2008-03 MIRA Ceti sprak met... Jan Smit

Honderd jaar geleden, in de ochtend van 30 juni 1908, ontplofte zo’n tien kilometer boven de Toengoeska-rivier in Siberië een meteoroïde die in een straal van 30 à 40 km² verwoestende gevolgen had. Het betrof gelukkig onbewoond gebied. De catastrofe die 65 miljoen jaar geleden plaatsvond toen een kleine planetoïde van ruim 10 kilometer groot in botsing kwam met de Aarde had veel zwaardere gevolgen: die inslag betekende het einde van de dinosauriërs en de overgang van het krijt naar het tertiair tijdperk.

Een wetenschapper die veel bijgedragen heeft aan de totstandkoming van dit idee van een kosmisch ongeluk is professor Jan Smit (°1948) van de Vrije Universiteit Amsterdam. Met hem hadden we volgend gesprek.

 

Professor Smit, u bent specialist in het domein van de “event stratigraphy”, wat mogen we ons daarbij voorstellen?

 

Event stratigraphy is de wetenschap waarbij we proberen de geschiedenis van de Aarde te doorgronden, dit door een grondige kennis van de aardlagen en hoe die opeengestapeld zijn met de oudste lagen uiteraard onderaan en de jongste lagen bovenaan. Als we de verschillende aardlagen bestuderen, komen we te weten dat de geschiedenis van de Aarde niet een rustige ontwikkeling is waar geleidelijk van het één het ander komt, maar dat die geregeld onderbroken wordt door spectaculaire vaak heel kortstondige gebeurtenissen die er mee toe leiden dat de Aarde vandaag precies is zoals ze is. De vorming van de Aarde zelf is natuurlijk een sleutelmoment, maar je kan het in deze context ook hebben over het ontstaan van leven op onze planeet, perioden van massale sterfte, korte ijstijden, enz.

 

Een cruciaal gebeuren in dit verband is zonder twijfel de planetoïde-inslag van 65 miljoen jaar geleden in de Golf van Mexico. U bent één van de pioniers van deze inslagtheorie. Op basis van welke elementen bent u tot die hypothese gekomen?

 

In het begin was ik er natuurlijk ook van overtuigd dat evolutie een opeenstapeling is van telkens kleine mutaties en geleidelijke veranderingen, en dat dit darwinistische principe ook gold voor de ontwikkeling van de Aarde zelf. Maar tijdens mijn veldwerk in de jaren 1970 stootte ik op een gegeven moment ergens in Spanje op een gesteentelaag die wees op een plotse overgang, en dat is heel uitzonderlijk, want meestal vind je een geleidelijke opeenvolging van lagen die zich langzaam afgezet hebben.

Die abrupte overgang van de ene geologische periode naar de andere trok uiteraard mijn nieuwsgierigheid en is in 1974 het onderwerp van mijn doctoraalthesis geworden.

In die tijd bestudeerde ik geregeld foraminiferen in steenmonsters omdat de aanwezigheid van deze ééncellige wezentjes met een kalkskelet die uitsluitend in zee leven ons kan helpen bij het dateren van die stenen. Je kan foraminiferen in alle zeeën ter wereld terugvinden, als ze doodgaan zakt hun kalkskeletje naar de bodem en wordt bewaard als fossiel. Na grondig onderzoek bleek dat op de grens van het krijt naar het tertiair de foraminiferen die toen leefden plotseling zijn uitgestorven. Zij werden dan later wel opgevolgd door een hele nieuwe generatie foraminiferen, maar die er totaal anders uitzien, en die ook tegenwoordig nog bestaan. Die kleine zeewezentjes blijken erg gevoelig te zijn voor veranderingen van temperatuur, ik veronderstelde dat er dus iets moest gebeurd zijn met het aardse klimaat waardoor de foraminiferen van toen volledig uitgestorven zijn. Ik heb grondige analyses uitgevoerd en gezocht naar alle mogelijke factoren die zouden geleid  kunnen hebben tot een plotse klimaatverandering, maar ik heb niets gevonden vanuit de Aarde zelf. En daarom dacht ik: de oorzaak moet van buitenaardse origine zijn. En dan zijn er maar twee pistes, ofwel heeft een nabije supernova ons klimaat grondig in de war gestuurd, ofwel is er een grote meteoriet op Aarde terechtgekomen.

 

Dat was toen ongetwijfeld een zeer controversieel idee?

 

Inderdaad, toen in 1975 werd er heel sceptisch gereageerd. Maar ik heb die hypothese nadien kunnen onderbouwen met een aantal stevige argumenten. Ik ben beginnen onderzoeken of er in dat sediment nog andere aanwijzingen verborgen zaten dan hetgeen op basis van die fossielen kon achterhaald worden. Via de chemische analyses die ik liet uitvoeren kon ik een hele serie elementen bepalen in mijn monsters.

Terwijl ik bezig was met de verwerking van al die analyses kwamen vader Luis en zoon Walter Alvarez in 1978 met hun bevindingen op de proppen. Deze Amerikaanse wetenschappers stelden dat ze in het dunne kleilaagje op de overgang van het krijt naar het tertiair iridium hadden ontdekt. In de aardkorst komt dit platinametaal niet zo frequent voor, maar het is wel een typisch bestanddeel van planetoïden.

Ik was natuurlijk verbaasd en wat teleurgesteld dat men aan de Technische Universiteit van Delft waar ik mijn monsters had laten analyseren geen iridium had gevonden, maar de hoeveelheden ervan bleken beneden de detectielimiet te liggen. Ik heb me dan gewend tot Jan Hertogen die nu professor is aan de KU Leuven maar toen aan de RU Gent werkte, omdat hij gespecialiseerd is in dergelijke analyses van platinametalen. En uit zijn analyses bleek dat in mijn monsters uit Spanje vijf à zes keer meer iridium te vinden was dan in de monsters van Alvarez die uit Italië afkomstig waren. Dat bewuste laagje iridium bleek trouwens over de hele wereld verspreid teruggevonden te kunnen worden, hetgeen een stevig argument was ten voordele van het idee van de buitenaardse oorsprong ervan.

Ik dacht in eerste instantie aan een supernova-explosie. De aardatmosfeer zou dan door krachtige stralingsgolven en gaswolken afkomstig van een niet al te ver verwijderde exploderende ster een tijdlang ontregeld zijn geweest. Een inslag van een planetoïde leek me in vergelijking met de totale afmetingen van de Aarde maar een heel lokaal gebeuren te zijn. Maar in 1979 rekende astronoom Ed van den Heuvel die een expert is op het gebied van supernova’s voor me uit dat er vijf ordes van grootte teveel aan iridium op de Aarde was neergevallen om door wat voor supernova dan ook te kunnen verklaard te worden.

 

Dus bleef alleen de mogelijkheid van een meteorietinslag over?

 

Inderdaad, het was dan ook een kwestie van op zoek te gaan naar sporen die op zo’n inslag zouden wijzen. Heel snel daarna kon ik in Spanje in de scheidingslaag tussen het krijt en het tertiair tectieten ontdekken. Tectieten zijn kleine glazige bolletjes van enkele millimeter diameter die ontstaan bij een grote meteorietinslag. Door de hoge temperatuur die tijdens de botsing vrijkomt, verdampt het gesteente tot een reusachtige gaswolk die vervolgens condenseert tot kleine glasdruppeltjes die weer terugvallen op het aardoppervlak. En het was wereldwijd mogelijk om in de bewuste scheidingslaag dergelijke tectieten terug te vinden. 

 

Wat gebeurt er eigenlijk bij de inslag van een planetoïde van een tiental kilometer diameter?

 

In tegenstelling tot wat men in rampenfilms altijd toont, speelt de atmosfeer bij een dergelijke inslag een verwaarloosbare rol. Dus geen grote paddestoelwolken of iets gelijkaardigs. Een meteoriet van een tiental kilometer is zo groot en passeert aan zo’n hoge snelheid door de atmosfeer dat op het moment dat het object de bodem raakt zijn bovenkant nog bovenaan de troposfeer zit, d.w.z. de onderste atmosfeerlaag waar al het weer zich afspeelt en de meeste lucht is. Op het moment dat de meteoriet de Aarde raakt, ontstaat er daar een enorme druk waardoor een gigantische hoeveelheid materiaal onderuit gestuwd wordt. Pas op een diepte van ongeveer 25 km komt de meteoriet tot stilstand. Door de enorme hitte die daarbij vrijkomt volgt er een explosie die een krater van wel 200 km diameter slaat. Maar aangezien deze inslag geen unieke gebeurtenis was – statistisch moeten er zich de afgelopen 500 miljoen jaar minstens vier à vijf van zulke inslagen hebben voorgedaan, kunnen we ons in dit verband volgende pertinente vraag stellen: er zijn in de loop van de geschiedenis van de Aarde veel meer meteorieten tegen onze planeet gebotst, waarom heeft net dit exemplaar tot het uitsterven van zovele levensvormen geleid? Het antwoord op deze vraag begint volgens mij stilaan duidelijk te worden. Het betrof niet alleen een vrij groot object dat op Aarde ingeslagen is, maar bovendien is het op een bijzondere ondergrond terechtgekomen, bestaande uit een mengsel van zouten en kalksteen. Bij de inslag en de daaropvolgende explosie is die lokale ondergrond verdampt en heeft een wereldwijde stofwolk een klimaatverandering veroorzaakt.

 

U bent er dan in geslaagd om een grote ondergrondse krater die men op het Mexicaanse schiereiland Yucatan had ontdekt te identificeren als de bewuste inslagkater van 65 miljoen jaar geleden?

 

Dat klopt. Reeds halverwege de jaren 1970 waren er vermoedens dat er zich daar een inslagkrater bevond. De bodem in dat gebied was immers grondig onderzocht met het oog op oliewinningen. Na nieuw onderzoek in de jaren 1980 bleken er daar in de ondergrond afwijkingen te zijn van het aardse zwaartekrachtsveld en magnetische veld die zekerheid gaven dat we wel degelijk met een meteorietkrater te maken hebben. Daarom besliste de geologische gemeenschap in 1995 om de krater nader te onderzoeken in het kader van het International Continental Scientific Drilling Program, een multinationaal boorproject. Uiteindelijk werd de boring tijdens de laatste dagen van december 2001 aangevat, tussen de eerste plannen en de realisatie ervan is dus een periode van zeven jaar verlopen! Het was niet zo eenvoudig om de financiering van het project rond te krijgen, maar de vertraging had in eerste instantie te maken met typisch Mexicaanse perikelen: er is in Mexico niet meteen een open structuur t.o.v. wetenschappelijk onderzoek, je moet oppassen dat gelden niet verdwijnen in de zakken van lokale politici en andere tussenpersonen en we kregen zeker ook te maken met tegenkantingen vanwege de nationale Mexicaanse oliemaatschappij Pemex die niet echt gesteld was op pottenkijkers en geen enkel belang had bij ons onderzoek. Maar we hebben finaal toch anderhalve kilometer intacte bodemstalen bovengehaald, en dat is het voornaamste. Samen met een aantal collega’s uit verschillende vakgebieden was ik verantwoordelijk voor het verdere onderzoek, in mijn geval het paleontologische en stratigrafische deel ervan. We hebben een programma opgesteld om monsters te nemen van die boorkern en een hele lijst onderzoekers aangeschreven met de vraag analyses van die stalen te verrichten, hetgeen ook is gebeurd. Uiteindelijk is er een groot aantal publicaties over dit onderzoek verschenen, waarbij er zelfs een aantal controverses zijn ontstaan over het feit of Chicxulub nu al dan niet de krater is die we zoeken.

 

Mag ik in dit verband de naam van Gerta Keller laten vallen?

 

Ja natuurlijk, dan hoef ik het zelf niet te doen.

 

Controverses kunnen een positieve bijdrage betekenen voor het wetenschappelijk onderzoek als het gebeurt in het kader van een open en eerlijk debat met verifieerbare argumenten pro en contra. Waarom is dit in het geval van Keller anders?

 

Om te beginnen publiceerde mevrouw Keller in het gezaghebbende tijdschrift Nature doodleuk de beschuldiging dat ik monsters voor haar zou achtergehouden hebben om te verhinderen dat zij haar controversiële bevindingen zou kunnen presenteren op de jaarlijkse bijeenkomst van de Europese geologen in Nice.

Nu is het zeker zo dat het geen sinecure was om de nodige monsters uit die boorkern bij alle geïnteresseerde wetenschappers te krijgen. We hadden anderhalve kilometer boorkern liggen, en dat is wel allemaal waardevol materiaal dat ons de geschiedenis vertelt van voor en na de inslag, maar alle onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in de laag van 50 cm dik van net daartussenin, het cruciale stukje bodem om een juist zicht te krijgen op hetgeen er precies gebeurd is.

Van dat kleine stukje van 50 cm waren er meer dan zevenhonderd monsters aangevraagd, dat was dus een monnikenwerk om alles zorgvuldig te verdelen en te bedelen. Het onderzoeksteam dat verantwoordelijk was voor de boorkern belastte mij met deze taak. Ik wou dat wel doen, maar enkel als ik het bewuste stuk Chicxulub-bodem mocht meenemen naar Amsterdam om het daar te kunnen bewaren. Het heeft nog ettelijke maanden geduurd en vereiste het nodige lobbywerk vooraleer de Mexicaanse autoriteiten daarvoor de toestemming gaven  Eens in Amsterdam was het dan nog een heel werk om al die stalen te verzagen, van de juiste labels te voorzien  en netjes op basis van vaak slordig ingevulde aanvraagstaten naar de juiste personen te verzenden. Dat kost tijd, en alle betrokkenen werden ongeduldig, ook Keller. Bovendien had Keller aan een collega gevraagd om haar monsters mee te brengen en die collega had eerst zelf nog een ommetje gemaakt langs Mexico. Ik was dan ook erg verbaasd en gekrenkt dat ik er door haar van beschuldigd werd de zaak te vertragen en bewust stalen achter te houden.

Na die hele hetze over het laattijdige bezorgen van de boormonsters liep het een tweede keer behoorlijk mis met Keller. We hadden met alle betrokkenen uitdrukkelijk afgesproken dat we onze bevindingen zouden publiceren in het vaktijdschrift “Meteoritics & Planetary Science”. Om kort nadien vast te stellen dat Keller met de National Academy of Sciences in zee was gegaan en daar een artikel had gepubliceerd dat door een aantal externe onderzoekers geschikt voor publicatie was bevonden. Maar in dat artikel maakte zij toch wel grote fouten en trok zij conclusies die helemaal niet deugden. Het kleine staaltje kraterbodem uit dit onderzoek met sediment van net na de inslag zit vol met microscopische dolomietkristalletjes. Als je oppervlakkig kijkt zou je deze o.w.v. hun structuur verkeerdelijk kunnen interpreteren als de buitenwanden van het fossieltje van foraminiferen, maar zodra je ze bestudeert met geavanceerdere methoden krijg je zekerheid over de ware aard van het materiaal. Het betoog van Keller in dat bewuste artikel dat het wel degelijk om foraminiferen gaat klopt dus hoegenaamd niet. Dat mondde helaas weer uit in een welles nietes discussie, waarbij het mij de beste oplossing leek om de monsters waarop ik mijn conclusies baseer ter beschikking te stellen van onafhankelijke onderzoekers. Ik heb aan Gerta Keller gevraagd hetzelfde te doen, maar totnogtoe wil ze niet meewerken.

 

Hoe oneervol is het om een idee te poneren dat achteraf gezien toch niet juist blijkt te zijn?

 

Er is niets aan gelegen om toe te geven dat men zich vergist heeft. Maar als ik stel dat Keller fout zit, dan verwijt zij mij dat ik niet wil toegeven dat mijn gezichtspunt fout is. Voor buitenstaanders lijkt het een ware stellingenoorlog, en dat lijkt me toch wel schadelijk voor het imago van de wetenschap. Intussen heeft een gerenommeerde Zwitserse micropaleontologe, Michèle Caron, mijn monsters onderzocht, en zij kon bevestigen dat het wel degelijk om dolomietkristallen gaat. Zij heeft aan Keller haar monsters gevraagd, die heeft niet expliciet geweigerd, maar we zijn nu meer dan twee jaar later en intussen heeft Michèle Caron van Keller nog niets ontvangen. En meer heb ik daar niet aan toe te voegen.

 

We mogen dus concluderen dat de meteoriet die de krater van Chicxulub heeft veroorzaakt de grote verantwoordelijke is voor de plotse overgang van het Krijt naar het Tertiair?

 

Een regen van verschillende meteorieten achter elkaar acht ik weinig waarschijnlijk. We zouden dan immers nog op andere plekken tussen de opeenvolgende gesteentelagen iridiumconcentraties moeten aantreffen, maar ondanks het onderzoek van honderden sedimentstalen zijn al die test, uitgezonderd in het geval van Chicxulub, negatief uitgevallen. Natuurlijk is het zo dat in de Golf van Mexico zelf ten gevolge van de meteorietinslag de hele bodem door mekaar is gehaald door de enorme klap en ontploffing die gepaard ging met aardebevingen en tsunami’s. Daar is het wel het minst geschikte gebied om op zoek te gaan naar een rustige opeenvolging van aardlagen waarin je stap voor stap kan zien wat er daar jaar na jaar gebeurd is. Kellers bewijzen zijn allemaal gebaseerd op controversiële interpretaties van de bodem van Chicxulub, terwijl er, eens je uit die buurt gaat zoeken, nergens sporen zijn die erop wijzen dat er meer dan één inslag geweest is.

 

Bovendien heeft het onderzoek van de Chicxulub-krater ook positieve consequenties: als de meteoriet de gekende desastreuze gevolgen had door op een uitzonderlijk terrein terecht te komen, vormen gelijkaardige inslagen van kilometersgrote objecten uit de ruimte niet noodzakelijk een globale bedreiging voor de mensheid en voor andere levensvormen op Aarde?

 

Dat is correct. Zoals gezegd is de ondergrond in de Golf van Mexico met die drie kilometer dikke laag kalksteen heel bijzonder. Als je het vergelijkt met de hele Aarde, dan bedraagt kalksteenbodem minder dan twee procent van de totale oppervlakte. Door de meteorietinslag is er zoveel energie vrijgekomen dat die kalksteen samen met de rest van de lokale ondergrond heel waarschijnlijk verdampt is tot een gigantische nevel van aërosolen. 

Bij de uitbarsting in 1991 van de Pinatubo-vulkaan op de Filippijnen kwamen er zoveel aërosolen van o.a. zwaveldeeltjes in de hogere atmosfeer terecht dat het jaar daarop de temperatuur wereldwijd minstens een halve graad gedaald is. In de ondergrond van Yucatan zit enorm veel zwavel, zeg maar enkele grootteordes meer dan hetgeen de Pinatubo uitgeblazen heeft. Totdat al die aërosolen weer uit de atmosfeer geregend zijn – en dan hebben we het over een periode van een jaar, misschien twintig of zelfs vijftig jaar – valt dus te verwachten dat er na die inslag een wereldwijde afkoeling moet geweest zijn. Nadien kwam er op Aarde een broeikasatmosfeer op gang t.g.v. de CO2-uitstoot door die gigantische massa’s rottende organismen als nasleep van deze milieuramp zonder weerga. En als we de opeenvolgende grondlagen in detail bestuderen zijn er net boven de inslagsporen inderdaad aanwijzingen dat de atmosfeer en de oceanen gedurende een korte tijd behoorlijk afkoelden, gevolgd door een broeikasatmosfeer die duizenden jaren aanhield.

Zo krijg je uiteindelijk een aardig verhaal dat logisch in mekaar zit. Neem je een andere ondergrond dan die van Yucatan, b.v. een inslag volledig in de oceaan, dan komt er vooral waterdamp in de atmosfeer, maar dat regent er zo weer uit, dus zal het enkel in de wijde omgeving voor schade zorgen, en niet op een globale schaal.

 

Chicxulub was dus een ongelukkig toeval, maar dan vooral voor de dinosauriërs?

 

Dat mag je zeker zo stellen. In het kader van de “event stratigraphy” beschouwen we die inslag toch wel als een gebeurtenis die de evolutie stuurt. Tot die fatale klap heersten de dinosauriërs op Aarde en speelden de kleinere zoogdieren een ondergeschikte rol, maar daarna grepen die laatsten hun kans. En dat leidde na zovele miljoenen jaren evolutie ook tot de ontwikkeling van de mens.

 

Zonder die inslag hadden wij dit gesprek wellicht nooit gevoerd, een mooi idee voorwaar! In ieder geval hartelijke dank voor het boeiende interview, professor Smit.