatten hoe groot het object moet zijn geweest dat de Chicxulub-krater heeft doen ontstaan. Alvarez schatte dat het object een massa van 160 miljard ton en een middellijn van de orde van elf kilometer moet hebben gehad. Dit getal werd later door vele onderzoekers zonder commentaar overgenomen, maar vanzelfsprekend was het slechts een eerste ruwe schatting, omdat Alvarez minder gegevens had dan wij nu.
Nadat de schatting voor het eerst was gemaakt, bleek dat een object van deze afmetingen 'slechts' 34 miljoen kg iridium op aarde kan deponeren, en dat is tien maal minder dan wat op aarde in de K/T-grenslaag gevonden wordt. Het ligt voor de hand om de oplossing van dit probleem te zoeken in de afmetingen van het inslaande object; een twee maal grotere bol heeft immers een acht maal groter volume en kan ook ruwweg acht keer zo veel iridium afzetten. Nieuwe en meer gedetailleerde berekeningen konden echter pas worden gemaakt toen ook duidelijk werd dat het verschil uitmaakt of het inslaande projectiel een komeet is of een planetoïde. Een komeet bevat meer ijs en minder gesteente dan een planetoïde.
De onderzoekers Yield, Gault en Schmidt hebben hypothetische kraters met middellijnen van 100 tot 140 km onderzocht, wat kleiner dus dan de Chicxulub-krater. Door vergelijking van deze berekeningen, aan de hand van schaalfactoren opgesteld door John Brittan, kom ik tot het resultaat in de bijgevoegde tabel.
Uit deze tabel kunnen we afleiden dat, in geval we met een komeet te doen hebben, een krater van 185 km middellijn wordt veroorzaakt door een ca. 27 km groot object, en dat daarbij een hoeveelheid iridium neerslaat die gelijk is aan de gemeten hoeveelheid van 360 miljoen kg. Hebben we echter te doen met een planetoïde, dan wordt een krater van die grootte veroorzaakt door een planetoïde van 19 km, die echter niet minder dan 1000 miljoen kg iridium doet neerslaan. De onzekerheid in de berekende hoeveelheid iridium is ruim een factor twee, zoals gebleken is uit de onderlinge verschillen tussen de drie onderzoekers.
Omdat de diameter van de krater in de buurt van de 200 km ligt en de op aarde neergeslagen massa aan iridium 360 miljoen kg is, mogen we concluderen dat de krater is ontstaan door een forse komeet met een middellijn van bijna dertig kilometer. Zo'n komeet heeft een volume dat bijna twintig maal zo groot is als dat van komeet Halley, maar vijf keer zo klein als dat van onze recente grote bezoeker: komeet Hale-Bopp.

Overgenomen uit Zenit, december 1997, blz. 520.