EEN PORTRET VAN WALTER ALVAREZ

DOOR STEVE BRUSATTE

Soms houdt een revolutionair idee de gehele wetenschappelijke samenleving in zijn greep. Dat was zo met Galileo en Copernicus en later met Isaac Newton. De jaren 1800 werden gekenmerkt door een verbazingwekkende vooruitgang in de medicijnen en nieuwe theorieën aangaande het leven en de prehistorie. De wetenschap beleefde zijn gouden eeuw gedurende de jaren 1900, met figuren als Albert Einstein, Jonas Salk, Edwin Hubbell, James Watson, Francis Crick, en Enrico Fermi die de voorpagina's haalden met hun monumentale ontdekkingen en hypotheses. En wie herinnert zich de debatten aangaande massa-uitstervingen gedurende de jaren 1980 niet? Gedurende die decade discuseerden wetenschappers vanuit verschillende disciplines waaronder paleontologie, geologie, astronomie, astrofysica, chemie en ecologie over de conclusies van hun onderzoeken betreffende de massa-uitstervingen. Het gehele debat draaide rond het pionierswerk en enigszins per ongeluk gedane ontdekking van een jonge geoloog die luisterde naar de naam Walter Alvarez.

Maar, voordat hij het overtuigende bewijs over het uitsterven van de dinosauriërs vond was Walter Alvarez een gewone jongeman, met echter een ongewone eigenschap: zijn vader was een winnaar van de Nobel prijs voor geneeskunde. Daardoor kwam Walter Alvarez dagelijks in aanraking met die wetenschap, maar later in zijn leven besloot hij om niet dezelfde richting te kiezen als die van zijn vader. In plaats daarvan koos hij voor de geologie, een wetenschap die vooral zijn moeder interesseerde, maar die door zijn vader werd gezien als een saaie vorm van wetenschap. Walter moeder nam haar kinderen regelmatig mee op haar trips waarbij zij gesteente verzamelde in de buurt van Berkeley, Californië, waar Luis Alvarez wetenschappen doceerde aan de Universiteit van Californië. Mede door deze trips bezocht Walter Alvarez later de Princeton Universiteit waar hij tevens zijn Ph. D. ontving in geologie.

Na Princeton beklede Dr. Alvarez verschillende postdoctorale posities over de wereld, inclusief onderzoeksposten in Italië, Libië, Nederland en Zuid-Amerika. In 1977 hoorde Walter dat er een vacature was op de afdeling geologie en geofysica aan de Universiteit van Californië-Berkeley, en solliciteerde direct. Later werd hij gekozen in die functie en vergezelde hij zodoende zijn vader op de afdeling wetenschap van een van de meest vooraanstaande universiteiten van Noord-Amerika.

Maar voordat de baan op Berkeley vacant kwam was Dr. Alvarez al gestart met een intensief onderzoeksprojekt in het Apennine gebergte in centraal Italië. Door de enorme en immense kalksteenlagen daar te bestuderen hoopte hij inzicht te krijgen in de mysteries van de plaattectoniek van het Middelandsezee gebied. Dit onderzoek leidde hem naar de kleine bergstad Gubbi, een middeleeuws getint stadje ongeveer 90 kilometer noordoost van Rome. In Gubbio ontdekte Dr. Alvarez een hoge kalksteenlaag die lagen bevatte uit zowel de Krijt periode als die van het Tertiair, welke verassend genoeg een dunne kleilaag bevatte die precies overeenkwam met de uitstervingsperiode van de dinosauriërs.

Voor Dr. Alvarez expeditie naar Italië waren de meeste paleontologen het oneens over de oorzaak van de uitsterving. Sommige geloofden dat het milieu de meest bepalende factor was geweest doordat het klimaat en de voedselbronnen veranderden, terwijl anderen de schuld gaven aan de competitie met de meer ontwikkelde zoogdieren. Een belangrijke ommekeer in deze discussie kwam in de late jaren '60 toen paleontoloog Dale Russell een werk publiceerde waarin de mogelijkheid werd geopperd dat een supernova en de daaruit voortvloeiende straling de oorzaak was van het uitsterven van de dinosauriërs. Hoewel, deze veronderstelling niet juist leek zette het Dr. Alvarez aan zijn eerste stappen te zetten in de analyse van de K-T uitsterving.

Gedurende zijn studie van de Gubbio kalksteen dagzomer was Dr. Alvarez verbaasd over het feit dat Foraminifera, een soort microfossielen plotseling waren verdwenen uit de K-T kleilaaggrens. Tot aan die grens kwamen deze fossielen in vele variaties en in grote getallen voor, en na de K-T uitsterving maakten zij zelfs een zekere "come back". Maar in de kleigrens waren zij abrupt verdwenen zonder een enkel spoor na te laten. Wat was hiervan de oorzaak, en was er een mogelijk verband met de uitsterving van de dinosauriërs. Dr. Alvarez nam enkele voorbeelden mee voor zijn vader en toen kwam er enig licht in deze materie.

Terug aan de Universiteit van Berkeley suggereerde Dr. Luis Alvarez die in geen enkel opzicht een expert in nog geologie nog paleontologie was aan zijn collega Helen Michel en Frank Asaro om chemische analyses te doen op de kleimonsters. Na uitvoerige testen op de chemische bestandsdelen van de monsters ontdekten Michel en Asaro abnormaliteiten in twee zeldzame metalen: platinium en iridium. Het platinium werd later getraceerd als behorende bij de trouwring van een van de laboratorium medewerkers, maar er kon geen verklaring worden gegeven voor het iridium.

Iridium, of element 77 op de periodieke tabel, is een metaal dat uiterst zeldzaam is in de aardkorst. Wetenschappers denken dat het mogelijk veel voorkomt in de kern van de planeet, en dat het soms door vulkanisme in het aardoppervlak terechtkomt, maar van nature is het een zeldzaam element. Daarentegen komt iridium veel voor in ons zonnestelsel, speciaal in kometen en asteroïden. Kon het zijn dat dit iridium een bijproduct was van een supernova die mogelijk was ontploft? Verdere testen wezen aan dat dit niet het geval kon zijn geweest, maar simpelere verklaring zou niet lang meer op zich laten wachten.

Zelfs Walter Alvarez kan zich niet precies herinneren wanneer het idee van een grote komeet of astroïde voor het eerst boven kwam drijven, maar hij herinnert zich zeker de impact die deze hypothese had in de paleontologische wereld. Nadat de supernova hypothese naar het rijk de fabelen was verwezen stelde het Alvarez team zich de volgende vraag: "wat voor een gebeurtenis kan een dergelijke massa-uitsterving van foraminera en dinosauriërs hebben veroorzaakt en tegelijkertijd een laag iridium hebben afgezet?" Ergens tijdens de daarop volgende discussies kwam het idee van een komeet of astroïde naar boven, en dat idee werd later gepubliceerd in een monumentaal schrijven getiteld "Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction," welke stond in volume 208 (1980) van het magazine Science.

Zoals kon worden verwacht deed deze publicatie de nodige stof opwaaien en was het aanleiding voor pittige debatten in paleontiologische en geologische kringen. Maar ook wetenschappers in andere kringen zoals die van ecologen en astrophysichisten deden mee aan deze discussies en probeerden het gelijk dan wel ongelijk van deze hypothese aan te tonen.

De grootste vraag waar het Alvarez team voor stond was of deze iridiumlaag alleen plaatselijk voorkwam in Italië of zou er een overeenkomende iridiumlaag ook in andere delen van de wereld voorkomen? Meerdere geologen en paleontologen beantwoorden de oproep van Alvarez om informatie en toen werd snel duidelijk dat er ook overeenkomende lagen bekend waren van Denemarken en Spanje in Europa tot aan de Verenigde Staten van Amerika.

Een van de voornaamste contribuanten was de Nederlands paleontoloog Jan Smit (zie het betreffende portret). Feitelijk beschouwt Alvarez, Smit als medeontdekker van de komeet/astroide hypothese omdat Smit op het punt stond een publicatie te wijden aan de iridiumlaag, maar plotseling ziek werd, op zich al een opmerkelijk wetenschappelijk verhaal.

Nadat was vastgesteld dat de iridiumlaag wereldwijd voorkwam was de volgende stap van het Alvarez onderzoek de zoektocht naar de mogelijke krater. Het was reeds vastgesteld dat foraomina en dinosauriërs nogal plotseling uitstierven. Een iridiumlaag zich wereldwijd had afgezet, was wees in de richting van een komeet of astroïde. Maar zonder krater zou deze hypothese niet meer zijn dan gebakken lucht en worden geplaatst in het wetenschappelijke rariteiten archief tezamen met de vroegere ideeën als aarde als middelpunt van het heelal en koude fusie. Maar na tien jaar van onderzoek en veldwerk werd er een krater gevonden, hetgeen echter nog geen einde bracht aan het dinosauriërs uitstervingsdebat.

Gedurende de tijd van de publicatie en gedurende enkele jaren nadien wezen veel paleontologen en geologen in de richting van de Manson Krater in Iowa als zijnde het litteken van het K-T gebeuren. Maar, verdere analyses toonden aan dat deze krater niet was ontstaan tijdens het K-T en kon derhalve niet de gezochte krater zijn. Na het onderzoek van Manson doodliep begonnen wetenschappers te onderzoeken of de impact op land dan wel in zee plaatsvond. Indien het gesteente wees op een impact in zee dan was de kans om dé krater te vinden behoorlijk gereduceerd omdat deze dan na 65 miljoen jaar waarschijnlijk zou zijn bedekt met nieuwe lagen. Deze mogelijkheid zou wel verklaren waarom zovelen geologen vruchteloos op zoek waren naar de krater. Maar, wat Alvarez en zijn team ontdekten was verbazingwekkend, de gesteenten wezen op zowel een impact op land als op zee, hetgeen betekende dat de impact ergens plaatsvond op een kust van een oceaan of zee.

Dit reduceerde het te onderzoeken gebied, en in 1988 beweerde paleontoloog Alan Hildebrand dat de sleutel die kon leiden naar de vondst van de krater was gelegen in de rivier de Brazos in Texas. Hildebrand en zijn medewerkers vonden in ge gesteenten van deze rivier bewijs in de vorm van een tsunami (vloedgolf) die werd gedateerd op precies de tijd van de K-T impact, 65 miljoen jaar geleden. Gedurende die periode liep de Brazos rivier uit op de zuidelijke kust van de Golf van Mexico. Gezien het feit dat die kustlijn laag was, concludeerde Hildebrand dat deze tsumami door pas aan de zuidgrens van Texas tot rust zou zijn gekomen. Ten zuiden van dit deltagebied bevind zich het Yucatan schiereiland, een gebied dat eens werd bewoond door de Azteken, en nu een populaire vakantie bestemming is.

Kon de krater zich bevinden nabij Yucatan? Vast staat dat in de jaren '70 een Mexicaans onderzoeksteam waaronder Glen Penfield en Antonio Camargo een afwijking in de zwaartekracht ontdekten die rondom Yucatan cirkelde en eindigde in de oceaan. Deze afwijking was cirkelvormig en ongeveer van het juiste verwachte formaat die een komeet of astroide zou hebben veroorzaakt. Was dit mogelijk de lang gezochte krater? Hildebrand en zijn adviseur Bill Boynton zeiden ja, en publiceerden hun resultaten. Tot op de dag van vandaag word deze krater, ook bekent als Chicxulub algemeen gezien als de plaats van inslag die leidde tot de K-T massa-uitsterving.

Jammer genoeg leidde de ontdekking en benoeming van deze krater in 1991 tot het einde van het K-T onderzoek. Vandaad de dag verschijnen er nog steeds publicaties tegen of voor deze theorie, maar de glamour van de jaren '80 is verdwenen. Ongeacht dit gegeven zal het K-T debat altijd worden herinnerd als een soort wetenschappelijk familie reunie, die vele takken van wetenschap aan elkaar verbond in naam van een gewone gebeurtenis, het grootste paleontologische mysterie van allen. En dit mysterie werd in het spotlicht geplaatst door een jonge ambitieuze geoloog genaamd Walter Alvarez. Net zoals het uitstervingsdebat, is ook Alvarez's paleontologische werk in rustig vaarwater geraakt, maar wij zullen hem en zijn vader altijd herinneren de grootmeesters van de dinosaurusuitsterving!