Enorme hoeveelheden roet, opgestegen door wereldwijde bosbranden na een enorme asteroïde-aanval 66 miljoen jaar geleden, zou de aarde bijna twee jaar in duisternis hebben gedompeld, nieuwe onderzoeksvondsten. Dit zou de fotosynthese hebben stopgezet, de planeet drastisch afgekoeld, en droeg bij aan de massale uitsterving die het einde van het tijdperk van dinosaurussen markeerde.

Deze nieuwe details over hoe het klimaat drastisch zou kunnen veranderen na de inslag van een 10 kilometer brede asteroïde zullen op 21 augustus worden gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences . De studie, geleid door het National Center for Atmospheric Research (NCAR) met steun van NASA en de University of Colorado Boulder, een computermodel van wereldklasse gebruikt om een ​​rijk beeld te schetsen van hoe de omstandigheden op aarde eruit zouden kunnen zien aan het einde van het Krijt, informatie die paleobiologen mogelijk kunnen gebruiken om beter te begrijpen waarom sommige soorten stierven, vooral in de oceanen, terwijl anderen het overleefden.

Wetenschappers schatten dat meer dan driekwart van alle soorten op aarde, inclusief alle niet-aviaire dinosaurussen, verdwenen op de grens van het Krijt-Paleogeen, een gebeurtenis die bekend staat als het uitsterven van K-Pg. Er zijn aanwijzingen dat het uitsterven plaatsvond op hetzelfde moment dat een grote asteroïde de aarde trof in wat nu het schiereiland Yucatán is. De botsing zou aardbevingen hebben veroorzaakt, tsunami's, en zelfs vulkaanuitbarstingen.

Wetenschappers hebben ook berekend dat de kracht van de impact verdampte rots hoog boven het aardoppervlak zou hebben gelanceerd, waar het zou zijn gecondenseerd tot kleine deeltjes die bekend staan ​​​​als bolletjes. Toen de bolletjes terug naar de aarde vielen, ze zouden door wrijving zijn verwarmd tot temperaturen die hoog genoeg zijn om wereldwijde branden te veroorzaken en het aardoppervlak te laten brouwen. Een dunne laag bolletjes is wereldwijd te vinden in het geologische record.

"Het uitsterven van veel van de grote dieren op het land kan zijn veroorzaakt door de onmiddellijke nasleep van de inslag, maar dieren die in de oceanen leefden of die zich onder de grond konden graven of tijdelijk onder water konden glippen, hadden kunnen overleven, " zei NCAR-wetenschapper Charles Bardeen, die de studie leidde. "Onze studie pikt het verhaal op na de eerste effecten - na de aardbevingen en de tsunami's en het roosteren. We wilden kijken naar de langetermijngevolgen van de hoeveelheid roet waarvan we denken dat deze is ontstaan ​​en wat die gevolgen kunnen hebben betekend voor de overgebleven dieren."

Andere co-auteurs van de studie zijn Rolando Garcia en Andrew Conley, beide NCAR-wetenschappers, en Owen "Brian" Toon, een onderzoeker aan de Universiteit van Colorado Boulder.

Een wereld zonder fotosynthese

In eerdere onderzoeken, onderzoekers hebben de hoeveelheid roet geschat die mogelijk is geproduceerd door wereldwijde bosbranden door roetafzettingen te meten die nog steeds in het geologische record zijn bewaard. Voor de nieuwe studie Bardeen en zijn collega's gebruikten het NCAR-gebaseerde Community Earth System Model (CESM) om het effect van het roet op het wereldwijde klimaat in de toekomst te simuleren. Ze gebruikten de meest recente schattingen van de hoeveelheid fijn roet die na de inslag in de gesteentelaag is aangetroffen (15, 000 miljoen ton), evenals grotere en kleinere bedragen, om de gevoeligheid van het klimaat voor min of meer omvangrijke branden te kwantificeren.

In de simulaties roet verwarmd door de zon werd hoger en hoger in de atmosfeer gebracht, vormde uiteindelijk een wereldwijde barrière die verhinderde dat de overgrote meerderheid van het zonlicht het aardoppervlak bereikte. "In het begin zou het ongeveer zo donker zijn als een maanverlichte nacht, ' zei Toon.

Terwijl de lucht geleidelijk zou zijn opgeklaard, fotosynthese zou al meer dan anderhalf jaar onmogelijk zijn geweest, volgens de simulaties. Omdat veel van de planten op het land al zouden zijn verbrand in de branden, de duisternis zou waarschijnlijk de grootste impact hebben gehad op fytoplankton, die de voedselketen in de oceaan ondersteunen. Het verlies van deze kleine organismen zou een rimpeleffect hebben gehad door de oceaan, uiteindelijk verwoestende vele soorten zeeleven.

Het onderzoeksteam ontdekte ook dat de fotosynthese tijdelijk zou zijn geblokkeerd, zelfs bij veel lagere niveaus van roet. Bijvoorbeeld, in een simulatie met slechts 5, 000 miljoen ton roet - ongeveer een derde van de beste schatting van metingen - zou fotosynthese nog een heel jaar onmogelijk zijn geweest.

In de simulaties het verlies van zonlicht veroorzaakte een sterke daling van de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak, met een daling van 50 graden Fahrenheit (28 graden Celsius) over land en 20 graden Fahrenheit (11 graden Celsius) over de oceanen.

Terwijl het aardoppervlak afkoelde in de studiescenario's, de atmosfeer hoger in de stratosfeer werd in feite veel warmer doordat het roet licht van de zon absorbeerde. De warmere temperaturen veroorzaakten ozonafbraak en zorgden ervoor dat grote hoeveelheden waterdamp in de bovenste atmosfeer konden worden opgeslagen. De waterdamp reageerde vervolgens chemisch in de stratosfeer om waterstofverbindingen te produceren die leidden tot verdere vernietiging van de ozonlaag. Het resulterende ozonverlies zou het mogelijk hebben gemaakt dat schadelijke doses ultraviolet licht het aardoppervlak bereikten nadat het roet was verdwenen.

Het grote waterreservoir in de bovenste atmosfeer dat in de simulaties werd gevormd, zorgde er ook voor dat de laag zonlicht-blokkerende roet abrupt werd verwijderd na jarenlang te hebben gestaan, een bevinding die het onderzoeksteam verraste. Toen het roet uit de stratosfeer begon te zakken, de lucht begon af te koelen. Deze koeling, beurtelings, zorgde ervoor dat waterdamp condenseerde tot ijsdeeltjes, die nog meer roet uit de atmosfeer spoelde. Als gevolg van deze terugkoppeling - afkoeling die neerslag veroorzaakte die voor meer afkoeling zorgde - verdween de dunner wordende roetlaag in slechts enkele maanden.

Het model uitdagen

Hoewel de wetenschappers denken dat de nieuwe studie een robuust beeld geeft van hoe grote injecties van roet in de atmosfeer het klimaat kunnen beïnvloeden, ze waarschuwen ook dat de studie beperkingen heeft.

Bijvoorbeeld, de simulaties werden uitgevoerd in een model van de moderne aarde, geen model dat weergeeft hoe de aarde eruitzag tijdens het Krijt, toen de continenten zich op enigszins verschillende locaties bevonden. De atmosfeer 66 miljoen jaar geleden bevatte ook enigszins verschillende concentraties van gassen, met inbegrip van hogere niveaus van kooldioxide.

Aanvullend, de simulaties probeerden geen rekening te houden met vulkaanuitbarstingen of zwavel die vrijkwam uit de aardkorst op de plaats van de asteroïde-inslag, wat zou hebben geleid tot een toename van lichtreflecterende sulfaataerosolen in de atmosfeer.

De studie daagde ook de grenzen van de atmosferische component van het computermodel uit, bekend als het Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM).

"Een botsing van een asteroïde is een zeer grote verstoring - niet iets dat je normaal zou zien bij het modelleren van toekomstige klimaatscenario's, "Zei Bardeen. "Dus het model is niet ontworpen om dit aan te kunnen en, terwijl we verder gingen, we moesten het model aanpassen zodat het een deel van de impact van de gebeurtenis aankon, zoals opwarming van de stratosfeer met meer dan 200 graden Celsius."

Deze verbeteringen aan WACCM kunnen nuttig zijn voor andere soorten onderzoeken, inclusief het modelleren van een "nucleaire winter"-scenario. Zoals wereldwijde bosbranden miljoenen jaren geleden, de explosie van kernwapens zou ook grote hoeveelheden roet in de atmosfeer kunnen injecteren, wat zou kunnen leiden tot een tijdelijke globale afkoeling.

"De hoeveelheid roet die wordt gecreëerd door nucleaire oorlogsvoering zou veel minder zijn dan we zagen tijdens het uitsterven van K-Pg, "Zei Bardeen. "Maar het roet zou het klimaat nog steeds op vergelijkbare manieren veranderen, het oppervlak koelen en de bovenste atmosfeer verwarmen, met mogelijk verwoestende gevolgen."