Dinosaurusten ilmasto

Dinosaurusten ilmasto ei ollut yhtenäinen kasvihuone

Kun ajattelemme dinosaurusten maailmaa, mielessä piirtyy usein kuva trooppisesta viidakosta — palmuja, lämpöä ja vihreyttä. Todellisuus oli paljon monimuotoisempi. Dinosaurusten ilmasto ulottui Pangean palavan kuivasta sisämaasta liitukauden trooppisten merien yli aina napaseutujen lumiseen pimeyteen. Mesotsoinen aika (252–66 miljoonaa vuotta sitten) ei ollut yhtenäinen kasvihuonemaailma vaan dynaaminen kokoelma äärimmäisiä ilmasto-olosuhteita.

Paleoklimatologian — muinaisten ilmastojen tutkimuksen — kehittyminen viimeisten parinkymmenen vuoden aikana on paljastanut hämmästyttäviä yksityiskohtia dinosaurusten ajan ilmastosta. Tutkijat lukevat menneisyyttä sedimenttikerrosten kemiallisesta koostumuksesta, fossiloituneista lehdistä, hampaiden isotooppisuhteista ja muinaisten meren simpukoiden kuoresta. Yhdistämällä nämä todisteet ilmastomalleihin saadaan yhä tarkempi kuva siitä, miten ilmasto vaihteli eri aikoina ja eri paikoissa.

Dinosaurusten ilmaston tarinassa nousee esiin neljä keskeistä teemaa: triaskauden megamonsuunit, jotka avasivat dinosaurusten räjähdyksen, liitukauden kasvihuonemaailma kuumimpine merivuosineen, trooppiset hurrikaanit ja salamamyrskyt — ja yllättäen polaaristen alueiden lumi, jossa dinosaurukset selvisivät pitkien talvipimeiden läpi. Jokainen näistä kertoo, miten erilainen maapallo oli — ja miten se kuitenkin oli sama planeetta, jolla me tänään elämme.

Triaskauden megamonsuunit ja Carnian Pluvial Episode

Triaskauden alku oli erittäin epäystävällinen aika elämälle. Permikauden lopun sukupuutto oli pyyhkäissyt yli 80 % maaeläinten lajeista, ja maapallo oli kuiva ja kuuma. Suurmanner Pangea ulottui navalta navalle, ja sen sisämaa oli niin laajaa ja kaukana valtamerestä, että vesi ei yltänyt sinne — Pangean keskusosa oli yhtä suurta aavikkoa. Tämä oli "megamonsuuni-ilmaston" aikaa: rannikoilla satoi rajusti vuodenajan mukaan, mutta sisämaa oli yhtä kuivaa kuin nykyinen Sahara.

Tilanne muuttui dramaattisesti noin 234 miljoonaa vuotta sitten. Vuoden ja toisen ajan sijasta nyt satoi — ja jatkui satamasta noin 2 miljoonan vuoden ajan. Tämä Carnian Pluvial Episode -niminen tapahtuma on yksi mesotsoisen ajan keskeisimpiä ilmastoshokeja. Geokemialliset tutkimukset Italian Dolomiiteissa ja muualla osoittavat, että sade tuli ainakin neljässä erillisessä pyrähdyksessä — lyhyemmät kuivat välijaksot katkaisivat pitkät sadejaksot.

Syyksi tutkijat ovat osoittaneet Wrangellia LIP -nimisen suuren tulivuoritoiminnan, jonka jäänteet löytyvät nykyisen Pohjois-Amerikan länsirannikolta. Kuten Permikauden lopun Siperian Traps -purkaukset, Wrangellia pumppasi ilmakehään valtavia määriä hiilidioksidia ja vesihöyryä, mikä lämmitti planeettaa ja muutti sademääriä rajusti.

Carnian Pluvial Episode on dinosaurusten kannalta uskomattoman merkittävä. Bernardi et al. (2018, Nature Communications) osoittivat, että dinosaurusten räjähdysmäinen monipuolistuminen alkoi tarkalleen tämän sadejakson jälkeen — noin 232 miljoonaa vuotta sitten. Aiemmat hallitsevat eläinryhmät kuten aetosaurit ja rauisuchit heikkenivät, kun ilmasto-olosuhteet muuttuivat, ja dinosaurukset täyttivät tyhjentyneet ekologiset lokerot. Italian Dolomiittien jalanjälkifossiileissa dinosaurukset siirtyivät alle 5 %:n osuudesta yli 90 %:iin. Ilman tätä monsuunijaksoa dinosaurukset eivät ehkä olisi koskaan saavuttaneet hallitsevaa asemaa.

Liitukauden kasvihuonemaailma — maapallon kuumin aika

Liitukausi ei alkanut maapallon kuumimpana aikana, mutta saavutti tämän tilan keski-liitukaudella, noin 95–90 miljoonaa vuotta sitten. Tätä äärimmäisen lämpimää jaksoa kutsutaan Cretaceous Thermal Maximumiksi (CTM), ja se oli kuumempi kuin mikään muu aikakausi viimeisen 200 miljoonan vuoden aikana — jopa kuumempi kuin paleoseenin-eoseenin lämpöhuippu (PETM) 56 miljoonaa vuotta sitten.

Tutkimukset planktonin foraminiferoiden happi-isotooppisuhteista ja orgaanisten biomarkerien TEX86-analyyseistä osoittavat, että trooppinen merivesi saavutti 35–37 °C, ja jopa 38 astetta paikoittain. Tämä on noin 5–7 astetta lämpimämpi kuin nykyisessä trooppisessa Tyynessämeressä. Vielä hämmästyttävämpää on, että napaseutujen merivesi pysytteli mukavassa 20 asteen yläpuolella — eli yhtä lämpimänä kuin Itämeri kesällä.

Korkeammat lämpötilat heijastuivat ilmakehän hiilidioksidipitoisuudessa. CO₂ ylitti varmasti 1 000 ppm — noin neljä kertaa nykyisen tason (~420 ppm). Jotkut tutkijat arvioivat CO₂:n nousseen jopa 4 000 ppm:ään CTM:n huipulla. Tämä tekee liitukauden dinosaurusten ilmastosta tärkeän vertailukohdan nykyisen ilmastonmuutoksen tutkimukselle.

Lämpö muutti planeettaa perustavanlaatuisesti. Polaarisia jääpeitteitä ei ollut, joten kaikki nykyisin Antarktiksen ja Grönlannin jäätiköihin sitoutunut vesi oli valtamerissä. Merenpinta oli jopa 200 metriä korkeampi kuin nykyään, ja suuria osia mantereista oli matalien sisämerten alla. Krokotiilien sukulaisia (champsosaureja) eli Kanadan arktikalla, ja Pohjois-Grönlannissa kasvoi trooppisia leipäpuita.

Trooppiset myrskyt — palmut taipuivat, salamat välähtelivät

Liitukauden kasvihuonemaailma synnytti yhden mesotsoisen ajan vaikuttavimmista ilmiöistä — voimakkaat trooppiset myrskyt. Meteorologian peruslaki on yksinkertainen: lämpimämpi meri tarkoittaa enemmän energiaa myrskyille. Kun trooppisen veden lämpötila ylittää noin 26–27 °C, hurrikaanit voivat muodostua. Liitukauden 35–37 asteen meret tarjosivat lähes rajatonta polttoainetta trooppisille sykloneille.

Ilmastomallit osoittavat, että Hadley-solut — passatituulijärjestelmä, joka kuljettaa lämpöä päiväntasaajalta kohti napoja — ulottuivat liitukaudella paljon laajemmalle kuin nykyään. Tämä tarkoittaa, että trooppiset olosuhteet ja niiden myrskyt ulottuivat lähes 40 asteen leveysasteille — yhtä pohjoiseen kuin nykyinen Espanja tai New York.

Mesotsoisen ajan trooppiset myrskyt olivat dramaattisempia kuin nykyisin. Trooppinen dinosaurusten ilmasto tuotti rajuja säätapahtumia. Käpypalmut ja saniaiset rannikoilla taipuivat raskaiden tuulipuuskien alla. Salamat välähtelivät tummissa kasaantuvissa pilvissä — jos ilmastomallit ovat oikeassa, ukkosmyrskyjen tiheys oli huomattavasti korkeampi kuin nykyään. Vesi satoi kaatamalla, ja meri tunkeutui mantereen sisäosiin tulvina. Etenkin rannikkoalueet — joilla suuri osa dinosauruksista eli — joutuivat säännöllisesti rajujen myrskyjen koetukselle.

Liitukauden lopun ilmasto saattoi olla vieläkin dramaattisempi. Yhdysvaltalainen meteorologi Kerry Emanuelin (1995) esittämän hypoteesin mukaan Chicxulub-asteroidin törmäys olisi voinut synnyttää poikkeuksellisia "hyperkaaneja" — myrskyjä, joiden tuulennopeus olisi voinut ylittää 800 km/h, kun Jukatanin matala meri kuumeni iskussä äärimmäisiin lämpötiloihin. Vaikka tämä on edelleen kiistanalainen teoria, se kuvastaa, millaisia ilmastoshokkeja mesotsoinen maailma kykeni tuottamaan.

Polaariset dinosaurukset — lunta navalla

Kaikkein yllättävintä mesotsoisesta ilmastosta on, että dinosaurukset elivät myös napa-alueilla. Etelä-Australia sijaitsi varhaisessa liitukaudessa, noin 118–110 miljoonaa vuotta sitten, paleoleveysasteella noin 75° etelä — siis yhtä etelässä kuin Antarktis nykyään, kaukana etelänavan napapiirin sisäpuolella.

Victorian rannikolla sijaitsevat Dinosaur Cove ja Flat Rocks ovat kaksi merkittävää fossiilipaikkaa, jotka paljastavat polaaridinosaurusten maailman. Tutkijapariskunta Tom Rich ja Pat Vickers-Rich Monash-yliopistosta ovat löytäneet näiltä paikoilta yli 15 dinosauruslajia. Kuuluisin näistä on Leaellynasaura amicagraphica — pieni, kaksijalkainen ornithopodi, joka oli noin metrin pitkä, ja jonka häntä oli poikkeuksellisen pitkä, mahdollisesti kolminkertainen ruumiin pituuteen verrattuna.

Leaellynasaurassa on yksi piirre, joka erottaa sen muista samanlaisista dinosauruksista: sen silmäkuopat ovat poikkeuksellisen suuret suhteessa kallon kokoon. Tämä viittaa vahvasti siihen, että sen näköaivot olivat suurentuneet — sopeutuma napaseutujen pitkän talvipimeyden navigointiin. Australian eteläosassa täysi talvipimeys kesti useita viikkoja jopa kolmeen kuukauteen vuosittain riippuen tarkasta paleoleveysasteesta. Joillakin lähisukuisilla ornithischeillä on todettu höyhenpeitteitä, ja on todennäköistä, että Leaellynasaurakin oli untuvapeitteinen — eristystä kylmiltä talvilta varten.

Australian polaarialueilla esiintyi lunta ja jäätä erityisesti talvella, vaikka pysyvää jääpeitettä ei ollut. Maisema oli kylmä lauhkea sademetsä, jossa kasvoi podocarp-havupuita ja saniaisia. Jotkut dinosaurukset kaivautuivat kolojen suojaan: Australian sedimenteistä on löydetty kaivuristkuja, jotka muistuttavat nykyisten kaivautujien koloja.

Pohjoisempana, Alaskan Prince Creek -muodostuma (~70 mvs) tarjoaa toisen polaarisen ikkunan dinosaurusten ilmastoon. Druckenmiller et al. (2021, Current Biology) ovat osoittaneet vauvojen ja juveniilien fossiileista, että dinosaurukset asuivat Alaskan napa-alueella ympäri vuoden — eivät vain muuttaneet kausittain. Hadrosaurit kuten Edmontosaurus, sarvidinosaurukset kuten Pachyrhinosaurus, tyrannosaurit kuten Nanuqsaurus ja Troodon kestivät 3–4 kuukauden talvipimeyden ja lumen. Vuoden keskilämpötila oli noin 6 °C — samaa luokkaa kuin nykyisessä Ottawassa — mutta talvet olivat alle nollan ja jäätävät. Tämä rikkoo täysin populaarin mielikuvan dinosauruksista pelkkinä trooppisten viidakoiden asukkaina. Dinosaurusten ilmasto kattoi koko maapallon — navalta navalle.

Vuodenajat dinosaurusten aikana

Maapallon akselin kallistus on ollut mesotsoisina aikoina suunnilleen sama kuin nykyään — noin 23–25 astetta. Tämä tarkoittaa, että astronominen syy vuodenaikoihin oli täysin olemassa: päivän pituus vaihteli, polaariyö ja polaaripäivä toimivat samalla periaatteella, ja kesä-talvi-sykli rytmitti elämää. Mutta vuodenajat ilmenivät hyvin eri tavalla kuin nyt Suomessa.

Trooppisilla alueilla vuodenajat tarkoittivat lähinnä sade- ja kuivakauden vaihtelua, ei lämpötilan muutosta. Lämpö pysytteli ympäri vuoden 25–35 asteessa, mutta monsuunit toivat kaatamasateet ja kuivat kaudet päättivät ne. Triaskaudella Pangean rannikoiden megamonsuunit olivat tämän ilmiön äärimuoto.

Lauhkealla vyöhykkeellä — siellä missä Suomi nyt on — vuosivaihtelu oli liitukauden dinosaurusten ilmastossa paljon pienempi kuin nykyään. Trooppiset olosuhteet ulottuivat 40–50 asteen leveysasteille, eikä talvipakkasia ollut. Paleoklimatologit kutsuvat tätä "equable climate problem" -ongelmaksi — miksi mesotsoisen ajan vuosivaihtelu oli niin tasainen verrattuna nykyiseen?

Polaarialueilla — Australiassa ja Alaskassa — vuodenaikojen vaihtelu oli kiehtova erikoistapaus. Polaaridinosaurukset kokivat voimakasta valon vaihtelua mutta paljon pienempää lämmön vaihtelua kuin Suomi nykyään. Talvi toi pimeyden ja lumen, mutta ei 30 asteen pakkasia. Alaskan vuoden keskilämpö oli +6 °C — talvi muistutti nykyistä Skotlannin talvea, mutta ilman päivänvaloa kuukausien ajaksi.

Erikoistapaus toiseen suuntaan oli triaskauden Pangean sisämaa. Kun manner ulottui 5 000 kilometriä rannikoista, valtamerien tasaava vaikutus puuttui kokonaan. Tämä loi ilmastoolosuhteet, joissa vuosivaihtelu oli suurempi kuin nykyisessä Siperiassa — kesät paahtavan kuumia, talvet jäätäviä. Dinosaurusten varhaiset esi-isät selvisivät näissä olosuhteissa, mikä auttoi muokkaamaan heidän fysiologiastaan kestävää.

Ilmastoshokit ja yhteys nykyiseen ilmastonmuutokseen

Mesotsoisen ajan pitkiä ilmastojaksoja rytmittivät myös äkilliset ja dramaattiset shokit — ilmastotapahtumat, jotka muuttivat ekosysteemejä lyhyessä ajassa. Kaksi merkittävintä olivat valtamerten hapettomuusjaksot, OAE:t (Oceanic Anoxic Events).

Toarcian OAE noin 183 miljoonaa vuotta sitten oli jurakauden alun katastrofi. Karoo-Ferrar -tulivuoritoiminta Etelä-Afrikassa ja Antarktiksessa pumppasi ilmakehään valtavasti hiilidioksidia ja rikkiä. Lämpenevä meri menetti hapen liukoisuuden, ja meren pohjavyöhyke muuttui hapettomaksi laajoilla alueilla. Tämä romahdutti monia meri-eliöiden populaatioita ja jätti jäljelle tunnistettavan mustan kerroksen sedimentteihin.

OAE2 noin 94 miljoonaa vuotta sitten — myös tunnettu nimellä Cenomanian-Turonian -tapahtuma — oli vielä laajempi. Se osui ajallisesti yhteen Cretaceous Thermal Maximumin huipun kanssa, ja se vei massiivisesti meri-elämää sukupuuttoon. Monet ammoniittilajit, kalat ja foraminiferat hävisivät. Mustia, orgaanispitoisia sedimenttikerroksia tästä jaksosta löytyy ympäri maailman.

Dinosaurusten ilmaston tutkimuksella on suora yhteys nykyiseen ilmastonmuutokseen. PETM (paleoseeni-eoseenilämpömaksimi 56 mvs), CTM ja OAE-tapahtumat ovat tutkijoiden tärkeimpiä historiallisia vertailukohtia. Niiden avulla voidaan ennustaa, miten nykyinen ihmiskunnan tuottama CO₂-päästö vaikuttaa planeettaamme pidemmällä aikavälillä. Mesotsoiset jaksot osoittavat, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden muutokset ovat aiheuttaneet sekä laajamittaista lämpenemistä että dramaattisia ekosysteemimuutoksia — kerta toisensa jälkeen maapallon historiassa. Yksi ratkaiseva ero kuitenkin erottaa nykyisen ilmastonmuutoksen mesotsoisista vastaavista: nopeus. Nykyinen CO₂-pitoisuuden nousu tapahtuu noin 10 kertaa nopeammin kuin PETM:n aikana — ja sata kertaa nopeammin kuin CTM:ssä.