Att fastställa vad som dödade dinosaurierna för 66 miljoner år sedan i slutet av kritaperioden har länge varit ämnet för debatt, eftersom forskare satte sig för att fastställa vad som orsakade de fem massutrotningshändelserna som omformade livet på planeten jorden i ett geologiskt ögonblick.

Vissa forskare hävdar att kometer eller asteroider som kraschade in i jorden var de mest sannolika agenterna för massförstörelse, medan andra hävdar att stora vulkanutbrott var orsaken. En ny Dartmouth-ledd studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) rapporterar att vulkanisk aktivitet verkar ha varit den viktigaste drivkraften bakom massutrotningar.

Fynden ger de mest övertygande kvantitativa bevisen hittills för att kopplingen mellan stora vulkanutbrott och grossistförsäljning av arter inte bara är en fråga om slumpen.

Fyra av de fem massutdöendena är samtidigt med en typ av vulkanisk utgjutning som kallas en flodbasalt, säger forskarna. Dessa utbrott översvämmer stora områden – till och med en hel kontinent – ​​med lava i ett geologiskt ögonblick, bara en miljon år. De lämnar efter sig gigantiska fingeravtryck som bevis – vidsträckta regioner av stegliknande, magmatisk sten (stelnad från den utbrutna lavan) som geologer kallar "stora magmatiska provinser."

För att räknas som "stor" måste en stor magmatisk provins innehålla minst 100 000 kubikkilometer magma. För sammanhanget involverade utbrottet 1980 av Mount St. Helens mindre än en kubikkilometer magma. Forskarna säger att de flesta vulkaner som representerades i studien bröt ut i storleksordningen en miljon gånger mer lava än så.

Teamet baserade sig på tre väletablerade datamängder på geologisk tidsskala, paleobiologi och stora magmatiska provinser för att undersöka det tidsmässiga sambandet mellan massutrotning och stora magmatiska provinser.

"De stora stegliknande områdena av magmatisk sten från dessa stora vulkanutbrott tycks ligga i linje med massutrotningar och andra betydande klimat- och miljöhändelser", säger huvudförfattaren Theodore Green, som genomförde denna forskning som en del av programmet Senior Fellowship i Dartmouth och är nu doktorand vid Princeton.

Faktum är att en serie utbrott i dagens Sibirien utlöste den mest destruktiva av massutrotningarna för cirka 252 miljoner år sedan, och släppte ut en gigantisk puls av koldioxid i atmosfären och nästan kvävde allt liv. Vittnesbörd är Siberian Traps, en stor region av vulkanisk sten som är ungefär lika stor som Australien.

Vulkanutbrott skakade också den indiska subkontinenten runt tiden för den stora dinosauriens död, vilket skapade vad som idag är känt som Deccan-platån. Detta, ungefär som asteroidanfallet, skulle ha fått långtgående globala effekter, täcka atmosfären i damm och giftiga ångor, kväva dinosaurier och annat liv förutom att förändra klimatet på långa skalor.

Å andra sidan, säger forskarna, är teorierna till förmån för förintelse av asteroidnedslag beroende på Chicxulub-impaktorn, en rymdsten som kraschlandade på Mexikos Yucatanhalvön ungefär samtidigt som dinosaurierna dog ut.

"Alla andra teorier som försökte förklara vad som dödade dinosaurierna, inklusive vulkanism, ångrades när Chicxulubs nedslagskrater upptäcktes", säger medförfattaren Brenhin Keller, biträdande professor i geovetenskaper vid Dartmouth. Men det finns mycket få bevis för liknande nedslagshändelser som sammanfaller med andra massutrotningar trots årtionden av utforskning, påpekar han.

I Dartmouth satte Green sig för att hitta ett sätt att kvantifiera det uppenbara sambandet mellan utbrott och utrotningar och testa om sammanträffandet bara var en slump eller om det fanns bevis för ett orsakssamband mellan de två. I samarbete med Keller och medförfattaren Paul Renne, professor i jord- och planetvetenskap vid University of California, Berkeley och chef för Berkeley Geochronology Center, rekryterade Green superdatorerna vid Dartmouth Discovery Cluster för att få ihop siffrorna.

Forskarna jämförde de bästa tillgängliga uppskattningarna av översvämningsbasaltutbrott med perioder av drastisk artavdöd i den geologiska tidsskalan, inklusive men inte begränsat till de fem massutrotningarna. För att bevisa att tidpunkten var mer än en slumpmässig chans undersökte de om utbrotten skulle passa lika bra med ett slumpmässigt genererat mönster och upprepade övningen med 100 miljoner sådana mönster. De fann att överenskommelsen med utrotningsperioder var mycket större än slumpen.

"Även om det är svårt att avgöra om ett visst vulkanutbrott orsakade en viss massutrotning, gör våra resultat det svårt att ignorera vulkanismens roll i utrotningen", säger Keller. Om ett orsakssamband skulle hittas mellan vulkaniska översvämningsbasalter och massutrotningar, förväntar sig forskarna att större utbrott skulle medföra allvarligare utrotningar, men en sådan korrelation har inte observerats.

Istället för att överväga utbrottens absoluta omfattning, beordrade forskargruppen de vulkaniska händelserna efter den hastighet med vilken de spydde ut lava. De fann att de vulkaniska händelserna med de högsta utbrottshastigheterna verkligen orsakade mest förstörelse, vilket ledde till allvarligare utrotningar fram till massutdöden.

"Våra resultat tyder på att det med all sannolikhet skulle ha skett en massutrotning vid kritas tertiära gräns av någon betydande storlek, oavsett om det var en påverkan eller inte, vilket kan visas mer kvantitativt nu", säger Renne. "Det faktum att det var en påverkan gjorde utan tvekan saken värre."

Forskarna körde siffrorna för asteroider också. Sammanträffandet av påverkan med perioder av artomsättning var betydligt svagare och förvärrades dramatiskt när Chicxulub-impaktkroppen inte övervägdes, vilket tyder på att andra mindre kända stötkroppar inte orsakade betydande utrotningar.

Utbrottshastigheten för Deccan Traps i Indien tyder på att scenen var inställd för utbredd utrotning även utan asteroiden, säger Green. Effekten var den dubbla smällen som högt lät dödsstöten för dinosaurierna, tillägger han.

Översvämningsbasaltutbrott är inte vanliga i det geologiska rekordet, säger Green. Den sista av jämförbar men betydligt mindre skala inträffade för cirka 16 miljoner år sedan i Pacific Northwest.

"Medan den totala mängden koldioxid som släpps ut i atmosfären i modern klimatförändring fortfarande är mycket mindre än mängden som släpps ut av en stor magmatisk provins, tack och lov," säger Keller, "släpper vi ut det väldigt snabbt, vilket är anledningen att vara oroliga." Green säger att koldioxidutsläppen är obehagligt lik graden av de miljöpåverkande översvämningsbasalterna de studerade. Detta placerar klimatförändringarna inom ramen för historiska perioder av miljökatastrofer, säger han. + Utforska vidare

Bromsning av kontinentalplattans rörelse styrde tidpunkten för jordens största vulkaniska händelser