Dinosauriernas utdöende

av Sven-Gunnar Andersson

Dinosauriernas tidsålder HT 2018

Introduktion

Utdöende är en del av evolutionen och livet på Jorden. Alla varelser på Jorden dör förr eller senare ut. Av alla varelser som levat på Jorden är över 99 % utdöda och det sker ett konstant utbyte av arter genom evolutionens dynamiska process.1 Endast en liten del av dessa har bevarats som fossil i form av kroppsdelar eller som spårfossil. Det kan därför vara svårt att bedöma vilka arter som har dött ut och när detta hände. När den sista individen av en art inte kan fortplanta sig och producera en fertil avkomma kan man anse denna som utrotad. Om en population av en art dör ut i en del av världen men finns i en annan del av världen kallar man detta för lokalt utdöende. Om arten däremot inte finns någonstans i världen är det fråga om ett globalt utdöende. Den genomsnittliga livslängden för en art i listan över fossila arter är ungefär en till två miljoner år.2

En arts utdöende kan indelas i två kategorier; bakgrundsutdöende (background extinctions) och massutdöende (mass extinctions), (se fig. 1). Man har uppskattat att 95 % av alla utdöenden beror på bakgrundsutdöende. Detta utdöende kan bero på klimatförändringar, vulkanutbrott, uttorkningen av en sjö, utkonkurrering eller minskningenav resurser i livsmiljön. De flesta dinosaurier föll inte offer för massutdöende utan de dog av bakgrundsutdöende. Några exempel på dinosaurier som dog ut av bakgrundsutdöende är Protoseratops, Cetosarius, Iguanodon, Styracosaurus och Allosaurus. Termen massutdöende kan vara svår att definiera. Men massutdöende kan vara när globalt utdöende sker under en geologiskt kort tid och som involverar ett stort antal arter och av olika typer.3

Bildningen av en bergskedja som t.ex. Alperna sker genom sedimentation, nedpressning, veckning och upplyftning. Om det ska ske sakta och gradvis behövs en lång tidsrymd. Detta gick dock stick i stäv med 1600-talets syn på tidräkningen. Enligt bibeln skapades Jorden 4004 f.Kr. vilket betydde att bildningen av en bergskedjaskedde snabbt genom någon typ av katastrof. Denna inriktning i geologin kom att kallas för katastrofism. Kyrkan och bibelns grepp om geologin kom att brytas av två vetenskapsmän. Den ene var James Hutton som upptäckte attJorden var enormt gammal och den andre var Charles Lyell som hävdade att alla skeenden i Jordens historia var långsamma. Detta kom inom geologin att kallas för uniformitarism som kan sammanfattas i begreppet ”The present is the key to the past”. Detta koncept gällde till ganska nyligen men man anser nu att det existerar inslag i Jordens utveckling som är katastrofartade.4

Massutdöende

Massutdöende har mer än bakgrundsutdöende fångat intresse hos media och allmänheten. Det våldsamma och dramatiska skeendet hos massutdöendet har säkert intresserat en bredare publik eftersom det visar hur skört livet är på Jorden om livsmiljön utsätts för stress i form av t.ex. klimatförändringar, intensiv vulkanism eller meteoritnedslag. Indelningen i erorna paleozoikum, mesozoikum och cenozoikum beror på massutdöenden vid slutet av paleozoikum och mesozoikum. Orsakerna till dessa utdöenden visste man inte när man namngav perioderna. Några orsaker som har föreslagits är:5

1 Haines 2000, 280

2 Martin 2006, 490-491

3 Fastovsky & Weishampel 2005, 413-414

4 Alvarez 1997, 43-44

5 Martin 2006, 493; Fastovsky & Weishampel 2016, 418-419

11

Att kontinenterna har förflyttat sig genom plattektoniska rörelser och därmed ändrat de oceaniska strömmarna men även ändrat miljön för det marina livet genom ändringen av shelfområden runt kontinenterna

Globala klimatförändringar genom vulkanism eller variationer i Jordens bana eller rotation

Nedslag av asteroider eller kometer

Raup & Sepkoski (1984) publicerade en artikel där de undersökte ryggradslösa djurs utdöende från kambrium fram till nutid. Förutom att utdöendet av arter finns med hela tiden (bakgrundutdöende) fann de även intervaller där utdöendet var högre än normalt (massutdöende). De fann 15 intervaller med högre utdöende varav 5 intervaller hade högsta andelen av utdöende arter (the Big Five). Av dessa fem var det en som stod ut nämligen det permiska-triassiska utdöendet, (se fig. 1).6 De fem största massutdöenden är:

● Slutet av ordovicium, ca 440 ma

● Sen devon, ca 365 ma

● Slutet av perm, ca 250 ma

● Slutet av trias, ca 215 ma

● Gränsen krita-tertiär, ca 65 ma

Till denna lista kan kanske läggas ett 6:e utdöende, nämligen den tid vi nu är inne i (antropogen) då människan påverkar naturen och livsmiljön för djuren, vilket gör att djurarter försvinner i en ökande takt.7

Figur 1. En sammanställning av utdöenden under fanerozoikum. Raup & Sepkoski (1984)

Utdöendet vid gränsen perm-trias

Det permiska-triassiska utdöendet var det största utdöendet under fanerozoikum. Endast ca 5 % av alla arter överlevde. De flesta trädarter och reptilfamiljer, många mindre växter och insektsordningar, alla trilobiter och helarevsystem försvann. Det troliga är att detta utdöende inte skedde abrupt utan under en längre tid ca 5 miljoner år och att flera faktorer bidrog till det stora utdöendet:8

6 Martin 2006, 414-415; Fastovsky & Weishampel 2016, 418-419

7 Föreläsningsanteckningar;

8 Blount & Crowley 2001, 292-293; Martin 2006, 494-495; Föreläsningsanteckningar

12

● Under slutet av perm samlades kontinenterna i en superkontinent som kallas för Pangea. I det inre av denna kontinent blev det torrare och varmare vilket gjorde att stora ökenområden bredde ut sig och de djur som inte kunde anpassa sig dog ut.

● Bildningen av Pangea och nedisningar gjorde att havsnivån sjönk och de grunda havsområden, som var viktiga för många marina organismer, minskade i storlek.

● Pangea blockerade cirkulationen i havet, speciellt vid ekvatorn. Detta försvårade livet för de marina organismerna.

● Landlevande organismer i Pangea fick en svårare livsmiljö med kontinentens norra och sydliga delar belägna vid polerna med eventuella nedisningar och de centrala delarna med tundra, öknar och bergskedjor.

● Genom vulkanisk aktivitet vid perm-triasgränsen för ca 250 miljoner år sedan täcktes stora områden i nuvarande Sibirien med basalt (benämnt ”Siberian traps”). Enorma mängder av gas och stoft strömmade ut i atmosfären. Stoftet hindrade solens strålar och sänkte då temperaturen. Samtidigt utvecklades koldioxid som är en växthusgas vilken kunde orsaka en uppvärmning av atmosfären.

● En eller flera asteroider kan ha träffat jordytan och de enorma stoftmoln som kastades ut från nedslagsplatsen kan ha hindrat solens strålar och därmed orsaka avkylning av jordytan och efterföljande nedisning.

Utdöendet vid gränsen krita-tertiär

Massutdöendet vid gränsen krita-tertiär, ca 65 miljoner år sedan, är inte det största under fanerozoikum men kanske det mest kända. Detta beror troligen på att vid detta massutdöende försvann alla dinosaurierna utom fåglarna, där ett antal arter överlevde. Dinosaurierna hade dominerat det markbundna djurlivet under nästan hela mesozoikum, ca 150 miljoner år. De hade anpassat sig till olika livsmiljöer på land och hade spridit sig runt hela Jorden. Samtidigt dominerade andra reptilgrupper de övriga miljöerna, nämligen i luften och i vattnet. I havet fanns ichtyosaurier, plesiosaurier, mosasaurier och krokodiler och i luften fanns pterosaurier.9 Mer än hälften dvs. 60-80 % av alla djurarter dog ut.;

Dinosaurierna (utom några fågelarter) och pterosaurierna dog ut

Stora marina reptiler försvann; plesiosaurier och mosasaurier

Ammoniter och rudister (en typ av mussla) dog ut

Marina plankton försvann nästan helt

I nordamerika försvann 35 % av växterna på land

Det fanns grupper som inte påverkades lika mycket t.ex. däggdjur och insekter samt örter, (se fig. 2)10. Undre delen i figuren visar alla ryggradsdjur som hittats i de sedimentära avlagringarna i inre delen av västra USA. Vid gränsen krita-tertiär (66,1 miljoner år sedan) minskar djurgrupperna drastiskt. Man ser också att det inte sker någon minskning av arterna under gränsen. Ovanför gränsen har däremot flera djurgrupper försvunnit däribland dinosaurierna. Utdöendet var alltså geologiskt sett abrupt.11

Det kan dock vara svårt, av två orsaker, att fastställa gränser för när arter uppstod eller dog ut. Bergarter registrerar inte all tid som förflutet. Forskare har uppskattat att endast 50-90 % av Jordens totala tid är bevarad i bergarterna. Upplösningen av en tidsgräns blir dålig beroende på att bergarten inte avlagrades eller har vittrat bort.

9 Norman 1998, 194

10 Föreläsningsanteckningar

11 Fastovsky & Weishampel 2016, 435

13

Figur 2. Sedimentära avlagringar från sen krita (västra USA) Fastovsky & Weishampel (2016)

De flesta djur och växter som har funnits har inte bevarats som fossil. Uppskattningar har gjorts att av de 1 till 3 miljarder arter som har funnits på Jorden finns nu endast 5 till 50 miljoner kvar idag. Det betyder att mer än 99 % av alla arter som funnits är utdöda. Av dessa har troligen mindre än 1 % bevarats som fossil och av dessa 1 % har endast 10 % hittats och beskrivits. Dinosauriernas sista dagar finns därför endast bevarade på ett fåtal platser och därför måste man vara försiktig med att dra för stora slutsatser om utdöendet i hela världen.12

Om endast få fossil bevaras ser ett abrupt utdöende ut som om det har skett gradvis. Detta kallas för Signor-Lipps effekt efter Phil Signor och Jere Lipps vid Californias universitet.13

Vid utdöendet i slutet av kritaperioden var chanserna för överlevnad större om djuren levde i vatten, var ektotermiska (med innebörd att ett djur reglerar sin kroppsvärme övervägande genom tillförsel utifrån, t.ex. från marken, luften eller solen. Dessa djur kallades tidigare för ’kallblodiga’), hade liten storlek och inte var amnioter, (en grupp inom ryggradsdjurens överklass Tetrapoda. Den inkluderar alla klasser utom groddjuren), (se fig. 3)14. Detta var dåliga förutsättningar för dinosaurierna som levde på land, var ofta större i storlek, var amnioter och var troligen endoterma.

12 Fastovsky & Weishampel 2005, 416-418

13 Alvarez 1997, 87

14 Fastovsky & Weishampel 2016, 429

14

Figur 3. Överlevnad hos djurarter vid gränsen krita-tertiär. Fastovsky & Weishampel (2016)

Flera olika orsaker till utdöendet av dinosaurierna i slutet av kritaperioden har föreslagits under årens lopp:

Asteroid eller komet träffade Jorden

Vulkaniska utsläpp (stoft, aska, lava och gaser) orsakade massdöd

Långsamma förändringar som gjorde att djurarter dog ut

Andra orsaker t.ex. impotens, giftiga gaser, däggdjuren åt äggen, supernova exploderade, allergier, för dumma, för stora, åt giftiga växter, däggdjuren och insekter åt upp deras mat eller de dog av förstoppning.

Många av dessa föreslagna orsaker till dinosauriernas utdöende tog inte hänsyn till att många övriga djurgrupper också dog ut.15

Meteoritnedslag orsakade massdöd

När solsystemet var ungt bombarderades himlakropparna av asteroider. Detta bombardemang avtog med tiden men fortsätter fortfarande. Grieve & Shoemaker (1994) har beskrivit ca 140 kända meteoritnedslag eller astroblem. Dessa kratrar eller impaktstrukturer har en diameter av upp till 200 km och åldrar från prekambrium till nutid, (se tabell 1 och fig. 4). De flesta kratrar har blivit eroderade och ibland även tektoniserade. Post-impact sediment täcker ca 30 % av de i dag kända kratrarna.

I tabellen ser man att de två största kratrarna också är de äldsta. Av impaktstrukturerna i Sverige har åtminstone sex identifierats genom förekomsten av chockad kvarts och andra kriterier. Dessa är Siljansringen i Dalarna (under sen devontid), Dellen i Hälsingland, Mien i Småland, Lockne i Jämtland, Tvären i Södermanland (450 miljoner år) och Granby i Östergötland (470 miljoner år).

Åldern hos impaktstrukturerna sträcker sig från 470 miljoner år till 89 miljoner år för dessa svenska astroblem. Dock finns en betydligt yngre spektakulär krater i Arizona, USA benämnd Barringerkratern som är endast 49000 år gammal.16

15 Gould 2001, 163; Föreläsningsanteckningar

16 Grieve & Shoemaker 1994

15

Namn Land Storlek (km) Ålder (miljoner år)

Chicxulub Mexiko 180 64,98

Gusev Ryssland 3,5 65

Kamesnk Ryssland 25 65

Manson Iowa, USA 35 65,7

Boltysh (1) Ukraina 24 Ca 65,5

Shiva krater (2) Indiska 600x400 65

Dellen Sverige 15 89

Lockne Sverige 7 455

Mien Sverige 9 121

Siljan Sverige 55 368

Sudbury Ontario, Kanada 200 1850

Vredefort Sydafrika 140 1970

Barringer Arizona, USA 1,2 0,049

Tabell 1. Exempel på några nedslagskratrar från Grieve & Shoemaker (1994). (1) från Jolley (2010) och (2) från Föreläsningsanteckningarna

I slutet av 1970-talet arbetade fysikern Luis Alvarez och hans son Walter Alvarez tillsammans på en geologiexpedition vid Gubbio i Italien. De upptäckte av misstag ett lerlager som innehöll ovanligt höga halter av det sällsynta elementet iridium, upp till 10 ppb, vilket var ca 30 gånger den halt som är normalt för jordskorpan. Detta tydde på att materialet inte kom från jordytan utan istället från en asteroid som hade slagit ned och där materialet spritt sig runt Jorden. Forskare har sedan dess funnit mer än 100 platser som har denna anomali, se fig. 5 och 7. Upptäckten publicerades 1980 och forskare började leta efter en nedslagsplats för asteroiden som på basis

Figur 4. Läget för nu kända nedslagskratrar. Grieve & Shoemaker (1994)

16

Figur 5. Iridiumanomali från borrkärna från oceanbotten (Deep sea drilling program). Cowen (2013)

av mängden iridium beräknades vara ca 10 km i diameter. Det dröjde till 1990-talet innan man upptäckte en krater(Chicxulub krater) belägen på sjöbotten nordost om Yucatanhalvön i Mexiko med en diameter av 180 km, (se fig. 6 och 7)17. Teorin om att själva nedslaget ensamt skulle vara orsaken till dinosauriernas utdöende är fortsatt under debatt.

Asteroiden anses ha varit ca 10 km i diameter och hade en hastighet av 20-25 km/s och med en nedslagsvinkel av 20-30 grader i förhållande till jordytan. Energin som utlöstes var i storleksordningen 5 miljarder större än den atombomb som 1945 fälldes över Hiroshima i Japan. Nedslaget vid Yucatanhalvön orsakade en enorm förödelse:

Vid nedslagsplatsen förintades allt liv

Flera hundra kilometer runt nedslagsplatsen var förödelsen enorm

En enorm tsunami drabbade kusterna runt nedslagsplatsen, (se fig. 6)

Värmevågen som sändes ut startade enorma bränder och tryckvågen kastade omkull träden hundratals till tusentals kilometer ifrån nedslagsplatsen

Karbonat- eller svavelrika bergarter t.ex. gipsavlagringarna på nedslagsplatsen skapade tillsammans med vatten surt regn

Stoft från nedslaget och sot från bränderna skulle förmörka solens strålar Jorden runt i flera år. Många växter dog eftersom fotosyntesen hämmades och därefter dog många växt- och köttätare. Jordens temperatur sänktes också (jfr nuclear winter)18

Andra bevis för ett meteoritnedslag än den tidigare nämnda iridiumanomalin är:

Mikrotektit är smält kiselrikt material som kastas upp i luften och kyls av snabbt och landar på marken som glasdroppar

Chockad kvarts uppstår när kvarts deformeras under enormt tryck. Detta kan bara ske vid meteoritnedslagoch är kanske den bästa indikatorn på att en asteroid har träffat jordytan. Man har funnit chockad kvarts vid nedslagsplatsen i Siljan, Sverige men även s.k. slagkäglor (shatter cones).

Tsunamier bildas om nedslagen sker i havet. Förstörelsen längs kusterna kan då ses som turbiditer som uppstår vid t.ex. skred eller tsunamier. Turbiditer är en osorterad sedimentär bergart t.ex. gråvacka.19

17 Martin 2006, 499-500; Fastovsky & Weishampel 2016, 414-415

18 Martin 2006, 500-501; Norman 1998, 196

19 Fastovsky & Weishampel 2016, 415-420; Martin 2006, 500-501

17

Figur 6. Paleogeografisk karta över nedslagsplatsen utanför Yucatanhalvön. Fastovsky & Weishampel (2016).

Vulkanism orsakade massdöd

Intensiv vulkanism har många gånger påverkat naturen och klimatet på Jorden. Det enorma lavaflödet i nordvästraIndien, (se fig. 7), började före krita-tertiär gränsen och pågick en tid efter detta. Indien låg då en bit söderut i Indiska Oceanen över en ”hot spot”. Denna ”hot spot” är fortfarande aktiv och ligger under ön Réunion i Indiska Oceanen. Denna vulkanism som byggde upp Deccan platån i Indien var inte explosiv utan från den kom enorma mängder basaltlava och vulkaniska gaser. Lavaområdet täcker idag 500 000 kvadratkilometer och är nästan 3 km tjockt. Erosionen har gjort att Deccan basaltområde tidigare var mycket större än det är nu. De vulkaniska gaserna, främst koldioxid kan ha skapat en växthuseffekt och gjort klimatet varmare men den utstötta askan i atmosfären hindrade solens strålar och kan ha gjort klimatet kallare.20 I figur 8 kan man se att utdöendena i slutet av perm, trias och krita sammanfaller med stora basaltutflöden på kontinenterna.

I en artikel av Richards m.fl. (2015) hävdar de att en så stor asteroid som den som träffade Chicxulub genererade seismiska vågor som triggade vulkaniska eruptioner världen runt. Eruptionen vid Deccan som hade varat en tid gick nu in i sin intensivaste fas på grund av triggningen av nedslaget vid Yucatanhalvön.21

Sammanfattning och diskussion

Vulkanismen i Deccanområdet i Indien vid gränsen krita-tertiär pågick under en längre tid och måste ha utsatt livsmiljön för organismerna för stora påfrestningar. För ca 65 miljoner år sedan träffades Jorden av en asteroid vidYucatanhalvön i Mexiko. Detta nedslag triggade igång vulkanism på flera håll och då speciellt vid Deccan i Indien.

20 Fastovsky & Weishampel 2016, 420-423; Cowen 2013, 216; Martin 2006; 504

21 Richards et al 2015, 1507-1520

18

Figur 7. Karta över Chicxulub krater (1), Deccan vulkanismen (2) och platser med iridiumanomalier. Gould (2001).

Figur 8. Jämförelse mellan kontinentala basaltflöden och massutdöende. Fastovsky & Weishampel (2016)

I tabell 1 finns exempel på fler asteroider som slagit ned på Jorden ungefär vid samma tidsintervall, för cirka 65 miljoner år sedan. Kan det ha varit en svärm av asteroider eller eventuellt kometer som träffade Jorden? Några asteroider har en bana som går delvis innanför Jordens bana runt solen. De kan utgöra en stor fara för Jorden om någon av dessa asteroider kommer på kollisionskurs med vår planet. De flesta kometer finns utanför solsystemets

19

bana i ett område som kallas för Oorts kometmoln. Om det sker en störning av något slag, kastas kometer in i vårt planetsystem och kan då utgöra en fara för oss. Resultatet blev förödande, mellan 60-80 % av organismerna dog ut. Känsligast var de som levde på land, var storväxta, endoterma och amnioter. Dinosaurierna uppfyllde mycket väl denna tillhörighet och dog därför ut.

En artikel i tidningen UNT handlar om att för 2,6 miljoner år sedan, vid kvartärperiodens början, ett flertal djurarter dog ut bl.a. jättehajen megalodon, Detta berodde på strålningen från en exploderande stjärna, en supernova, på ett avstånd av 150 ljusår från Jorden. Större djur som t.ex. megalodon och stora valar är mer utsatta för strålning än små djur. Om det skulle kunna vara en förklaring även till dinosauriernas utdöende måste man hitta tecken på strålningspåverkan vid den tiden eller kanske resterna från en supernova i Jordens närhet från den tiden.22

Återhämtningen efter utdöendet vid övre krita tog inte lika lång tid som efter det förödande utdöendet i slutet av perm. Under den första tiden efter utdöendet uppträdde en speciell flora och fauna s.k. katastrofflora och -fauna som t.ex. ormbunkar och små däggdjur. Däggdjuren utvecklades och tog över den nisch som tidigare dinosaurierna hade haft. Av deras släktingar fåglarna överlevde några arter utdöendet och tog över det luftrum som flygödlorna hade haft.23 Livet på Jorden går vidare till nästa gång utdöendet slår till! Är vi inne i det 6:e utdöendet som vi själva har skapat? Frågan är öppen!

Litteraturlista

Alvarez, W. 1997.T. rex and the crater of doom. Princeton University Press; 185 s.

Blount, K. & Crowley, M. 2001. Encyclopedia of Dinosaurs & Prehistoric Life. Dorling Kindersley Limited; 376 s.

Cowen, R 2013. History of Life. Wiley-Blackwell; 312 s.

Fastovsky, D. E. & Weishampel, D. B. 2005. The Evolution and Extinction the of Dinosaurs. Cambridge University Press.

Fastovsky, D. E. & Weishampel, D. B. 2016. Dinosaurs. A concise natural history. Cambridge University Press; 477 s.

Gould, S. J. 2001. The Book of Life. W. W. Norton & Company; 256 s.

Grieve, R. A. F. & Shoemaker, E. M. 1994. The record of the past impacts on earth s. 417-462. Gehrels, T (ed) Hazards due to comet & asteroids. University of Arizona Press, 1300 s.

Haines, T. 2000. Dinosauriernas tid. Bonnier Carlsen Bokförlag; 288 s.

Jolley, D. et al. 2010. Two large meteorite impacts at the Cretaceous-Paleogene boundary. Geology, 38 (9), 835-838

Martin, A. J. 2006. Introduction to the Study of Dinosaurs. Blackwell Publishing; 576 s.

Norman, D. 1998. The Illustrated Encyclopedia of Dinosaurs. Greenwich Editions.

Raup, D.M. & Sepkoski. 1984. Periodicity of extinctions in the geological past. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA, 81, 801-805.

Richards M. A. et al. 2015. Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact. Bulletin GSA 127(11-12), 1507-1520

Övrig litteratur

Föreläsningsanteckningar i kursen Dinosauriernas tidsålder, Uppsala universitet HT 2018.

Johansson, R: Smällen som utplånade jättehajen megalodon. UNT 31 december, 2018

22 UNT 31 december, 2018

23 Fastovsky & Weishampel 2016, 440; Föreläsningsanteckningar

20