A földtörténet egyik legnagyobb tömeges kihalási eseményét a Naprendszer közelében felrobbant szupernóva káros hatásai okozták bolygónkon a devon időszak végén. 359 millió éve ezzel véget ért a devon és kezdetét vette a karbon időszak.

A földtörténeti időszakokat elválasztó határokat az élőlényeknek tömeges kipusztulása jelzi, ezek az események, korszakhatárok a geológiai és őslénytani mintákban megfigyelhetők. A tömeges kihalási események egy részét lehet csak földi folyamatokkal is magyarázni, több olyan tömeges kipusztulási esemény is volt, amelyeket katasztrofális hatású kozmikus események idéztek elő bolygónk légkörében, szárazföldjein és vizeiben. A legismertebb ilyen esemény a dinoszauruszok kipusztulása 65 millió évvel ezelőtt a kréta-harmadidőszak (K/T) vagy kréta-paleocén határon, amelyet egy kisbolygó becsapódása okozott, amellyel kapcsolatos becsapódási kráter is ismert: a Chicxulub-kráter a Yucatan-félszigetnél van részben a szárazföld, részben a tenger alatt.

A devon és a karbon időszakok közötti, az élővilág nagy mértékű kipusztulásával járó eseménysor kiváltó okát vagy okait eddig még nem sikerült minden kétséget kizáróan beazonosítani. A devon földtörténeti időszak volt az óidőben (paleozoikum), amely 419,2 millió évvel ezelőtt kezdődött (± 3,2 millió év) és 358,9 ± 0,4 millió éve ért véget. Ez a geológiai időszak egyébként nevét az angliai Devon megyéről kapta, ahol először tanulmányoztak a korszakból származó kőzeteket. A devon a szilur időszakot követte és a karbon időszakot előzte meg.

A késő devoni (devon végi) tömeges kihalási eseménysor nem hirtelen történt, hanem 370 millió évvel ezelőtt kezdődött és 359 millió évvel ezelőttig tartott. Vagyis ez bő tíz millió évig elhúzódó pusztulás, agónia volt, ami az ilyen események között hosszú időnek számít a geológiában és az élővilágban.

A devon végi tömeges kihalásokat, a devon-karbon átmenetet eddig pusztán földi folyamatokkal magyarázták. Gyakori vulkánkitörésekkel, nagy területre kiterjedő folyamatos felszíni bazaltömlésekkel, amelyek a légkör hőmérsékletére és kémiai összetételére, valamint az ózonrétegre is hatással voltak. Az ózonréteg jelentős gyengülése következtében a Nap káros UV-B sugárzása elérte a felszínt, ami az ősleletekben is kimutatható genetikai károsodásokat okozott az élővilágban, szinte UV sugárzásban “fürdött” a földi élővilág nagy része. Ugyanis az ózon nagyon fontos: lényegében “magas fényvédőfaktor-száma” nélkül nem létezne a szárazföldi élet, az ultraibolya sugárzás darabokra törné az élő szervezetek DNS-ét, és felbontaná a sejtjeikben lévő kémiai kötéseket. A légkörre ható vulkanikus folyamatok azonban nem húzódhattak el tízmillió évig, illetve a mélyebb tengereket, a teljes szárazföldet sem érinthették ilyen hosszú ideig, mint amit az ősleletek mutatnak. Jégkorszak lehetősége is felmerült, de csak egy kisebb mértékű és rövid időszak volt a késő devonban, ami nem okozhatott globális és hosszú idejű kipusztulási katasztrófát.

Ezek után a kutatók kozmikus eredetű hatásokra kezdtek gondolni, ilyen például egy kis égitest becsapódása. Egy nagy becsapódásnak van globális pusztító hatása, de az élővilág sokkal hamarabb regenerálódik, és a kihaltak helyére rövid idő alatt új fajok lépnek. Továbbá, a 370-359 millió évvel ezelőtti időszakban kellően nagy becsapódási kráternek sincs nyoma a Földön, csak a svédországi 52 km átmérőjű, 376 millió éves Siljan-gyűrű nevű kráter van időben közel a késő devoni eseményekhez, de azok kezdete előtt hatmillió évvel történt ez a becsapódás, ami túl korai a nagy kipusztulási eseménysor beindításához.

Most az amerikai Illinois Egyetem (University of Illinois at Urbana-Champaign) kutatói Brian Fields professzor vezetésével a devon-karbon határból származó geológiai mintákat és az azok által tartalmazott növényi spórák több mint ezer generációját átfogó biológia minta elemi és izotópos összetételét vizsgálták laboratóriumban. A kutatás széles körű nemzetközi együttműködésben valósult meg, amelyben a University of Kansas (USA), a Kings College (UK), a European Organization for Nuclear Research (Svájc), a National Institute of Chemical Physics and Biophysics (Észtország), a United States Air Force Academy (USA) és a Washburn University (USA) kutatói is részt vettek, a kutatást az amerikai Illinois Egyetem kutatói szervezték és irányították.

A kutatók azt figyelték meg, hogy a spórákat erős ultraibolya besugárzás “égette”, ami a késő devoni ózonréteg hosszú időtartamú, több százezer évig tartó hiányára utal. Ez is azt mutatja, hogy földi folyamatok nem okozhatták a védő ózonréteg ilyen hosszú ideig tartó hiányát.

A meglepetés azonban csak ezután jött. A késő devoni minták laboratóriumi vizsgálatai átütő eredményre vezettek a devon végi tömeges kihalás magyarázatában: vas-60 (60Fe), szamárium-146 (146Sm) és plutónium-246 (246Pu) hosszú élettartamú radioaktív izotópok jelenlétét mutatták ki. Ezek kizárólag csak szupernóva-robbanás során vagy pedig vörös óriáscsillagokban (AGB csillagok) keletkezhettek, és onnan szóródtak ki a csillagközi térbe, majd idővel eljutottak a Földre. A Nap a Tejútrendszer fősíkja közelében mozog és legnagyobb valószínűséggel II-es típusú szupernóvával találkozhatott, mert a nagy tömegű csillagok a fősík közelében alakultak ki, akár nyílthalmazban vagy OB asszociációban (egymáshoz közeli csillagok csoportja) a bőségesen rendelkezésre állt csillagközi anyagból. Egy nyílthalmazban vagy csillagasszociációban több nagy tömegű csillag is II-es típusú szupernóvává válhatott rövid időn, néhány millió vagy tíz millió éven belül is. Ia típusú szupernóvákkal vagy AGB csillagok sokkal kisebb valószínűséggel kerülhettek a Nap közelébe, azért a legvalószínűbb egy vagy több közeli II-es típusú szupernóva hatása a devon végén, 370 millió éve kezdődően.

A laboratóriumi vizsgálatokból megbecsülték, hogy a devon végén egy vagy több szupernóva a Földtől mintegy 65 fényév (kb. 20 parszek) távolságból szórhatta szét anyagát, és ennek egy része elérte bolygónkat. Egyébként a földi élővilág katasztrofális pusztulását egy mintegy 30 fényéven (kb. 10 parszeken) belüli szupernóva hatása okozná, tehát a 65 fényév már csak egy jó közepes hatás kiváltására elegendő távolság, ami megfelel a devon végi kozmikus katasztrófa mértékének.

Szupernóva-robbanáskor a Földet először a fénysebességgel érkező elektromágneses sugárzás éri el. A gamma-sugarak a földi légkörben több lépéses reakció során megbontották az ózonréteget, és a Nap, illetve a közeli szupernóva káros ultraibolya, röntgen- és gamma-sugarai elérték a felszínt, és nagy kárt tettek az élővilágban.

A szupernóva későbbi, hosszú időtartamú hatásait a részecskesugárzás idézte elő, különösen a nagy mennyiségben előforduló nagy energiájú kozmikus részecskék ismétlődő záporai. Ugyanis a csillagközi térben táguló szupernóva-maradvány mágneses terében – egy hatalmas kozmikus gyorsítóban – a töltött részecskék felgyorsultak, és a Földet elérve áthatolhattak bolygónk mágneses védőpajzsán, behatoltak a légkörbe és elérhették a felszínt is.

Továbbá a légköri gázokkal kölcsönhatva müonok keletkeztek, amelyek szintén elérték a felszínt, sőt közel egy kilométer mélységig le tudtak hatolni a tengerekbe, óceánokba is. Például a devoni lábasfejűek egy része kipusztult, de a mai Humboldt-kalmárok ősei nem, mert azok – mint mai utódaik – legalább 200 méter mélységben, vagy annál is mélyebben érezték/érzik jól magukat (A Humboldt-kalmárok egyébként a halászokra, fürdőzőkre és búvárokra nézve rendkívül veszélyes ragadozók.)

Így a nagyon sebezhető növényvilág és a sugárzásnak közvetlenül kitett állatvilág, valamint vízfelszínhez közeli organizmusok jelentősen károsodtak, illetve elpusztultak. Ezért azok a vízi élőlények, amelyek nem tudtak néhány száz méteres vagy egy kilométeres mélységbe lemerülni, elmenekülni, nagy valószínűséggel elpusztultak, vagy annyira egészségtelen mértékben károsodott génállományuk, hogy az adott faj életképtelenné vált és végül is kipusztult. Ennek következtében a tápláléklánc megszakadása is hozzájárult a devon végi nagy fajpusztuláshoz, sőt a nagy mennyiségű biomassza által termelt káros gázok is mérgezővé tették az alsó légkört, illetve a vizeket.

Már egyetlen szupernóva térben táguló, több rétegű maradványán történő áthaladások is legalább százezer évig tartó, tehát hosszú idejű megnövekedett “kozmikussugár-fürdőt” jelentettek bolygónknak, de több közeli szupernóva még hosszabb ideig tartó, összeadódó hatásáról is szó lehetett egy nyílthalmaz vagy asszociáció közelében elhaladva. Így egy időben több millió évig elhúzódó pusztulás, felépülés, majd újabb pusztulás és regenerálódás egymásutánja érhette az élővilágot a devon végi eseménysorban.

A devon után a karbon időszak 359 millió évtől 299 millió évvel ezelőttig tartott, és a késő devoni nagy fajpusztulás után az élővilág evolúciója újult erővel folytatódott tovább.

A devon-karbon határátmenetet jelentő eseménysor közeli szupernóvával való magyarázatát ismertető tudományos közlemény a PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) folyóiratban jelent meg.

Forrás: csillagaszat.hu / news.illinois.edu / pnas.org