Családi vállalkozás derített fényt az igazi Armageddonra

A százöt éve, 1911. június 13-án született Louis Walter Alvarez amerikai atomfizikus a részecskekutatásban elért eredményeiért méltán nyerte el a fizikai Nobel-díjat.  Ám mégsem a tudományos világ legrangosabb kitüntetésének 1968-ban történt elnyerése, hanem egy, a magfizikától oly távoli terület, az őslénytankutatás egyik legrejtélyesebb kérdésének megfejtésében játszott szerepe tette igazán ismertté nevét.

A radartól az atombombáig

Az apai ágon spanyol felmenőkkel rendelkező Alvarez a Chicagói Egyetemen szerzett fizikusi diplomát. A tehetséges fiatalember még csak 25 éves volt, amikor megszerezte a doktorátust, és szinte ezzel egyidejűleg, 1936-ban kinevezték a patinás berkeley-i Kaliforniai Egyetem sugárbiológiai laboratóriumának élére.

Lousi W. Alvarez neve a dinoszauruszok kihalásáért felelős aszteroidabecsapódás, a K-T esemény kutatása miatt vált széles körben ismertté Forrás: Origo

Louis W. Alvarez

egyik első jelentős részecskefizikai munkássága az úgynevezett K-befogás felfedezése volt.

(A K-befogás az a jelenség, amikor bizonyos radioaktív elemek egy héjelektron befogásával elbomlanak; ekkor az elektron az atommaggal egyesül, és eggyel kisebb rendszámú elem keletkezik.)

Alvarez mint elismert magfizikus (a képen középen állva, jobbra) a Los Alamos-i kísérleti telepen vett részt az atomkísérletekben Forrás: Wikimedia Commons/U.S. Goverment

A második világháború idején, 1940 és 1943 között, mint a nagynevű Massachusetts Institute of Technology munkatársa vett részt az akkor még forradalmi újdonságnak számító mikrohullámú radarberendezés kifejlesztésében.

Az ifjú Alvarez (a kép jobb szélén) 1936-tól a Kaliforniai Egyetem sugárlaboratóriumának lett a vezetője Forrás: Wikimedia Commons/U.S. Goverment

Magfizikusi tehetségére azonban a Robert Oppenheimer vezetése alatt álló, szupertitkos Manhattan-programon, az amerikai atombomba kifejlesztésén dolgozó Los Alamos Nemzeti Laboratórium is igényt tartott.

Alvarez magfizikusként részt vett az amerikai atomprogramban, a Manhattan-tervben is. A képen Tinian szigetén látható 1945 augusztusában, az első atombombát ledobó Boeing B-29 Superfortress nehézbombázó előtt Forrás: Wikimedia Commons/U.S. Goverment

Alvarez ötlete volt, hogy az atombomba felrobbanását a láncreakciót előidéző belső robbanással valósítsák meg.

1945-től a Chicagói Egyetem fizikaprofesszora;

az ő nevéhez fűződik a folyékony hidrogénnel töltött buborékkamra megalkotása, amely lehetővé tette a szubatomi részecskék és azok reakcióinak kimutatását.

Alvarez Truman amerikai elnök társaságában Forrás: Congress Library

Kutatói munkásságát 1968-ban a fizikai Nobel-díj odaítélésével ismerték el.

A Nobel-bizottság indoklása szerint Louis W. Alvarez "jelentős eredményeiért a részecskefizikában, különösképp a nagyszámú rezonanciaállapot felfedezéséért, amely azáltal vált lehetővé, hogy továbbfejlesztette a hidrogénbuborék-kamrát és az adatok vizsgálatát" vált méltóvá a tudományos világ legmagasabb szakmai elismerésére.

Nobel-díjas magfizikus, aki a dínók kihalásának titkát kutatta

Annak ellenére, hogy Alvarezt a 20. század legjelentősebb kísérleti magfizikusai között tartják számon, a tudós közismertségét mégsem elsősorban az atomfizikának, hanem egy jóval távolabbi tudományterületnek, a paleontológiának köszönheti.

Louis W. Alvarez 1968-ban, a fizikai Nobel-díj átvétele után Forrás: Wikimedia Commons/U.S. Goverment

A Nobel-díjas fizikus fia, a geológusként dolgozó Walter Alvarez furcsa terepi felfedezése nyomán „evezett át” a földtörténet egyik legnagyobb és leghíresebb kihalása, az úgynevezett K-T esemény kutatásának vizeire.

Walter Alvarez a Földközi-tenger tektonikai múltját kutatta Olaszországban.

1980-ban az olaszországi Gubbio városka határában fekvő kréta és paleocén határrétegeket vizsgálta kollégáival.

A Nobel-díjas magfizikus Alvarez neve a dinoszauruszok kihalásával összefüggésben vált széleskörűen ismertté Forrás: Wikimedia Commons

(A kréta a mezozoikum, a földtörténeti középkor utolsó időszaka, amely 145 millió évtől 65 millió évig tartott. A paleocén a földtörténeti újkor, a kainozoikum vagy tercier első időszaka, 65 millió éve kezdődött, és 55 millió éve ért véget.) Alvarez felfigyelt arra,

hogy a kréta és a paleocén rétegsor közé egy vékony, sötétszürke agyagos csík ékelődik.

Eleinte nem tulajdonított különösebb jelentőséget a felfedezésnek, ám precíz kutatóként mintát vett a határrétegből, és laboratóriumi elemzésre elküldte apjának.

Louis W. Alvarez fiával, a geológus Walter Alvarezzel (a kép jobb szélén) egy, a kréta-paleocén határréteget feltáró sziklafal előtt. Walter Alvarez fedezte fel a K-T határréteget Forrás: Wikimedia Commons

Az igazi meglepetés a laboratóriumi analízis után érte a kutatókat; kiderült ugyanis,

hogy a vékony határrétegben rendkívül nagy koncentrációban található az irídium,

egy olyan elem, ami természetes körülmények között nagyon ritka a földkéregben.

A Willamette, az egyik legnagyobb vasmeteorit. A vasmeteoroidok, valamint az aszteroidák anyagában sokkal nagyobb arányban fordul elő az irídium, mint a földkéregben Forrás: Wikimedia Commons

Nem úgy, mint a vasmeteoritokban és az aszteroidák anyagában.

Louis Alvarez már az első analízis után azt feltételezte, hogy a Gubbio környékén feltárt vékony réteg egy,

a kréta és a paleocén határán történ aszteroidabecsapódás nyomait őrzi.

Walter Alvarez K-T határrétegről megjelent publikációja után a geológusok a világ számos pontján megvizsgálták azokat a rétegsorokat, ahol a kréta és a paleocén rétegek üledékhézag (tehát megszakítás) nélkül telepedtek egymásra.

A K-T határvonal ( fehér csíkkal kiemelve) egyik természetes feltárása Forrás: Wikimedia Commons

Mindenütt sikerült kimutatni a határréteget és az Alvarezék által felfedezett jelentős irídiumanomáliát is, ez pedig már egyértelmű bizonyíték volt arra, hogy a kréta legvégén egy exterrisztikus, földön kívüli eredetű, ám globális kihatású esemény történt.

Hajsza a kráter után

Az irídiumdúsulás mellett a K-T (kréta-tercier) határrétegből sokkolt kvarckristályokat és mikrotektiteket, azaz megolvadt, majd ismét megszilárdult kőzetcseppeket is sikerült kimutatni. Ezek mind a 65 millió éve történt aszteroidabecsapódás tényét erősítő újabb bizonyítékok voltak.

A K-T határréteg vizsgálata bebizonyította, hogy 65 millió éve egy 11–15 km átmérőjű aszteroida becsapódása okozott kataklizmát a Földön Forrás: NASA

Mivel ezeket több kontinensen is kimutatták, megfogalmazódott, hogy a K-T becsapódás globális hatása sokkal jelentősebb lehetett, mint azt korábban feltételezték.

A világ egyre több pontjáról begyűjtött bizonyítékok arra utaltak, hogy a K-T becsapódás súlyos kihatású globális esemény volt Forrás: Paleocast

A K-T határvonal kora ugyanis pontosan egybeesik a dinoszauruszok, a kréta végi tengeri hüllők és néhány további olyan alsóbbrendű állatcsoport, mint például a fejlábú ammoniteszek, a beleminteszek, valamint a zátonyépítő hippuritesz kagylók hirtelen kihalásával.

A moszaszuruszok voltak a kréta végi tengerek abszolút csúcsragadozói. A K-T esemény után eltűntek a világóceánból Forrás: Wikimedia Commons

A vékony határréteg felett már sehol sem lehetett megtalálni ezek maradványait.

Az Alvarez-féle aszteroidabecsapódási elméletet ellenzők egyik legfőbb ellenérve az volt, hogy sehol sincs nyoma a kráternek. Mivel az 1980-as években még nem lehetett tudni, hogy az elmélet szerinti aszteroida szárazföldi térszínt vagy óceáni medencét érte-e, az is kérdéses volt, egyáltalán fennmaradhattak-e a nyomai.

Kréta időszaki ammonitesz héjfosszíliája Forrás: Wikimedia Commons

Végül Alvarezéket a K-T becsapódás kérdését kutató amerikai geológus,

Glen Penfield vezette nyomra.

Penfield a Mexikói Állami Olajvállalat irattárában bukkant rá azokra az 1950-es évek elejéről származó feljegyzésekre, mérési jegyzőkönyvekre és fúrási mintákra, amelyeket a vállalat geológusai a Yucatán-félsziget térségében folytatott olajkutatási munkálatok során készítettek.

A tengeraljzaton megtalált Chicxulub-kráter 3D topográfiai felvétele Forrás:Wikimedia Commons

A mérések egy igen kiterjedt gravitációs anomáliát mutattak ki a területen, ami alapján próbafúrásokat végeztek.

Mivel a mért anomália ellenére sem találtak olajat, a kutatást abbahagyták. Penfield ezen a nyomon indult el. A geofizikai mérések a sekély tengeraljzaton Chicxulub városka közelében egy óriási, 180 kilométer átmérőjű kráter maradványait tárták fel.

A "dínógyilkos" aszteroida emlékműve Chicxulub mexikói településen, ahol egykor a K-T aszteroida becsapódott Forrás: Origo

A fúrásmintákból sikerült a korát is meghatározni, amelyre a K-T határrétegekkel azonosan 65 millió év adódott.

Apokaliptikus Armageddon a kréta kor végén

A kráter pontos geofizikai feltérképezését nemcsak a sekélytengeri környezet, hanem az a szerencsés körülmény is elősegítette, hogy a Mexikói-öböl térsége nem túl sokat változott az elmúlt 60 millió év alatt. A kráter méretéből és formájából Alvarez kinematikai modellezéssel kiszámította, hogy

a becsapódó égitest 11–14 km átmérőjű lehetett,

amely lapos, nagyjából 20–25 fokos szögben délnyugati irányból, és mintegy 21 km/sec sebességgel érkezett a Mexikói-öböl fölé.

A K-T aszteroida lapos szögben lépett be a légkörbe Forrás: James Thew

Az ütközés nyomán felszabaduló energia 100 millió hirosimai atombombáéval lehetett egyenértékű. Nehéz elképzelni, hogy mit élhettek át a becsapódás tágabb környezetében élő állatok. Az égitest becsapódása egy 7-8000 méter magas, instabil, kifelé dőlő krátersáncot hozott létre.

A becsapódás során felszabaduló energia a százmilliószorosa lehetett a hirosimai atombombáénak Forrás: Wikimedia Commons

Az ütközés nyomán hatalmas, 1000 méter magas cunami terjedt tova,

amely északon, az öblöt határoló amerikai kontinensre több száz kilométer mélyen benyomult, és mindent elpusztított, ami az útjába került. A földtörténet legnagyobb szökőárjának üledékeit ma is megtekinthetjük többek között a texasi Brazos-folyó mederfalában. (A K-T cunami nyomait legutóbb Horvátország kréta végi üledékeiben is sikerült kimutatni.)

Az instabil krátersánc beomlásával jött létre a második krátergyűrű Forrás: Ancient Earth

Az instabil kráterfal a becsapódást követő napokban, hetekben leomlott,

újabb erős rengéseket és cunamikat keltve.

Az ütközéstől hatalmas mennyiségű törmelék lövődött ki, amelyek gyújtóbombaként záporoztak vissza a felszínre, kiterjedt tűzviharokat okozva.

A visszahulló izzó törmelék tűzviharokat okozott Forrás: Gizmodo

Ami talán még ennél is rosszabb volt, hogy a kilökődött anyag visszatérése rövid, néhány órás infravörös sugárzást okozott, tömegével elpusztítva az élőlényeket. Mivel a K-T aszteroida sekély, karbonátos tengeraljzatba ütközött, a poranyag mellett irdatlan mennyiségű kénsav, szén-dioxid és aeroszol került az atmoszférába.

A K-T aszteroida komoly szerepet játszott a dinoszauruszok kihalásában Forrás: Terran Chuch

A becsapódási porfelhő hónapokig akadályozta a napsugárzást, becslések szerint 20%-kal kevesebb napfény érte el a felszínt.

A kevesebb fény miatt akadozott a növényi fotoszintézis.

A fosszilis bizonyítékok alapján a fotoszintetizáló növényi planktonok pusztulása miatt rövid időre összeomlott a tengeri tápláléklánc.

A légkörbe került portömeg és aeroszolok miatt lecsökkent a napsugárzás, és ez további ökológiai krízist okozott Forrás: Ancient World

Azon még vitatkoznak a paleontológusok, hogy a gyors globális kihalásnak lehettek-e egyéb okai is, a K-T aszteroida léte és pusztító hatása azonban ma már tudományos bizonyosságnak tekinthető. A K-T esemény feltárásban Louis W. Alvarez hervadhatatlan érdemeket szerzett. Az Albert Einstein-díjjal is kitüntetett tudós 77 éves korában, 1988. szeptember 1-jén hunyt el.