Då började små glaspärlor falla som fågelskott från himlen. Glasregnet var så tungt att det kan ha satt eld på en stor del av vegetationen på land. I vattnet kämpade fiskarna för att andas när pärlorna täppte till deras gälar.
Det svallande havet förvandlades till en 30 fot hög vattenvägg när det nådde en flodmynning och kastade hundratals, om inte tusentals, sötvattensfiskar – störar och paddelfiskar – på en sandbank och vände tillfälligt flödet i floden. Fiskarna, som blev strandsatta av det tillbakadragna vattnet, blev överöst av glaspärlor med en diameter på upp till 5 millimeter, och en del av dem begravde sig själva centimeter djupt i leran. Strömmen av stenar, som fin sand, och små glaspärlor fortsatte i ytterligare 10-20 minuter innan en andra stor våg översvämmade stranden och täckte fiskarna med grus, sand och fina sediment och stängde dem från världen i 66 miljoner år.
Denna unika, fossila kyrkogård – fiskar staplade på varandra och blandade med brända trädstammar, barrträdsgrenar, döda däggdjur, mosasaurusben, insekter, en del av kadaveret av en Triceratops, marina mikroorganismer som kallas dinoflagellater och snigelliknande marina bläckfiskar som kallas ammoniter – grävdes fram av paleontologen Robert DePalma under de senaste sex åren i Hell Creek-formationen, inte långt från Bowman i North Dakota. Bevisen bekräftar en misstanke som tjatade på DePalma under hans första grävsäsong sommaren 2013 – att detta var ett dödsfält som anlagts strax efter den asteroidnedslag som så småningom ledde till att alla marklevande dinosaurier utrotades. Kollisionen i slutet av kritperioden, den så kallade K-T-gränsen, utrotade 75 procent av livet på jorden.
”Det här är det första massdödssamlingen av stora organismer som någon har hittat i samband med K-T-gränsen”, säger DePalma, intendent för paleontologi vid Palm Beach Museum of Natural History i Florida och doktorand vid University of Kansas. ”Vid inget annat avsnitt av K-T-gränsen på jorden kan man hitta en sådan samling bestående av ett stort antal arter som representerar olika åldrar av organismer och olika livsstadier, som alla dog vid samma tidpunkt, på samma dag.”
I en artikel som kommer att publiceras nästa vecka i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences beskriver han och hans amerikanska och europeiska kollegor, däribland två geologer från University of California, Berkeley, platsen, som kallas Tanis, och de bevis som kopplar den till asteroid- eller kometnedslaget utanför Mexikos Yucatanhalvö för 66 miljoner år sedan. Detta nedslag skapade en enorm krater, kallad Chicxulub, i havsbottnen och skickade ut förångade stenar och kubikkilometer av asteroidstoft i atmosfären. Molnet omslöt så småningom jorden och lade grunden för jordens sista massutdöende.
”Det är som ett museum över slutet av kritaperioden i ett lager som är en och en halv meter tjockt”, säger Mark Richards, professor emeritus i jord- och planetariska vetenskaper vid UC Berkeley och numera prorektor och professor i jord- och rymdvetenskap vid University of Washington.
Richards och Walter Alvarez, en professor vid UC Berkeley Graduate School som för 40 år sedan först antog att en komet- eller asteroidnedslag orsakade massutdöendet, kallades in av DePalma och den nederländske forskaren Jan Smit för att konsultera om regnet av glaspärlor och de tsunamiliknande vågorna som begravde och bevarade fisken. Pärlorna, som kallas tektiter, bildades i atmosfären av sten som smält av nedslaget.
Tsunami vs. seiche
Richards och Alvarez fastställde att fisken inte kunde ha strandats och sedan begravts av en typisk tsunami, en enskild våg som skulle ha nått denna tidigare okända arm av den västra inre sjövägen inte mindre än 10-12 timmar efter nedslaget på 3 000 kilometers avstånd, om den inte avtog innan dess. Deras resonemang: De menar att tektiterna skulle ha regnat ner inom 45 minuter till en timme efter nedslaget, utan att kunna skapa lerhål om havsbottnen inte redan hade exponerats.
Istället menar de att seismiska vågor troligen anlände inom 10 minuter efter nedslaget från vad som skulle ha motsvarat en jordbävning av magnitud 10 eller 11, vilket skapade en seiche (uttalas saysh), en stående våg, i inlandshavet som liknar vatten som skvalpar i ett badkar under en jordbävning. Även om stora jordbävningar ofta ger upphov till seiches i slutna vattenmassor märks de sällan, säger Richards. Tohoku-skalvet i Japan 2011, med en magnitud på 9,0, skapade 30 minuter senare sex fot höga seiches i en norsk fjord 8 000 kilometer bort.
”De seismiska vågorna börjar uppstå inom nio till tio minuter efter nedslaget, så de hade en chans att få vattnet att skvalpa innan alla sfärer (små sfärer) hade fallit ner från himlen”, sa Richards. ”Dessa sfärer som kom in kraterade ytan och skapade trattar – du kan se de deformerade lagren i det som tidigare var mjuk lera – och sedan täckte spillrorna sfärerna. Ingen har sett dessa trattar tidigare.”
Tektiterna skulle ha kommit in på en ballistisk bana från rymden och nått en sluthastighet på mellan 100 och 200 kilometer i timmen, enligt Alvarez, som uppskattade deras restid för flera decennier sedan.
”Du kan föreställa dig att du står där och blir beskjuten av dessa glaskulor. De kunde ha dödat dig”, sade Richards. Många tror att regnet av skräp var så intensivt att energin antände skogsbränder över hela den amerikanska kontinenten, om inte över hela världen.
”Tsunamis från Chicxulub-kollisionen är förvisso väldokumenterade, men ingen visste hur långt något sådant skulle gå in i ett inlandshav”, sade DePalma. ”När Mark kom ombord upptäckte han en anmärkningsvärd artefakt – att de inkommande seismiska vågorna från nedslagsplatsen skulle ha anlänt vid ungefär samma tidpunkt som den atmosfäriska restiden för utkastningen. Det var vårt stora genombrott.”
Minst två enorma seiches översvämmade landet, kanske med 20 minuters mellanrum, och lämnade sex fot av avlagringar som täckte fossilerna. Över detta ligger ett lager av lera som är rikt på iridium, en metall som är sällsynt på jorden men vanlig i asteroider och kometer. Detta lager är känt som K-T-gränsen, eller K-Pg-gränsen, som markerar slutet på kritperioden och början på tertiärperioden, eller paleogen.
Iridium
År 1979 var Alvarez och hans far, nobelpristagaren Luis Alvarez från UC Berkeley, de första som insåg betydelsen av iridium som finns i 66 miljoner år gamla berglager runt om i världen. De föreslog att ett komet- eller asteroidnedslag var ansvarigt för både iridium vid K-T-gränsen och massutdöendet.
Ett nedslag skulle ha smält berggrunden under havsbotten och pulvriserat asteroiden och skickat damm och smält sten upp i stratosfären, där vindar skulle ha burit dem runt planeten och skymt solen i månader, om inte år. Skräp skulle ha regnat ner från himlen: inte bara tektiter, utan även stenrester från kontinentalskorpan, inklusive chockad kvarts, vars kristallstruktur deformerades av nedslaget.
Det iridiumrika stoftet från den pulveriserade meteoren skulle ha varit det sista som föll ut ur atmosfären efter nedslaget, och som avslutade kritaperioden.
”När vi föreslog hypotesen om en nedslagshypotes för att förklara det stora utdöendet, baserades den bara på att vi hittade en onormal koncentration av iridium – fingeravtrycket från en asteroid eller komet”, säger Alvarez. ”Sedan dess har bevisen gradvis byggts upp. Men det föll mig aldrig in att vi skulle hitta en dödsbädd som denna.”
En viktig bekräftelse på meteorhypotesen var upptäckten av en begravd nedslagskrater, Chicxulub, i Karibien och utanför Yucatans kust i Mexiko, som daterades till exakt den ålder då utdöendet ägde rum. Chockade kvarts- och glaskulor hittades också i K-Pg-skikt över hela världen. Den nya upptäckten i Tanis är den första gången som skräp som producerades vid nedslaget hittades tillsammans med djur som dödades omedelbart efter nedslaget.
”Och nu har vi denna magnifika och helt oväntade plats som Robert DePalma gräver ut i North Dakota, som är så rik på detaljerad information om vad som hände som ett resultat av nedslaget”, sade Alvarez. ”För mig är det mycket spännande och glädjande!”
Tektiter
Jan Smit, en pensionerad professor i sedimentärgeologi från Vrije Universiteit i Amsterdam i Nederländerna som anses vara världens expert på tektiter från nedslaget, anslöt sig till DePalma för att analysera och datera tektiterna från Tanisplatsen. Många hittades i nästan perfekt skick inbäddade i bärnsten, som på den tiden var smidig tallbeck.
”Jag åkte till platsen 2015 och framför mina ögon avslöjade han (DePalma) en förkolnad stock eller trädstam som var cirka fyra meter lång och täckt av bärnsten, som fungerade som ett slags aerogel och fångade upp tektiterna när de kom ner”, säger Smit. ”Det var en viktig upptäckt, eftersom hartset, bärnstenen, täckte tektiterna helt och hållet, och de är de mest oförändrade tektiter som jag hittills har sett, inte en procent förändring. Vi daterade dem och de visade sig vara exakt från K-T-gränsen.”
Tektiterna i fiskarnas gälar är också en nyhet.
”Paddlefish simmar genom vattnet med öppen mun, gapande, och i det här nätet fångar de upp små partiklar, matpartiklar, i sina gälar, och sedan sväljer de dem, precis som en valhaj eller en barkval”, sade Smit. ”De fångade också tektiter. Det i sig självt är ett fantastiskt faktum. Det betyder att de första direkta offren för nedslaget är dessa ansamlingar av fiskar.”
Smit noterade också att den begravda kroppen av en Triceratops och en ankgnagad hadrosaur bevisar bortom allt tvivel att dinosaurier fortfarande levde vid tiden för nedslaget.”
”Vi har ett fantastiskt utbud av upptäckter som i framtiden kommer att visa sig vara ännu mer värdefulla”, sade Smit. ”Vi har fantastiska fyndigheter som måste studeras ur alla olika synvinklar. Och jag tror att vi kan lösa sekvensen av inkommande ejekta från Chicxulub-kollisionen i stor detalj, vilket vi aldrig skulle ha kunnat göra med alla de andra avlagringarna runt Mexikanska golfen.”
”Hittills har vi gått 40 år innan något sådant här dök upp, som mycket väl kan vara unikt”, sade Smit. ”Så vi måste vara mycket försiktiga med den platsen, hur vi gräver upp den och lär oss av den. Det här är en fantastisk gåva i slutet av min karriär. Walter ser det på samma sätt.”