Padol asteroid, dinosaury vymierali a Zem zakryla 2 roky trvajúca temnota

Obrovské množstvá sadzí, ktoré sa dostali do vzduchu z globálnych požiarov po náraze masívneho asteroidu pred 66 miliónmi rokov, ponorili Zem do temnoty na obdobie trvajúce takmer dva roky. To ukončilo fotosyntézu, drasticky ochladilo planétu a prispelo k masovému vymieraniu, ktoré znamenalo koniec veku dinosaurov.

Nové podrobnosti o tom, ako dramaticky by sa mohla zmeniť klíma po dopade asteroidu s dĺžkou 10 kilometrov, boli zverejnené 21. augusta v zborníku Proceedings of the National Academy of Sciences. Štúdia, ktorú viedli National Center for Atmospheric Research (NCAR) s podporou NASA a University of Colorado Boulder, použila počítačový model na to, aby vykreslila bohatý obraz o tom, ako mohli vyzerať podmienky na Zemi na konci Obdobia kriedy. Tieto informácie, môžu pomôcť paleobiológom lepšie pochopiť, prečo niektoré druhy, najmä v oceánoch vymreli, zatiaľ čo iné prežili.

Vedci odhadujú, že viac ako tri štvrtiny všetkých druhov na Zemi, vrátane všetkých nelietajúcich dinosaurov, zmizlo na hranici kriedy a paleogénnych období, čo je udalosť známa ako vyhynutie K-Pg. Dôkazy ukazujú, že k zániku došlo v tom istom čase, keď veľký asteroid zasiahol Zem v mieste, ktorým je teraz polostrov Yucatán. Kolízia by spôsobila zemetrasenia, cunami a dokonca aj sopečné výbuchy.

Vedci tiež spočítali, že sila nárazu vyhodila vyparené horniny vysoko nad zemský povrch, kde sa skondenzovali na malé častice. Keď tieto padali späť na Zem, boli ohrievané trením na teploty, ktoré sú dostatočne vysoké na to, aby zapríčinili globálne požiare a "upiekli" zemský povrch.

"Vyhynutie mnohých veľkých zvierat na pevnine mohlo byť spôsobené bezprostrednými dôsledkami nárazu, ale zvieratá, ktoré žili v oceánoch alebo tie, ktoré sa mohli zahrabať pod zem, alebo dočasne skĺznuť pod vodu, mohli prežiť," povedal Charles Bardeen z NCAR, ktorý viedol štúdiu. "Naša štúdia zachytáva príbeh po počiatočných účinkoch - po zemetraseniach a cunami a po "upečení". Chceli sme sa pozrieť na dlhodobé dôsledky množstva sadzí, o ktorých si myslíme, že boli vytvorené a aké by mohli mať dôsledky pre zvieratá, ktoré zostali."

Ďalšími autormi štúdie sú Rolando Garcia a Andrew Conley, obaja z NCAR, a Owen "Brian" Toon, výskumník z University of Colorado Boulder.

Umelecká predstava pádu asteroidu. Credit: NASA

Svet bez fotosyntézy

V minulých štúdiách výskumníci odhadli množstvo sadzí, ktoré mohli vzniknúť globálnymi požiarmi, meraním sadzí uložených v geologických vrstvách. Pre novú štúdiu Bardeen a jeho kolegovia použili NCAR CESM model (Community Earth System Model), aby simulovali vplyv sadzí na globálne klimatické zmeny. Použili najnovšie odhady množstva jemných sadzí, ktoré sa nachádzali vo vrstve hornín po náraze (15 000 miliónov ton), ako aj väčšie a menšie množstvá na kvantifikáciu citlivosti klímy na viac či menej rozsiahle požiare.

Pri simuláciách sadze zahrievané Slnkom leteli vyššie do atmosféry a nakoniec vytvorili celosvetovú bariéru, ktorá zablokovala prevažnú väčšinu slnečného žiarenia pred dosiahnutím zemského povrchu. "Spočiatku by to bolo tmavé asi ako mesačná noc," povedal Toon.

Zatiaľ čo sa obloha postupne rozjasňovala, fotosyntéza bola podľa simulácií nemožná viac ako rok a pol. Pretože mnohé z rastlín na pevnine by už boli spálené v požiaroch, temnota by pravdepodobne mala najväčší vplyv na fytoplanktón, ktorý je základom oceánskeho potravinového reťazca. Strata týchto malých organizmov by zničila mnohé druhy morského života.

Výskumný tím tiež zistil, že fotosyntéza by bola dočasne zablokovaná aj pri oveľa nižších úrovniach sadzí. Napríklad v simulácii iba s 5 000 miliónmi ton sadzí - približne tretina najlepšieho odhadu z meraní - fotosyntéza bola nemožná po celý rok.

V simuláciách strata slnečného svetla spôsobila prudký pokles priemerných teplôt na povrchu Zeme, s poklesom o 50 stupňov Celzia nad zemou a o 11 stupňov Celzia nad oceánmi.

Zatiaľ čo sa v študijných scenároch zemský povrch ochladil, horná atmosféra v stratosfére sa stala oveľa teplejšou, pretože sadze absorbovali svetlo zo Slnka. Vyššie teploty spôsobili deštrukciu ozónu a umožnili skladovanie veľkých množstiev vodnej pary v hornej atmosfére. Vodná para potom chemicky reagovala v stratosfére za vzniku vodíkových zlúčenín, ktoré viedli k ďalšej deštrukcii ozónu. Výsledná strata ozónu umožnila poškodzujúcim dávkam ultrafialového svetla, aby sa po zmiznutí sadzí dostali na zemský povrch.

Veľký rezervoár vody v hornej atmosfére, spôsobil po rokoch náhle vyčistenie tieniacej vrstvy, čo je nález, ktorý prekvapil výskumný tím. Keď sadze začali padať zo stratosféry, vzduch začal chladnúť. Toto ochladenie následne zapríčinilo kondenzáciu vodných pár do ľadových častíc, ktoré z atmosféry vyplavili ešte viac sadzí. Výsledkom tejto spätnej väzby - ochladzovania spôsobujúceho zrážky, ktoré zapríčini ešte väčšie ochladenie - stenčujúca sa vrstva sadzí zmizla len za niekoľko mesiacov.

Limity modelu

Aj keď sa vedci domnievajú, že nová štúdia poskytuje robustný obraz o tom, ako môžu veľké injekcie sadzí do atmosféry ovplyvniť klímu, zároveň varujú, že štúdia má aj svoje obmedzenia.

Napríklad simulácie prebiehali v modeli modernej Zeme, nie v modeli, ktorý reprezentoval to, ako Zem vyzerala počas kriedového obdobia, keď boli kontinenty na trochu inom mieste. Atmosféra pred 66 miliónmi rokov tiež obsahovala trochu odlišné koncentrácie plynov, vrátane vyšších hladín oxidu uhličitého.

Okrem toho sa simulácie nezahŕňali vulkanické erupcie alebo síru uvoľňovanú zo zemskej kôry v mieste asteroidového nárazu, čo by viedlo k zvýšeniu svetlom odrážajúcich sulfátových aerosólov v atmosfére.

Štúdia tiež spochybnila limity atmosférickej zložky počítačového modelu, známej ako WACCM (Whole Atmosphere Community Climate Mode).

"Kolízia s asteroidom je veľmi veľká porucha - nie je to niečo, čo by ste normálne videli pri modelovaní budúcich klimatických scenárov," povedal Bardeen. "Takže model nebol navrhnutý tak, aby to zvládol, museli sme prispôsobiť model tak, aby zvládol niektoré udalosti, ako je napríklad otepľovanie stratosféry o viac ako 200 stupňov Celzia."

Tieto zlepšenia WACCM by mohli byť užitočné pre iné typy štúdií, vrátane modelovania scenára "jadrovej zimy". Podobne ako pred globálnymi požiarmi pred miliónmi rokov, explózia jadrových zbraní by tiež mohla do ovzdušia vniesť veľké množstvá sadzí, čo by mohlo viesť k dočasnému globálnemu ochladeniu.

"Množstvo sadzí vytvorené jadrovou vojnou by bolo oveľa nižšie, než sme zistili počas zániku K-Pg," povedal Bardeen. "Ale sadze by zmenili klímu podobným spôsobom, ochladzovali by povrch a ohrievali hornú atmosféru s potenciálne ničivými účinkami."

Zdroj: www2.ucar.edu, PNAS