Mikä aiheutti viisi maailmanloppua?

23.04.2007

Tieteen suuret kysymykset, osa 6:
Artikkelisarjassa kerrotaan ilmiöistä, joiden selittäminen on nykytieteellekin haaste.

Teksti: Eeva Mäkelä

Kuuluisan dinosaurusten joukko-tuhon lisäksi elämän historiaa on
ravistellut neljä muuta katastrofaalista sukupuuttoaaltoa.
Tutkijat kiistelevät niiden syistä yhä.

Julkaistu Tiede-lehdessä 4/2007

Maapallo 65 miljoonaa vuotta sitten. Liitukauden viimeisen päivän taivas syttyy palamaan, ja Keski-Amerikan Jukatanin niemimaalle jysähtää halkaisijaltaan kymmenkilometrinen, tulinen järkäle. Maa järähtelee, rannikot hukkuvat valtaviin tsunameihin. Tyrmistynyt tyrannosaurus jolkottaa edestakaisin yrittäen paeta palavien kivien kuurosadetta. Kasvillisuus sen ja muiden yllättyneiden eläinten ympärillä leimahtaa liekkeihin. Roihu leviää rivakasti yli koko mantereen, ja noki mustaa taivaan, jota jo pimensivät törmäyksessä ilmakehään sinkoutuneet kivihöyry ja pöly.

Valottomuus jatkuu vuosikausia. Yhteyttäminen estyy. Koloissaan kivitykseltä ja paahtumiselta säästyneitä pikkuotuksia koettelee kylmyys ja ankara nälänhätä. Eikä elämää helpota akkuhapoksi muuttunut sadevesi, joka myrkyttää maaperän ja vesistöt.

Sen jälkeen, kun Jukatanin niemimaalta 1990-luvulla löytynyt Chicxulubin kraatteri yhdistettiin dinosaurusten sukupuuttoon, useimmat tutkijat ovat olleet vakuuttuneita syyllisestä. Tästä innostuneina osa on arvellut myös muiden joukkotuhojen tappajan tulleen taivaalta.

Taivas putosi, mutta joidenkin mielestä vaikutus jäi lieväksi

Edellä kuvailtu, monien tutkijoiden kannattama käsitys dinosaurusten viime hetkistä sopisi hurjuudessaan katastrofielokuvaksi, mutta uusimpien tutkimustulosten valossa meteoriitti-isku näyttää vähemmän dramaattiselta.

Mahtoiko törmäys aiheuttaa lainkaan maailmanlaajuisia ympäristömuutoksia? Näin epäilee brittiläisen Plymouthin yliopiston geologi Richard Twitchett viimevuotisessa alan nykykäsityksiä kartoittaneessa katsauksessaan Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology -lehdessä.

Kysyn Twitchettin päätelmästä sähköpostitse. "Meteoriitin ja joukkotuhon välinen yhteys on parhaimmillaankin hatara", hän kiteyttää. "Uudet tutkimustulokset haastavat kaikki mahdolliset törmäykseen liittyvät sukupuuton syyt."

Ensiksikin numeerisen ilmakehänmallinnuksen tulokset viittaavat siihen, ettei liitukauden lopun rysäyksen nostattama pölymäärä olisi riittänyt peittämään aurinkoa ja estämään yhteyttämistä. Oletettu ilmaston viileneminenkin vaikuttaa liioitellulta.

Myös mannertenlaajuiset metsäpalot ovat epätodennäköisiä. Liitukauden ja sitä seuranneen paleogeenikauden rajalta ei nimittäin ole löytynyt sen runsaammin palojen merkkejä kuin sitä edeltävältä tai sen jälkeiseltä ajalta.

Tsunamien jäljetkin on uusissa tulkinnoissa todettu vähemmän dramaattisen vedenpinnannousun merkeiksi.
Tuskin happosadekaan lankesi koko maapallolle, mallintajat laskevat. Myös happamoitumiselle herkkien sammakoiden ja salamanterien sekä kylmänarkojen krokotiilien selviytyminen puhuu lievemmän tulkinnan puolesta.

Pääsyynä purkaukset, meteoriitti vain armonisku?

Meteoriitti ei ollut ainoa dinosaurusten kokema kolaus. Sen lisäksi liitukauden lopulla sattui jotakin paljon harvinaisempaa. Intian Deccanissa nykyisen Mumbain itäpuolella maankuori ratkesi, ja halkeamista pursui laavaa runsaan kahden kilometrin paksuiseksi kerrokseksi. Sitä riitti Espanjan kokoiselle eli yli 500 000 neliökilometrin laajuiselle alueelle.

Mikroskooppiset fossiilit tukevat purkausteoriaa

Purkausten merkitystä korostaa myös yhdysvaltalaisen Princetonin yliopiston geotieteiden professori Gerta Keller. Liitukauden lopun joukkotuhoon yhdistetty Chicxulubin kraatteri ei hänen tulkintansa mukaan liity tähän katastrofiin lainkaan, vaan Jukatanin niemimaa sai kuuluisan osuman jo 300 000 vuotta varhaisemmin. Liitukausi päättyi vasta toiseen jysäykseen, ja ennen sitä laavapurkaukset tekivät tuhojaan.

Kellerin näkemys perustuu liitu- ja paleogeenikausien rajan kerrostumiin, joissa erottuu kaksi meteoriitin jälkiä sisältävää kerrosta. Keller on tutkinut fossiilistuneita huokoseläimiä, yksisoluisia merieliöitä. Hän toteaa, ettei ensimmäinen törmäys näytä juuri hetkauttaneen huokoseläinten yhteisöä, mutta sen sijaan jokainen laakiopurkauspulssi notkahdutti lajirunsautta. Vasta toisen meteoriitti-iskun yhteydessä, aivan liitu- ja paleogeenikausien rajalla, monet hiljalleen harvinaisiksi käyneet huokoseläinlajit katosivat.

Meteoriittikerrosten välisestä sedimenttikivestä Kellerin tutkimusryhmä on myös löytänyt pohjaeläinten kaivujälkiä, jotka osoittavat sedimentin kerrostuneen kaikessa rauhassa.

Vastustajat, etunenässä hollantilaisgeologi Jan Smit Amsterdamin yliopistosta, kuitenkin kiistävät Kellerin esittämät todisteet. He pitävät kerrostumia meteoriitin aiheuttaman tsunamin kasaamina ja pysyvät kannassaan yhdestä tuhoisasta tärskystä.

Tyrmäys taivaalta liitukaudella todennäköisin

Kellerin, Chenet’n ja eräiden muiden epäilyksistä huolimatta dinosaurusten tapaus on tutkijoiden enemmistön mielestä selvä. Intomielisimmätkin purkausteorian kannattajat myöntävät, että liitu- ja paleogeenikausien rajan kerrostumiin on selvästi painunut meteoriitin sormenjälki. Mutta onko mitään keinoa lopullisesti varmentaa, oliko järkäle pääsyyllinen joukkotuhoon?

Johtolankoja kertyy koko ajan lisää. Silti voi olla, ettei lopullista varmuutta koskaan saada. Kirjassaan Catastrophes and Lesser Calamities brittiläisen Birminghamin yliopiston geologian emeritusprofessori Tony Hallam muistuttaa, että parhaimmillaankin joukkotuho pystytään ajoittamaan vain kymmenientuhansien vuosien ja aivan poikkeustapauksessa muutaman tuhannen vuoden tarkkuudella. Meteoriitin vaikutukset puolestaan mahtuivat päiviin, kuukausiin ja vuosiin. Siksi törmäyksen osuutta joukkotuhoon on mahdotonta todentaa geologisista johtolangoista.

Voiko sitten mitenkään saada selville, millaisia ympäristövaikutuksia taivaallisella täräyksellä oli? Richard Twitchett ehdottaa ratkaisuksi, että tutkittaisiin sellaista meteoriittikraatteria, jonka synnyn aikaan ei sattunut suuria laavapurkauksia. Näin törmäyksen seuraukset näkyisivät mahdollisimman erillisinä.

Elämä on kuitenkin sietänyt useimmat meteoriitti-iskut

Entä muut joukkotuhot kuin dinosaurusten tapaus? Saako kosminen osuma elämän aina polvilleen?
Massasukupuutoille on tarjottu milloin mitäkin yhteistä syytä meteoriiteista ja kosmisesta säteilystä laavapurkauksiin ja meren pinnan vaihteluihin. Nykytiedon perusteella ei kuitenkaan ole syytä niputtaa kaikkia joukkotuhoja yhteen, tutkijat toteavat.

600 miljoonan viime vuoden aikana maapalloon on törmännyt ainakin 60 yli viisikilometristä meteoriittia. Joukkotuhoja on sattunut paljon harvemmin, joten useimmiten elämä on sinnitellyt eteenpäin iskusta huolimatta.

Sitä paitsi elämän historian neljän muun suurimman joukkotuhon (ks. viereinen sivu) ajalta ei ole löydetty tutkijoiden enemmistöä vakuuttavaa todistusaineistoa kosmisesta osumasta, vaikka asiaa on tutkittu kiivaasti jo yli 20 vuotta.

Meteoriitti-innostus, jota Chicxulubin kraatterin löytyminen viime vuosikymmenellä lietsoi, onkin vaihtunut epäilyyn. Joukkotuhojen aikaisten kerrostumien johtolangat on viime vuosina voitu yhä vakuuttavammin punoa tarinaksi aivan maallisesta ympäristökatastrofista.

Voimakas ilmastonmuutos saattaa olla yleisin tuhon syy

Richard Twitchett uskoo, että useimmiten massasukupuuttojen taustalla vaikuttaa nopea ilmastonmuutos. Sen suunta ja syy vaihtelevat.

Permin ja triaksen joukkotuhojen aikaiset johtolangat viittaavat vahvasti ilmaston lämpenemiseen, joka johtui laakiopurkauksista ja kasvihuonekaasuista. Myös liitukauden lopussa koettiin lämpenemistä ja massiivisia laavapurkauksia.

Sen sijaan ordoviikkikauden lopulla monista lajeista teki historiaa lyhyt mutta ankara jääkausi. Loput vei jäätiköitymistä seurannut lämpenemisvaihe.

Myöhäisdevonikauden ilmastonmuutoksen suunnasta ei toistaiseksi ole yksimielisyyttä. Toiset tutkimukset viittaavat voimakkaaseen lämpenemiseen, toiset taas kylmenemiseen. Joka tapauksessa devonikauden lopulla valtameret kärsivät happikadosta, joka selittyy yhtä lailla molemmilla. Viileneminen vilkastuttaa valtamerten kiertoa, tuo lisää ravinteita ja voi johtaa rehevöitymiseen. Tämä aiheuttaa hapen puutetta samoin kuin lämpenemisen aikaansaama kierron hidastuminenkin.

Permin superkasvihuone sekoitti maapallon ilmaston

Dinosaurusten tuho on ehkä massasukupuutoista kuuluisin muttei massiivisin. Pahin katastrofi koettiin permikauden lopussa noin 250 miljoonaa vuotta sitten. Silloin raju ilmastonmuutos syöksi elämän sen kaikkien aikojen syvimpään kriisiin, jonka jälkeen eläin- ja kasvikunta kitkuttelivat puoli miljoonaa vuotta täydellisen sukupuuton partaalla.

Viime vuosina eri puolilta maailmaa kertyneet johtolangat kertovat permikautisesta hiilidioksidipitoisuuden ja lämpötilan noususta, happipitoisuuden romahtamisesta ja rikkibakteerien valtaamista hapettomista meristä.

Joukkotuho syntyi kotoperäisistä aineksista, korosti yhdysvaltalaisen Washingtonin yliopiston paleontologian professori Peter D. Ward Scientific American -lehdessä viime lokakuussa.

Myös triaskauden lopusta on löydetty samanlaisia merkkejä. Vasta toipumassa olleen Maan ilmasto nähtävästi suistui jälleen raiteiltaan.

Katastrofi alkoi massiivisista laakiopurkauksista. Vähän ennen permikauden loppua Siperiassa Baikalin ja Uralin väliselle alueelle pursui 3-5 miljoonaa kuutiokilometriä laavaa, arvioivat brittiläisen Leicesterin yliopiston geologit Marc Reichow ja Andy Saunders. Peräkkäisistä purkauksista muodostunut paikoitellen neljän kilometrin korkuinen laavaylänkö peittää nykyäänkin Manner-Euroopan kokoisen alueen. Ilmakehään tupruavat kasvihuonekaasut saivat maapallon keskilämpötilan nousuun.

Hiiltä vapautui enemmän kuin tulivuoret puhkuisivat

Permin joukkotuhon vaiheille ajoittuu myös heilahdus hiilen isotooppisuhteessa. Hiilen C-12- ja C-13-isotooppien suhdekäyrä pullistuu voimakkaasti kevyemmän C-12-isotoopin suuntaan.

Tavallisesti C-12-pulssit kielivät tuliperäisestä aktiivisuudesta tai suuresta joukkotuhosta. Tulivuoret tupruttavat ilmakehään etupäässä kevyttä hiiltä, jota myös kasvit yhteyttäessään suosivat. Eliöihin siis sitoutuu voittopuolisesti kevyempää hiili-isotooppia, jonka ne vievät mukanaan hautaan.

Permikauden lopussa sekä tuliperäinen aktiivisuus että kuolleisuus todella olivat huipussaan. Kuitenkin ne riittäisivät yhdessäkin selittämään vain kaksi viidesosaa kevyen hiilen pulssista, vaikka oletettaisiin että kaikki maapallon eliöt kuopattiin kerralla, kirjoitti brittiläisen Bristolin yliopiston paleontologian professori Michael Benton New Scientistissa vuonna 2003.

Mistä sitten loput kolme viidesosaa kevyestä hiilestä voi olla peräisin?

Mannerjalustojen kaasuhydraateissa on vesimassojen paineen alla pakastuneena valtavat määrät metaania, joka sisältää pääosin kevyttä hiiltä. Metaanin vapautuminen veteen ja ilmakehään riittäisi tuottamaan hiili-isotooppisuhteessa havaitun mullistuksen.

Tutkijat uumoilevat, että massiiviset laavapurkaukset tai niistä tulevien kasvihuonekaasujen vaikutukset sulattivat metaanihydraatit ja käynnistivät metaaniryöpsähdyksen. Ilmakehässä metaani voimisti kasvihuoneilmiötä ja hiilidioksidiksi hapettuessaan söi merten ja ilmakehän happivarantoa. Kun lämpeneminen kiihtyi, laukesi uusi metaaniryöppy, ja niin edelleen.

Hapettomassa meressä viihtyivät enää rikkibakteerit

Kaikesta päätellen maapallo joutui permikauden lopulla itseään ruokkivaan ilmastolliseen syöksykierteeseen. Keskilämpötila hyppäsi noin kuusi astetta.

Meressä syntyi happikatoa, koska happea liukenee sitä vähemmän, mitä lämpimämpää vesi on. Tilannetta pahensi valtameren kierron hiipuminen: pinnan lämpeneminen ja napojen ja päiväntasaajan lämpöeron pieneneminen laiskisti virtausta jättiläismanner Pangaian ympäri. Laajoilla alueilla syvänteet jäivät hapettomiksi, ja rikkivetyä tuottavat mikrobit syrjäyttivät happea vaativat pohjaeliöt.

Rikkivedyn kertyminen laajensi hapettomuusvyöhykettä pintaa kohti. Lopulta kaikki happea hengittävät eliöt tukehtuivat. Mädän kananmunan hajuisessa myrkkyliemessä porskuttivat enää rikkibakteerit. Niistä itsestään ei jäänyt fossiileja, mutta niille tunnusomaiset molekyylit ovat säilyneet kivissä.

Maaeläimiä koettelivat rikkivety ja hapen niukkuus

Samaan aikaan maalla juurellisten kasvien joukkokuolema kiihdytti eroosiota ja maaperän huuhtoutumista. Miksi? Normaalistihan kasvit nauttivat hiilidioksidipitoisuuden noususta.

Puuttuva linkki meressä ja maalla tapahtuvien kuolemien välille löytyi rikkivedystä. Vuonna 2005 yhdysvaltalaisen Pennsylvanian osavaltionyliopiston geotieteiden professori Lee R. Kump äkkäsi, että merestä ilmakehään kupliessaan tämä kaasu tappaa tehokkaasti myös maalla.

Mutta kohoaisiko merestä riittävästi rikkivetyä ilmakehään, jotta sekin myrkyttyisi? Sopivissa tuuli- ja ravinneoloissa kyllä, osoittavat Kumpin tutkimusryhmän laskelmat.

Maalla eläimet haukkoivat henkeään toisestakin syystä. Permikauden lopulla ilmakehän happipitoisuus oli romahtanut kauden alun 30 prosentin huippulukemasta 16 prosenttiin ja laski edelleen. Yhtäaikainen ilmaston lämpeneminen pahensi tilannetta, sillä lämpö vilkastutti eliöiden aineenvaihduntaa, mikä kasvatti hapen tarvetta.

Permiä seuranneen triaskauden alussa ilma oli merenpinnan tasossa yhtä ohutta kuin nykymaapallolla viiden kilometrin korkeudessa, arvioi Peter D. Ward yhdessä biologi Raymond Hueyn kanssa Science-lehdessä vuonna 2005. Jo meren korkeudessa oleskelu vastasi rasitukseltaan vuorikiipeilijän ponnistuksia. Pangaian jokainen mäki nousi ylittämättömäksi muuriksi.

Happivaje sekä sen aiheuttama eliöpopulaatioiden pirstoutuminen ja eristyminen pahensivat kaikkien aikojen suurinta joukkotuhoa, Ward ja Huey uskovat.

Pitäisikö permikauden kasvihuoneesta ottaa opiksi?

Permikauden tuho näyttää kertovan maailmanlaajuisesta ympäristön luhistumisesta. Tilannetta korjaavat mekanismit, kuten hiilen kertyminen sedimentteihin ja sedimenttikiviin, laahasivat satojatuhansia vuosia perässä.
Alkaa mietityttää, kuinka paljon lämpenemistä Maa kestää ja missä vaiheessa kasvihuoneilmiö karkaa käsistä.

Nykyinen päästötahti ylittää runsaasti permikautisen hiilidioksidipitoisuuden kasvunopeuden. Onneksi sentään olemme vielä kaukana permikauden lopun kahdeksankertaisista pitoisuuslukemista. Tätä menoa saatamme kuitenkin yltää valtamerten happikatoa aiheuttavalle pitoisuustasolle vuoden 2200 tienoilla, laskee Peter D. Ward.

Kuinka pitkä matka happikadon alkamisesta sitten on tappajakasvihuoneeseen? Ward toivoo, ettei ihmiskunnan tarvitse nähdä sitä omin silmin.

Eeva Mäkelä on Saksassa asuva filosofian tohtori, geologi ja vapaa toimittaja.

Tieteen suuret kysymykset -sarjassa aiemmin:
Milloin maailmankaikkeus syntyi?, 1/2006, s. 34-39.
Millaista on Maan ytimessä?, 3/2006, s. 42-47.
Miten yhdestä solusta voi tulla uusi kasvi?, 4/2006, s. 28-31.
Painovoima hanskassa mutta hakusessa, 7/2006, s. 26-32.
Mitä on tietoisuus?, 1/2007, s. 38-43.
Kasvit osaavat yhteyttää, insinööri ei vielä, 5/2007 s. 16.