Meteorpåvirkningen, der udslettede dinosaurerne, skabte et enormt underjordisk hydrotermisk system

Chicxulub-hændelsen var en enorm katastrofe, der efterlod et stort aftryk på jordens overflade. Ikke alene forårsagede det masseudryddelsen af ​​dinosaurerne, det efterlod et krater på 180 km (112 miles) i diameter og aflejrede et verdensomspændende lag af koncentreret iridium i jordskorpen.

Men en ny undersøgelse viser, at påvirkningen også satte sine spor dybt under jorden, i form af et stort hydrotermisk system, der modificerede en massiv del af jordskorpen.

Chicxulub-påvirkningen var katastrofal for livet på Jorden. Da den enorme komet – eller asteroide – ramte Jorden, satte den en kæde af begivenheder i gang, der ændrede planetens historie.

Det trængte omkring 20 km (12 miles) ind i jordskorpen. Det skabte en massiv tsunami, antændte brande rundt om på kloden og sendte enorme mængder materiale ud i atmosfæren. På grund af nedslagsstedets kulstofrige og svovlrige natur blev atmosfæren tilstoppet med stratosfærisk sod og sulfataerosoler. Disse materialer forblev i atmosfæren, kvæler fotosyntesen og skabte en global afkøling, der udslettede omkring 75 % af Jordens arter, inklusive alle ikke-fugle dinosaurer.

Men skjult ude af syne, dybt under jorden, er et stort hydrotermisk system skabt af påvirkningen. Naturen af ​​dette system kommer først nu frem i lyset.

En ny undersøgelse præsenterer detaljerne i dette underjordiske system. Den har titlen ' Undersøgelse af det hydrotermiske system i Chicxulub-krateret .' Hovedforfatteren af ​​undersøgelsen er David Kring ved Lunar and Planetary Institute (LPI). Artiklen er publiceret i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Chicxulub-krateret i Mexico. Kredit: Wikipedia/NASA

Chicxulub-krateret er den mest velbevarede store stødstruktur på Jorden. Det er blevet undersøgt grundigt, herunder i 2016, da et team af forskere undersøgte dybe kerneprøver af havbunden på nedslagsstedet, samlet af en borerig. Nogle af disse prøver kom fra 1335 meter (4380 ft.) under havbunden. Det var en del af Internationalt havopdagelsesprogram (IODP).

Det program førte til offentliggjort forskning viser, hvordan Chicxulubs topring blev dannet, og viser forskydningen af ​​klipper, hvor dybere granitgrundfjeld blev placeret over sedimentære bjergarter ved energien fra nedslaget. Talrige andre undersøgelser kom fra IODP-arbejdet.

Holdet bag dette nye arbejde fokuserede på den kemiske og termiske modifikation af klippen på nedslagsstedet. De udledte, at Chicxulub-hændelsen skabte et stort underjordisk hydrotermisk system, større end Yellowstone Caldera , der var aktiv i over 150.000 år.

'Forestil dig en undersøisk Yellowstone Caldera, men en, der er flere gange større og produceret af den svimlende nedslagsbegivenhed, der resulterede i udryddelsen af ​​dinosaurerne,' sagde hovedforfatter Krin g i en pressemeddelelse .

Nogle nedslagskratere, herunder Chicxulub, skaber en peak ring . Det er en hævet række af bjerge inde i kraterkanten. Topringene løftes af stødets rebound-kraft, og de er lavet af brækket sten. Klippen i Chicxulubs tilfælde er granit, løftet fra en dybde på 10 km (6 miles) i jordskorpen. Kraften fra sammenstødet og opløftningen forårsagede brud. Denne topring er yderligere dækket af stødaffald, i sig selv brækket og permeabelt, og både overfladeaffaldet og den løftede skorpe blev udsat for virkningerne af det hydrotermiske system.

Forskerne fandt bevis for underjordiske floder af vand, der blev overophedet af påvirkningen og drevet opad. Disse underjordiske floder mødtes med grænsen mellem nedslagskraterets bund og havets bund. Der mødte det opvarmede vand en 3 km (1,8 mile) pool af magma skabt af nedslaget, kaldet den centrale smeltepool. Vandet kunne ikke trænge ind i den magma og blev tvunget rundt om dets kanter. Derefter sivede det gennem hele den sprækkede sten og blev udluftet i havet.

Et tredimensionelt tværsnit af det hydrotermiske system i Chicxulub-krateret og dets havbundsåbninger. Systemet har potentiale til at huse mikrobielt liv. Illustration af Victor O. Leshyk for Lunar and Planetary Institute.

Varmtvandsaktiviteten var særlig intens nær kraterets topring. Topringen er 90 km (56 miles) i diameter. Holdet undersøgte stenprøver fra den ring og fandt ud af, at ringen er spaltet med fossiliserede hydrotermiske ledninger. Da det overophedede vand strømmede gennem disse ledninger for 66 millioner år siden, satte det sine spor. Vandet aflejrede næsten to dusin forskellige typer mineraler på væggene af disse ledninger, og erstattede de originale mineraler.

De savede, blottede overflader af prøver fra det hydrotermiske system viser hydrotermiske kanaler, opløsningshulrum og andre funktioner. Billedkredit: Kring et al., 2020.

'Varm-væske-ændringen var mest kraftig i det permeable stødaffald, men granatkrystaller, der indikerer høje temperaturer, blev fundet på forskellige niveauer i hele kernen,' forklarede tidligere LPI-postdoktor Martin Schmieder.

'Disse mineraler ser ud til at have registreret ændringer i Jordens magnetfelt, da de blev dannet.'

Sonia Tikoo, medforfatter, Stanford University

Typerne af mineraler fortalte forskerne meget om det hydrotermiske system. Vandets temperatur skulle være 300 C til 400 C (570 til 750 F.). Så meget termisk energi ville have taget lang tid at forsvinde, så høje temperaturer må have varet ved i lang tid. Forskerne brugte mineralernes magnetiske polaritet til at skabe en slags ' geomagnetisk polaritetsur ”, der måler afkølingstiden.

Et billede fra undersøgelsen viser hydrotermisk ændrede mineraler i kerneprøven. Billederne er fra den laveste del af kernen (øverst til venstre) til den dybeste del af kernen (nederst til højre.) C er Rød Na-dachiardite, et mineral, der findes i hydrotermiske systemer rundt om i verden, inklusive Yellowstone Caldera. For mere detaljerede beskrivelser, se undersøgelsen. Billedkredit: Kring et al., 2020.

'Vores resultater indikerer, at små magnetiske mineraler blev skabt i Chicxulub-krateret på grund af kemiske reaktioner produceret af et langlivet hydrotermisk system. Disse mineraler ser ud til at have registreret ændringer i Jordens magnetfelt, da de blev dannet. Deres magnetiske erindringer tyder på, at hydrotermisk aktivitet i krateret varede i mindst 150.000 år,” siger medforfatter Sonia Tikoo fra Stanford University.

Tidligere forskning i Chicxulub gjorde det muligt for forskere at udvikle en hydrotermisk udviklingsmodel. Denne nye undersøgelse testede den model med et borehul ind i topringen ~40 km fra kraterets centrum. Termiske konturer på 25°, 50°, 100°, 200°, 300°, 600°, 900° og 1200°C illustrerer placeringen af ​​det centrale smeltebassin (venstre side af diagrammet) og den termiske effekt under topringen (midten af ​​diagrammet). Temperaturen falder med afstanden, men er stadig ~300°C på det punkt, der svarer til bunden af ​​Expedition 364-boringen. Dette billede repræsenterer det hydrotermiske system 4000 år efter påvirkningen. Billedkredit: Kring et al., 2020.

Der er også havsediment på nedslagsstedet, der er usædvanligt rigt på mangan. Forskerne påpeger, at det også er bevis på et langvarigt hydrotermisk system.

'I lighed med mid-ocean-rygge genererer udluftning fra marine nedslagskratere hydrotermiske faner, der indeholder opløst og langsomt oxiderende mangan, som sammenlignet med baggrundskoncentrationer producerede berigelser op til ti gange i post-kollisionssedimenter over 2,1 millioner år ved Chicxulub,' sagde medforfatter Axel Wittmann fra Arizona State University.

Denne forskning er baseret på en enkelt kerneprøve af topringen, kaldet borehul M0077A. Men det er stadig et bevis. Og ikke kun af de geologiske konsekvenser af Chicxulub-påvirkningen.

Forfatterne siger, at deres resultater fra det borehul har nogle potentielle implikationer for livets oprindelse.

'Livet kan have udviklet sig i et nedslagskrater.'

David Kring, hovedforfatter, Lunar and Planetary Institute

Som hovedforfatter Kring påpeger, 'Resultaterne tyder på, at der var en cirka 300 kilometer lang række af varmtvandsåbninger på topringen og yderligere åbninger spredt ud over kraterbunden, efterhånden som stødsmelten afkøledes. Det er vigtigt, at sådanne hydrotermiske systemer kan have givet levesteder for mikrobielt liv.'

I deres papir skriver forfatterne 'Boreresultater viser, at der var tilstrækkelige habitater for mikroorganismer i topringen af ​​Chicxulub-nedslagskrateret. Det hydrotermiske system skabte et netværk af porøse, permeable nicher perfekt til mikrobielle økosystemer.'

Forskning i ekstremofiler har åbnet vores øjne for potentialet for, at liv kan trives i og endda opstå fra ekstreme miljøer. Det er her sammenligningen mellem Yellowstone Caldera og Chicxulub hydrotermiske system spiller en rolle. Yellowstone hydrotermiske system indeholder rigeligt mikrobielt liv. Og selvom Yellowstone-systemet blev skabt vulkansk, mens Chicxulub-systemet blev skabt ved påvirkning, er parret af systemer ens og indeholder det samme biologiske potentiale for liv.

Denne illustration fra undersøgelsen viser, hvordan vand og damp bevægede sig gennem det hydrotermiske system. Hydrotermisk strømning er særlig kraftig ved siden af ​​smeltebassinet i nærheden af ​​topringen. Vand og damp trænger ikke ind i det centrale smeltebassin, før det er krystalliseret. Det repræsenterer systemet 4000 år efter påvirkningen. Billedkredit: Kring et al., 2020.

Som Kring forklarer, 'Vores undersøgelse af ekspeditionens klippekerne fra et potentielt dybt jordhabitat giver yderligere beviser for hypotesen om indvirkning-oprindelse af livet. Livet kan have udviklet sig i et nedslagskrater.'

Opdagelsen af ​​dette massive og langlivede hydrotermiske system kan ændre vores forståelse af, hvordan livet opstod på Jorden. Forskere ved, at der har været tusindvis af lignende påvirkninger i Jordens dybe geologiske historie. De hydrotermiske systemer, de skabte, kan have givet det niche-fodfæste, der gav livet en chance for at komme i gang.

I konklusionen af ​​deres papir skrev forfatterne: 'Den hydrotermisk ændrede Expedition 364-kerne demonstrerer, at nedslagskrater er en fundamentalt vigtig varmemotor i nye planetsystemer, og at det geologisk unge Chicxulub-krater er en passende analog til jordbaserede nedslagsbassiner, der er skabt næsten 4 Ga. siden. Påvirkningsgenererede hydrotermiske systemer var fremtrædende træk på den tidlige jord, og hvor der end findes vand i en planetarisk skorpe.'

De skrev også, at 'Denne model kan overføres til en tidlig Mars og ethvert exoplanetarisk system med lignende forhold.'

Måske skulle vi lede efter exoplaneter med ældgamle nedslagskratere, hvis vi vil finde liv.

Mere:

• Pressemeddelelse: En dampende kedel følger dinosaurernes død
• Forskningsartikel: Undersøgelse af det hydrotermiske system i Chicxulub-krateret
• Universet i dag: Dinosaurdræbende asteroide ramt på præcis det forkerte sted