Op een mooie zomerdag; vijfenzestig miljoen jaar geleden

Het einde van de dinosauriers kwam door de inslag van tenminste drie meteorieten. Die brachten geen verkoeling door atmosferisch stof, maar juist verzengende hitte. De inslag op de kalklagen in Yucatan bracht zoveel CO in de lucht dat de temperatuur op aarde met tien graden steeg.

Het landschap hier rond Tampico in het oosten van Mexico heeft dezelfde sfeer als de film The treasure of the Sierra Madre naar het boek van Ben Traven. In de cantina aan de kant van de weg zou je niet verbaasd zijn als Humphrey Bogart op de bar zou leunen. Hier, tegen de Sierra Madre Oriental ligt een subtropische jungle met cactussen, yucca's en andere stekelstruiken, en overal klinkt lawaai van vogels. In de verte prikt een oude vulkaanpijp, de Cerro Bernal, door de nevel. Wij - Walter Alvarez, Sandro Montanari, Nicola Swinburne en ik - zijn in de jungle al vier dagen op zoek naar de juiste plaats van een geologische 'schat', maar nog zonder succes. De twee VW Golfjes gehuurd van Avis hebben het de vorige dag begeven en moesten die ochtend nog gemaakt worden. De laatste middag dan toch nog naar een plek, die in de jaren dertig beschreven was door geologen in dienst van oliemaatschappijen. Hun conclusies waren nogal verschillend. De ene hield het op een zandsteenlaag zoals er zoveel voorkomen in dit gebied. De ander vermeldde een bijzonder 'bentonitisch conglomeraat'. Daar bedoelde hij stukken vulkanische tuf mee die sterk verweerd zijn, zodat die nauwelijks als tuf te herkennen zijn. Verwering is iets wat in de dagelijkse praktijk van een geoloog altijd voorkomt, maar dat ons in de leerboeken niet beloofd werd. Het bijzondere van deze zandsteen of grindlaag is dat die precies het moment markeert waarop vele biologische soorten plotseling verdwijnen. Dit moment is de zogenaamde Krijt-Tertiair overgang. Onder de soorten die dan verdwijnen zijn vele zeedieren en planten met een kalkskelet, vooral eencellig plankton, en landdieren zoals de dinosauriers. Op deze plaats in Mexico was vroeger een diepe zee, waar dinosauriers niet voorkwamen, dus hun botten vind je hier ook niet. We moeten het doen met de plankton-fossieltjes, die gelukkig voor ons onderzoekers vaak meer dan 90% van het gesteente uitmaken. Een grindlaag kan duiden op sterke bodemstromen, iets wat in een diepzeemilieu eigenlijk nooit voorkomt, behalve in zeer bijzondere omstandigheden. En naar die zeer bijzondere omstandigheden waren wij juist op zoek. Wij waren vijf dagen geleden vertrokken om nieuwe aanwijzingen voor een gigantische meteorietinslag te vinden die het uitsterven van al die dier- en plantensoorten zou kunnen verklaren. Dit doen we al een jaar of tien, maar afgelopen jaar hebben nieuwe, opwindende ontdekkingen een nieuwe impuls gegeven aan de speurtocht naar de meteorietinslag.

DUN KLEILAAGJE

Dertien jaar geleden kwamen een groep onderzoekers uit Berkeley onder leiding van Walter Alvarez en ikzelf op de Universiteit van Amsterdam onafhankelijk van elkaar tot de conclusie dat alleen een heel grote meteorietinslag alle feiten rond het uitsterven bevredigend zou kunnen verklaren. Natuurlijk hielden we ook rekening met alle normale veranderingen die in het milieu van laatste deel van de Krijtperiode hebben plaatsgevonden. Al jaren geleden was gebleken dat op de Krijt-Tertiair overgang overal op aarde gesteentelagen onderbroken worden door een dun kleilaagje. Het lijkt of er geen verschil bestaat tussen de lagen onder en boven dat kleilaagje. Maar dat is schijn. Toen ik in 1975 nauwkeurig de fossielen bekeek die in de lagen zitten, voornamelijk foraminiferen en algen, bleek dat vrijwel alle oude soorten verdwenen waren precies aan de onderkant van het kleilaagje. Dit massale verdwijnen wordt nergens aangekondigd, de soorten verdwijnen plotseling. Dat is uiterst merkwaardig. In de geologische geschiedenis is uitsterven aan de orde van de dag. Wanneer het leefmilieu verslechtert, dan zie je vaak vele soorten verdwijnen. Die verandering zie je meestal wel aankomen in gesteentelagen die wat ouder zijn. Maar op de Krijt-Tertiair grens is het anders. Onderaan de kleilaag zit vaak een nog dunner kleilaagje dat een aantal zeer exotische componenten bevat, waaronder de stofresten van een meteoriet. Dit kleilaagje is meestal verweerd en door gravende dieren als zeeegels vermengd met ander op de zeebodem liggend slik. Daardoor is het vaak niet meer als laagje herkenbaar. Maar de resten van de meteoriet, in de vorm van stof vermengd met platina en iridium, zijn meestal nog wel aanwezig. Overal ter wereld is dat slechts enkele millimeter dunne laagje van die meteorietinslag terug te vinden: in heel Europa, in de Stille en Atlantische oceaan in boringen, in Nieuw Zeeland en Japan. Altijd met die hoge concentratie iridium. In de jaren daarna worden er ook andere feiten gevonden. In 1980 vonden Gerard Klaver en ik kleine bolletjes met een geheimzinnige kristalstructuur weer precies in dat millimeter dunne laagje met de sporen van een meteoriet. Hun uiterlijke vorm doet sterk denken aan bolletjes glas waarvan we weten dat die ontstaan zijn uit gesteente dat door een grote meteoriet is getroffen. Deze stukjes glas noemt men tektieten en microtektieten als ze kleiner dan een millimeter zijn. Zulke microtektieten zijn gevonden in een straal van duizenden kilometers rond een 10 km grote inslagkrater in Ghana. Deze inslag heeft 'maar' 1,1 miljoen geleden plaatsgevonden. De krater is nog mooi bewaard gebleven en gevuld met het Bosumtwi-meer (Dat was even schrikken voor Australopithecus). Als er een grote meteorietinslag op de Krijt-Tertiair grens geweest zou zijn, dan zijn dergelijke tektieten ook in die tijd te verwachten. Deze bolletjes, die op microtektieten lijken, blijken dat vermoeden te bevestigen.

SCHOKLAMELLEN

Niet alles smelt door de energie van de inslag. Gesteente in de krater dat niet gesmolten is, ondergaat enorme schokken. Die schokken kan je in kristallen zien aan kleine verplaatsingen langs dicht bij elkaar staande vlakken in een kristal. Deze vlakken zijn bekend als 'schok-lamellen'.De druk die nodig is om schoklamellen te maken, gaat ver uit boven de druk die in vulkanen heerst. Evenals de tektieten kunnen de 'geschokte' mineralen ver uit de inslagkrater geslingerd worden. Bruce Bohor vond ze in 1983 als eerste op de Krijt-Tertiair grens in het millimeter dikke inslaglaagje. Bob McHone denkt dat hij bovendien het mineraal stishoviet heeft gevonden in hetzelfde inslaglaagje. Stishoviet ontstaat onder enorme druk uit kwarts, SiO CORPS INFERIEUR KAN NIET KLEINER DAN 5 , maar heeft een andere kristalstructuur dan kwarts en is tweemaal zo zwaar. Als je stishoviet een paar honderd graden verhit, verandert het onmiddellijk weer in kwarts. Zelfs al zou in een vulkaan zo'n druk kunnen heersen, dan nog is de temperatuur te hoog om stishoviet te vormen. In een meteorietinslagkrater komen wel hoge schokdrukken voor, maar de temperatuur blijft laag. In het dunne, millimeter dikke laagje vindt men ook wereldwijd kleine kristalletjes van het mineraal 'magnesioferriet'. Dit mineraal is praktisch onbekend in aardse gesteenten, maar wordt wel gevonden in de zogenaamde 'smeltkorst' van een meteoriet. Deze korst wordt op een meteoriet gevormd wannneer deze door de wrijving met de atmosfeer voor een deel opsmelt. Voor de vorming van magnesioferriet is een hoge temperatuur (1500 C) en veel zuurstof nodig en kennelijk de chemische samenstelling van een meteoriet. Alternatieve verklaringen De aanwijzingen voor een grote inslag ergens op aarde zijn sterk, maar het bleef teleurstellend dat er slechts een millimeter dik laagje gevonden was. Dit geeft nog altijd aanleiding tot alternatieve verklaringen voor het verdwijnen van soorten zoals hevig vulkanisme, of een sterke zeespiegeldaling. Beide verklaringen leiden onder gebrek aan ondersteunend bewijsmateriaal, maar ze zijn niet geheel uit te sluiten. Echter, op een gebied op aarde is meer te zien dan alleen dat millimeter dikke laagje. Overal op Noord-Amerika komt boven de laatste dinosaurusresten een kleilaagje voor dat niet een paar millimeter, maar paar centimeter dik is. Dat lijkt nog niet veel, maar het is wel een laagje dat dezelfde meteorietresten als elders bevat. Bovendien blijken de 'geschokte' mineralen in de Noordamerikaanse kleilagen groter te zijn dan elders. In Noord-Amerika zijn inmiddels nu ook grotere microtektiet-achtige bolletjes en druppeltjes gevonden. Eerst door Jan van Hinte, Gerard Klaver en mij in diepzeeboringen nummer 390 en 605 van het Deep Sea Drilling Project voor de oostkust van Noord-Amerika. Later door Bruce Bohor in grote aantallen nabij Lance Creek in de staat Wyoming, opvallend genoeg juist onderin het laagje met geschokte mineralen en iridium. Als je goed kijkt blijken deze microtektietachtige bolletjes overal in Noord-Amerika voor te komen, maar ze zijn soms heel onopvallend. Het is echter jammer dat, hoewel de vorm van de tektieten altijd goed bewaard is gebleven, het glas zelf vrijwel altijd omgezet naar een ander mineraal door de inwerking van water. Pas onlangs is op Hati het oorspronkelijke glas gevonden.

TSUNAMI'S

Er is nog een derde aanwijzing dat er bij Noord-Amerika meer aan de hand is geweest. In Texas, tussen Dallas en Houston, komt in het dal van het riviertje de Brazos de Krijt-Tertiair grens te voorschijn. 66 miljoen jaar geleden was daar een ondiepe zee, een meter of vijftig diep. Hier wordt de Krijt-Tertiair grens niet gemarkeerd door een kleilaag, maar door een zandsteen met een ingewikkelde structuur. Een dergelijke zandsteen is eronder en erboven nergens te zien. Bovenin de zandsteen zitten de stofresten van de meteoriet verdeeld tussen het fijne zand. De verklaringen voor de zandsteen verschillen. Stephan Gartner meent dat stormgolven de oorzaak zijn. Thor Hansen, Jody Bourgeois en ikzelf houden het op een reusachtige vloedgolf, een tsunami. Tsunami's (hoge vloedgolven als gevolg van aardbevingen) zijn vooral van Japan en Hawa bekend en kunnen daar enorme schade aanrichten. De hoogte van dergelijke golven kan bij de kust oplopen tot honderd meter. De tsunami in de rivier de Brazos moet volgens Bourgeois veel hoger geweest zijn, honderden meters wellicht, anders kan men de verplaatsing van het zand met daarin grote keien van wel twintig cm doorsnee niet verklaren.

BASALT

Alan Hildebrand heeft het idee opgepikt dat ergens in het Carabische gebied iets bijzonders aan de hand moet zijn geweest. Hij onderzocht op verschillende plaatsen de Krijt-Tertiair grens en kwam eerst tot de conclusie dat de grote inslag niet op het land maar in de oceaan plaatsgevonden zou moeten hebben. Tot dezelfde conclusie kwamen Warner ten Kate en ik al eerder, maar we dachten toen niet aan het Carabische gebied. De aardkorst onder de oceaan bestaat uit basalt. Basalt heeft als eigenschap dat er minder lanthaniden (zeldzame elementen als lanthaan, cerium, neodymium) inzitten dan in de korst van continenten. Het millimeterdunne Krijt-Tertiair kleilaagje, dat we nu beschouwen als het directe produkt van de meteorietinslag, heeft ook een laag gehalte aan deze lanthaniden. Als de meteoriet op een continent gevallen zou zijn, zou de concentratie lanthaniden groter moeten zijn. Maar we zullen verderop zien dat deze redenering inmiddels op losse schroeven staat. Inmiddels was bekend geworden dat een meteoriet-krater, bekend als de Manson-krater, vrijwel precies dezelfde ouderdom heeft als de Krijt-Tertiair grens. Deze inslagkrater in de staat Iowa was echter vrij klein, 30 km in doorsnee, en een dergelijke krater wordt op aarde gemiddeld elke 2 miljoen jaar gevormd. Te klein derhalve om de hoeveelheid meteorietstof van de Krijt-Tertiair grens te verklaren, maar wel groot genoeg en met de juiste samenstelling van de ondergrond, om de geschokte mineralen in de Krijt-Tertiair klei te verklaren. Zou de Manson-krater dan slechts een van de inslagkraters kunnen zijn? In 1989 vond Hildebrand op het Carabische eiland Hati weer dezelfde soort tektiet-achtige bolletjes op de Krijt-Tertiair grens, maar dan wel in grote hoeveelheden en groter dan elders: tot wel 1,5 cm in doorsnede. Toen dit bekend werd, zijn verschillende onderzoeksgroepen deze tektieten van Hati gaan onderzoeken. Steven d'Hondt keek eens naar monsters die vijf jaar eerder door Jim Zachos op Hati genomen waren voor een onderzoek naar zuurstof en koolstofisotopen in kalkskeletjes van plankton. D'Hondt's belangstelling ging uit naar resten van fossiel plankton, niet zozeer naar tektieten. Tot zijn verbazing vond hij echter in het uitgewassen materiaal tussen de planktonskeletjes stukjes donkergroen en geel glas, verstopt in een kleiig omhulsel. Zelfs op het eerste gezicht lijken deze stukjes verbazend veel op echte tektieten. Haraldur Sigurdsson, eenvulkanoloog van IJsland, kwam afgelopen jaar tot de conclusie dat deze stukjes niets met vulkanisch glas (obsidiaan) van doen hebben, maar identiek zijn aan echte tektieten (Nature, 11 feb. 1991). In september 1990 is een groep met een televisieploeg onder leiding van Robin Bates naar Hati gegaan. Er is toen een groot brok van de tektiet-houdende laag verzameld dat in handen kwam van Glen Izett, een mineraloog van de Amerikaanse geologische dienst. Deze vond de stukjes glas ook, en realiseerde zich direct de grote betekenis daarvan. Hij heeft sinds eind 1990 vele analyses laten uitvoeren op het glas, en de resultaten daarvan bevestigen het beeld dat deze tektieten de produkten van een grote inslag zijn.

KINETISCHE ENERGIE

Wat is er nu zo belangrijk aan tektieten? Tektieten bestaan uit puur glas, en varieren in grootte van twintig cm tot een tiende van een millimeter. Ze worden gevormd bij grote meteorietinslagen. Doordat de kinetische energie van de meteoriet wordt omgezet in warmte, smelt een gedeelte van het gesteente in de meteorietkrater. Het wordt vervolgens ver weg geslingerd en stolt tot glas. Typerend voor tektieten is de zuivere samenstelling. Er zitten geen kleine vuiltjes in, geen minuscule kristalletjes die in vulkanisch glas altijd wel voorkomen. Tektietglas is droog, kurkdroog, er zit nauwelijks water in. In vulkanisch glas zit altijd wel een paar promille water, meestal een paar procent. In tektieten zitten vaak wel wat luchtbellen. De luchtdruk in die luchtbellen is echter zo laag, dat de enige aannemelijke verklaring is dat ze uit de atmosfeer geslingerd zijn in vloeibare vorm, en daar gestold zijn. De vormen van de tektieten verraden nog het vloeien en het in de vlucht rondslingeren. De chemische samenstelling van tektieten weerspiegelt de samenstelling van de aardkorst van de plaats van inslag, niet de samenstelling van de ingeslagen meteoriet. De meteoriet zelf verdampt bijna helemaal door de omzetting van zijn kinetische energie naar warmte, die hij niet kwijt kan. Voor het overgrote deel verdwijnt de meteorietdamp van de plaats van inslag, en slaat fijn verdeeld over de hele aarde neer. Door de samenstelling van het tektietglas kunnen we zodoende al veel te weten komen over de plaats van inslag. Misschien verraadt het wel de plaats van inslag zelf. Dat laatste lijkt inderdaad het geval met de tektieten van Hati. De samenstelling van het tektietglas van Hati wijkt voor het grootste deel weinig af van dat van andere tektieten. Het is een goede weerspiegeling van de samenstelling van de aardkorst op een kontinent. Dat zegt weinig over de plaats van inslag. Maar een klein deel van de tektieten is geel van kleur, vol luchtbellen en van een afwijkende samenstelling. Deze zeldzame vorm is rijk aan calciumoxyde (CaO), soms tot wel 30%. Dat is nog nooit gevonden in andere tektieten, maar zou misschien wel te verklaren zijn als de meteoriet is ingeslagen in een gebied dat rijk is aan calcium, namelijk kalksteen. Kalksteen (CaCO), bestaat voor 40% uit calcium. Een ander belangrijk gegeven van het Hati-glas is de radiometrische ouderdom. Glen Izett heeft deze onlangs laten bepalen bij de Geological Survey in twee verschillende laboratoria (Denver en Menlo Park) via iets verschillende methoden ( CORPS SUPERIEUR KAN NIET KLEINER DAN 5 Ar- Ar). Deze ouderdom is of 65,0 0,4 miljoen jaar (Denver) of 64,4 0,4 miljoen jaar (Menlo Park). Ze zijn identiek aan de ouderdom van een vulkanische tuf iets boven de Krijt-Tertair grens van Hell Creek, Montana, die dezelfde laboratoria hebben bepaald. De Ar-Ar-methode geeft de ouderdom van de inslag aan. Er is ook een methode om achter de leeftijd van het gesteente te komen waar de tektiet vandaan komt, dus van de ouderdom van het door de meteoriet getroffen gebied. Dit zou ons weer wat verder kunnen brengen in de speurtocht naar de plaats van inslag. Deze methode is niet eenvoudig. Onder de eerder genoemde lanthaniden bevinden zich samarium (Sm) en neodymium (Nd). Een van de isotopen van samarium, Sm is radioactief en vervalt heel langzaam naar Nd. In 105 miljard jaar is de helft van Sm veranderd in Nd. Bij dit soort analyses is het gebruikelijk om het zogenaamde radiogene isotoop (Nd), waarvan er in de tijd telkens een beetje bijkomt, te vergelijken met een ander stabiel isotoop van hetzelfde element, in dit geval Nd, waarvan in de loop der tijd niets afgaat of bij komt. In de tektieten van Hati zit relatief veel van beide elementen, en daarom kan men de concentraties van hun isotopen met moderne massaspectrometers nauwkeurig meten. De lanthaniden zijn chemisch sterk verwant; de onderlinge verhoudingen blijven daarom grotendeels dezelfde gedurende allerlei geologische processen, ook het opsmelten tot tektietglas. Het is daarom te verwachten dat de verhouding Nd-Nd in het Hati-tektietglas hetzelfde is als van het gesteente van de plaats van inslag dat opgesmolten is door de meteorietinslag. De ouderdom van het gesteente van de plaats van inslag is echter niet direkt te meten, maar is weer afhankelijk van wat er met dat gesteente daarvoor is gebeurd. Dit doet men via een 'model' van de ontstaansgeschiedenis van dat gesteente. Van belang is wanneer in de geologische geschiedenis dat stuk van de aardkorst onstaan is uit de aardmantel. Uitgaande van het model dat dat gesteente afkomstig is van een deel van de aardmantel, de bovenste mantel, is het gesteente van de plaats van inslag ongeveer 1100 miljoen jaar oud. Gaat het model ervan uit dat het gesteente afkomstig is van de gehele aardmantel, dan is de ouderdom ongeveer 400 miljoen jaar. Dit lijkt een groot verschil, maar het brengt ons toch weer een stuk verder. We kunnen nu bijvoorbeeld de Manson-krater in Iowa als bron van het Hati-glas uitsluiten, omdat dit gebied nog veel ouder is dan 1100 miljoen jaar, ongeveer 2 miljard jaar.

YUCATAN

Waar is de meteoriet dan wel ingeslagen? Er is nu een mogelijke inslagkrater bekend op het schiereiland Yucatan in Mexico die lijkt te voldoen aan alle bovenstaande gegevens. Eind jaren zeventig was GlenPenfield als geoloog verbonden aan de staatsoliemaatschappij van Mexico, Pemex. Hij onderzocht toen het aardmagneetveld en het zwaartekrachtsveld. Hij stuitte op een merkwaardige afwijking in het aardmagneetveld in Yucatan, in de buurt van de stad Merida. Yucatan is vlak en verraadt weinig van dergelijke afwijkingen in het landschap. De magnetische afwijkingen bleken cirkelvormig te zijn. Ze vormen concentrische cirkels van 50, 180 en 210 kilometer doorsnee. In het middelpunt van de cirkel is de variatie van het magneetveld het grootst. De concentrische magnetische afwijkingen bleken samen te vallen met concentrische afwijkingen van het zwaartekrachtveld van de aarde. Deze afwijkingen waren wel bekend, maar werden toegeschreven aan een 'vulkanisch lichaam' dat was aangeboord op 1200 meter diepte en dat de naam kreeg van 'Merida andesiet veld'. Een dergelijk reusachtig vulkanisch lichaam zou bijzonder vreemd geweest zijn op deze plaats. Penfield veronderstelde daarom al in 1981 dat de geofysische structuren het beste met een grote meteorietinslag verklaard konden worden, omdat dergelijke structuren ook van de beroemde Manicouagan krater, in Quebec, Canada, bekend waren. Penfield dacht dat de krater iets ouder zou zijn dan de Krijt-Tertiair grens. Helaas werd het congres waar hij deze krater bekend maakte alleen door oliegeologen bezocht. Zijn verhaal is tot afgelopen jaar in de vergetelheid geraakt. De krater heeft inmiddels een naam, en is genoemd naar het vissersplaatsje Chicxulub, dat precies in het middelpunt van de concentrische cirkels ligt. De naam betekent in de taal van de Maya-indianen het 'achterwerk van de duivel'. Een betere naam is nauwelijks te bedenken. De hydroloog Kevin Pope bestudeerde vier jaar geleden, geheel onwetend van de Chicxulub-krater, LANDSAT-satellietfoto's van Yucatan. Hij was op zoek naar diepe zinkgaten die gevuld zijn met waterin het karstlandschap van het kalkplateau van Yucatan. Ze zijn bekend als cenote's. In deze cenote's zijn door de Maya's in de buurt van Chitzen Itza veel kostbare voorwerpen gegooid, die nu door duikers worden opgevist. Pope zag dat de cenote's in het noordwesten van Yucatan een bijna perfecte ring vormen, met een diameter van 200 km. Deze ring valt precies samen met de andere concentrische ringen rond Chicxulub. Dit verschijnsel hangt kennelijk samen met de verbrokkelingvan de ondergrond van Yucatan aan de rand van de krater. Begin jaren vijftig heeft Pemex een tiental boringen verricht in het noorden van Yucatan op jacht naar aardolie. Alle boorputten waren droog, en de interesse van Pemex naar dit gebied verdween al snel. Vier van deze boringen bevinden zich in de concentrische cirkels. Helaas is begin jaren tachtig het magazijn afgebrand waar deze boringen zich bevonden. Alan Hildebrand wist echter bij Pemex enkele monsters van zo'n boring los te peuteren. Op het jaarlijkse Lunar en Planetary Science congres in Houston afgelopen maart maakte hij bekend dat er in twee van die monsters stukken kwarts met schoklamellen zaten, identiek aan de geschokte kwarts uit het inslaglaagje. In het stuk 'andesiet' zitten geen geschokte mineralen, maar de mineralen die het stuk zitten, zijn chemisch gezien niet in evenwicht met elkaar. Dat is hoogst ongewoon in vulkanische andesiet, omdat in vloeibaar magma diep in de aardkorst meestal tijd genoeg is om een evenwichtssituatie te krijgen. Maar een smelt die bij een grote inslag ontstaat en in de krater achterblijft, zit vol met allerlei puin uit de ondergrond en die verschillende brokken hoeven niet met elkaar en de smelt in evenwicht te zijn. De andere monsters met geschokte kwarts komen uit een rommelige laag, bekend als breccie, vlak boven de inslagsmelt. Deze monsters uit die boring bevatten bovendien een aanwijzing voor de ouderdom van de krater. Penfield veronderstelde aanvankelijk dat de krater ouder zou zijn dan de Krijt-Tertiar grens op grond van paleontologische gegevens van die boorkernen. Het nieuwe onderzoek leverde een ander resultaat. De fossielen van de lagen die de krater vullen, zijn voor het grootste deel van Krijt-ouderdom, maar ze zijn gemengd met Tertiaire fossielen. Ze moeten eerder over het hoofd gezien zijn.

BASALTISCHE KORST

Er blijkt dus nu een gigantische meteorietkrater te zijn in de ondergrond van Yucatan, en met 210 km doorsnee is deze veruit de grootste op aarde. Maar is dit nu de gezochte krater? Alan Hildebrand dacht eerder dat de gezochte krater vlak ten noorden van Colombia in zee moest liggen. Dit op grond van geofysische gegevens, die op een diepe depressie wezen. Dat zou echter op een oceanische, basaltische korst geweest zijn, en dat is nu niet meer zo aannnemelijk. De samenstelling van de tektieten gevonden op Hati wijst niet op een basaltische korst. In basalt komt kwarts niet voor, en daarom kan de geschokte kwarts daar moeilijk vandaan komen. De lage concentratie lanthaniden in de inslaglaag kan nu verklaard worden door verwering. Het kleiige omhulsel van de tektieten op Hati heeft nog precies de vorm van de tektieten, maar het gehalte aan lanthaniden is veel lager geworden. De ondergrond van de Chicxulubkrater klopt wel met de gegevens. Het hoge calciumgehalte van het Hati-glas liet zien dat de inslag op kalksteen had plaats gevonden. Het noorden van Yucatan is als sinds het Onder-Krijt, 100 miljoen jaar geleden, een gebied waar kalkafzettingplaats heeft gevonden. De kalkafzetting is van het type dat gevormd wordt even onder de waterspiegel, zoals koraalriffen, en in het gebied zijn ook zouten afgezet als gips en anhydriet, in lagunes achter koraalriffen. Toen de meteoriet neerkwam was er in noordwest Yucatan een 2 tot 3 kilometer dikke kalksteenlaag. De eerder genoemde Nd-Nd verhouding van het Hati-glas klopt wonderwel met de ouderdom van dat gedeelte van de aardkorst van Mexico. Deze is in dat gebied niet meer dan 1 miljard jaar oud. Vloedgolven Een meteorietinslag die een 210 km grote krater produceert, zal enorme vloedgolven hebben opgeworpen in de Golf van Mexico. De meteoriet is weliswaar vlak naast zee ingeslagen, maar honderden kubieke kilometer gesteente kwamen er toch in terecht. De grove zanden in de Brazos-rivier in Texas, aan de overkant van de Golf van Mexico, zijn er de gevolgen van. Walter Alvarez speurde september 1990 in boorkernen van het Deep Sea Drilling Project die in 1983 in de Golf van Mexico genomen waren. Twee van deze kernen, nummers 536 en 540, gingen door de Krijt-Tertiair grens heen. Toen ze voor de eerste keer onderzocht werden dacht men dat deze boorkernen toch incompleet waren op de Krijt-Tertiair grens en daarom niet van belang voor verder onderzoek. In beide kernen vond Alvarez echter een dikke laag grof zand. Na nauwkeurig onderzoek bleek dit zand precies tegelijk met de zandlaag in de Brazos-rivier te zijn afgezet, waarschijnlijk als gevolg van dezelfde vloedgolven. Vruchteloos zoeken Het oosten van Mexico, in de uitlopers van de Sierra Madre Oriental, ligt betrekkelijk dichtbij Yucatan en de plaats van inslag. Onze expeditie was hier op zoek gegaan naar meer bewijzen van de vloedgolf en mogelijke uitwerpselen van de Chicxulub krater. Na een aantal dagen vruchteloos zoeken besloten we dus die laatste middag naar de Arroyo de Mimbral te gaan aan de rand van de Sierra Madre, waar ook zo'n zandsteenlaag beschreven was. In een bocht van die rivier kwam de Krijt-Tertiair grens tevoorschijn, en met enige opwinding klommen we de rivieroever op, naar een van veraf zichtbare drie meter dikke zandsteenlaag. Dit was duidelijk geen gewone zandsteenlaag. Afgaande op de structuren in de zandsteen moeten hierop de zeebodem sterke stromen aan het werk geweest zijn. Maar 65 miljoen jaar geleden was de zee hier meer dan 400 meter diep. Golven die op zo'n diepte de bodem van de zee nog beroeren moeten werkelijk kolossaal geweest zijn. Onderin de zandsteenlaag zaten inderdaad de uitwerpselen van Chicxulub: miljarden tektieten, identiek aan de tektieten die in Hati waren gevonden. De meeste zijn omgezet in andere mineralen, maar enkele bevatten nog tektietglas. Er tussendoor zitten stukjes geschokte kwarts. De conclusie lijkt onontkoombaar - de zandsteen moet door een grote meteorietinslag veroorzaakt zijn. De Mimbral zandsteen bevat een schat aan gegevens over het inslagproces. We kunnen het verloop van alle gebeurtenissen volgen. De onderste lagen zitten meestal vol met ontelbare tektieten, vaak veranderd in het mineraal calciet, puur CaCO. Als het oorspronkelijke tektietglas zo rijk is aan calcium, dan is omzetting naar calciet eigenlijk voor de hand liggend. De inslag heeft het gesmolten materiaal ver weggeslingerd, en dat materiaal komt kennelijk als eerste, binnen een half uur, op de zeebodem terecht als tektieten. De vloedgolven in de Golf van Mexico komen even later aan en verstoren de zeebodem met de erop gevallen tektieten. Deze vloedgolven weerkaatsen in de Golf van Mexico en er zal een soort staande golf in de Golf van Mexico zijn onstaan. Volgens Peter Weigel, een ingenieur die vloedgolven van aardbevingen bestudeerd heeft, zullen de golfpieken tussen de drie tot zes uur van de ene kant van de Golf naar de andere kant weerkaatsen. Je kan je voorstellen dat de ondiepe zeeen aan de rand van de Golf als in de tijd van Mozes om de drie uur leeglopen en weer vollopen! (Sandro Montanari heeft de zandsteen dan ook Mozes-laag gedoopt). Het fijne materiaal van de inslag, evenals het verdampte materiaal van de meteoriet zelf, dwarrelt nog later naar beneden, als de vloedgolven alweer gedempt zijn. De opgewervelde modder in de zee is dan nog aan het uitzakken en tussen die modder in de top van de zandsteenlaag vinden we de sporen iridium terug. Niet in een dunne laag, zoals in de rest van de wereld, maar wat meer verspreid. Als alle opgewervelde modder op de zeebodem tot rust is gekomen, dan komt het normale rivierslib weer laagje voor laagje, net als daarvoor, op de zeebodem terecht en bedekt langzaam de vloedgolflaag. Maar in dat slib komen de oude planktonvormen niet meer voor. Ze zijn verdwenen, uitgestorven. Een paar centimeter hogerop zien we de eerste nieuwe vormen van plankton verschijnen. Aanvankelijk klein en primitief, maar al gauw worden ze groter en lijken dan op het moderne plankton.

SUEVIET

Is het raadsel nu opgelost? Voor een deel misschien, maar er is altijd wel een duiveltje in het paradijs. Onlangs kwam er nog een grote inslagkrater op de Krijt-Tertiair grens bij! Al Deino van het geochronologisch laboratorium in Berkeley kreeg van de NASA een stuk glas in handen dat gevonden was in het midden van Siberie. Dit glas, sueviet genaamd, kwam uit een grote meteorietkrater, de Popigay-krater. Deze krater is groot, 100 km in doorsnee, en zou een ouderdom hebben van 35 miljoen jaar. Al Deino voerde een ouderdomsbepaling uit van het glas via een nieuwe methode, 'stepwise heating Ar-Ar', vergelijkbaar met de methode gebruikt voor het tektietglas. Toen bleek dat de ouderdom eveneens 65.2 miljoen jaar was, binnen de meetfout precies even oud als de Krijt-Tertiair grens! Hoe is dat nu te verklaren? Piet Hut, een Nederlandse astronoom die zich al vaker had beziggehouden met de inslagtheorie, nam aan dat alledrie de kraters van de Krijt-Tertiair grens, Chicxulub, Popigay enManson, tegelijk ontstaan zijn. Astronomisch is daar maar een aanvaardbare verklaring voor: het hemellichaam (vermoedelijk een komeet die los aan elkaar zit) moet in verschillende brokken gebroken zijn voor hij de aarde raakte. Als het lichaam in stukken breekt vlak voordat het de aarde raakt dan zouden alle kraters dicht bij elkaar moeten liggen. Dat is niet het geval. Als de komeet opbreekt ver voordat hij de aarde raakt, dan kunnen de brokken verder uit elkaar gaan, maar niet te ver, anders missen de meeste de aarde. Waargenomen kometen breken vaak in stukken als ze dichtbij de zon komen. Maar om werkelijk in grote stukken uiteen te vallen, moet een dergelijke reuzekomeet heel dicht langs de zon zijn gegaan voor dat de stukken de aarde raken. Deze theorie kan men falsifieren en heeft enkele opmerkelijke consequenties. Voor een waarnemer op aarde zou de komeet schijnbaar vanuit de zon komen, en dat betekent dat de zwerm brokken op de daglicht-zijde van de aarde neerkomt. Als een van de drie kraters buiten hetzelfde halfrond van de aarde valt, dan is het hele verhaal niet waar. Ze vallen echter alle drie binnen een halfrond. De Popigay-krater bevindt zich bovendien boven de toenmalige poolcirkel. Dat betekent dat het zomer moet zijn geweest op het noordelijk halfrond toen de zwerm komeetbrokken in vol daglicht naar beneden kwam. Piet Hut kon zich een tijd geleden niet voorstellen dat hij nog eens serieus op een congres zou ingaan op de vraag op welk moment van de dag en op welk seizoen de Krijt-Tertiair meteoriet gevallen zou zijn. Op een mooie zomerdag...

UITSTERVEN

We weten nu dat er een meteoriet gevallen is, maar nog niet hoe het uitsterven in zijn werk is gegaan. Sommigen zetten zelfs nog vraagtekens bij de koppeling inslag-uitsterven en wijzen erop dat soorten al voor de inslag verdwijnen. Zo denken veel paleontologen nog steeds dat de dinosauriers al lange tijd op de terugtocht waren toen de meteoriet viel. Zij zien de inslag hooguit als een soort 'coup de grace', een genadeslag voor de dinosauriers, maar niet als voornaamsteoorzaak. Peter Sheehan vond het de moeite waard achter die vermeende langzame achteruitgang te gaan. Hij heeft een groep vrijwilligers ingezet om dinosaurus-botten te vinden in fluviatiele afzettingen van de laatste drie miljoen jaar van het Krijt. Meer dan 16.000 skeletdelen werden gevonden en hun vindplaats nauwkeurig vastgesteld. De resultaten werden met een computer bewerkt, en toen bleek er van een statistisch significante afname geen sprake - het aantal soorten en het aantal resten bleef gelijk tot aan de laag met meteorietstof. De eerder gesignaleerde geleidelijke afname van dinosaurier-soorten bleek dus op niets te berusten. Dat lijkt veroorzaakt door de wijze van verzamelen, men was vroeger meer genteresseerd in hele museum-exemplaren, dan in losse resten, maar je krijgt dan wel een vertekend beeld. Op het land vindt na het verdwijnen van de dinosauriers een buitengewoon snelle ontwikkeling plaats van de nieuwe zoogdieren, afstammelingen van dieren die de inslag overleefd hebben, zoals het oer-hoefdier Protungulatum. We zien de razendsnelle herovering van de zee door het plankton. Dergelijke snelle veranderingen zijn alleen maar te verklaren als een zogenaamde adaptieve radiatie. Als zo'n radiatie zo massaal gaat kan dat alleen als de bestaande ecosystemen vernietigd zijn. Temperatuurstijging Wat is de oorzaak van die vernietiging? De tien jaar geleden geopperde maandenlange duisternis als gevolg van door de inslag opgeworpen stofwolken kan tot een ineenstorten van de voedselketen leiden, zeker als dat in de zomer plaatsvindt. Modelleurs kwamen toen met een scenario dat we het 'nucleaire winter' scenario noemen. De gevolgen van een nucleaire oorlog of een grote meteorietinslag zouden volgens deze modellen leiden tot verlaagde temperaturen, misschien wel een ijstijd. Maar dat is niet wat we waarnemen. Eerder was gespeculeerd over een sterke temperatuurstijging door een uit de hand gelopen broeikaseffect. De verklaringen daarvoor verschilden destijds (vulkanisme werd het meeste genoemd), maar de gesuggereerde oorzaak was dezelfde: grote hoeveelheden CO in de atmosfeer. De hogere temperaturen hebben we op de Vrije Universiteit kunnen meten. Gerald Ganssen kon met zijn massa-spectrometer de zuurstof isotopen O en O bepalen in plankton skeletmateriaal, dat nog leefde vlak na de meteorietsinslag in de zee aan de zuidrand van Spanje. Een klein deel van het plankton heeft het gelukkig overleefd, anders was er van enig herstel geen sprake geweest. In het skelet van de 'overlevenden' zit relatief veel O. Zoveel, dat het waarschijnlijk betekent dat de temperatuur van de oppervlakte van de zee na de inslag ongeveer tien graden warmer moet zijn geweest dan voor de inslag. Dat klopt prachtig met het feit dat de inslag op Yucatan op een dikke laag kalksteen heeft plaatsgevonden. Kalksteen, CaCO bestaat immers voor 44% uit CO! Volgens modellen van John O'Keefe en Thomas Ahrens (Nature, maart 1989) kan er bij de inslag van een komeet van 10 km doorsnee, op een kalksteenlaag van 4 km dikte, 8 . 10 gram CO zijn vrijgekomen. Dat is ruim tien maal zoveel als alle CO in de huidige atmosfeer! Het belang van een dergelijke gebeurtenis voor de geschiedenis van het leven op aarde kan misschien het beste gellustreerd worden door het feit dat al in die allereerste radiatie van de zoogdieren na het uitsterven van de dinosauriers, de eerste vertegenwoordigers van onze eigen stam, de primaten tevoorschijn kwamen. Zonder inslag geen uitsterven. Zonder uitsterven geen nieuwe zoogdieren. Zonder nieuwe zoogdieren geen nieuwe primaten, en dan zouden wij, mensen, er ook niet geweest zijn.

Afbeeldingen: 1) Ontwikkelingen van het plankton, in dit geval planktonische foraminiferen met een kalkskeletje, voor, tijdens en na de inslag. Aan de linkerzijde is op een kolom schematisch het soort gesteente weergegeven, meest diepzeemergel en kalksteen. De linker grafieken geven de frekwentie van de oude, uitstervende soorten weer. In het midden de ene opportunistische soort die ondergschikt was aan de andere, het overleeft, als daarom als eerste opbloeit, maar dan weer ondergeschikt wordt aan de nieuwe soorten. In de rechter grafieken zien we aanvankelijk de opportinistische soorten, die bijna net zo snel weer verdwijnen als ze verschijnen. Iets later verschijnen de nieuwe stabielere soorten.

2) Reconstructie van de geografie van het Carabische gebied, 60 miljoen jaar geleden. De dikke lijnen met tanden geven de plaatgrenzen weer. Een deel van de pacifische plaat dringt door in het Carabische gebied. Cuba ontstaat in die tijd door de botsing van de rand van die plaat met de Florida-Bahama landtong, dat toen nog een aaneengesloten gebied was. Hati (Beloc) lag toen nog dichtbij Yucatan, en is sindsdien veel verder naar het oosten geschoven. De nieuw-ontdekte Chicxulub-krater is op ware grootte weergegeven. Alle vindplaatsen met vloedgolf afzettingen bevinden zich rondom de Chicxulub krater, vooral rond de Golf van Mexico. De meest spectaculaire van deze afzettingen ligt nabij Tampico, Mexico.

3) Dunne doorsnede van een Kristallijn bolletje van de Krijt-Tertiair inslaglaag van Spanje. De kristallen die als ijsbloemen in het oorspronkelijke glas zijn gegroeid, zijn te zien als donkere veren.

4) Kwarts kristal met schok-lamellen. Krijt Tertiair grens van Montana, USA

5) Tektieten van de Krijt Tertiair grens, van boring nr 605 van het Deep Sea Drilling Project. Foto Th.M.G. van Kempen, VU.

6) Vindplaatsen van iridium, tektieten en inslagkraters op een reconstructie van de geografie van de aarde 65 miljoen jaar geleden. De tektieten zijn alleen rond Noord-Amerika gevonden, iridium in de gehele wereld. Donkere arcering is oceaanbodem die de laatste 65 miljoen jaar verdwenen is in diepzee troggen.

7) Elektronen-microscoop foto's van de glaskern van een tektiet van de Krijt Tertiair grens die gevonden is bij Beloc, Hati. (a) Het streepje is 0.1 millimeter lang. De oplossings holten zijn typerend voor verwering van tektietglas. (b) Vergelijkbare microtektiet uit de Indische oceaan van 0.7 miljoen jaar oud. Foto's Saskia Kars, VU.

8) Kleur-gecodeerde kaart van de afwijkingen van de zwaartekracht in Mexico. De blauwe kleuren geven een hoge, de geel-rode kleuren een lagere zwaartekracht aan. In het noord-west Yucatan is duidelijk de cirkelvormige omtrek te zien van de Chicxulub krater. De onderbreking aan de noordkant is kunstmatig en te wijten aan een gebrek aan meetpunten.

9) Locatie van de olieboringen van Pemex in Yucatan van begin jaren vijftig. Yucatan 6, Merida 4, Chicxulub 1 en Sacapuc 1 zijn alle middenin de Chicxulub-krater geboord tot in de inslagsmelt.

10) Oude interpretatie en schematische weergave van de Pemex-boringen in de Chicxulub krater. De ++ (plusjes) geven het 'andesietlichaam' aan, dat vermoedelijk de inslagsmelt is. De monsters van Yucatan 6 van vlakboven de 'andesiet', blijken niet 'Cretacico Superior' (boven Krijt) maar Tertiair. Een nieuwe interpretatie van deze boring zou er heel anders uitzien.

11) Sandro Montanari bij de schat van de Sierra Madre. De uitstekende zandsteen is de vloedgolf-afzetting van Mimbral, Mexico. Op borsthoogte van Sandro zit de laag met de tektieten. Op kniehoogte zijn de diepzeemergels te zien vlak onder de vloedgolflaag die nog alle oude plankton vormen bevatten. Bovenop het dunste zandsteenlaagje aan de top zitten vergelijkbare diepzeemergels, maar daar zit dat plankton niet meer in.

12) De aanwijzingen voor een 'broeikas aarde' vlak na de inslag. Links is in een kolom de sediment opeenvolging te zien van de Krijt-Tertiair grens in Zuid-Spanje. De tijd die verstreken is, is weergegeven in duizenden jaren. De piek in iridium valt samen met het twee millimeter dunne inslaglaagje. Vlak boven het inslaglaagje is te konstateren dat de zuurstof isotopen plotsklaps veranderd zijn. Vooral in het begin zal de temperatuur van de oceaanoppervlakte aanzienlijk gestegen zijn. Metingen G. Ganssen, VU