Un paso más allá del Cráter de Chicxulub: Los Traps del Decán y su efecto en la Extinción Tardo-Cretácica

• Breve Introducción Filosófica: Temática del Artículo

Siempre hemos mirado al pasado con cierto recelo y hemos intentando adaptarlo a nuestra visión del mundo. Nos ha costado (Y a muchos aun hoy les cuesta) admitir que nuestro planeta tiene una larga historia previa a que nos erigiésemos reyes de la creación. Durante siglos los fósiles han sido considerados más como curiosidades de las rocas que como auténticos relictos de los seres que poblaron la Tierra en el pasado. En los últimos años todo eso ha cambiado por fin: Hemos admitido que miles de especies aparecieron y se extinguieron antes que nosotros y que nuestro paso por este planeta no representa sino una minucia en los más de 4500 millones de años de historia de la Tierra.

Admitir este hecho no ha sido fácil y si a esto le sumamos que nuestro planeta tampoco es en absoluto el centro de nada y nuestra especie no es más especial que cualquier otra no podemos sino deprimirnos ante la dosis de humildad que por culpa de la ciencia el ser humano ha recibido en el último siglo. Pero estos descubrimientos también han abierto la puerta a nuevos campos de estudio sin duda apasionantes

No somos pocos los que hemos mirado con admiración los fósiles de las faunas (Y floras) del pasado y hemos intentado imaginar como sería nuestro planeta hace millones de años; Pero si hay una etapa (Aun a riesgo de ser repetitivo) que ha llamado la atención de más gente, esa es la era de los dinosaurios: Puede que sea por su tamaño gigantesco, porque son unos seres ante los que nos sentimos pequeños e indefensos o simplemente porque desde que somos niños nos han bombardeado con dinosaurios y todo tipo de reptiles malvados en los libros, la televisión y hasta las galletas. Lo cierto es que las grandes faunas del Mesozoico han sido las que más han acercado a la población de a pie a la paleontología y una de las cosas que más ha interesado sin duda ha sido la desaparición de estos seres. ¿Cómo especies tan majestuosas como el mítico Tyrannosaurus rex o los inmensos Diplodocus pudieron desaparecer de la faz de la Tierra? 

Imagen 1: Galletas de Dinosaurio. Muestra de hasta que punto los seres humanos sienten fascinación por los seres del pasado. Probablemente ninguna otra rama de la Geología podrá llegar a tener nunca galletas ¿Os imagináis acaso unas galletas plegadas o Galletas marca "Ripples de Oscilación?

Nuestro artículo tratará precisamente de eso: De la extinción a finales del Cretácico que acabó con todos los dinosaurios no avianos (¡Porque efectivamente, los científicos consideran a las aves como descendientes directos de los dinosaurios!) y otro muchos grupos emblemáticos como los ammonoideos. Pero no vamos a hablar del mítico meteorito que supuestamente arrasó las faunas mesozoicas permitiéndonos a nosotros estar aquí hoy gracias al auge de los mamíferos durante el Cenozoico (Bueno, o al menos intentaremos no hablar mucho) sino de otra de las causas que según cada vez más científicos también contribuyó a esta extinción: Las grandes erupciones volcánicas que generaron los Traps del Decán, una de las mayores construcciones ígneas del planeta: ¿Pudieron ser estas grandes erupciones la causa o al menos una causa complementaria de la extinción de los dinosaurios? Si estás interesado no dudes en seguir leyendo. 

Imagen 2: Los dinosaurios son probablemente los seres  del pasado favoritos de la población en general. Los ammonites por su parte son los seres favoritos de los geólogos. Todos ellos fueron víctimas de la gran extinción del final del Cretácico y hoy aquí vamos a intentar dar un poco de luz al asunto para comprender que pudo acabar con estos seres más allá del archiconocido Meteorito de Chicxulub

             

Este es un blog divulgativo y su objetivo es llegar a tanta gente como sea posible: Por ello intentaré hacer el artículo lo más ameno posible, simplificando dentro de mis posibilidades (Bastante limitadas también) el complicado lenguaje que a veces tiene la ciencia para que lo entendamos la mayor cantidad de gente posible 

Para esta entrada usaremos un estupendo artículo publicado por la revista Science hace unas semanas, el 9 de enero, y escrito por varios expertos de la prestigiosa Universidad de Princeton (Nueva Jersey, Estados Unidos) en la que emplearon el sistema radiactivo Uranio-Plomo (Tranquilos, ya hablaremos de que es esto para los que no lo sepáis) para el estudio de la edad  geocronológica de los materiales de los Traps del Decán y el establecimiento directa de una relación con la extinción Tardo-Cretácica.

Aquí os adjunto el las referencias y el link del artículo completo por si os interesa leerlo entero aunque os advierto que algunas partes son un hueso duro de roer:  “U-Pb geochronology of the Deccan Traps and relation to the end-Cretaceous mass extinction” (2015) by Blair Schoene, Kyle M. Samperton, Michael P. Eddy, Gerta Keller, Thierry Adatte, Samuel A. Bowring,  Syed F. R. Khadri & Brian Gertsch (http://www.sciencemag.org/content/347/6218/182.short)

• Un apartado obligado: La Hipótesis de Álvarez 

Imagen 3: Puede que hasta que acabéis de leer este artículo esta imagen represente a la perfección lo que la mayoría de nosotros (Y yo hasta hace poco) pensábamos que fue la extinción de finales del Cretácico

Se que prometí no iba a hablar mucho del famoso meteorito que acabó con los dinosaurios porque la mayoría de vosotros os sabéis más que de sobra esta hipótesis; pero como estamos en año electoral me toca saltarme promesas. Supongo también que estaréis de acuerdo conmigo en que para comprender una explicación alternativa es necesario saber un poco de la que todos consideran oficial. Aun así intentaré no extenderme mucho porque no es esta la temática de nuestro artículo.

Esta teoría surgió en 1980, cuando un padre (Físico) y un hijo (Geólogo): Luis y Walter Álvarez descubrieron que las capas que separaban los materiales del Cretácico (Mesozoico) de los del Paleógeno (Cenozoico) tenían una concentración inusualmente alta de Iridio (Ir), un metal del grupo del platino extremadamente infrecuente en la corteza terrestre pero no tanto en el espacio exterior. Esto les llevó a pensar que a finales del Cretácico un gran meteorito impactó contra el planeta desencadenando la gran extinción de finales del Cretácico que había acabado con los hasta entonces enigmáticos dinosaurios (Álvarez 1980). El descubrimiento del cráter de Chicxulub en el Yucatán (De la misma edad que el supuesto meteorito que ellos proponían), pareció blindar la teoría de los Álvarez; sin embargo muchos científicos no quedaron satisfechos: 

Afirmaron que la extinción duró más de 10 millones de años y se produjo de forma gradual y que el meteorito no podía explicar por si solo una extinción de estas características. Desde entonces, muchos científicos que no están del todo conformes con la teoría de los Álvarez han intentado encontrar causas que expliquen que pasó realmente hace 65 millones de años o al menos que complementen la hipótesis del meteorito; y es ahí donde queda encuadrado el artículo del que hoy hablamos

Imagen 4: Localización geográfica del Cráter de Chicxulub en el Yucatán Mexicano. La presencia de cenotes concéntricos al cráter fue sin duda una de las pistas más importantes para localizarlo. Durante años se ha considerado al meteorito de Chicxulub la principal causa cuando no la única de la gran extinción de finales del Cretácico.

• ¿Qué son los Traps del Decán? 

Los Traps del Decán son una inmensa región de la Península del Indostán (India) de aproximadamente 1,3 millones de kilómetros cuadrados (Para aquellos a los que no se os de muy bien el tema de áreas, esta superficie equivale al área combinada de España, Italia, Alemania y el Reino Unido) formados por lavas basálticas. Estas lavas tienen un volumen de más de un millón de kilómetros cúbicos, 3000 metros de potencia y todas ellas proceden de volcanes que entraron erupción a la vez: 250.000 años antes del límite K-T y cuya actividad se prologó casi 750.000 años (Estas fechas proceden precisamente del estudio llevado a cabo por los investigadores de Princeton) . La contribución de estas erupciones masivas a la extinción Tardo-Cretácica sigue sin estar clara del todo ya que apenas ha habido estudios sobre este episodio volcánico y la principal duda radica en saber cuando empezaron y cuanto duraron exactamente estas erupciones. ¿Para qué? Pues para poder estimar de verdad que efecto tuvieron en la extinción: Es por esto que los científicos de Princeton se pusieron como objetivo datar las rocas basálticas con alta resolución usando el sistema U-Pb.

Imagen 5: Panorámica de los Traps del Decán en el Área de los Western Ghats (Zona occidental de la India, cerca de la ciudad de Bombay) . Se pueden ver con bastante claridad los estratos producidos por las cenizas volcánicas.

• La Necesidad de Datar las Rocas de los Traps del Decán: Método de Trabajo

Los estudios anteriores a este artículo demostraron que más del 90% de estos basaltos se depositaron en menos de 1 millón de años coincidiendo con la extinción (Courtillot et al. 1986) y fueron en cierto sentido los que levantaron la especulación sobre el efecto real que tuvieron estas erupciones en la crisis Tardo-Cretácica (Keller et al. 2012) que acabó con los dinosaurios, los ammonites y muchas especies de foraminíferos, corales, plantas, reptiles y en menor medida mamíferos (Wilson, 2014). Sin embargo estas mediciones temporales eran muy inexactas y tenían un margen de error demasiado grande como para sacar conclusiones relevantes, por lo que se hacía imprescindible un estudio más pormenorizado y detallado de la verdadera edad de estas rocas. (Hay varios estudios previos datando los Traps del Decán, pero todos ellos con mucha incertidumbre: Los más importantes son los de Courtillot et al, 2000, Hoffmann et al, 2000 y Chenet et al, 2007)

Para ello, los científicos de Princeton eligieron ejemplares de las 10 formaciones principales de los Western Ghats (Una cordillera montañosas del oeste de la India, en el corazón de los Traps del Decán) y las dataron usando el sistema Uranio-Plomo a partir de circones (Mineral por naturaleza bastante rico en Uranio) que contenían las rocas. (Para quien lea este artículo y no sepa como se hace una datación absoluta, al final del artículo tiene una pequeña explicación de como funciona el sistema U-Pb para que pueda entender de que estamos hablando)

El principal problema que presenta este sistema muchos ya lo habréis deducido sin problemas: ¡Las rocas basálticas no tienen circón!, o bueno, no mucho: Para solucionar este conflicto, los científicos recurrieron a una solución bastante inteligente y así consiguieron obtener circones nada menos que de tres fuentes diferentes: Por un lado seleccionaron depósitos volcánicos estratégicamente situados entre rocas silicatadas o plutónicas y coladas basálticas y ya tenían un material del que sacar circón prácticamente con la misma edad que la colada basáltica. En otros lugares también obtuvieron circón a partir de paleosuleos rojos cuyo color se debe al calentamiento inducido por las coladas. Y finalmente obtuvieron las últimas muestras a partir de circón en lechos de ceniza enterradas entre las coladas. Evidentemente cada muestre dio unos valores diferentes en función de que procediese de una fuente o de otra pero por lo general los resultados darían unos valores muy aproximados entre si y con un margen de error casi despreciable. Para elegir el lugar del que sacar los circones los científicos se basaron en trabajos previos que se habían hecho sobre la estratigrafía y la estructura de los Traps (Bronde et al, 2004) (Cox et al, 1985) (Widdowson, et al,  1997)

Imagen 6: En estas dos imágenes hacemos una contextualización geográfica. En la primera imagen se muestra el área de influencia de los Traps  donde podemos observar que ocupan buena parte del oeste de la Península del Indostán. Ante un área tan grande los trabajos se centraron en el sector occidental conocido como “Western Ghats”, cerca de la ciudad de Bombay

Imagen 7:  Como ya hemos dicho cogieron circones con tres orígenes diferentes: El triángulo negro corresponde a los circones procedentes de depósitos volcánicos situados entre rocas silicatadas y coladas basálticas, el triángulo rojo corresponde a los circones de los paleosuelos y el verde a los circones enterrados en lechos de cenizas.

Cada muestra encontrada tenía unos pocos cristales idiomorfos de circón con zonación interna, propia de aquellos con origen ígneo, por lo que parecía que la investigación iba por bastante buen camino. Los granos de circón fueron aislados y analizados tanto en la Universidad de Princeton como en el MIT (Massachusetts Institute of Technology)  para evitar así dentro de lo posible el error sistemático ligado a las medidas experimentales: En el laboratorio se calculó su edad a partir de la relación isotópica 206Pb/238U con los siguientes resultados

En el gráfico de arriba podéis ver la edad de cada una de las muestras. Como ya hemos dicho, las muestras verdes son las que proceden de los lechos de ceniza, las rojas son las de los paleosuelos y las negras las de las venas volcánicas entre basaltos y silicatos/rocas plutónicas. El tamaño de cada rectángulo es una medida del error. Los rectángulos rellenos corresponden a las medidas hechas en la Universidad de Princeton mientras que los vacíos son las del MIT. La banda gris central corresponde al límite entre el Cretácico y el Paleoceno que había establecido anteriormente el geoquímico P.R. Renné (Renné et al, 2013)

El resultado puede parecer algo defectuoso ya que extiende la edad individual de cada uno de los diferentes circones a lo largo de 1 millón de años ¿Os imagináis un mismo volcán en plena erupción durante 1 millón de años? Evidentemente es un resultado que exagera  la duración real. Y lo que está claro es que esto no puede achacarse tan solo a la incertidumbre propia de cualquier experimento: ¿Estamos en un callejón sin salida? En absoluto: Los investigadores observaron que los circones tenían la capacidad tanto de crecer en el magma antes de la erupción como de incorporarse a nuevas coladas basálticas sin perder apenas plomo radiogénico: Estos dos comportamientos inusuales serían los que explicarían que las edades obtenidas por geocronología fuesen tan amplias. Dado que el objetivo del trabajo era conocer la edad de la colada y no tanto la del circón lo que se hizo fue asumir que el circón más joven de cada depósito representaría la edad más antigua que podría tener esa colada. Este método se probó bastante acertado una vez que se observó que los circones de diferentes coladas tenían la misma concentración de elementos traza.

A pesar de que puede parecer que el método da muchas cosas por sentado, lo cierto es que las dataciones por U-Pb realizadas por los científicos de Princeton dieron a las coladas de los Traps unas edades con incertidumbres mucho menores que las que se tenían previamente. Usando las edades de las muestras de circón más antiguas y más recientes se pudo calcular que el volcanismo tuvo una duración de 753.000 años con una incertidumbre de 38.000 años. (753 ± 38 thousand years) para una emisión del 85% del material volcánico. Estas erupciones volcánicas empezarían según el estudio hace aproximadamente 66,01 ± 0,085 millones de años, que sería la edad de los circones más antiguos

Otro argumento más a favor de nuestros científicos de Princeton: Tradicionalmente se había considerado que hace 65,552 millones de años, cerca del límite K-T se produjo un cambio en la polaridad magnética de la Tierra que se prolongó durante 715.000 años (El clavo de oro de este acontecimiento está en Zumaia por cierto). La coincidencia en la edad dada por los científicos de Princeton y  la del cambio en la polaridad magnética no es sino otro argumento más para aquellos que defienden que los Traps del Decán no solo coincidieron, sino que tuvieron que ver con la extinción del Cretácico-Tardío. Faltan todavía mejores estudios para comprobar que influencia pudieron tener los volcanes de los Traps en el cambio de la polaridad magnética.

• Conclusión: El Efecto de los Traps del Decán en la Extinción de Finales del Cretácico

Una vez demostrada la innegable relación entre las erupciones del Decán y el Límite K-T falta establecer que influencia pudo tener este episodio en la gran extinción. A pesar de que existe un acuerdo casi unánime de que las grandes erupciones volcánicas llevan aparejadas grandes extinciones todavía no se tiene muy claro cuales son los mecanismos de una erupción volcánica a gran escala para provocar la muerte de miles de especies. Lo más aceptado es que las ingentes emisiones de CO₂, SO₂ así como de todo tipo de halógenos causan un potente calentamiento global en muy poco tiempo por el incremento del efecto invernadero. Estos episodios de calentamiento  se puede alternar con otros de enfriamiento: La emisión de muchas cenizas genera una inmensa capa de sólidos en suspensión que rodea la tierra y dispara el albedo, lo que impide que muchas de las radiaciones solares lleguen a la superficie (Mussard et al. 2014)

La emisión de todos estos gases volcánicas también está directamente relacionada con la lluvia ácida, la destrucción de la capa de ozono (Black et al, 2014) y la acidificación de los océanos (Feely et al, 2004). Recientes estudios muestran una intensa variación morfológica en las hojas de las plantas previas a la extinción que se relacionan con la fuerte inestabilidad climática que reinó a finales del Cretácico.

Lo que es evidente es que estos cambios, ya sean cambios morfológicos en los seres vivos, cambios en la acidez del océano o cambios ligados al adelgazamiento de la capa de ozono se produjeron lentamente y no pueden atribuirse a una colisión meteorítica contra la tierra. Los científicos de Princeton consideran por lo tanto que las erupciones masivas del Deccan iniciarían una etapa de deterioro ambiental y ecológico que se extendería por todo el planeta y que el impacto de Chicxulub no sería sino la culminación de este deterioro que acabaría definitivamente con las poblaciones mesozoica tal y como se conocían. Este artículo pretende mostrar que para una extinción tan grande como fue la de finales del Cretácico es importante barajar más de una causa, y que en este caso queda demostrado que no podemos seguir atribuyendo como se hacía hasta ahora a un impacto meteorítico la desaparición completa de los dinosaurios.

Imagen 8. Espero que después de leer este artículo cuando penséis en la extinción de los dinosaurios también os acordéis de los Traps del Decán y no solo del Meteorito. Os pongo esta foto para que recordéis en que más cosas tenéis que pensar

Pues esto ha sido todo, espero que la lectura se os haya hecho amena. No dudéis en comentar cualquier error que veáis o simplemente cualquier cosa que a vuestro juicio podría estar mejor: Es sin duda la mejor manera de que en los próximos artículos no vuelva a cometer los mismos fallos.

Un saludo y hasta la próxima, Pablo

Imagen 9. Bueno, y tampoco os olvideis de ellos, que los geólogos los tenemos mucho cariño. A partir de ahora cuando os pregunten cuando se extinguieron ya sabréis que responder: ¡En la extinción Tardo-Cretáica!. Y cuando os pregunten por qué motivo espero que también sepáis decir más de una respuesta

• Mini Anexo para Dummies: ¿Qué es el Sistema Uranio-Plomo (U-Pb)?

La tierra está compuesta por cientos de elementos químicos. Algunos de ellos no son estables y se transforman de forma natural en otros en un proceso conocido como radiactividad. El elemento padre inestable se se conoce como elemento radiactivo y el elemento hijo, que puede ser estable o no, se conoce como elemento radiogénico. No todos los elementos se transforman en la misma velocidad: Algunos son extremadamente rápidos y otros muchísimo más lentos. Es por esto que se ideó el concepto de vida media, que es el tiempo que tarda un elemento en convertir la mitad de sus átomos en el elemento hijo. Las vidas medias de los diferentes elementos pueden oscilar entre unos pocos milisegundos y varios miles de millones de años.

El Uranio es probablemente uno de los elementos radiactivos más conocidos. Se trata de el elemento más pesado que existe en la naturaleza de forma natural y es altamente inestable. Todos los isótopos naturales del Uranio son radiactivos y se convierten de forma natural en Plomo. El U-238, que es el que se ha empleado en este estudio es el más conocido y el más abundante ya que representa más del 99,3% del U que hay en la tierra. Se convierte de forma natural en Plomo 206 y tiene una vida media de 4.470 millones de años por lo que es extremadamente útil para datar materiales antiguos como lo son en este caso rocas del Mesozoico. Se trata de un elemento raro por lo que hay que buscar minerales ricos en Uranio y ninguno mejor que el circón. Analizando la cantidad de Uranio 238 y de Plomo 206 que tiene un determinado mineral podemos conocer su edad y así es como se llevan a cabo dataciones absolutas.

Imagen 10. Ejemplo de descomposición de un isótopo radiactivo. Vemos que con el paso de cada vida media la cantidad de isótopo radiactivo se reduce un 50%, que sería lo que aumentaría la concentración de Isótopo radiogénico

• Bibliografía Consultada

• Álvarez, W.; Álvarez, L.W.; Asaro, F. y Michel, H.V. (1980). «Anomalous iridium levels at the Cretaceous/Tertiary boundary at Gubbio, Italy: Negative results of tests for a supernova origin». En Christensen, W.K., y Birkelund, T. Cretaceous/Tertiary Boundary Events Symposium 2. University of Copenhagen. p. 69.

• Black, B.A.  J.-F. Lamarque, C. A. Shields, L. T. Elkins-Tanton, J. T. Kiehl, Acid rain and ozone depletion from pulsed Siberian Traps magmatism. Geology 42, 67–70 (2014).

• Bondre, N,R. R. A. Duraiswami, G. Dole, Morphology and emplacement of flows from the Deccan Volcanic Province, India. Bull. Volcanol. 66, 29–45 (2004).

• Courtillot, J. Besse, D. Vandamme, R. Montigny, J.-J. Jaeger, H. Cappetta, Deccan flood basalts at the Cretaceous/Tertiary boundary? Earth Planet. Sci. Lett. 80, 361–374 (1986)

• Courtillot, V, Y. Gallet, R. Rocchia, G. Féraud, E. Robin, C. Hofmann, N. Bhandari, Z. G. Ghevariya,Cosmic markers, ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating and paleomagnetism of the KT sections in the Anjar Area of the Deccan large igneous province. Earth Planet. Sci. Lett. 182, 137–156 (2000). 

• Cox, K,G.  C. J. Hawkesworth, Geochemical stratigraphy of the Deccan Traps at Mahabaleshwar, Western Ghats, India, with implications for open system magmatic processes. J. Petrol. 26, 355–377(1985)

• Feely, R.A. C. L. Sabine, K. Lee, W. Berelson, J. Kleypas, V. J. Fabry, F. J. Millero, Impact of anthropogenic CO₂ on the CaCO₃ system in the oceans. Science 305, 362–366 (2004).

• Hofmann, G, G. Féraud, V. Courtillot, ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating of mineral separates and whole rocks from the Western Ghats lava pile: Further constraints on duration and age of the Deccan traps. Earth Planet. Sci. Lett. 180, 13–27 (2000)

• Keller G., T. Adatte, P. K. Bhowmick, H. Upadhyay, A. Dave, A. N. Reddy, B. C. Jaiprakash, Nature and timing of extinctions in Cretaceous-Tertiary planktic foraminifera preserved in Deccan intertrappean sediments of the Krishna–Godavari Basin, India. Earth Planet. Sci. Lett. 341–344, 211–221 (2012).

• Mussard, M. G. Le Hir, F. Fluteau, V. Lefebvre, Y. Goddéris, Modeling the carbon-sulfate interplays in climate changes related to the emplacement of continental flood basalts. Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 505,339 (2014)

• Renne P.R. A. L. Deino, F. J. Hilgen, K. F. Kuiper, D. F. Mark, W. S. Mitchell III, L. E. Morgan,R. Mundil, J. Smit, Time scales of critical events around the Cretaceous-Paleogene boundary. Science339, 684–687 (2013)

• Vandamme, V. Courtillot, Paleomagnetic constraints on the structure of the Deccan traps. Phys. Earth Planet. Inter. 74, 241–261 (1992).

• Widdowson M, J. N. Walsh, K. V. Subbarao, The geochemistry of Indian bole horizons: Palaeoenvironmental implications of Deccan intravolcanic palaeosurfaces. Geol. Soc. London Spec. Publ.120, 269–281 (1997)

• Wilson, G. P., Mammalian extinction, survival, and recovery dynamics across the Cretaceous-Paleogene boundary in northeastern Montana, USA. Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 503, 365 (2014)