Dat het tijdperk van de dinosauriërs eindigde door een meteorietinslag, is intussen genoegzaam bekend. Maar wat was de concrete doodsoorzaak van deze laatste massale uitstervingsgolf? Cem Berk Senel (Koninklijke Sterrenwacht en VUB) blies een oude hypothese nieuw leven in door nieuwe geologische data te combineren met simulaties van de inslag met een paleoklimaatmodel. Fijnstof dat bij de inslag vrijkwam zou jarenlang zonlicht hebben geblokkeerd en zo een ‘inslagwinter’ hebben veroorzaakt.
Fijnstof lijkt een recente vorm van luchtvervuiling, maar lang vóór er auto’s, fabrieken en houtkachels waren kon het ook al in de lucht belanden. Ook zonder hulp van de mens, bijvoorbeeld als rook en roet van bosbranden. Of als verbrijzeld bodemmateriaal dat bij de inslag van een meteoriet de lucht in wordt gekatapulteerd. Daar de aardkorst voor het overgrote deel uit silicaten (silicium- of kiezelverbindingen) bestaat, is het fijnstof dat zo in de lucht belandt voornamelijk van die aard.
En afhankelijk van de grootte – en natuurlijk hoe hoog het wordt weggeslingerd en in welke omstandigheden het terechtkomt – kan het stof kort dan wel lang in de atmosfeer blijven hangen. Zeker als het in de stratosfeer belandt, waar het niet kan uitregenen, kan fijnstof lang blijven rondzweven en zich bovendien verspreiden. Zo kan het, als het in voldoende grote concentratie aanwezig is, jarenlang zonlicht tegenhouden en de aarde in meer of mindere mate verduisteren.
‘Fijnstofdeeltjes hebben de juiste grootte om zowel lang in de atmosfeer te blijven hangen als om lang samen te blijven’
Dat is precies wat er 66 miljoen jaar geleden is gebeurd, schreef planeetonderzoeker Cem Berk Senel eind vorig jaar in het vakblad Nature Geoscience. De inslag van de kilometers grote Chicxulub-meteoriet, waaraan de gelijknamige krater van tweehonderd kilometer breed op de rand van het Mexicaanse schiereiland Yucatán vandaag nog herinnert, stuwde enorme hoeveelheden silicaten-fijnstof de lucht in, tot ver voorbij de troposfeer, de onderste laag van de dampkring waar de weerfenomenen plaatsgrijpen.
Een deel van het fijnstof, meer bepaald fijnstofdeeltjes van enkele micrometers groot, bleef in de atmosfeer hangen, en dit voor vele jaren, ontdekte Senel. Zo kon dit welbepaalde fijnstof – vandaag zou het als PM10 of PM2,5 (fijnstof kleiner dan 10 en 2,5 micrometer) worden gelabeld – jarenlang zonlicht blokkeren. En dit sterker en langer dan zwavelverbindingen en roetpartikels dit konden, die na de inslag eveneens in de lucht belandden, voornamelijk door het inferno aan bos- en natuurbranden dat er direct op volgde.
Senel baseerde zich op simulaties van de meteorietinslag met een paleoklimaatmodel waarin hij nieuwe, verfijnde geologische data van veldonderzoek had ingevoerd. Uit bodemstalen genomen in Noord-Amerika, drieduizend kilometer van Yucatán, konden fijnstofpartikels afkomstig van de fall-out van de meteorietinslag worden geïsoleerd. De deeltjes werden onder meer door geoloog Pim Kaskes, een collega van Senel aan de VUB, onderzocht in het lab en de resultaten van de analyses werden in het klimaatmodel gestopt. Dat toonde de lange duurtijd dat het micrometer-fijnstof in de atmosfeer bleef hangen, en de sterke rol ervan in het tegenhouden van zonlicht.
‘Hierdoor koelde de aarde niet alleen drastisch af, maar viel ook de fotosynthese door planten en micro-organismen stil’, zegt Senel. ‘We vermoeden dat er na de inslag twee jaar lang nauwelijks nog vegetatie groeide, en het duurde daarna nog vijftien jaar vooraleer de lucht echt weer opklaarde.’ Het is niet moeilijk om in te zien dat deze ‘inslagwinter’ tot een massa-uitsterving leidde: met het verdwijnen van een groot deel van de vegetatie werd de onderkant van de voedselpiramide weggeslagen. Enkel kleine diersoorten konden overleven, door zich te voeden met wat er nog wel beschikbaar was aan eten (zaden bijvoorbeeld) of door bijvoorbeeld in een lange winterslaap te gaan.
Dat de verrijking aan fijnstof in de hogere luchtlagen en de verspreiding ervan het belangrijkste mechanisme vormden achter de jarenlange verduistering en de inslagwinter, werd al in de jaren 1980 geopperd, niet lang nadat aardwetenschappers Luis en Walter Alvarez op de proppen waren gekomen met de meteorietinslaghypothese voor het abrupte einde van het Krijt (en het dinotijdperk). Senel: ‘Maar begin deze eeuw werd deze piste verlaten ten voordele van een verduisteringsmechanisme gebaseerd op roet en zwavel. Wij grijpen dus terug naar de originele piste, zij het dat we die nu ook kunnen staven met overtuigend bewijs.’
Het micrometer-fijnstof staat in de vernieuwde piste centraal. ‘Het heeft de juiste grootte om zowel lang in de atmosfeer te blijven hangen als om lang samen te blijven. Veel kleiner fijnstof blijft ook zweven maar raakt sneller verspreid, waardoor het verduisteringseffect verdwijnt. Groter fijnstof zakt dan weer sneller naar beneden.’
De Brusselse planetoloog merkt dat de piste die hij samen met collega’s van de Koninklijke Sterrenwacht, de VUB en het Instituut voor Natuurwetenschappen nieuw leven inblies, goed ontvangen wordt in het wereldje van onderzoekers dat de dinoapocalyps bestudeert. ‘Maar zoals dat gaat in de wetenschap kan het een tijdje duren voor de meesten mee zijn. En het onderzoek is hiermee natuurlijk niet klaar. Zo willen we bijvoorbeeld de inslagwinter op regionale schaal gaan bestuderen. Was het overal wel even donker en koud?’
Maar Senel is niet enkel geïnteresseerd in de Chicxulub-inslag. Hij raakte betrokken nadat hij zich voor zijn doctoraat had gespecialiseerd in de wisselwerking tussen het oppervlak en de atmosfeer van planeten, van de aarde maar ook van andere ‘rotsige’ planeten en manen zoals Mars en Titan. Deze wisselwerking speelt zich af in planetaire grenslagen, waar ze het transport regelt van water, gassen maar dus ook (fijn)stof.
Door zijn expertise in atmosferische modellen werkte Senel al mee aan projecten van NASA en ESA. Voor de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie is hij betrokken bij de ontwikkeling van een klimaatmodel voor Mars. De rode planeet lijkt vandaag een dode wereld. Zeker is dat er ooit veel water was en stroomde op Mars. Wat ervoor heeft gezorgd dat de planeet opdroogde, is niet geweten. Werd onze buurplaneet misschien ook getroffen door een immense asteroïde? En er is nog een analogie met de Chicxulub-inslag: waar de verduistering door fijnstof op aarde na twintig jaar helemaal voorbij was, krijgt Mars vandaag daar nog geregeld mee te maken. Stofstormen kunnen over de hele planeet razen en wel meer dan tweehonderd (aardse) dagen duren, en daarbij wordt eveneens een groot deel van het zonlicht tegengehouden. ‘Als we ooit op Mars willen wonen, dan zullen we er voedingsgewassen moeten kunnen telen. En dus willen we een beroep kunnen doen op fotosynthese. Stofstormen kunnen dit verhinderen en zo de bewoonbaarheid van Mars in het gedrang brengen.’
Bio
Cem Berk Senel werd geboren in 1991. In 2016 studeerde hij af als master in de aerothermodynamica aan de Technische Universiteit Istanbul. Hij volgde in 2017-2018 een master-na-master in de atmosfeerwetenschappen aan het Von Karman Instituut voor Vloeistofdynamica (VKI) in Sint-Genesius-Rode. Daarna werkte hij aan een doctoraat in de atmosfeer- en planeetwetenschappen aan het VKI, de Koninklijke Sterrenwacht van België en de ULB, dat hij in 2023 voltooide. Sinds vorig jaar is hij als FWO-postdoc verbonden aan de Koninklijke Sterrenwacht en de VUB.
