Sự kiện tuyệt chủng kỷ Phấn trắng – Paleogen

Sự kiện tuyệt chủng kỷ Phấn Trắng-Cổ Cận (K–Pg) hay Sự kiện tuyệt chủng kỷ Creta-phân đại Đệ Tam (K–T) xảy ra cách đây khoảng 65,5 triệu năm (Ma) vào cuối thời kỳ Maastricht, là hiện tượng các loài động thực vật tuyệt chủng với quy mô lớn trong một khoảng thời gian địa chất ngắn. Sự kiện này còn liên quan đến ranh giới địa chất giữa kỷ Creta và kỷ Paleogen, đó là một dải trầm tích mỏng được tìm thấy ở nhiều nơi trên thế giới. Sự kiện này đánh dấu sự kết thúc của đại Trung Sinh và bắt đầu đại Tân Sinh.
Các hóa thạch khủng long không thuộc lớp chim chỉ được tìm thấy bên dưới ranh giới k-T, điều này cho thấy rằng các khủng long khác chim đã tuyệt chủng trong sự kiện này. Một số lượng rất ít hóa thạch khủng long đã được tìm thấy bên trên ranh giới K-T, nhưng được giải thích là do quá trình tái lắng đọng các vật liệu này, nghĩa là các hóa thạch bị bóc mòn từ các vị trí nguyên thủy của chúng và sau đó được bảo tồn trong các lớp trầm tích được hình thành sau đó. Thương long, thằn lằn cổ rắn, thằn lằn có cánh, và một số loài thực vật và động vật không xương sống cũng tuyệt chủng. Nhánh động vật có vú đã tồn tại qua sự kiện này với một số ít bị tuyệt chủng, và phân tỏa tiến hóa từ các nhánh có mặt trong tầng Maastricht đã xuất hiện nhiều sau ranh giới này. Các tốc độ tuyệt chủng và phân nhánh thay đổi ở các nhánh sinh vật khác nhau.
Các nhà khoa học giả thuyết rằng sự kiện tuyệt chủng K–T là do một hoặc nhiều thảm họa, như sự tác động mạnh mẽ của các thiên thạch (giống như hố Chicxulub), hoặc do sự gia tăng mức độ hoạt động của núi lửa. Một vài hố va chạm và hoạt động núi lửa mạnh mẽ đã được định tuổi tương ứng với thời gian xảy ra sự kiện tuyệt chủng. Các sự kiện địa chất như thế này có thể làm giảm lượng ánh sáng và mức độ quang hợp, dẫn đến sự phá hủy hệ sinh thái của Trái Đất trên quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu khác thì tin rằng sự tuyệt chủng phát triển từ từ, là kết quả của sự biến đổi chậm hơn của mực nước biển hoặc khí hậu.

Các kiểu tuyệt chủng

Mặc dù sự kiện đánh dấu một ranh giới địa chất là khốc liệt, đó là sự biến đổi đáng kể về tốc độ tuyệt chủng giữa và trong các nhánh khác nhau. Các loài phụ thuộc vào quang hợp đã suy giảm hoặc trở nên tuyệt chủng khi các hạt vật chất trong khí quyển che ánh nắng mặt trời và làm giảm năng lượng mặt trời đến được bề mặt Trái Đất. Sự tuyệt chủng thực vật này gây ra một xáo trộn lớn đối với các nhóm thực vật chi phối. Các loài sinh vật quang hợp, bao gồm thực vật phiêu sinh và thực vật trên cạn, tạo thành nền tảng của chuỗi thức ăn vào cuối kỷ Creta giống như ngày nay. Các dấu vết cho thấy rằng các động vật ăn cỏ đã chết khi các thực vật mà chúng ăn trở nên khan hiếm. Do đó, các động vật săn mồi hàng đầu như Tyrannosaurus rex cũng chết.
Tảo gai vôi (Coccolithophore) và động vật thân mềm (bao gồm cúc đá, Rudistes, ốc và trai nước ngọt, và các sinh vật mà chuỗi thức ăn của chúng bao gồm các loài tạo vỏ này) trở nên tuyệt chủng hoặc chịu tổn thất nặng. Ví dụ, người ta cho rằng cúc đá là thức ăn chủ yếu của thương long (Mosasauridae), một nhóm bò sát biển khổng lồ đã tuyệt chủng vào sự kiện này.
Các loài động vật ăn tạp, động vật ăn sâu bọ và động vật ăn xác chết đã sống sót trong sự kiện tuyệt chủng, có lẽ do lượng thực phẩm gia tăng. Vào cuối kỷ Creta, có vẻ như đã không còn loài động vật có vú ăn cỏ hay ăn thịt thuần túy. Thú và chim đã sống sót qua sự kiện tuyệt chủng đã ăn côn trùng, giun và ốc, mà các sinh vật này tới lượt mình lại ăn động vật và thực vật chết. Các nhà khoa học giả thiết rằng các sinh vật này đã sống sót sau sự sụp đổ của các chuỗi thức ăn dựa trên thực vật là do chúng ăn thức ăn vụn (vật chất hữu cơ không có sự sống).
Trong các quần lạc sinh vật suối, chỉ một vài nhóm động vật trở nên tuyệt chủng do các quần lạc này ít dựa một cách trực tiếp vào thức ăn từ các thực vật sống mà dựa nhiều vào thức ăn mảnh vụn trôi ra từ đất liền, hãm chúng khỏi sự tuyệt chủng. Các mô hình tương tự, nhưng phức tạp hơn được tìm thấy trong các đại dương. Sự tuyệt chủng trở nên nghiêm trọng hơn trong số các động vật sống trong tầng nước mặt so với các động vật sống trên đáy biển. Các động vật trong cột nước hầu như phụ thuộc hoàn toàn vào thực phẩm chính từ thực vật trôi nổi trong khi các động vật sống trên đáy đại dương ăn mảnh vụn hữu cơ hoặc các động vật có thể chuyển sang ăn mảnh vụn.
Các động vật hít thở không khí lớn nhất sống sót qua sự kiện này như động vật dạng cá sấu (Crocodyliformes) và li long (Choristodera), là những dạng bán thủy sinh và đã tiếp cận được với nguồn thức ăn mảnh vụn. Các loài cá sấu hiện đại có thể sống như các động vật ăn xác chết và có thể sống sót vài tháng mà không cần thức ăn, và con non của chúng thì nhỏ, chậm lớn, và ăn chủ yếu là động vật không xương sống và sinh vật chết hay mảnh vụn của các sinh vật trong những năm đầu tiên. Các đặc điểm này đã được liên kết với sự sống sót của cá sấu vào cuối kỷ Creta.
Sau sự kiện K–T, sự đa dạng sinh học cần có thời gian để hồi phục, mặc cho sự tồn tại của vô cùng nhiều hốc sinh thái bị bỏ trống.

Vi sinh vật

Ranh giới K-T thể hiện một trong số các luân chuyển mạnh mẽ nhất trong hóa thạch đối với các vi phiêu sinh vật chứa vôi khác nhau đã hình thành nên trầm tích canxi, là tiền đề cho tên gọi của kỷ Phấn trắng (kỷ Creta). Luân chuyển trong nhóm này được đánh dấu sắc nét ở cấp độ loài. Phân tích thống kê về sự mất đi của sinh vật biển trong khoảng thời gian này cho thấy rằng sự sụt giảm đa dạng sinh học chủ yếu là do sự gia tăng mạnh của tuyệt chủng hơn là do sự suy giảm trong hình thành loài. Dấu vết về giáp tảo (Dinoflagellata) trong ranh giới K-T vẫn chưa được hiểu rõ, vì chỉ có bào xác vi sinh vật là có hóa thạch được ghi nhận, và không phải tất cả các loài giáp tảo đều có các giai đoạn tạo bào xác, vì vậy sự đa dạng sinh ra có lẽ đã bị đánh giá thấp. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng không có sự thay đổi lớn đối với giáp tảo trong lớp trầm tích của ranh giới này.
Trùng tia đã có mặt trong các lớp địa chất ít nhất là từ kỷ Ordovic, và các khung xương hóa thạch khoáng hóa của chúng có thể thấy vết trong ranh giới K–T. Không có dấu hiệu tuyệt chủng lớn của các loài này, và có bằng chứng hỗ trợ cho sự sinh sôi nảy nở mạnh mẽ ở các loài này tại các vĩ độ cao nam bán cầu do nhiệt độ mát lạnh dần vào Paleocen sớm. Khoảng 46% các loài tảo cát đã sống sót qua giai đoạn này từ Creta đến Paleocen thượng. Điều này gợi ý có sự luân chuyển đáng kể về loài, chứ không phải sự tuyệt chủng ở mức thảm họa của các loài tảo cát, trong suốt ranh giới K–T.
Sự có mặt của phiêu sinh vật trùng lỗ trong ranh giới K–T đã được nghiên cứu từ thập niên 1930. Nghiên cứu được thúc đẩy bởi khả năng có một sự kiện gây ảnh hưởng xảy ra tại ranh giới K–T đã dẫn tới một loạt các ấn phẩm miêu tả chi tiết sự tuyệt chủng phiêu sinh trùng lỗ ở ranh giới này. Tuy nhiên, điều này cũng còn những tranh cãi giữa các nhà khoa học, một nhóm thì tin có dấu hiệu cho thấy sự tuyệt chủng đáng kể về số lượng loài này ở ranh giới K–T, còn một nhóm khác thì tin rằng có dấu hiệu chứng minh nhiều lần tuyệt chủng và nở rộ các loài này ở ranh giới K-T.
Nhiều loài trùng lỗ sống tầng đáy bị tuyệt chủng trong sự kiện K–Pg, kết luận này dựa trên các mảnh vụn hữu cơ từ các chất dinh dưỡng do sinh khối trong đại dương được cho là đã suy giảm. Tuy nhiên, khi các vi sinh vật biển được hồi phục, người ta cho rằng sự biệt hóa các loài trùng lỗ gia tăng là kết quả của sự gia tăng nguồn thức ăn. Phiêu thực vật hồi phục vào Paleocen sớm đã cung cấp nguồn thức ăn cho các chủng loài trùng lỗ tầng đáy, đây là những loài ăn mảnh vụn. Sự hồi phục sau cùng về số lượng các loài sống đáy đã diễn ra qua nhiều giai đoạn kéo dài hàng trăm ngàn năm đến Paleocen sớm.

Động vật không xương sống ở biển

Có sự biến động trong hồ sơ hóa thạch cũng như đối với tốc độ tuyệt chủng của các loài động vật không xương sống biển trong suốt ranh giới K-T. Tốc độ biểu kiến chịu ảnh hưởng của sự thiếu vắng các hồ sơ hóa thạch hơn là sự tuyệt chủng trên thực tế.
Bọ nước (Ostracoda), là một nhóm nhỏ các loài giáp xác phổ biến trong thời kỳ tương ứng với tầng Maastricht thượng, để lại trầm tích hóa thạch ở nhiều nơi khác nhau. Sự xem xét các hóa thạch này cho thấy sự đa dạng của Ostracoda trong thế Paleocen thấp hơn so với các khoảng thời gian khác trong kỷ đệ Tam. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại không biết chắc liệu sự tuyệt chủng đã xảy ra trước hay trong khi hình thành ranh giới này.
Khoảng 60% các chi san hô đá (Scleractinia) tuổi Creta muộn đã không vượt qua được ranh giới K–T để tiến sang thế Paleocen. Phân tích tiếp theo về sự tuyệt chủng của san hô cho thấy rằng khoảng 98% các loài san hô tập đoàn, những loài sống trong môi trường nước ấm, nông, cận nhiệt đới, đã tuyệt chủng. Các loài san hô đơn độc thường không tạo thành rạn san hô và sống trong môi trường nước lạnh và sâu hơn (dưới đới sáng rõ) của đại dương thì bị ảnh hưởng ít hơn tại ranh giới K–T. Các loài san hô tập đoàn dựa vào quan hệ cộng sinh với tảo quang hợp, mà các loài tảo này bị chết đi trong sự kiện xung quanh ranh giới K-T. Tuy nhiên, việc sử dụng dữ liệu từ các hóa thạch san hô để hỗ trợ cho sự kiện tuyệt chủng K-T và sau đó là sự phục hồi trong thế Paleocen phải cân đối với những thay đổi đã xảy ra trong các hệ sinh thái san hô trong suốt ranh giới K–T.
Số lượng các chi động vật chân đầu, động vật da gai, và thân mềm hai mảnh vỏ đã thể hiện sự suy giảm đáng kể từ sau ranh giới K-T. Hầu hết các loài động vật tay cuộn (Brachiopoda), một ngành nhỏ các loài động vật không xương sống biển, đã sống sót qua sự kiện K–T và đa dạng hóa trong suốt thời kỳ Paleocen sớm.
Ngoại trừ các loài nautiloidea (đại diện hiện đại là bộ nautilida) và coleoidea (đã tách ra thành Octopoda, Teuthida, và Sepiida hiện đại) tất cả các loài động vật thâm mềm khác thuộc lớp Chân đầu bị tuyệt chủng tại ranh giới K-T. Các loài này bao gồm tiễn thạch (Belemnoidea) có ý nghĩa sinh thái quan trọng, cũng như cúc đá là một nhóm động vật chân đầu có vỏ có sự đa dạng cao về số lượng và phân bố rộng rãi. Các nhà nghiên cứu chỉ ra viễn cảnh sinh sản của các loài nautiloidea còn sống sót nhờ vào số lượng trứng ít nhưng to hơn, cách thức này đóng vai trò quan trọng trong sự sống còn của nhóm tương tự chúng là cúc đá qua sự kiện tuyệt chủng. Ngược lại, cúc đá dùng cách sinh sản dạng phiêu sinh (nhiều trứng và ấu trùng phiêu sinh), điều này có thể làm chúng bị phá hủy trong sự kiện tuyệt chủng K-T. Một nghiên cứu khác còn cho thấy rằng sau khi Ammonoidea bị loại ra khỏi hệ sinh vật toàn cầu thì Nautiloidea bắt đầu phân tán tiến hóa thành các dạng có vỏ và phức tạp mặc dù các yếu tố này chỉ có ở cúc đá.
Khoảng 35% các chi động vật da gai bị tuyệt chủng ở ranh giới K-T, mặc dù các đơn vị phân loại đã từng thịnh vượng trong các môi trường nước nông vĩ độ thấp trong suốt Creta muộn có tốc độ tuyệt chủng cao nhất. Các loài da gai ở môi trường nước sâu hơn và vĩ độ trung bình thì ít bị ảnh hưởng ở ranh giới K-T. Kiểu tuyệt chủng là do mất môi trường sống, đặc biệt là sự nhấn chìm các khối cacbonat là các rạn san hô nước nông đã có trước đó, do sự kiện tuyệt chủng.
Các nhóm động vật không xương sống khác như rudist (nghêu tạo rạn san hô) và Inoceramus (loài khổng lồ có quan hệ với sò (Pectinidae) hiện đại) cũng bị tuyệt chủng ở ranh giới K-T.

Cá

Có một lượng di chỉ hóa thạch đáng kế các loài cá có quai hàm trong ranh giới K-T, những hóa thạch này là dấu hiệu tốt về kiểu tuyệt chủng của các lớp động vật có xương sống. Trong số các loài cá sụn, khoảng 80% các họ cá mập và cá đuối đã sống sót qua sự kiện tuyệt chủng này, và hơn 90% các họ cá teleostei đã sống sót. Có dấu hiệu cho thấy số lượng lớn hóa thạch các loài cá xương được bảo tồn ở các vị trí hóa thạch chỉ nằm trong lớp bên trên ranh giới K-T ở đảo Seymour gần Nam Cực, dường như là sự lắng đọng từ sự kiện K–Pg. Tuy nhiên, các loài cá sống trong các môi trường nước ngọt và nước mặn đã được giảm nhẹ những tác động môi trường của sự kiện tuyệt chủng.

Động vật không xương sống trên cạn

Tổn hại do côn trùng gây ra đối với lá hóa thạch của các loài thực vật có hoa ở 14 di chỉ tại Bắc Mỹ được sử dụng làm đại diện cho sự đa dạng của côn trùng ở ranh giới K-T và được phân tích để xác định tốc độ tuyệt chủng. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng các di chỉ với niên đại Creta, trước khi diễn ra sự kiện tuyệt chủng, có sự đa dạng cao về các loài ăn thực vật và ăn côn trùng. Tuy nhiên, trong suốt thời kỳ Paleocen sớm, hệ thực vật tương đối đa dạng với một số ít loài ăn côn trùng, thậm chí đến 1,7 triệu năm sau sự kiện tuyệt chủng.

Thực vật trên cạn

Có bằng chứng rõ ràng về sự phá hủy các quần thể thực vật ở ranh giới K-T. Tuy nhiên, có những khác biệt ở mức độ khu vực về sự diễn thế thực vật. Ở Bắc Mỹ, dữ liệu cho thấy rằng sự phá hủy số lượng lớn hệ thực vật và sự tuyệt chủng lớn của thực vật ở các phần của ranh giới K-T, mặc dù có sự thay đổi đáng kể các hệ thực vật cực lớn trước ranh giới này.
Ở các vĩ độ cao của Nam bán cầu như New Zealand và Nam Cực, các hệ thực vật bị tiêu diệt nhiều làm cho không có sự hồi phục đáng kể của một số loài, nhưng các thay đổi ngắn hạn về sự phong phú tương đối của các nhóm thực vật. Ở Bắc Mỹ, khoảng 57% các loài thực vật tuyệt chủng. Sự hồi phục các loài thực vật trong Paleocen bắt đầu với sự xâm chiếm của dương xỉ, được thể hiện như là đỉnh dương xỉ trong các địa tầng; tương tự như sự tái chiếm của dương xỉ được quan sát sau vụ phun trào ở núi St. Helen năm 1980.
Do sự phá hủy trên diện tổng thể của các loài thực vật ở ranh giới K-T, có sự gia tăng của các sinh vật hoại sinh như nấm, chúng không cần sự quang hợp và sử dụng chất dinh dưỡng từ thực vật phân hủy. Sự thống trị của nấm kéo dài chỉ vài năm trong lúc bầu khí quyển được dọn sạch và có nhiều chất hữu cơ để ăn. Khi bầu khí quyển đã được dọn sạch thì các sinh vật quang hợp như dương xỉ và các loài thực vật khác bắt đầu tái sinh. Tính đa bội dường như đã tăng cường khả năng sống sót qua sự tuyệt chủng của thực vật có hoa, có thể là do các bản sao bổ sung của bộ gen mà các loài thực vật này sở hữu cho phép chúng dễ dàng thích nghi hơn với sự thay đổi nhanh chóng của các điều kiện môi trường sau sự va chạm.

Động vật lưỡng cư

Không có dấu hiệu tuyệt chủng lớn của các loài lưỡng cư ở ranh giới K-T, và có dấu hiệu mạnh mẽ khẳng định rằng hầu hết các loài lưỡng cư đã sống sót một cách tương đối nguyên vẹn sau sự kiện này. Một số nghiên cứu chuyên sâu về các chi kỳ giông trong các lớp hóa thạch ở Montana cho thấy rằng 6 trong 7 chi đã không thay đổi sau sự kiện này.
Các loài ếch nhái gần như sống sót cho đến Paleocen với một số ít loài tuyệt chủng. Tuy nhiên hồ sơ hóa thạch đối với các họ và các chi ếch nhái là thất thường. Một nghiên cứu mở rộng về 3 chi ếch ở Montana cho thấy rằng không có sự ảnh hưởng từ sự kiện K–Pg và sự sống sót dường như không thay đổi. Dữ liệu cho thấy có ít hoặc không có dấu hiệu về sự tuyệt chủng của các loài lưỡng cư liên quan đến sự kiện K–Pg. Lưỡng cư sống sót là kết quả của khả năng tự tìm nơi sinh sống trong nước hoặc xây dựng hang hốc trong trầm tích, đất, gỗ hoặc bên dưới các tảng đá.

Bò sát không phải Archosauria

Hai nhóm bò sát không thuộc nhánh Archosauria (thằn lằn chúa) còn sinh tồn là Testudines (rùa) và Lepidosauria (thằn lằn vảy, bao gồm rắn, thằn lằn, và thằn lằn giun), cùng với ly long (Choristodera, nhóm bò sát dạng thằn lằn chúa (Archosauromorpha) bán thủy sinh biến mất vào Miocen sớm)), đã sống sót qua ranh giới K-T. Trên 80% các loài rùa kỷ Creta đã sống sót qua ranh giới K-T. Ngoài ra, tất cả sáu họ rùa tồn tại vào cuối kỷ Creta đã sống sót qua kỷ đệ Tam và đại diện là các loài rùa hiện tại.
Các loài thằn lằn vảy còn sống bao gồm Rhynchocephalia (tuatara) và Squamata (bò sát có vảy). Rhynchocephalia đã từng là một nhóm thằn lằn vảy phát triển rộng khắp vào đầu đại Trung Sinh, nhưng bắt đầu suy giảm vào giữa kỷ Creta. Đại diện hiện nay của chúng là một chi duy nhất phân bố ở New Zealand.
Các loài Squamata, với các đại diện hiện nay như thằn lằn; rắn và thằn lằn giun, đã phân nhánh vào các hốc sinh thái khác nhau trong suốt kỷ Jura và phát triển mạnh mẽ trong suốt kỷ Creta. Chúng đã sống sót qua ranh giới K-T và hiện là nhóm đa dạng và phát triển nhất trong số các loài bò sát với hơn 6.000 loài. Không có họ bò sát có vảy sống trên cạn nào mà người ta đã biết đến đã tuyệt chủng tại ranh giới này, và dấu hiệu hóa thạch chỉ ra rằng chúng đã không trải qua bất kỳ sự suy giảm đáng kể nào về số lượng. Kích thước nhỏ, trao đổi chất có thể thích nghi, và khả năng di chuyển đến các môi trường thích hợp hơn là yếu tố quan trọng cho khả năng sống còn của chúng vào Creta muộn và Paleogen sớm.
Các loài bò sát thủy sinh khổng lồ không thuộc nhóm thằn lằn chúa như Mosasauroidea và Plesiosauria, những loài săn mồi hàng đầu trong biển vào thời kỳ đó, đã bị tuyệt chủng vào cuối kỷ Creta.

Bò sát Archosauria (Thằn lằn chúa)

Nhánh thằn lằn chúa (Archosauria) gồm 2 bộ còn sinh tồn là cá sấu (gồm các họ còn sinh tồn duy nhất là Alligatoridae, Crocodylidae và Gavialidae) và khủng long (Dinosauria, trong đó chim là nhóm các thành viên còn sinh tồn duy nhất), cùng với các loài khủng long phi chim và thằn lằn có cánh (Pterosauria) đã tuyệt chủng.

Bò sát dạng cá sấu

10 họ bò sát dạng cá sấu (Crocodiliformes) hoặc các họ hàng gần của chúng có mặt trong các hóa thạch của tầng Maastricht, 5 trong số đó đã diệt vong trước ranh giới K-T. 5 họ đều có hóa thạch trong các trầm tích Maastricht và Paleocen. Tất cả các họ còn sinh tồn của Crocodyliformes sống trong các môi trường nước ngọt và trên cạn, trừ Dyrosauridae sống trong môi trường nước ngọt và nước mặn. Khoảng 50% đại diện của Crocodyliformes đã sống sót qua ranh giới K-T, xu hướng rõ ràng nhất là không có cá sấu lớn đã sống sót. Khả năng bò sát dạng cá sấu sống sót qua ranh giới K-T có thể là do chúng có khả năng thích nghi với môi trường nước và đào hang, yếu tố này làm giảm tính nhạy cảm của chúng đối với những tác động môi trường tiêu cực ở ranh giới này. Năm 2008, Jouve và cộng sự đã đề xuất rằng các loài bò sát dạng cá sấu biển còn nhỏ sống trong các môi trường nước ngọt như các loài cá sấu biển hiện đại, yếu tố này giúp chúng sống sót ở những nơi mà các loài bò sát biển khác bị tuyệt chủng; do các môi trường nước ngọt không bị ảnh hưởng mạnh mẽ ở sự kiện K–Pg như môi trường biển.

Thằn lằn có cánh

Chỉ có một họ thằn lằn có cánh (Pterosauria), Azhdarchidae, có mặt rõ ràng trong tầng Maastricht, và nó bị tuyệt chủng ở ranh giới K-T. Các loài thằn lằn có cánh lớn này là các đại diện cuối cùng của nhóm đang suy giảm đã từng chứa khoảng 10 họ vào giữa kỷ Creta. Các loài thằn lằn có cánh nhỏ hơn đã bị tuyệt chủng trước tầng Maastricht trong suốt thời gian diễn ra sự suy giảm các loài động vật nhỏ hơn trong khi các loài động vật lớn hơn trở nên phổ biến hơn. Trong khi sự kiện này diễn ra, các loài chim hiện đại trải qua sự đa dạng hóa và thay thế các nhóm chim cổ và thằn lằn có cánh, có thể là do sự cạnh tranh trực tiếp, hoặc chỉ đơn giản là chúng lấp đầy các hốc sinh thái rỗng.

Chim

Hầu hết các nhà cổ sinh vật học đều cho rằng chim là nhánh còn sinh tồn duy nhất của khủng long (xem bài nguồn gốc của chim). Tuy nhiên, tất cả các loài chim không thuộc nhóm chim hiện đại (Neornithes) đã bị tuyệt chủng, bao gồm cả các nhóm đang phồn thịnh như Enantiornithes (chim đối ngược) và Hesperornithes (chim hoàng hôn). Một vài phân tích hóa thạch chim chỉ ra rằng có sự phân nhánh các loài trước ranh giới K-T, và cho rằng các họ hàng của vịt, gà và đà điểu đã cùng tồn tại với các loài khủng long phi chim. Một lượng lớn các mẫu hóa thạch chim được thu thập đại diện cho một dải các loài khác nhau cung cấp các bằng chứng dứt khoát về sự tồn tại của các loài chim cổ trong vòng 300.000 năm của ranh giới K–Pg. Không có loài nào trong chúng được biết là đã sống sót cho đến thế Paleogen, và sự tồn tại của chúng vào cuối thời kỳ của tầng Maastricht do đó cung cấp những bằng chứng mạnh mẽ đối với sự tuyệt chủng hàng loạt của các loài chim cổ trùng khớp với sự va chạm của tiểu hành tinh Chicxulub. Một tỉ lệ nhỏ các loài chim kỷ Creta đã sống sót sau sự kiện này và chúng phát triển thành các loài chim hiện nay. Hơn thế nữa, chỉ có một loài chim duy nhất chưa được đặt tên đã được xác định một cách chắc chắn sự tồn tại của chúng ở trên và dưới ranh giới K-Pg (nó có mặt trong hệ tầng Hell Creek thuộc tầng Maastricht và hệ tầng Fort Union thuộc tầng Đan Mạch. Nhóm chim duy nhất có thể nói là đã sống sót qua ranh giới K-T là chim hiện đại (Neornithine, trừ 1 loài trong thế Paleogen, Qinornis paleocenica, có thể là loài chim đã sống sót không thuộc nhóm Neornithine). Chim hiện đại có khả năng sống sót qua sự kiện tuyệt chủng là do khả năng lặn, bơi và tìm nơi cư ngụ trong nước và đầm lầy. Một số loài chim hiện đại có thể đào hang, hoặc làm tổ trong các hốc cây hay trong tổ mối, vì các môi trường này giúp chúng ít chịu ảnh hưởng về biến đổi môi trường trong ranh giới K-T. Sự sống sót trong khoảng thời gian dài vượt qua ranh giới này được đảm bảo như là kết quả của sự lấp đầy các hốc sinh thái rỗng do sự tuyệt chủng của các loài khủng long phi chim để lại.

Khủng long phi chim

Ngoài một vài tranh cãi, về cơ bản các nhà khoa học đồng ý rằng tất cả loài khủng long phi chim tuyệt chủng ở ranh giới K-T. Các hóa thạch khủng long đã từng được diễn giải như là chỉ ra cả sự sụt giảm về đa dạng lẫn sự không sụt giảm về đa dạng trong khoảng thời gian vài triệu năm cuối của kỷ Creta, và có thể là do chất lượng hóa thạch khủng long không đủ tốt để các nhà nghiên cứu phân biệt được các lựa chọn. Vì không có bằng chứng nào cho thấy rằng khủng long phi chim trong tầng Maastricht muộn có thể đào hang, bơi hoặc lặn, nên chúng không thể che chở cho chính chúng trước những phần tệ hại nhất của bất kỳ áp lực môi trường nào xảy ra tại ranh giới K-T. Có thể là các loài khủng long nhỏ (chứ không phải chim) đã sống sót, nhưng chúng có thể đã thiếu thức ăn, do nhóm khủng long ăn cỏ thì bị khan hiếm thức ăn thực vật, còn khủng long ăn thịt thì nhanh chóng nhận thấy sự cung cấp con mồi bị thiếu hụt.
Sự đồng thuận về nội nhiệt của khủng long giúp chúng ta hiểu về sự tuyệt chủng hoàn toàn của chúng trong mối tương quan với các họ hàng gần gũi là cá sấu. Các loài cá sấu ngoại nhiệt ("máu lạnh") có ít nhu cầu về thức ăn (chúng có thể sống hàng tháng mà không cần ăn) trong khi các loài nội nhiệt ("máu nóng") với kích thước tương tự thì cần nhiều thức ăn hơn nhằm duy trì quá trình trao đổi chất nhanh hơn. Do đó, khi chuỗi thức ăn bị phá vỡ như đã đề cập ở trên, các loài khủng long phi chim bị chết trong khi một số loài cá sấu thì sống. Trong bối cảnh này, sự sống còn của các loài nội nhiệt khác như một số loài thú và chim, có thể là do những lý do khác, liên quan đến các nhu cầu thức ăn ít hơn của chúng, hoặc cũng liên quan đến kích thước nhỏ của chúng tại thời điểm tuyệt chủng.
Sự tuyệt chủng diễn ra từ từ hay diễn ra đột ngột vẫn còn là điều gây tranh cãi, do cả hai quan điểm này đều có những bằng chứng hóa thạch hỗ trợ. Một nghiên cứu về 29 địa điểm hóa thạch trong dãy núi Pyrenees phần thuộc xứ Catalunya, Tây Ban Nha, châu Âu, năm 2010 cho rằng khủng long đã phát triển rất đa dạng cho đến thời điểm được cho là thiên thạch va chạm vào Trái Đất. Các quan điểm khác diễn giải hóa thạch trong đá dọc theo sông Red Deer ở Alberta, Canada, như là bằng chứng hỗ trợ cho quan điểm tuyệt chủng từ từ của các loài khủng long phi chim; trong suốt 10 triệu năm cuối của các lớp đá tuổi Creta ở đây, số lượng các loài khủng long có vẻ giảm từ khoảng 45 xuống còn 12. Các nhà khoa học khác cũng đưa ra quan điểm tương tự.
Một số nhà nghiên cứu bảo vệ quan điểm về khủng long thế Paleocen. Các luận cứ này dựa trên việc phát hiện ra các dấu tích khủng long còn sót lại trong hệ tầng Hell Creek dày đến 1,3 m nằm phía trên và có tuổi trẻ hơn 40.000 năm so với ranh giới K–T. Các mẫu phấn hoa thu thập gần một xương đùi khủng long mỏ vịt (Hadrosauridae) hóa thạch trong cát kết Ojo Alamo Sandstone ở sông San Juan chỉ ra rằng con vật này sống trong kỷ đệ Tam, khoảng 64,5 Ma (khoảng 1 triệu năm sau sự kiện K–Pg). Nếu sự tồn tại của chúng qua ranh giới K-T có thể được xác nhận thì các loài khủng long mỏ vịt này có thể được xem là Dead Clade Walking. Một nghiên cứu hiện tại cũng chỉ ra rằng các hóa thạch này bị xói mòn từ những vị trí nguyên thủy của nó và sau đó tái lắng đọng trong các lớp trầm tích trẻ hơn.

Thú

Tất cả các nhánh thú chính kỷ Creta như Monotremata (thú đẻ trứng), Multituberculata (thú răng nhiều mấu), Marsupialia (thú có túi) và Eutheria (thú thật sự), Dryolestoidea, và Gondwanatheria đã sống sót qua sự kiện K–Pg, mặc dù chúng cũng phải chịu tổn thất. Đặc biệt, thú có túi đã gần như biến mất ở Bắc Mỹ, và Deltatheroida châu Á, các họ hàng nguyên thủy của thú có túi còn sinh tồn đã tuyệt chủng. Trong tầng đáy của hệ tầng Hell Creek ở Bắc Mỹ, ít nhất một nửa trong số 10 loài thú răng nhiều mấu đã được biết và tất cả 11 loài thú có túi đã không còn được tìm thấy bên trên ranh giới này.
Các loài thú bắt đầu đa dạng hóa vào khoảng 30 triệu năm trước ranh giới K-T. Sự đa dạng hóa của các loài thú đã chậm lại qua ranh giới này.
Một nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng các loài thú đã không đa dạng hóa theo kiểu bùng nổ qua ranh giới K-T, mặc dù các hốc môi trường sẵn có được tạo ra bởi sự tuyệt chủng của khủng long. Một số bộ thú được giải đoán là đã đa dạng hóa ngay sau ranh giới K-T như Chiroptera (dơi) và Cetartiodactyla (một nhóm đa dạng, ngày nay bao gồm cá voi và cá heo và động vật guốc chẵn), mặc dù một nghiên cứu gần đây kết luận rằng chỉ có các bộ thú có túi đã đa dạng hóa sau ranh giới K-T.
Các loài thú ranh giới K-T nhìn chung có kích thước nhỏ, có thể so với kích thước của chuột; yếu tố này có thể đã giúp chúng tìm được nơi trú ngụ an toàn. Thêm vào đó, người ta mặc nhiên công nhận rằng một số loài thú đơn huyệt, thú có túi và thú có nhau thai trước đây đã sống trong môi trường nửa nước nửa cạn hoặc đào hang, vì ngày nay có nhiều dòng thú có môi trường sống tương tự như vậy. Bất kỳ loài thú sống đào hang hay sống trong môi trường nửa nước, nửa cạn có thể đã được thêm sự bảo vệ từ áp lực môi trường của ranh giới K-T.

Các hóa thạch ở Bắc Mỹ

Trong các chuỗi trầm tích lục địa Bắc Mỹ, sự kiện tuyệt chủng được thể hiện rõ nhất bởi sự khác biệt đặc trưng giữa các hóa thạch dạng bào phấn tầng Maastricht muộn giàu và tương đối phong phú và đỉnh dương xỉ ở sau ranh giới này.
Hiện tại, chuỗi trầm tích chứa hóa thạch khủng long có nhiều thông tin nhất trên thế giới về ranh giới K-T được tìm thấy ở Bắc Mỹ, đặc biệt là các hệ tầng Hell Creek có tuổi Maastricht muộn ở Montana, Hoa Kỳ. Khi so sánh hệ tầng này với các hệ tầng có tuổi cổ hơn (khoảng 75 Ma) như hệ tầng sông Judith/công viên khủng long (theo thứ tự ở Montana và Alberta, Canada) cung cấp thông tin về các biến đổi trong các quần thể khủng long trong vòng 10 triệu năm cuối của kỷ Creta. Các lớp đáy hóa thạch này phân bố giới hạn về mặt địa lý, bao phủ chỉ một phần của một lục địa.
Các hệ tầng Champagne giữa-muộn cho thấy sự đa dạng hóa cao hơn của các loài khủng long so với bất kỳ nhóm đá riêng lẻ nào khác. Các lớp đá thuộc tầng Maastricht muộn chứa số lượng thành viên lớn nhất của các nhánh chính như: Tyrannosaurus, Ankylosaurus, Pachycephalosaurus, Triceratops và Torosaurus, điều này cho thấy thức ăn dồi dào ngay trước khi tuyệt chủng.
Ngoài các di chỉ hóa thạch khủng long dồi dào, còn có các hóa thạch thực vật minh họa cho sự suy giảm về số lượng loài thực vật qua ranh giới K-T. Trong các trầm tích bên dưới ranh giới K-T, xác thực vật chủ yếu là các hạt phấn hoa của thực vật hạt kín, nhưng lớp ranh giới thực sự chứa ít bào tử phấn hoa và chủ yếu là bào tử dương xỉ. Mức độ bào tử phấn hoa bình thường dần dần hồi phục ở trên lớp ranh giới. Điều này tương tự như điều xảy ra ở những khu vực bị tàn phá bởi các vụ phun trào núi lửa ngày nay, ở những nơi này sự hồi phục do các loài dương xỉ dẫn đầu và sau đó chúng được thay thế bởi các loài thực vật hạt kín to lớn hơn.

Hóa thạch biển

Sự tuyệt chủng hàng loạt các loài phiêu sinh vật biển có thể đã xảy ra đột ngột, ngay tại ranh giới K-T. Các chi cúc đá bị tuyệt chủng tại hoặc gần ranh giới K-T; tuy nhiên, có một sự tuyệt chủng chậm hơn và nhỏ hơn của các loài cúc đá trước ranh giới này liên quan đến đợt biển thoái vào Creta muộn. Sự tuyệt chủng từ từ của hầu hết các loài hai mảnh vỏ họ Inoceramidae bắt đầu khá sớm từ trước ranh giới K-T, và sự sụt giảm nhỏ, từ từ trong sự đa dạng của các loài cúc đá đã diễn ra trong suốt thời kỳ Creta rất muộn. Việc phân tích sâu hơn cho thấy rằng một số quá trình đã đang diễn ra trong các biển kỷ Creta muộn và chồng chéo một phần theo thời gian, sau đó thì kết thúc với sự tuyệt chủng hàng loạt đột ngột.

Thời gian diễn ra

Khoảng thời gian diễn ra sự kiện tuyệt chủng cũng còn nhiều tranh cãi do có hai giả thuyết khác nhau, một cho rằng sự kiện tuyệt chủng diễn ra nhanh trong khoảng thời gian tương đối ngắn (vài năm hoặc vài ngàn năm) trong khi các giả thuyết khác thì cho rằng thời gian diễn ra sự kiện này lâu hơn. Vấn đề này khó giải quyết do do liên quan đến hiệu ứng Signor-Lipps; hiệu ứng này chỉ ra rằng di chỉ hóa thạch là không hoàn thiện và thời điểm tuyệt chủng thực sự của một loài thường xảy ra muộn hơn rất nhiều so với niên đại của hóa thạch cuối cùng của loài đó. Các nhà khoa học cũng tìm thấy rằng có rất ít các lớp đáy liên tục chứa hóa thạch trải qua một khoảng thời gian từ vài triệu năm trước ranh giới sự kiện tuyệt chủng K–Pg đến vài triệu năm sau ranh giới đó.

Nguyên nhân gây tuyệt chủng

Có nhiều giả thiết đề cập đến nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt tại ranh giới K-T. Các giả thiết này tập trung vào các sự kiện va chạm hoặc sự gia tăng của hoạt động núi lửa; hoặc cả hai yếu tố trên. Dựa trên các bằng chứng đã được tích lũy trong quá trình nghiên cứu, các nhà cổ sinh vật học đã thống nhất về nguyên nhân cơ bản gây ra sự tuyệt chủng là do một tiểu hành tinh đã va chạm vào Trái Đất vào khoảng 65,5 triệu năm trước, gây ra sự tàn phá nghiêm trọng sinh quyển của Trái Đất.

Sự va chạm của các tiểu hành tinh nhiều lần

Có nhiều hố va chạm khác cũng được tạo ra vào thời điểm ranh giới K-T. Quan điểm này cho rằng có khả năng có nhiều vụ va chạm liên tục đã xảy ra, đó có thể là những mảnh thiên thạch hay những mảnh vỡ của tiểu hành tinh tương tự như sao chổi Shoemaker-Levy 9 đã tạo nên hố va chạm trên Sao Mộc. Ngoài hố va chạm Chicxulub đường kính 180 km, còn có hố va chạm Boltysh với đường kính 24 km ở Ukraina có tuổi (65,17 ± 0,64 Ma), hố va chạm Silverpit có đường kính 20 km ở biển Bắc có tuổi (60–65 Ma), và một hố va chạm khác có đường kính lớn hơn vẫn đang còn tranh cãi là hố va chạm Shiva có đường kính 600 km. Những hố va chạm khác có thể được hình thành trong đại dương Tethys có thể biến mất do các hoạt động kiến tạo như sự trôi dạt về phía bắc của mảng châu Phi và Ấn Độ.

Nhiều nguyên nhân khác

Trong một bài báo, J. David Archibald và David E. Fastovsky đã thảo luận về một kịch bản bao gồm 3 nguyên nhân chính: núi lửa, biển thoái, và sự va chạm của các vật thể ngoài Trái Đất. Theo kịch bản này, các quần thể lục địa và biển đã chịu áp lực bởi các thay đổi về số lượng và mất môi trường sống. Khủng long là loài động vật có xương sống lớn nhất bị ảnh hưởng đầu tiên khi môi trường thay đổi, và sự đa dạng của chúng suy giảm. Cùng lúc đó các vật liệu dạng hạt từ hoạt động núi lửa làm khí hậu trên một số vùng của Trái Đất lạnh và khô đi. Sau đó, một sự va chạm xảy ra làm cho chuỗi thức ăn dựa trên quá trình quang hợp cả trên đất liền và dưới biển bị phá vỡ. Sự khác biệt chính giữa giả thiết này và các giả thiết từng nguyên nhân riêng lẻ ở chỗ những người theo giả thiết này thì cho rằng các nguyên nhân riêng lẻ không đủ mạnh để gây ra tuyệt chủng hoặc không thể tạo ra kiểu tuyệt chủng phân loại loài.