Op een heldere julidag 2 jaar geleden vloog Kurt Kjær in een helikopter over noordwest Groenland – een uitgestrektheid van ijs, smetteloos wit en glinsterend. Al snel kwam zijn doel in zicht: De Hiawatha gletsjer, een langzaam bewegende ijskap van meer dan een kilometer dik. De gletsjer breidt zich uit over de Noordelijke IJszee, niet in een rechte muur, maar in een opvallende halve cirkel, alsof hij uit een bekken komt. Kjær, een geoloog van het Natuurhistorisch Museum van Denemarken in Kopenhagen, vermoedde dat de gletsjer een explosief geheim verborg. De helikopter landde in de buurt van de golvende rivier die de gletsjer afwatert en rotsen van onder de gletsjer wegsleepte. Kjær had 18 uur de tijd om de minerale kristallen te vinden die zijn vermoedens zouden bevestigen.
Wat hij mee naar huis nam, bevestigde de zaak voor een grootse ontdekking. Verborgen onder Hiawatha ligt een inslagkrater van 31 kilometer breed, groot genoeg om Washington D.C. te verzwelgen, zo melden Kjær en 21 co-auteurs vandaag in een artikel in Science Advances. De krater is ontstaan toen een ijzeren asteroïde met een doorsnede van 1,5 kilometer op de aarde insloeg, mogelijk in de afgelopen 100.000 jaar.
Hoewel de Hiawatha inslag niet zo cataclysmisch is als de dinosaurusdodende Chicxulub inslag, die ongeveer 66 miljoen jaar geleden een 200 kilometer brede krater in Mexico uitsleet, kan ook deze inslag een stempel op de geschiedenis van de planeet hebben gedrukt. Over de timing wordt nog gediscussieerd, maar sommige onderzoekers van het ontdekkingsteam denken dat de asteroïde op een cruciaal moment insloeg: ongeveer 13.000 jaar geleden, net toen de wereld uit de laatste ijstijd aan het ontdooien was. Dat zou betekenen dat hij op aarde insloeg toen mammoeten en andere megafauna in verval waren en mensen zich over Noord-Amerika verspreidden.
De inslag zou voor iedereen binnen een straal van 500 kilometer een spektakel zijn geweest. Een witte vuurbal, vier keer zo groot en drie keer zo helder als de zon, zou over de hemel hebben geschenen. Als het object een ijskap zou hebben geraakt, zou het zich een weg hebben gebaand naar het gesteente, waarbij water en steen in een flits zouden zijn verdampt. De resulterende explosie had de energie van 700 1-megaton kernbommen, en zelfs een waarnemer op honderden kilometers afstand zou een schokgolf hebben ervaren, een monsterlijke donderslag, en orkaankrachtige winden. Later zouden brokstukken op Noord-Amerika en Europa kunnen zijn neergekomen, en de vrijgekomen stoom, een broeikasgas, zou Groenland plaatselijk hebben kunnen opwarmen, waardoor nog meer ijs zou zijn gesmolten.
Het nieuws van de ontdekking van de inslag heeft een oud debat weer doen oplaaien onder wetenschappers die het oude klimaat bestuderen. Een massale inslag op de ijskap zou smeltwater in de Atlantische Oceaan hebben doen vloeien – waardoor de transportband van oceaanstromingen zou zijn verstoord en de temperatuur zou zijn gekelderd, vooral op het noordelijk halfrond. “Wat zou dat betekenen voor de soorten of het leven in die tijd? Het is een enorme open vraag”, zegt Jennifer Marlon, paleoklimatoloog aan de universiteit van Yale.
Een decennium geleden stelde een kleine groep wetenschappers een soortgelijk scenario voor. Zij probeerden een verklaring te vinden voor een meer dan 1000 jaar durende afkoeling, de Younger Dryas, die 12.800 jaar geleden begon, toen de laatste ijstijd ten einde liep. Hun controversiële oplossing was een beroep te doen op een buitenaards agens: de inslag van een of meer kometen. De onderzoekers stelden voor dat de inslag niet alleen de waterhuishouding van de Noord-Atlantische Oceaan veranderde, maar ook over twee continenten bosbranden aanwakkerde die leidden tot het uitsterven van grote zoogdieren en de verdwijning van het mammoetjagende Clovis-volk in Noord-Amerika. De onderzoeksgroep kwam met suggestief maar niet overtuigend bewijsmateriaal, en weinig andere wetenschappers waren overtuigd. Maar het idee sprak tot de verbeelding van het publiek, ondanks een duidelijke beperking: Niemand kon een inslagkrater vinden.
Voorstanders van een Younger Dryas inslag voelen zich nu gerechtvaardigd. “Ik voorspel ondubbelzinnig dat deze krater even oud is als de Younger Dryas,” zegt James Kennett, een marien geoloog aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, een van de oorspronkelijke voorvechters van het idee.
Maar Jay Melosh, een inslagkrater-expert aan de Purdue Universiteit in West Lafayette, Indiana, betwijfelt of de inslag zo recent was. Statistisch gezien komen inslagen van de grootte van de Hiawatha maar eens in de paar miljoen jaar voor, zegt hij, en de kans dat er 13.000 jaar geleden een inslag plaatsvond, is dus klein. Wie er ook gelijk heeft, de ontdekking zal munitie geven aan Younger Dryas inslagtheoretici – en zal de Hiawatha inslag veranderen in een ander soort projectiel. “Dit is een heet hangijzer,” vertelt Melosh aan Science. “Je bent je ervan bewust dat je een vuurstorm gaat ontketenen?”
Het begon met een gat. In 2015 bestudeerden Kjær en een collega een nieuwe kaart van de verborgen contouren onder het ijs van Groenland. Op basis van variaties in de diepte van het ijs en de stromingspatronen aan het oppervlak bood de kaart een ruwe suggestie van de topografie van het vaste gesteente – inclusief de hint van een gat onder Hiawatha.
Kjær herinnerde zich een massieve ijzermeteoriet op de binnenplaats van zijn museum, vlakbij de plek waar hij zijn fiets parkeert. De 20 ton zware steen heet Agpalilik, Inuit voor “de Man”, en is een fragment van een nog grotere meteoriet, de Cape York, die door westerse ontdekkingsreizigers in stukken is gevonden op Noordwest-Groenland, maar lang door de Inuit is gebruikt als bron van ijzer voor harpoenpunten en gereedschappen. Kjær vroeg zich af of de meteoriet een overblijfsel zou kunnen zijn van een inslagvlam die de cirkelvormige opening onder Hiawatha heeft gegraven. Maar hij was er nog niet zeker van dat het een inslagkrater was. Hij moest het duidelijker kunnen zien met radar, die door ijs heen kan dringen en het gesteente kan weerkaatsen.
Kjær’s team begon samen te werken met Joseph MacGregor, een glacioloog van NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die archiefradargegevens opgroef. MacGregor ontdekte dat NASA-vliegtuigen vaak over de site vlogen op weg om het Arctische zee-ijs te onderzoeken, en dat de instrumenten soms in de testmodus werden aangezet op de terugweg. “
De radarfoto’s lieten duidelijker zien wat leek op de rand van een krater, maar in het midden waren ze nog steeds te wazig. Veel kenmerken op het aardoppervlak, zoals vulkanische caldera’s, kunnen zich voordoen als cirkels. Maar alleen inslagkraters hebben centrale pieken en piekringen, die zich in het midden van een pasgeboren krater vormen als gesmolten gesteente net na de inslag terugslaat, zoals een steen in een vijver plonst.
Het toeval wil dat het Alfred Wegener-Instituut voor pool- en zeeonderzoek in Bremerhaven, Duitsland, net een nieuwe generatie ijspenetrerende radar had gekocht om te monteren op de vleugels en de romp van hun Basler-vliegtuig, een omgebouwde DC-3 met twee propellers, een werkpaard van de Arctische wetenschap. Maar ze hadden ook financiering nodig en een basis in de buurt van Hiawatha.
Kjær zorgde voor het geld. Traditionele financieringsinstanties zouden te traag zijn, of geneigd zijn hun idee te laten uitlekken, dacht hij. Dus diende hij een verzoekschrift in bij de Carlsberg Foundation in Kopenhagen, die de winst van haar wereldwijde bierverkoop gebruikt om de wetenschap te financieren. MacGregor, van zijn kant, schakelde NASA-collega’s in om het Amerikaanse leger over te halen hen te laten werken vanuit Thule Air Base, een buitenpost uit de Koude Oorlog op Noord-Groenland, waar Duitse leden van het team al 20 jaar toestemming probeerden te krijgen om te werken. “Gepensioneerde, zeer serieuze Duitse wetenschappers stuurden me blije emoji’s,” zegt MacGregor.
Drie vluchten, in mei 2016, voegden 1600 kilometer verse gegevens toe van tientallen transits over het ijs – en bewijs dat Kjær, MacGregor, en hun team iets op het spoor waren. De radar onthulde vijf prominente bulten in het centrum van de krater, wat wijst op een centrale piek die zo’n 50 meter hoog is. En als teken van een recente inslag is de kraterbodem uitzonderlijk gekarteld. Als de asteroïde eerder dan 100.000 jaar geleden was ingeslagen, toen het gebied ijsvrij was, zou erosie door smeltend ijs verder landinwaarts de krater glad hebben geschuurd, aldus MacGregor. De radarsignalen toonden ook aan dat de diepe ijslagen door elkaar waren gehusseld – nog een teken van een recente inslag. De vreemd verstoorde patronen, zegt MacGregor, suggereren dat “de ijskap niet in evenwicht is gekomen met de aanwezigheid van deze inslagkrater.”
Maar het team wilde direct bewijs om de scepsis te overwinnen waarvan het wist dat die de claim van een enorme jonge krater zou begroeten, een krater die de kans op het ontstaan van grote inslagen leek te tarten. En dat is de reden waarom Kjær op die heldere julidag in 2016 als een bezetene stenen bemonsterde langs de hele halvemaan van het terrein rond Hiawatha’s gezicht. Zijn meest cruciale stop was in het midden van de halve cirkel, bij de rivier, waar hij sedimenten verzamelde die uit het binnenste van de gletsjer afkomstig leken te zijn. Het was hectisch, zegt hij, “zo’n dag waarop je je monsters controleert, op je bed valt en een poosje niet opstaat.”
In die uitwas sloot het team van Kjær zijn zaak. Bij het zeven van het zand vond Adam Garde, geoloog bij de Geologische Dienst van Denemarken en Groenland in Kopenhagen, glaskorrels die waren gesmeed bij temperaturen die hoger waren dan een vulkaanuitbarsting kan veroorzaken. Belangrijker nog, hij ontdekte geschokte kwartskristallen. De kristallen vertoonden een kenmerkend bandpatroon dat alleen kan worden gevormd bij de intense druk van buitenaardse inslagen of kernwapens. De kwarts maakt de zaak duidelijk, zegt Melosh. “Het ziet er goed uit. Al het bewijs is behoorlijk overtuigend.”
Nu moet het team nog uitzoeken wanneer de botsing precies plaatsvond en hoe die de planeet heeft beïnvloed.
De Younger Dryas, genoemd naar een kleine witgele arctische bloem die bloeide tijdens de koudegolf, heeft wetenschappers lang gefascineerd. Totdat de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde begon, heerste die periode als een van de scherpste recente temperatuurschommelingen op aarde. Toen de laatste ijstijd afliep, zo’n 12.800 jaar geleden, daalde de temperatuur in delen van het noordelijk halfrond met maar liefst 8°C, helemaal terug naar het niveau van de ijstijd. Dat bleef zo gedurende meer dan 1000 jaar, waardoor oprukkende bossen weer in toendra’s veranderden.
De aanleiding zou een verstoring kunnen zijn geweest van de transportband van oceaanstromingen, waaronder de Golfstroom die warmte vanuit de tropen naar het noorden voert. In een artikel in Nature uit 1989 heeft Kennett, samen met Wallace Broecker, een klimaatwetenschapper aan het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, en anderen, uiteengezet hoe smeltwater van terugtrekkende ijskappen de transportband kan hebben stilgelegd. Wanneer warm water uit de tropen aan de oppervlakte naar het noorden reist, koelt het af terwijl verdamping het zouter maakt. Beide factoren verhogen de dichtheid van het water tot het in de afgrond zinkt, waardoor de transportband wordt aangedreven. Het toevoegen van een puls van minder dicht zoet water kan de rem erop zetten. Onderzoekers op het gebied van paleoklimaat hebben dit idee grotendeels onderschreven, hoewel er tot voor kort geen bewijs was voor zo’n vloed.
Toen, in 2007, opperde Kennett een nieuwe impuls. Hij werkte samen met wetenschappers onder leiding van Richard Firestone, een natuurkundige van het Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië, die een komeetinslag op het sleutelmoment voorstelde. Bij een explosie boven de ijskap die Noord-Amerika bedekt, zouden de komeet of kometen licht-blokkerende stofdeeltjes de lucht in hebben geslingerd, waardoor de regio zou zijn afgekoeld. Verder naar het zuiden zouden vurige projectielen bossen in brand hebben gestoken, waardoor roet ontstond dat de duisternis en de afkoeling verergerde. De inslag kan ook ijs hebben gedestabiliseerd en smeltwater hebben losgelaten dat de Atlantische circulatie zou hebben verstoord.
De klimaatchaos, zo suggereerde het team, zou kunnen verklaren waarom de Clovis-nederzettingen leegliepen en de megafauna kort daarna verdween. Maar het bewijs was schaars. Firestone en zijn collega’s vonden dunne sedimentlagen op tientallen archeologische vindplaatsen in Noord-Amerika. Deze sedimenten leken geochemische sporen te bevatten van een buitenaardse inslag, zoals een piek in iridium, het exotische element dat hielp de Chicxulub-inslag te bewijzen. De lagen bevatten ook kleine glas- en ijzerkorreltjes – mogelijk meteorietpuin – en zware hoeveelheden roet en houtskool, die op branden duiden.
Het team kreeg onmiddellijk kritiek. De achteruitgang van mammoeten, reuzenluiaards en andere diersoorten was al lang voor de Jonge Dryas begonnen. Bovendien waren er geen tekenen van een menselijke uitroeiing in Noord-Amerika, zeiden archeologen. De nomadische Clovis mensen zouden niet lang op een plaats gebleven zijn. De kenmerkende speerpunten die hun aanwezigheid markeerden zijn waarschijnlijk niet verdwenen omdat de mensen uitstierven, maar eerder omdat deze wapens niet langer bruikbaar waren toen de mammoeten afnamen, zegt Vance Holliday, een archeoloog aan de Universiteit van Arizona in Tucson. De inslaghypothese probeerde problemen op te lossen die niet opgelost hoefden te worden.
Het geochemische bewijs begon ook te eroderen. Wetenschappers van buiten konden de iridiumspike in de monsters van de groep niet ontdekken. De kralen waren echt, maar ze waren overvloedig aanwezig in vele geologische tijden, en roet en houtskool leken geen piek te vertonen ten tijde van de Younger Dryas. “Ze noemden al die dingen die niet helemaal kloppen,” zegt Stein Jacobsen, een geochemicus aan de Harvard University die kraters bestudeert. De voorstanders bleven de vermeende puinlaag op andere plaatsen in Europa en het Midden-Oosten bestuderen. Zij rapporteerden ook dat zij op verschillende plaatsen microscopisch kleine diamanten hadden gevonden, die volgens hen alleen door een inslag konden zijn gevormd. (Externe onderzoekers trekken de beweringen over diamanten in twijfel.)
Nu, met de ontdekking van de Hiawatha krater, “denk ik dat we het rokende pistool hebben,” zegt Wendy Wolbach, een geochemicus aan de De-Paul University in Chicago, Illinois, die werk heeft gedaan aan branden in die tijd.
De inslag zou 1500 gigaton ijs hebben gesmolten, schat het team – ongeveer net zoveel ijs als Antarctica in de afgelopen tien jaar heeft verloren door de opwarming van de aarde. Het lokale broeikaseffect van de vrijgekomen stoom en de restwarmte in het kratergesteente zou nog meer smelt hebben toegevoegd. Een groot deel van dat zoete water kan in de nabijgelegen Labradorzee terecht zijn gekomen, een primaire pomp voor de kantelende circulatie van de Atlantische Oceaan. “Dat zou de circulatie kunnen verstoren,” zegt Sophia Hines, een marien paleoklimatoloog bij Lamont-Doherty.
Geschrokken van de eerdere controverse, wil Kjær dat scenario niet onderschrijven. “Ik ga mezelf niet voor die kar spannen,” zegt hij. Maar in conceptversies van het artikel, geeft hij toe, heeft het team expliciet een mogelijk verband genoemd tussen de Hiawatha-inslag en de Jonge Dryas.
Gestreepte patronen in het mineraal kwarts zijn kenmerkend voor schokgolven van een buitenaardse inslag.
ADAM GARDE, GEUS
Het bewijs begint bij het ijs. Op de radarbeelden vallen door gruis van vulkaanuitbarstingen in de verte de grenzen tussen seizoenslagen op als heldere reflecties. Die heldere lagen kunnen worden vergeleken met dezelfde lagen gruis in gecatalogiseerde, gedateerde ijskernen uit andere delen van Groenland. Met behulp van die techniek ontdekte het team van Kjær dat het meeste ijs in Hiawatha perfect gelaagd is over de afgelopen 11.700 jaar. Maar in het oudere, verstoorde ijs eronder verdwijnen de heldere reflecties. Door de diepe lagen op te sporen, kon het team de warboel vergelijken met puinrijk oppervlakte-ijs aan de rand van Hiawatha dat eerder gedateerd was op 12.800 jaar geleden. “Het was vrij vanzelfsprekend dat de ijsstroom zwaar was verstoord tijdens of voorafgaand aan de Younger Dryas,” zegt MacGregor.
Andere lijnen van bewijs suggereren ook dat Hiawatha de Younger Dryas-inslag zou kunnen zijn. In 2013 onderzocht Jacobsen een ijskern uit het midden van Groenland, 1000 kilometer verderop. Hij verwachtte de theorie van de Younger Dryas-inslag te kunnen weerleggen door aan te tonen dat 12.800 jaar geleden de niveaus van metalen die asteroïde-inslagen gewoonlijk verspreiden, geen piek vertoonden. In plaats daarvan vond hij een piek in platina, vergelijkbaar met die gemeten in monsters van de kraterplek. “Dat wijst op een verband met de Jonge Dryas,” zegt Jacobsen.
Voor Broecker tellen de toevalligheden op. Hij was eerst geïntrigeerd door het artikel van Firestone, maar sloot zich al snel aan bij de groep nee-zeggers. Voorstanders van de Younger Dryas-impact pinden er te veel op, zegt hij: de branden, het uitsterven van de megafauna, het verlaten van de Clovis-sites. “Ze hebben het een slechte naam gegeven.” Maar de platinapiek die Jacobsen vond, gevolgd door de ontdekking van Hiawatha, heeft hem weer doen geloven. “
Toch kan niemand zeker zijn van de timing. De verstoorde lagen kunnen niets anders zijn dan normale spanningen diep in de ijskap. “We weten maar al te goed dat ouder ijs verloren kan gaan door afschuiving of smelten aan de basis,” zegt Jeff Severinghaus, paleoklimatoloog aan het Scripps Institution of Oceanography in San Diego, Californië. Richard Alley, een glacioloog aan de Pennsylvania State University in University Park, gelooft dat de inslag veel ouder is dan 100.000 jaar en dat een subglaciaal meer de vreemde texturen aan de basis van het ijs kan verklaren. “De ijsstroom over groeiende en krimpende meren in combinatie met een ruwe topografie kan vrij complexe structuren hebben veroorzaakt,” zegt Alley.
Een recente inslag moet ook zijn sporen hebben achtergelaten in de tientallen diepe ijskernen die op andere plaatsen op Groenland zijn geboord en die de 100.000 jaar van de geschiedenis van de huidige ijskap documenteren. Maar geen enkele vertoont de dunne laag puin die een inslag ter grootte van een Hiawatha zou moeten hebben opgeworpen. “Je zou echt iets moeten zien,” zegt Severinghaus.
Brandon Johnson, een planetair wetenschapper aan de Brown University, is daar niet zo zeker van. Nadat hij een concept van de studie had gezien, gebruikte Johnson, die modellen maakt van inslagen op ijzige manen zoals Europa en Enceladus, zijn code om een inslag van een asteroïde op een dikke ijskap na te bootsen. Een inslag graaft een krater met een centrale piek zoals die bij Hiawatha, ontdekte hij, maar het ijs onderdrukt de verspreiding van rotsachtige brokstukken. “De eerste resultaten zijn dat het veel minder ver gaat,” zegt Johnson.
In 2016 zocht Kurt Kjær naar bewijs van een inslag in zand dat onder de Hiawatha-gletsjer was uitgespoeld. Hij zou glasachtige kralen en geschokte kristallen van kwarts vinden.
SVEND FUNDER
Zelfs als de asteroïde op het juiste moment insloeg, zou hij misschien niet alle rampen hebben ontketend die voorstanders van de Younger Dryas-inslag voor ogen hebben. “Hij is te klein en te ver weg om de Pleistocene zoogdieren in de Verenigde Staten uit te roeien,” zegt Melosh. En hoe een inslag vlammen kon ontsteken in zo’n koud, dor gebied is moeilijk voor te stellen. “Ik kan me niet voorstellen hoe zo’n inslag op deze plek enorme bosbranden in Noord-Amerika heeft kunnen veroorzaken,” zegt Marlon.
Het is niet eens mogelijk dat de Younger Dryas is begonnen. Volgens Lloyd Keigwin, paleoklimatoloog aan het Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts, is er geen spoor van een golf van zoet water vanuit Groenland naar de Labradorzee. De beste recente gegevens, voegt hij eraan toe, suggereren in plaats daarvan een overstroming in de Noordelijke IJszee via West-Canada.
Een externe trigger is misschien in ieder geval niet nodig, zegt Alley. Tijdens de laatste ijstijd zijn er in de Noord-Atlantische Oceaan 25 andere perioden van afkoeling geweest, waarschijnlijk veroorzaakt door verstoringen van de omwoelende circulatie in de Atlantische Oceaan. Geen van deze perioden, bekend als de Dansgaard-Oeschger (D-O) gebeurtenissen, was zo ernstig als de Jonge Dryas, maar hun frequentie suggereert dat een interne cyclus ook een rol heeft gespeeld in de Jonge Dryas. Zelfs Broecker is het ermee eens dat de inslag niet de uiteindelijke oorzaak van de afkoeling was. Als D-O voorvallen een abrupte overgang tussen twee normale toestanden van de oceaan vertegenwoordigen, zegt hij, “dan zou je kunnen zeggen dat de oceaan op instabiliteit afstevende en op de een of andere manier door deze gebeurtenis omver werd geworpen.”
Dat neemt niet weg dat het volledige verhaal van Hiawatha zal afhangen van zijn leeftijd. Zelfs een blootgelegde inslagkrater kan een uitdaging vormen voor de datering, omdat daarvoor het moment moet worden vastgelegd waarop de inslag het bestaande gesteente heeft veranderd – en niet de oorspronkelijke leeftijd van de inslag of zijn doelwit. Het team van Kjær heeft het geprobeerd. Zij vuurden met lasers op de glasachtige bolletjes om argon vrij te maken voor datering, maar de monsters waren te verontreinigd. De onderzoekers onderzoeken een blauw kristal van het mineraal apatiet op lijnen die zijn achtergelaten door het verval van uranium, maar het is een gok. Het team vond ook sporen van koolstof in andere monsters, die op een dag misschien een datum kunnen opleveren, zegt Kjær. Maar voor het uiteindelijke antwoord moet misschien door het ijs naar de kraterbodem worden geboord, naar gesteente dat bij de inslag is gesmolten en de radioactieve klok opnieuw heeft ingesteld. Met voldoende grote monsters zouden onderzoekers de leeftijd van de Hiawatha moeten kunnen vaststellen.
Gezien de afgelegen locatie zou een boorexpeditie naar het gat op de top van de wereld een kostbare zaak zijn. Maar het gaat om inzicht in de recente klimaatgeschiedenis en wat een reusachtige inslag met de planeet kan doen. “Iemand moet daar gaan boren,” zegt Keigwin. “Dat is alles wat er op het spel staat.