door Johan Vellekoop

In de wereldzeeën stierf ongeveer 50% van alle soorten uit, waaronder de ammonieten en belemnieten (die gedurende het Mesozoïcum in grote getale wereldwijd voorkwamen) en verder vele zeereptielen en een groot deel van het plankton. Een dergelijke gebeurtenis, waarbij een belangrijk deel van het leven op aarde uitsterft noemen geologen een massa-extinctie. Met deze massa extinctie op de Krijt-Paleogeen grens, waarbij in totaal ongeveer 50% van alle soorten op aarde uitstierven, kwam een einde aan een wereld: de wereld van de dinosauriërs. Deze extincties betekenden het begin van een nieuwe wereld, een nieuw era: het era van de zoogdieren, de wereld zoals wij die kennen.

Sinds de ontdekking van deze massa extinctie zijn geologen zeer gefascineerd door deze belangrijke gebeurtenis in de geschiedenis van het leven. In deze geschiedenis heeft zich maar 5 keer zo’n massa extinctie voorgedaan en daarvan is de massa-extinctie op de Krijt-Paleogeen grens de meest recente en ook een van de meest abrupte.

Één van de aspecten die deze gebeurtenis zo fascinerend maakt is namelijk de snelheid waarmee dit gebeurde. Geologen hebben de geschiedenis van de aarde in vele tijdperken opgedeeld, maar vaak zijn deze grenzen niet scherp en duidelijk zichtbaar in gesteentes. De Krijt-Paleogeen grens is daarop een uitzondering. Op veel plekken waar het bovenste Krijt en onderste Paleogeen ontsloten zijn kan je de grens terugvinden als een scherpe overgang, een verandering in gesteentes. Op plekken waar de grens goed bewaard is gebleven kan je vaak een dunne kleilaag herkennen. Van het ene moment op het andere sterft bijna al het kalk-producerende plankton uit, met als gevolg dat van de ene millimeter op de andere de gesteentes veranderen van kalk of mergel naar klei!

Deze abrupte overgang heeft geologen decennia lang bezig gehouden. Het idee van een zeer abrupte gebeurtenis in de geschiedenis van de aarde leek niet samen te gaan met het idee van gradualisme (het concept dat alle geologische ontwikkelingen het gevolg zijn van langzame, geleidelijke processen en mechanismen), zoals dat sinds het eind van de 18e eeuw gangbaar was onder natuurwetenschappers. Over de jaren heen zijn er vele theorieën om de massa-extinctie te verklaren bedacht. In het begin werd er vooral gedacht aan zeer sterk vulkanisme, veranderende oceaanstromingen of zeespiegel stijgingen of dalingen, maar deze theorieën bleken allemaal niet in staat om de abruptheid van deze massa-extinctie op de Krijt-Paleogeen grens te verklaren.

In de zeventiger jaren onderzochten twee Amerikaanse wetenschappers, de natuurkundige Luis Alvarez en zijn zoon de geoloog Walter Alvarez de vormingssnelheid van gesteentes bij het Italiaanse plaatsje Gubbio. De sectie die zij bestudeerden bleek de Krijt-Paleogeen grens the bevatten. Voor hun onderzoek maten zij de iridium concentraties in de gesteentes omdat deze gebruikt kunnen worden om de snelheid waarmee deze gesteentes zijn gevormd te achterhalen.

Echter, toen zij de iridium concentratie van het kleilaagje op de  Krijt-Paleogeen grens maten konden zij hun meetresultaten bijna niet geloven, er zat bijna 30 keer de normale concentratie iridium in! Al gauw kwamen vader en zoon Alvarez tot de conclusie dat dit geen meetfout was, maar dat hier iets heel anders aan de hand was. De enige manier om zo’n grote hoeveelheid iridium te verklaren was de inslag van een hele grote meteoriet. Een inslag die verantwoordelijk bleek te zijn voor het uitsterven van 50% van het leven op aarde.

Toch, om deze theorie te bewijzen moesten ze kunnen aantonen dat de kleilaag op de Krijt-Paleogeen grens niet alleen in Gubbio, maar over de hele wereld een hoge iridium concentratie bevat. Hiervoor gingen ze op zoek naar goede secties, die compleet en al uitvoerig bestudeerd waren. Daarmee kwamen ze al snel uit bij Denemarken. Op verschillende plekken in Denemarken, zowel op het schiereiland Jutland als ook op het eiland Seeland zijn mooie ontsluitingen van de Krijt-Paleogeen grens (Stevns Klint, Nye Klov, Kjolby Gaard en de Dania groeve) en hiervan bleek in één sectie in speciaal zeer geschikt: Stevns Klint! Deze sectie was net uitvoerig bestudeerd (zie bijvoorbeeld Christensen et al., 1973) en zodoende reisden vader en zoon Alvarez af naar Denemarken om hier de Krijt-Paleogeen grens te bestuderen.

Ook hier bemonsterden zij het kleilaagje op de grens, dat in Denemarken de Fiskeler, ofwel ‘vis-klei’ genoemd wordt omdat er relatief veel vissenresten (schubben en botten) in worden gevonden. Precies zoals Luis en Walter verwachtte bevatte ook deze kleilaag een zeer hoge concentratie iridium. Sterker nog, de iridium concentraties waren zelfs nog veel hoger dan in Italië! Niet veel later, op 6 juni 1980 publiceerden zij hun resultaten in het toonaangevende tijdschrift Science met het inmiddels beroemde artikel “Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction”, waarin zij aantonen dat de inslag van een grote asteroïde de meest waarschijnlijke oorzaak van de massa-extinctie op de Krijt-Paleogen grens is.

De inslag van een asteroïde, waarvan de grootte geschat wordt op ongeveer 10-12 km, zou een reeks aan wereldwijde rampen tot gevolg hebben gehad: aardbevingen, vloedgolven, intense hitte en bosbranden. De inslag zou een grote donkere stofwolk over de aarde verspreid hebben, die zure regen produceerde en het zonlicht blokkeerde en zodoende een lange koude winter veroorzaakte, waarin bijna al het leven dat van zonlicht afhankelijk was stierf en hele voedselketens ineen stortten.

Het eerste decennium na deze publicatie was nog lang niet iedereen hiervan overtuigd, maar door de jaren heen werden steeds meer bewijzen voor deze inslag gevonden, zoals bolletjes gesmolten gesteente, door een inslag ‘geschokte’ kwarts kristallen en in 1990, als laatste troef: de 250 kilometer brede inslag-krater op het Yucatán schiereiland in Mexico (Hildebrand et al., 1991). Alles tezamen is de hoeveelheid bewijs voor de inslag-theorie nu zo groot dat bijna de gehele wetenschappelijke gemeenschap overtuigd is.

Tot op de dag van vandaag worden de Krijt-Paleogeen secties die Luis en Walter Alvarez als eerste onderzochten; de Gubbio sectie in Italië, de Stevns Klint sectie in Denemarken en ook de Woodside Creek sectie in Nieuw Zeeland, gezien als enkele van de belangrijkste geologische secties ter wereld.

Inderdaad, Stevns Klint is en blijft een opmerkelijke sectie. De relatief zachte witte kalksteen van het bovenste Krijt (het Maastrichtien), met banden van vuursteenknollen  (waarschijnlijk de sporen van ‘Thalassinoides’ graafgangen) van de Sigerslev en Højerup Members van de Tor Formatie, contrasteert met de donkere Fiskeler Member en de Cerithium kalksteen Member van de Rødvig Formatie, de afzettingen uit het vroegste Paleoceen.

De Tor Formatie bestaat voornamelijk uit de resten van bryozoa riffen en hoewel  aragonitische skeletten doorgaans niet bewaard zijn gebleven kunnen er wel de opvullingen van de heteromorfe ammonieten Baculites en Scaphites worden gevonden. De Tor Formatie werd afgezet in een dynamische kalk zee, die abrupt verstoort werd door het uitsterven van al het kalk producerende plankton op de Krijt-Paleogeen grens. Onder de kalk- en zuurstofarme omstandigheden die volgden konden de donkere, kleiige en pyriet-rijke mergels van de Fiskeler worden afgezet. Bij de diepere depressies in de Tor Formatie kan men bovenop de Fiskeler de Cerithium kalksteen Member vinden, een wittige, verharde kalksteen-bank met een maximale dikte van ongeveer 50 cm.

De terugkeer van kalk betekent dat na een onderbreking van duizenden jaren de omstandigheden in de Deense kalkzee eindelijk weer beginnen bij te trekken. Het grootste contrast in Stevens Klint is echter tussen deze formaties en de daar op liggende Korsnœb Member van de Stevns Klint Formatie, bestaande uit harde, kalksteen gevormd door zogenaamde ‘Bryozoan mounds’. Deze ‘mounds’ zijn rijk in fossielen en een teken dat de omstandigheden weer optimaal zijn voor kalk producerende organismen.

Als je goed kijkt kun je zien dat de Stevns Klint Formatie duidelijk in de Rødvig Formatie (en op sommige plekken zelfs in de Tor Formatie) insnijdt. Dit heeft te maken met een zeespiegel daling die plaats vond net na de Krijt-Paleogeen grens.

Sinds Luis en Walter Alvarez Stevns Klint onderzochten zijn geologen zeer geïnteresseerd in deze sectie en men is vaak teruggekeerd om nieuw onderzoek te doen aan deze sectie, zowel om meer bewijzen te vinden voor de inslag van de meteoriet als om de milieu-veranderingen op de grens te onderzoeken. Ook de laatste jaren is Stevens Klint nog onder de aandacht. Zo werd in 1998 tijdens een excursie van eerstejaars geologie studenten een vondst gedaan die paleontologen versteld deed staan. Op het strand tussen de Boesdal groeve en de zee werd een stuk bruin vuursteen gevonden met daarin twee aptychi, de sluitkleppen van een ammoniet. De dichtstbijzijnde Krijt afzettingen zijn ongeveer 400 meter verwijderd en bevatten voornamelijk zwarte en grijze vuursteen.

Het is dus zeer waarschijnlijk dat deze vuursteen uit het onderste Paleoceen komt. De aptychi zijn zeer goed gepreserveerd en zitten nog aan elkaar, wat aanduidt dat ze waarschijnlijk niet herwerkt zijn (Surlyk and Nielsen, 1999). Er waren al meer ammonieten in de Cerithium kalksteen gevonden (behorende tot de soorten Hoploscaphites constrictus and Baculites sp.), maar deze werden tot dan toe altijd als uit het Krijt herwerkt beschouwd. De vondst van deze vuursteen leek daarentegen aan te tonen dat er in Denemarken ammonieten boven de Krijt-Paleogeen grens voorkwamen!

Uiteraard werd deze vondst met groot scepticisme ontvangen. Ammonieten stierven toch uit op de Krijt-Paleogeen grens? Kan deze vuursteen niet gewoon herwerkt zijn? Het was een strandvondst toch? Echter, in 2005 publiceerden de paleontologen Marcin Machalski en Claus Heinberg een artikel waarin ze aan de hand van koolstof isotopen en microfossielen aantoonden dat de ammonieten in de Cerithium kalksteen zonder twijfel uit het vroegste Paleoceen komen, en daarmee dus de Krijt-Paleogeen grens overleeft hebben. Sindsdien is er een onderzoeks-project gaande naar het voorkomen van ammonieten in het vroegste Paleoceen, waarin naast onder andere Marcin Machalski en Claus Heinberg ook John Jagt van het Natuurhistorisch Museum in Maastricht actief is. Dit team doet ook onderzoek naar ammonieten boven de Krijt-Paleogeen grens op andere locaties, waaronder in de IVf-7 unit van de Meerssen Member in de Curfs groeve en de Geulhemmerberg in Zuid-Limburg!

Al met al is Stevns Klint dus een sectie die het bezoeken waard is! En wie weet, als je goed zoekt vind je misschien wel een ammoniet uit het Paleoceen!