الحد الفاصل بين العصر الطباشيري والباليوجيني

في عام 1980، اكتشف فريق من الباحثين بقيادة الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل لويس ألفاريز ، وابنه الجيولوجي والتر ألفاريز ، والكيميائيين فرانك أسارو وهيلين فون ميشيل، أن الطبقات الرسوبية الموجودة في جميع أنحاء العالم عند الحد الفاصل بين العصرين الطباشيري والباليوجيني تحتوي على تركيز من الإيريديوم يفوق المعدل الطبيعي بمئات المرات. وأشاروا إلى أن هذه الطبقة دليل على حدث اصطدام أدى إلى اضطراب مناخي عالمي وتسبب في انقراض العصر الطباشيري-الباليوجيني ، وهو انقراض جماعي قضى على 75% من أنواع النباتات والحيوانات على الأرض فجأة، بما في ذلك جميع الديناصورات غير الطائرة . ^{[ 8 ]}

عندما طُرحت فرضية ألفاريز (كما عُرفت لاحقًا) لأول مرة، تمثلت إحدى مشكلاتها في عدم وجود فوهة موثقة تُطابق الحدث. لم يكن هذا بمثابة ضربة قاضية للنظرية؛ فبينما كان قطر الفوهة الناتجة عن الاصطدام أكبر من 250 كيلومترًا (160 ميلًا) ، فإن العمليات الجيولوجية للأرض تُخفي الفوهات أو تُدمرها بمرور الوقت. ^{[ 9 ]}  

فوهة تشيكسولوب هي فوهة نيزكية مدفونة تحت شبه جزيرة يوكاتان في المكسيك . ^{[ 10 ]} يقع مركزها بالقرب من بلدة تشيكسولوب ، التي سُميت الفوهة نسبةً إليها. ^{[ 11 ]} تشكلت هذه الفوهة نتيجة اصطدام نيزك أو مذنب كبير يبلغ قطره حوالي 10-15 كيلومترًا (6.2-9.3 ميلًا) ، ^{[ 12 ] [ 13 ]} وهو ما يُعرف بـ"مُصطدم تشيكسولوب" ، بالأرض. يتزامن تاريخ الاصطدام بدقة مع الحد الفاصل بين العصرين الطباشيري والباليوجيني (K-Pg)، أي قبل ما يزيد قليلًا عن 66 مليون سنة. ^{[ 7 ]}  

يُقدّر قطر الفوهة بأكثر من 150 كيلومترًا (93 ميلًا) ^{[ 10 ]} وعمقها بـ 20 كيلومترًا (12 ميلًا) ، أي أنها تقع في عمق القشرة القارية للمنطقة التي يتراوح عمقها بين 10 و30 كيلومترًا (6.2 و18.6 ميلًا) . وهذا يجعلها ثاني أكبر هياكل الاصطدام المؤكدة على سطح الأرض ، والوحيدة التي لا تزال حلقتها العلوية سليمة ويمكن الوصول إليها مباشرة للبحث العلمي. ^{[ 14 ]}      

اكتشف الفوهة أنطونيو كامارغو وجلين بينفيلد ، وهما عالما جيوفيزياء كانا يبحثان عن النفط في يوكاتان خلال أواخر سبعينيات القرن الماضي. في البداية، لم يتمكن بينفيلد من الحصول على دليل يثبت أن هذا التكوين الجيولوجي فوهة نيزكية، فتوقف عن البحث. لاحقًا، ومن خلال تواصله مع آلان هيلدبراند عام ١٩٩٠، حصل بينفيلد على عينات أشارت إلى أنها ناتجة عن اصطدام نيزكي. تشمل الأدلة على أن الفوهة ناتجة عن اصطدام نيزكي وجود الكوارتز المتأثر بالصدمة ، ^{[ ١٥ ]} وشذوذ في الجاذبية ، بالإضافة إلى وجود التكتيت في المناطق المحيطة.

في عام 2016، قام مشروع حفر علمي بحفر عميق في الحلقة العلوية للفوهة النيزكية، على عمق مئات الأمتار تحت قاع البحر الحالي، للحصول على عينات من لب الصخور من منطقة الاصطدام نفسها. واعتُبرت هذه الاكتشافات على نطاق واسع بمثابة تأكيد للنظريات الحالية المتعلقة بكل من اصطدام الفوهة وآثاره.

يشير شكل وموقع الفوهة إلى أسباب أخرى للدمار بالإضافة إلى سحابة الغبار. سقط الكويكب مباشرة على الساحل، وكان من شأنه أن يتسبب في حدوث تسونامي هائل ، وقد وُجدت أدلة على ذلك في جميع أنحاء سواحل منطقة البحر الكاريبي وشرق الولايات المتحدة - رمال بحرية في مواقع كانت آنذاك داخلية، وبقايا نباتية وصخور أرضية في رواسب بحرية يعود تاريخها إلى وقت الاصطدام. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

سقط الكويكب في طبقة من الأنهيدريت ( CaSO4)₄ ) أوالجبس(CaSO4_·2(H2O₎)، والذي كان سيؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة منثالث أكسيد الكبريتSO3_3- اتحدت هذه الجزيئات مع الماء لتكوينرذاذحمض الكبريتيك . وكان من شأن ذلك أن يقلل بشكل أكبر من ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض، ثم على مدى عدة أيام، تساقطت على مستوى الكوكب على شكلأمطار حمضية، مما أدى إلى موت النباتات والعوالق والكائنات الحية التي تبني أصدافها منكربونات الكالسيوم(مثلالكوكوليثوفوريداتوالرخويات). ^{[ 18 ] [ 19 ]}

قبل عام 2000، كانت الحجج التي تُعزى فيها الانقراضات إلى فيضانات البازلت في هضبة الدكن ترتبط عادةً بفكرة أن الانقراض كان تدريجيًا، إذ كان يُعتقد أن فيضانات البازلت بدأت حوالي 68 مليون سنة مضت واستمرت لأكثر من مليوني سنة. مع ذلك، توجد أدلة تشير إلى أن ثلثي هضبة الدكن تشكلت خلال مليون سنة، أي حوالي 65.5 مليون سنة مضت ، لذا فإن هذه الانفجارات البركانية كانت ستتسبب في انقراض سريع نسبيًا، ربما على مدى آلاف السنين، ولكنه يبقى أطول من المدة المتوقعة من حدث اصطدام واحد. ^{[ 20 ] [ 21 ]}  

ربما تسببت مصائد الدكن في الانقراض عبر آليات متعددة، منها انبعاث الغبار والهباء الجوي الكبريتي في الهواء، مما قد يكون حجب ضوء الشمس وبالتالي قلل من عملية التمثيل الضوئي في النباتات. إضافةً إلى ذلك، ربما أدى النشاط البركاني في مصائد الدكن إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مما كان سيزيد من ظاهرة الاحتباس الحراري عند انقشاع الغبار والهباء الجوي من الغلاف الجوي. ^{[ 21 ]}

في السنوات التي رُبطت فيها نظرية مصائد الدكن بانقراض أبطأ، ردّ لويس ألفاريز (الذي توفي عام ١٩٨٨) بأن علماء الحفريات كانوا مُضلَّلين بسبب البيانات الشحيحة . ورغم أن ادعاءه لم يلقَ قبولًا في البداية، إلا أن الدراسات الميدانية المكثفة اللاحقة لطبقات الأحافير دعمت حجته. وفي نهاية المطاف، بدأ معظم علماء الحفريات في قبول فكرة أن الانقراضات الجماعية في نهاية العصر الطباشيري كانت، إلى حد كبير أو جزئيًا على الأقل، نتيجة اصطدام هائل للأرض. ومع ذلك، حتى والتر ألفاريز نفسه أقرّ بوجود تغيرات رئيسية أخرى على الأرض حتى قبل الاصطدام، مثل انخفاض مستوى سطح البحر والانفجارات البركانية الهائلة التي أنتجت مصائد الدكن الهندية، وقد تكون هذه التغيرات قد ساهمت في الانقراضات. ^{[ ٢٢ ]}

يبدو أن العديد من الفوهات الأخرى قد تشكلت أيضًا في نفس وقت حدوث الحد الفاصل بين العصرين الطباشيري والباليوجيني. يشير هذا إلى احتمال حدوث اصطدامات متعددة شبه متزامنة، ربما من جسم نيزكي متفتت، على غرار اصطدام المذنب شوميكر-ليفي 9 بكوكب المشتري . من بين هذه الفوهات فوهة بولتيش ، وهي فوهة نيزكية قطرها 24 كيلومترًا (15 ميلًا) في أوكرانيا (65.17 ± 0.64 مليون سنة)؛ وفوهة سيلفربيت ، وهي فوهة نيزكية مقترحة قطرها 20 كيلومترًا (12 ميلًا) في بحر الشمال (60-65 مليون سنة). أي فوهات أخرى ربما تكونت في محيط تيثيس كانت ستُحجب بفعل التعرية والأحداث التكتونية مثل الانجراف المستمر شمالًا لأفريقيا والهند. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}      

في عام 2006، فُسِّرَت بنية ضخمة في قاع البحر قبالة الساحل الغربي للهند على أنها فوهة نيزكية من قِبَل ثلاثة باحثين. ^{[ 26 ]} يُقدَّر قطر فوهة شيفا المحتملة بـ 450-600 كيلومتر (280-370 ميلًا) ، وهو ما يتجاوز حجم فوهة تشيكسولوب بشكل كبير، ويُقدَّر عمرها بنحو 66 مليون سنة، وهو عمر يتوافق مع الحد الفاصل بين العصر الطباشيري والباليوجيني. وقد يكون اصطدام نيزكي في هذا الموقع هو الحدث المُحفِّز لتكوُّن مصاطب ديكان القريبة. ^{[ 27 ]} ومع ذلك، لم يُعتمد هذا التكوين بعد من قِبَل المجتمع الجيولوجي على أنه فوهة نيزكية، وقد يكون مجرد منخفض ناتج عن انحسار الملح. ^{[ 25 ]}   

توجد أدلة واضحة على انخفاض مستوى سطح البحر في المرحلة الأخيرة من العصر الطباشيري بنسبة أكبر من أي وقت آخر في حقبة الحياة الوسطى . ففي بعض طبقات الصخور من مرحلة الماستريختي في مناطق مختلفة من العالم، تُعدّ الطبقات اللاحقة أرضية، بينما تمثل الطبقات السابقة خطوط السواحل، وتمثل الطبقات الأقدم قيعان البحار. لا تُظهر هذه الطبقات الميل والتشوه المصاحبين لتكوّن الجبال ؛ لذا، فإن التفسير الأرجح هو انحسار البحر ، أي تراكم الرواسب، وليس بالضرورة انخفاض مستوى سطح البحر. لا توجد أدلة مباشرة على سبب انحسار البحر، ولكن التفسير المقبول حاليًا باعتباره الأرجح هو أن سلاسل منتصف المحيط أصبحت أقل نشاطًا، وبالتالي غرقت تحت وطأة وزنها، حيث ملأت الرواسب من الأحزمة الجبلية المرتفعة الأحواض البنيوية. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

كان من شأن انحسار حاد للبحر أن يقلل بشكل كبير من مساحة الجرف القاري ، وهو الجزء الأكثر تنوعًا بيولوجيًا في البحر، وبالتالي كان من الممكن أن يكون كافيًا لإحداث انقراض جماعي بحري . ومع ذلك، خلصت الأبحاث إلى أن هذا التغير لم يكن كافيًا لإحداث المستوى الملحوظ لانقراض الأمونيتات . كما كان من شأن الانحسار أن يتسبب في تغيرات مناخية، جزئيًا عن طريق تعطيل الرياح والتيارات المحيطية، وجزئيًا عن طريق تقليل بياض الأرض، وبالتالي زيادة درجات الحرارة العالمية. ^{[ 30 ]}

أدى انحسار البحار أيضًا إلى انخفاض مساحة البحار القارية ، مثل الممر المائي الداخلي الغربي لأمريكا الشمالية. وقد غيّر انحسار هذه البحار الموائل بشكل كبير، إذ أزال السهول الساحلية التي كانت قبل عشرة ملايين سنة موطنًا لمجتمعات متنوعة، كما هو الحال في صخور تكوين حديقة الديناصورات . ومن النتائج الأخرى توسع بيئات المياه العذبة ، نظرًا لأن الجريان السطحي القاري أصبح يقطع مسافات أطول قبل وصوله إلى المحيطات. وبينما كان هذا التغيير مفيدًا للفقاريات التي تعيش في المياه العذبة ، فقد عانت تلك التي تفضل البيئات البحرية ، مثل أسماك القرش . ^{[ 31 ]}

من الأسباب الأخرى التي تم دحضها لانقراض العصر الطباشيري-الباليوجيني الإشعاع الكوني الناتج عن انفجار مستعر أعظم قريب . ويتوافق وجود شذوذ في الإيريديوم عند الحد الفاصل مع هذه الفرضية. ومع ذلك، فشل تحليل رواسب الطبقة الحدية في العثور على ²⁴⁴Pu , ^{[ 32 ]} a supernova terduct which is the longest valenting seotope , w half-life 81 million years.

تُعرف فرضية فيرنشوت (نسبةً إلى جول فيرن ) بمحاولة ربط النشاط البركاني - مثل مصائد ديكان - بأحداث الاصطدام بشكل سببي في الاتجاه المعاكس مقارنةً بفوهة شيفا المقترحة . تقترح هذه الفرضية أن النشاط البركاني ربما بلغ من الشدة حدًا دفع المواد إلى مسار باليستي نحو الفضاء قبل أن تسقط كجسم اصطدامي. ونظرًا لطبيعة هذه الآلية المقترحة المذهلة، فقد تعامل المجتمع العلمي معها بتشكك كبير.

من المحتمل أن تُسهم أكثر من فرضية من هذه الفرضيات في حل جزئي لهذا اللغز، وأن يكون أكثر من حدث من هذه الأحداث قد وقع بالفعل. وقد يكون لكل من مصائد الدكن وتأثير تشيكسولوب دورٌ هام في ذلك. فعلى سبيل المثال، يدعم أحدث تأريخ لمصائد الدكن فكرة أن معدلات الثوران السريع فيها ربما تكون قد نتجت عن موجات زلزالية ضخمة مُشعّة بفعل التأثير. ^{[ 33 ] [ 34 ]}