door Herman Zevenberg

Er zijn verschillende theorieën die massa-extincties kunnen verklaren. Allereerst de theorie van een catastrofale meteoriet inslag. Ook kan  wijdverbreide grote vulkanische aktiviteit geleid kunnen hebben tot massa-extincties. Ten derde zouden snelle zeeniveau veranderingen tot hetzelfde kunnen leiden. Hieronder zullen de belangrijkste van de verschillende mogelijke mechanismen worden besproken naar aanleiding een aantal van de belangrijkste grenzen waar massa-extinctie optrad.

• Laat Ordovicium massa-extinctie
• Perm/Trias grens
• Krijt/Paleogeen grens
• Eoceen/Oligoceen grens

Laat Ordovicium

Veranderingen in zeeniveau hebben bijna zeker een rol gespeeld in de massa-extincties in het laat Ordovicium en op de P/T grens. Veranderingen in het zeeniveau kunnen ook veranderingen in zoutgehalte en de verdeling van zuurstof in de oceanen veroorzaken. Oceanen bevatten een rijkdom aan habitats en ecologische niches. Wanneer het zeeniveau verandert en habitats worden verstoord, kunnen veel soorten uitsterven die zich niet konden aanpassen. Het zeeniveau hangt nauw samen met de mate van glaciatie en dus hoeveel water er is opgenomen in gletsjers en ijskappen.

Enige vorm van klimaatverandering heeft waarschijnlijk een rol gespeeld bij alle massa-extincties, ook al is de verandering zelf het gevolg van een andere factor (bijvoorbeeld een meteoriet inslag).  Glaciaties zijn misschien wel de belangrijkste vorm van klimaatverandering die een rol heeft gespeeld. Klimaatverandering veroorzaakt uitsterven door het veranderen of wegvallen van ‘ecologische niches’. Hierdoor moeten de betreffende organismen zich aanpassen of migreren naar geschiktere gebieden. Als ze zich niet kunnen aanpassen of migreren, zullen ze uitsterven. Een andere vorm van klimaat-verandering, toegenomen regenval, is genoemd als oorzaak van de massa-extinctie aan het einde van de Trias.

Perm/Trias grens

Het Carboon en Perm was een bloeiperiode voor onder andere crinoiden, ammonieten, koralen, en vissen. Maar aan het einde van het Perm vond de grootste extinctie plaats in de aardse historie. Er zijn veel oorzaken genoemd voor de P/T extinctie waaronder meteoriet inslag, zeeniveau veranderingen, anoxische condities en grote vulkanische activiteit. Teichert, 1990 beweert zelfs dat er geen abrupt uitsterven is op de P/T grens, maar dat het uitsterven geleidelijk is gegaan over 6 tot 10 Ma. Later onderzoek heeft aangetoond dat er wel degelijk een (redelijk) abrupte massa-extinctie heeft plaatsgevonden. Aan het einde van het Perm was er een mariene regressie. Dit bemoeilijkt het onderzoek naar de P/T grens, omdat er niet erg veel continue secties zijn over de P/T grens heen.

Plankton en Nekton vertoont een abrupte instorting van de populaties op de Perm/Trias grens (Valentine, 1986; Li et al., 1991). Schattingen zijn dat minimaal 95 % van alle mariene soorten en bijna driekwart van alle vertebratenfamilie’s uitstierven (Raup, 1979). Op land stierven veel grote insectengroepen uit, 99% van de reptielen genera, en meer dan 95% van de landplanten. Op de grens treedt duidelijk een wereldwijde milieu verstoring op waarna stress-tolerante organismen opbloeien (Rampino et al, 1996).

Het organische kalkgehalte neemt op de grens, in veel secties af. Op de P/T grens treden grote verschuivingen op in de koolstof, zuurstof, zwavel en strontium isotopen ratio’s (Xu et al., 1989; Magaritz et al., 1988; Holser et al., 1991). De negatieve koolstof-isotopen verschuiving werd eerst beschreven als geleidelijk (Erwin, 1993; ; Magaritz et al., 1988; Holser et al., 1991), maar in kern GK-I uit de Alpen bleek een abrupte overgang (Rampino et al., 1996). Negatieve verschuiving van het zuurstof-18 isotoop duidt op een behoorlijke opwarming.

Uit dezelfde GK-I kern bleek ook een 5 tot 7 keer verhoogd gehalte aan iridium op de grenslaag. Op verschillende andere locaties verspreid over de wereld is ook een verhoogde concentratie iridium aangetroffen in dezelfde mate. In China zijn ook microtektieten aangetroffen in secties (Xu et al., 1989). Dit alles lijkt te wijzen op een meteorietinslag ten tijde van de P/T grens. Aan de andere kant hebben de grenskleilagen in China meer een vulkanisch karakter (Zhou & Kyte, 1989). De Araguainha inslagkrater die in Brazilië (Engelhardt et al., 1992) is gevonden, heeft wel de goede timing, maar is op zichzelf waarschijnlijk te klein de oorzaak te kunnen zijn van de P/T massa-extinctie.

In Siberië ontstonden ten tijde van de P/T overgang zeer grote hoeveelheden ‘flood basalts’ en ook in Zuid-China was er wijdverbreid actief vulkanisme. Herhaaldelijk is er een verband gesuggereerd tussen dit wijdverspreid vulkanisme en de P/T extinctie. Dit zou kunnen door snelle afkoeling als gevolg zwavel-aerosols of een broeikaseffect als gevolg van een verhoogde concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer.

Onderzoek aan monsters van Spitsbergen en uit Slovenië en Italië tonen aan dat de oceanen anoxische condities vertoonden aan het einde van het Perm op zowel lage als hoge (paleo)breedtegraad (Wignall & Twitchett, 1996). Deze condities golden op de shelf tot in ondiep water tot boven de ‘storm wave base’. Deze anoxische condities hebben mogelijk een rol gespeeld in de P/T massa-extinctie.

Volgens Erwin, 1996, lijkt het erg waarschijnlijk dat meerdere factoren samen de P/T extinctie hebben veroorzaakt. Het mechanisme wat de extinctie heeft veroorzaakt moet voldoen aan een aantal voorwaarden. Allereerst moet consistent zijn met de beschikbare geologische, geochemische en klimaat gegevens. Ten tweede moet het op het juiste moment hebben plaatsgevonden. En ten derde moet het mechanisme zowel marien als terrestrisch invloed hebben. Tenslotte moet het mechanisme de grootte van de extinctie aannemelijk kunnen maken.

Het is inderdaad zeer waarschijnlijk dat meerdere factoren een rol gespeeld moeten hebben om de P/T extinctie te kunnen verklaren. Bewijzen voor een meteorietinslag zijn er wel, maar niet voldoende om de extinctie te verklaren. Mogelijk is het een combinatie van de regressie aan het einde van het Perm, verhoogde vulkanische activiteit dat een broeikaseffect veroorzaakte, en mogelijk een meteorietinslag. Hierdoor moeten dusdanige grote milieu-veranderingen zijn opgetreden, dat een groot deel van de oceaan anoxisch kon worden en veel organismen uitstierven. Meer onderzoek zal nodig zijn om dit probleem definitief te ontrafelen.

Krijt/Paleogeen-grens

Sinds er iridium werd gevonden in kleilagen als bewijs voor een grote meteoriet inslag op de K-Pg grens (Alvarez et. al.,1980; Smit & Hertogen, 1980) zijn er steeds meer bewijzen gevonden voor een inslag. Wereldwijd is de zogenaamde ‘boundary clay’ aangetroffen. Geschokte mineralen en microtectieten zijn ook gevonden in de grenslaag. Deze zouden alleen veroorzaakt kunnen worden door een meteoriet inslag. Het meest overtuigende bewijs is natuurlijk een krater. Na jaren zoeken, werd deze uiteindelijk gevonden onder Yucatan in Mexico (Chicxulub krater). Deze inslag zou de massa-extinctie veroorzaakt hebben op de K-Pg grens.

Er is berekend dat de Chicxulub meteoriet meer dat 10km doorsnee gehad moet hebben om een krater van 150km te maken. De inslag zelf is te vergelijken met een enorme nucleaire explosie. De effecten zijn catastrofaal geweest. Allereerst is een grote schokgolf de aarde zijn overgegaan. De enorme hitte en stormen moeten grote branden hebben veroorzaakt op grote delen van de aarde (Wolbach et al., 1986). Een wolk van waterdamp en stof veroorzaakt door de inslag en de branden, heeft maanden van duisternis en zure regen op aarde opgelevert (Vellekoop et al., 2014). De totale duisternis moet fotosynthese onmogelijk hebben gemaakt. Uit isotopen onderzoek is gebleken dat het oppervlakte oceaan water 8 graden steeg ten opzichte van voor de grenslaag. Dit wijst op een broeikaseffect mogelijk door de koolstofdioxide die vrij kwam bij de branden. Ook blijkt uit koolstof isotopenonderzoek aan verschillende foraminifera dat fotosynthese in de photische zone bijna nihil was vlak boven de K-Pg grens. Het effect op het leven op aarde moet desastreus zijn geweest. Vooral de grotere organismen en organismen die afhankelijk zijn van planten werden getroffen.

Een mogelijk andere oorzaak van massa-extincties is sterk verhoogde vulkanische activiteit. De Deccan traps in India zijn genoemd als oorzaak van de K-Pg extinctie, hoewel anderen zeggen dat deze al 1 Ma voor de extinctie zijn gevormd. Verhoogde vulkanische activiteit kan veel gas en stof in de atmosfeer brengen, met catastrofale gevolgen voor het planten en dierenleven. Dit zou kunnen door snelle afkoeling als gevolg stof die het zonlicht blokkeert of een broeikaseffect als gevolg van een verhoogde concentratie koolstofdioxide in de atmosfeer.

Eoceen/Oligoceen

Er is gezocht naar bewijzen voor meteoriet inslagen als oorzaak van andere massa-extincties, onder andere de P/T en de Eoceen/Oligoceen extinctie. Voor de massa-extinctie op de Eoceen/Oligoceen grens zijn ook sterke aanwijzingen gevonden voor een inslag. Nog steeds is er een discussie gaande over de oorzaak van het K-Pg uitsterven, maar de meeste wetenschappers zijn het er over eens dat de meteoriet inslag het meest waarschijnlijk is als oorzaak van de massa-extinctie. De rol van meteoriet inslagen in massa-extincties blijft nog onduidelijk. Er is namelijk ook bewijs voor meteoriet-inslagen die geen massa-extincties hebben veroorzaakt.


Referenties:
Engelhardt, W. et al. (1992) Araguainha impact crater, Brazil. I: The interior part of the uplift:
Meteoritics, v. 27, p.442-457.
Erwin, D.H. (1993) The great Paleozoic crisis – New York, Columbia University Press, 372
p.
Erwin, D.H. (1996) Permian Global Bio-Events. In:Global Events and Event Stratigraphy in
the Phanerozoic. Editor: O.H. Walliser. Springer verlag.
Holser et al. (1991) The Permian-Triassic of the Gartnerkofel-I core: synthesis and
conclusions, In: Holser, W.T., and Schonlaub, H.P. eds. – The Permian-Triassic
boundary in the Carnic Alps of Austria: Abhandlungen der Geologischen
Bundesanstalt, v. 45, p.215-232.
Li, Z. et al. (1991) On the Permian-Triassic events in South China – probe into the end
Permian abrupt extinction and its possible causes: Saito Ho-on Kai Special
Publications 3, p.371-385.
Magaritz, M. et al. (1988) The carbon isotope shift at the Permian/Triassic boundary in the
southern Alps is gradual: Nature, v. 331, p.337-339.
Rampino, M.R. & Haggerty, B.M. (1996) Impact crises and mass extinctions: A working
Hypothesis. Geological Society of America, special paper 307. 1996.
Raup, D.M., (1979) Size of the Permo-Triassic bottleneck and its evolutionairy implications.
Science, v. 206, p. 217-218.
Smit, J., (1990) Meteorite impact, extinctions and the Cretaceous-Tertiary boundary -
Geologie en Mijnbouw 69, p.187-204.
Smit, J. & Hertogen, J. (1980) An extraterrestrial event at the Creteceous Tertiary boundary –
Nature 285, p.198-200.
Teichert, C. (1990) The Permian-Triassic boundary revisited. In: Kauffman, E.G. & Walliser,
O.H. (eds.), Extinction Events in Earth History. p.199-238. Springer, Berlin
Heidelberg New York.
Valentine, J.W., (1986) The Permian-Triassic extinction event and invertebrate developmental
modes: Bulletin of Marine Science, v. 39, p.607-615.

Vellekoop, J. et al (2014). Rapid short-term cooling following the Chicxulub impact at the Cretaceous-Paleogene boundary: PNAS, v. 11, p. 7537-7541

Wolbach, W.S. et al. (1986) Global wildfire at the Cretaceous Tertiary boundary – Nature 

334, p.665-667.
Xu, D. et al. (1989) Astrogeological events in China: New York, Van Nostrand Reinhold, 264
p.
Zhou, L. & Kyte, F.T. (1988) The Permian-Triassic boundary event: A geochemical study of
three Chinese sections: Earth and Planetary Science Letters, v. 90, p.411-421.