Amatérská prohlídka oblohy - Nový pohled na vyhynutí dinosaurů

(aneb jak pracují impaktologové)

Dlouhou dobu si geologové i paleontologové lámali hlavu s původcem náhlé změny podmínek, které vedly k vyhynutí dinosaurů, jež byli v druhohorách pány souše, vody i vzduchu. V roce 1991 přišlo náhlé řešení na základě měření odchylek lokálního magnetického pole byl na poloostrově Yucatan objeven val kráteru o průměru dvě stě kilometrů, jehož stáří odpovídá právě přelomu druhohory/třetihory. Měření ukázala, že původ kráteru s názvem Chicxulub lze datovat do doby vzdálené od současnosti 65,5 $pm$ 0,6 milionu let. Dopad přibližně desetikilometrové planetky nebo jádra komety tehdy způsobil obrovské vlny tsunami v pobřežních oblastech a celosvětové požáry. Ovlivnil také výrazně geologickou stabilitu planety, což se projevilo především rozsáhlými celosvětovými zemětřeseními a zřejmě též výraznější vulkanickou činností. Vražedná kombinace nepříznivých vlivů měla na biosféru fatální vliv zmizely všechny obří druhy ještěrů a příležitost ovládnout planetu dostali savci.

Záhada byla tedy vyřešena. Všechno bezvadně sedělo jak datově, tak důsledky. Dokonce lze vysvětlit i několik centimetrů tenkou iridiovou vrstvičku, jež se nalézá v sedimentech přelomu druhohor a třetihor prakticky po celé planetě. Iridium je totiž na Zemi velmi vzácný prvek, jež má ovšem podstatně hojnější zastoupení ve vesmírných šutrech. Výskyt klenotu takového formátu ve velmi úzké vrstvě lze velmi snadno interpretovat pomocí dopadu velkého kosmického kamene, jež se po dopadu prakticky celý vypařil do atmosféry a jeho hmota poměrně rovnoměrně pokryla celý zemský povrch.

Záhada byla tedy vyřešena. Všechno bezvadně sedělo jak datově, tak důsledky. Dokonce lze vysvětlit i několik centimetrů tenkou iridiovou vrstvičku, jež se nalézá v sedimentech přelomu druhohor a třetihor prakticky po celé planetě. Iridium je totiž na Zemi velmi vzácný prvek, jež má ovšem podstatně hojnější zastoupení ve vesmírných šutrech. Výskyt klenotu takového formátu ve velmi úzké vrstvě lze velmi snadno interpretovat pomocí dopadu velkého kosmického kamene, jež se po dopadu prakticky celý vypařil do atmosféry a jeho hmota poměrně rovnoměrně pokryla celý zemský povrch.

Jenže nyní se zdá, že dopad na Yucatan nebyl ojedinělým úkazem. Simon P. Kelley (Open University, Velká Británie) a Eugene Gurov (National Academy of Ukraine) podrobili pečlivému zkoumání čtyřiadvacetikilometrový kráter s názvem Boltysh. Jde o komplexní impaktní strukturu se středovým vrcholkem o průměru 6 km vyčnívající 550 m nad okolní dno kráteru. Kráter leží asi padesát kilometrů severně od ukrajinského města Kirovograd a dříve se zdálo, že tento kráter je starý nějakých 73 milionů let. Tento údaj byl stanoven pomocí stratigrafického datování, jež využívá například výskytu fosílií význačných krátcežijících živočišných druhů v geologických vrstvách. Modernější radioizotopická analýza ale ukázala, že jeho stáří je mírně jiné, a to sice 65,2 $pm$ 0,6 milionů let. Přestože byl kráter Boltysh způsoben dopadem tělesa o energii asi čtyřistakrát menší než Chicxulub, chybové intervaly stáří obou kráterů se překrývají, což je samo o sobě dosti podezřelé.

Vezmeme-li v úvahu, s jakou periodou je země bombardována vesmírnými tělesy v součastnosti (u dopadů kilometrových těles je statistická perioda přibližně 2,5 milionu let), dá se s celkem vysokou pravděpodobností předpokládat, že oba dopady nejsou zcela nezávislé. Vědci jdou ve svých předpovědích dokonce dál.

Vycházejme z předpokladu, že oba dopady spolu velmi úzce souvisí. Země je z více než sedmdesáti procent pokryta vodou. Jestliže jsme nalezli dva krátery na pevné souši, zcela statisticky lze očekávat tři další podobné krátery v mořských hlubinách.

Zde ale narazíme na nepřekonatelný problém planeta Země je doposud geologicky docela aktivní a oceánská zemská kůra se díky tomu zcela obnoví za řádově desítky milionů let. V divergentních rozhraních středooceánských hřbetů se totiž oceánská kůra neustále tvoří z vytékajícího magmatu. Následkem konvektivních pohybů v zemském plášti je oceánská deska posouvána a na okrajích oceánů (v tzv. subdukčních zónách) podsouvána pod desky pevninské. Je tedy dosti pravděpodobné, že by případné dopadové stopy byly touto činností již zcela vymazány.

Samotná myšlenka, že impakt se odehrál na rozhraní druhohor a třetihor, ani data, která by to potvrzovala, nejsou úplně nové. Jedno z prvních datování bylo provedeno v 70. letech dvacátého století metodou zkoumání stop po štěpení radionuklidů a jeho výsledky se pohybovaly v rozmezí 64 až 108 milionů let, přičemž nejpravděpodobnější hodnota tehdy udávala asi 88 mil. let. Tým vědců z Vernadskyho institutu geochemie a analytické chemie v Moskvě použil v roce 1998 stejnou metodu a dospěl ke stáří 65 $pm$ 1 mil. let. Princip této metody si ukážeme právě na způsobu, kterým postupovala tato skupina. Pro datovaní byla použita impaktní tavenina - materiál přetavený teplem uvolněným při vzniku kráteru - získaná ze vzorků jednoho z výzkumných vrtů v kráteru Boltysh v hloubce 762 metrů. Přetavením a rychlým utuhnutím získal původní materiál podobu skla, ve kterém se vyskytují krystalky dalších minerálů. Vzorek taveniny byl rozdrcen a ze vzniklé drtě bylo vybráno 262 fragmentů čistého skla o velikostech 0,25 až 1 mm. Kousíčky skla se přeleští a naleptají roztokem kyselin. Na jejich povrchu se potom pod mikroskopem spočítají stopy po rozpadu radioaktivních prvků.

Každý materiál, z nějž je složena Země nebo jiná pevná tělesa sluneční soustavy tyto radioaktivní prvky v malém množství obsahuje - zejména uran 238U. Ten se samovolně štěpí s poločasem rozpadu 4,5 miliardy let na thorium a ačkoliv je rychlost této přeměny velmi pozvolná (pravděpodobnost rozpadu jednoho jádra za rok je 7,03 10-17), za dlouhou dobu se celkové množství rozpadů nastřádá. Při každé takové události se uvolní energie, která stačí na vytvoření mikroskopické dutinky v materiálu. Když tyto stopy po rozpadech jednotlivých částic spočítáme, můžeme stanovit stáří materiálu. Radioaktivní prvky se pochopitelně rozpadají neustále. Ale při roztavení materiálu jsou veškeré takto vzniklé stopy vymazány a teprve při jeho utuhnutí se na čistém podkladě opět začínají tvořit nové. Proto pod stářím materiálu vždy rozumíme dobu od jeho posledního přetavení.

Úplně nejjednodušší ale tento postup není. Jednak počítáme stopy pouze na povrchu fragmentů (a nikoliv v celém objemu), a navíc pro určení stáří pouze na základě počtu těchto stop bychom museli znát přesné množství uranu v původním složení. A proto se využívá skutečnosti, že rozpad uranu lze vyvolat i uměle ozářením neutrony. Tím simulujeme přirozený rozpad, jenom zrychleně a probíhající na menší časové škále. Vědci z Vernadskyho institutu po spočítání stop ozářili vzorky svazkem neutronů s hustotou 2,15 1016 neutronů/cm2 a poté stejným způsobem spočítali stopy po rozpadu. Zatímco celkový počet stop na všech vzorcích před ozářením byl 4912, po ozáření vzrostl na 54166. Z těchto dvou čísel lze odvodit stáří materiálu, protože jejich poměr není závislý na celkovém množství uranu. To dokazuje i fakt, že poměr stop před a po ozáření vychází přibližně stejný pro všech 262 zkoumaných fragmentů skla i přesto, že jejich rozměry jsou různé a koncentrace uranu se může vzorek od vzorku mírně lišit.

Proč se tím ale vědci vlastně zabývají? Důvod je prostý pokud by za zkázu dinosaurů mohl vícenásobný dopad, zřejmě by to vypovědělo více o původu tělesa, jež katastrofu způsobilo. Planetky totiž obvykle cestují vesmírem zcela osamoceně. Komety naopak podléhají velmi intenzivně gravitačnímu ovlivňování velkých planet a při blízkém průletu může dokonce dojít k jejímu slapovému roztrhání na více kusů (může a děje se to i u planetek, protože většina planetek jsou pouhé gravitačně vázané shluky balvanů, ale obvykle to vede pouze ke vzniku binárních planetek, kterých je mezi blízkozemními tělesy asi 1/6) . Vzpomeňme si na rok 1994, kdy došlo k dopadu komety Shoemaker Levy 9 do atmosféry Jupitera kometa byla předchozím průletem kolem obří planety roztrhána na více než dvacet fragmentů.

Jinou možností je gravitační porucha v Oortově mračnu (obrovské mrazničce určené k úschově neaktivních kometárních jader, jež se nachází na hranicích Sluneční soustavy), kdy by mohlo dojít ke katapultaci kometárních jader do centra Sluneční soustavy. V tomto případě by mohly být jednotlivé dopady časově vzdáleny dokonce stovky let.

To, že kráter Boltysh mohl být vytvořen dopadem komety, naznačují již dlouho i analýzy množství prvků, které se v zemské kůře téměř nevyskytují. Mezi nejznámější patří právě iridium, které tolik proslavilo velký impakt na konci druhohor. V kráteru Boltysh se ho ale paradoxně vyskytuje velice málo. Tedy v porovnání s ostatními meteoritickými krátery, protože i přesto je jeho koncentrace asi 10 vyšší než běžný průměr v zemské kůře (který činí 0,03 ng/g). Nicméně např. kráter Clearwater East jeden ze známé dvojice Clearwater Lakes v Kanadě obsahuje zhruba 25 ng/g iridia. Iridium se ve vysokých koncentracích vyskytuje v meteoritech, pro uhlíkaté chondrity je udávána koncentrace 459 ng/g. Ačkoliv přesný obsah iridia v kometách neznáme, předpokládá se, že by ho v nich mělo být málo kvůli jejich původu. Komety vznikaly ve vzdálenějších oblastech, kde byl obsah těžších prvků mnohem nižší než v centrálních partiích vznikající sluneční soustavy.

Ať tak či onak, ani kráter Boltysh ani Chicxulub jistě ještě neřekly své poslední slovo. V některých ohledech se výzkum impaktních kráterů podobá tak trochu hádání a proto se nejspíše ještě dočkáme řady dalších bombastických titulků, oznamujících úplný zvrat v našem dosavadním poznání.

Zdroj:
Kashkarov et al., Fission Track Dating of The Boltysh Imapct Crater, Ukraine, XXIX Lunar and Planetary Science Conference, 1998
G. Schmidt, Clues to the nature of the impacting bodies from platinum-group elements in borehole samples from Clearwater East crater and the Boltysh impact crater, Meteoritics and Planetary Science 32, 761-767 (1997).