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Astronomie+Physik

Mehr kosmische Treffer auf Erde und Mond

Einschlagsrate
Die Einschlagsrate auf Mond und Erde ist vor 290 Millionen Jahren abrupt angestiegen. (Bild: R. Ghent/ University of Toronto)

Die Erde wurde und wird immer wieder von Asteroiden getroffen – doch wie häufig sind solche Einschläge? Eine Antwort darauf liefert nun eine erste umfassende Altersbestimmung von Einschlagskratern auf dem Mond. Das überraschende Ergebnis: Die Einschlagsrate für die Erde und ihren Trabanten ist keineswegs so gleichmäßig wie lange angenommen. Stattdessen stieg die Trefferrate vor 290 Millionen Jahren nach einer relativ ruhigen Phase um das Zwei- bis Dreifache an. Dies könnte auch erklären, warum es auf der Erde deutlich mehr Einschlagskrater jüngeren Datums gibt als aus der Zeit vor diesem Anstieg.

Wie alle inneren Planeten des Sonnensystems wurde auch die Erde im Laufe ihrer Geschichte immer wieder von Asteroiden und Kometen getroffen. Diese Einschläge förderten vermutlich die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten, lösten aber auch mehrfach Massenaussterben und globale Katastrophen aus – wie zuletzt beim Untergang der Dinosaurier. Gängiger Theorie nach gab es in der Frühzeit des Sonnensystems noch viele Einschläge, weil damals noch zahlreiche Überreste der Planetenbildung umherflogen. Nach diesem sogenannten Großen Bombardement jedoch stabilisierte sich die Lage und die Einschlagsrate blieb annähernd konstant – so dachte man bisher. Eindeutig belegen ließ sich dies jedoch nicht. Denn auf der Erde sind durch die Erosion nur wenige ältere Krater erhalten.

Wärmespeichernde Mondbrocken als Datierungshelfer

Anders ist dies bei unserem engen Begleiter, dem Mond. Weil er keine Atmosphäre besitzt, bleiben Krater auf ihm nahezu unberührt erhalten. „Der Mond ist wie eine Zeitkapsel, die uns hilft, die Erde zu verstehen“, erklärt Co-Autor William Bottke vom Southwest Research Institute in Boulder. „Der Mond teilt eine ganz ähnliche Treffergeschichte, daher springt uns die Antwort auf die irdische Impaktrate geradezu ins Auge.“ Das Problem jedoch: Zwar sind die Mondkrater gut erhalten, lange gab es aber keine Möglichkeit, um ihr Alter zu bestimmen. Das hat sich jedoch mit der NASA-Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) geändert. Diese den Erdtrabanten umkreisende Sonde trägt ein Instrument an Bord, das Diviner-Radiometer, dessen Daten nun geholfen haben, eine Altersbestimmung bei 111 Mondkratern mit mehr als zehn Kilometer Durchmesser und aus der Zeit der letzten eine Milliarde Jahre durchzuführen.

Die Datierung beruht auf der Tatsache, dass das Mondgestein in lunaren Kratern sich im Laufe der Zeit verändert. Anfangs besteht der beim Einschlag ausgeschleuderte Auswurf aus größeren Brocken, die dann im Laufe der Zeit durch die starken Temperaturunterschiede auf dem Mond und die Einschläge unzähliger kleiner Bröckchen in immer kleinere Stücke zerfallen. Der Clou dabei: Weil größere Brocken mehr Wärme speichern könne als kleinere, geben junge lunare Krater nachts mehr Wärme ab als alte – und das kann das Diviner-Instrument des LRO messen. Auf Basis dieser Methode ist es dem Team um Bottke und Erstautorin Sara Mazrouei von der University of Toronto nun erstmals gelungen, die Impaktrate des Mondes zu bestimmen.

Abrupter Treffer-Anstieg vor 290 Millionen Jahren

Die Auswertung enthüllte Überraschendes: Denn entgegen früherer Annahmen ist die Einschlagsrate des Mondes – und damit höchstwahrscheinlich auch der Erde – innerhalb der letzten eine Milliarde Jahre keineswegs stabil geblieben. Stattdessen zeigte sich vor rund 290 Millionen Jahren ein auffallender Sprung in der Kurve: „Wir leben seither in einer Periode relativ häufiger Einschläge, in der die Impaktrate 2,6-fach höher liegt als vor mehr als 290 Millionen Jahren“, berichtet Mazrouei. „Damit liefert unsere Studie Belege für einen dramatische Veränderung in der Rate der Asteroideneinschläge auf Mond und Erde, die sich etwa gegen Ende des Erdaltertums ereignete.“ Was diesen plötzlichen Anstieg des kosmischen Bombardements verursachte, ist bisher unbekannt. Die Forscher vermuten jedoch, dass damals vermehrt Kollisionen großer Himmelskörper im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter stattfanden. Die Trümmer dieser Zusammenstöße könnten dann nach und nach ins innere Sonnensystem geschleudert worden sein.

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Weil Erde und Mond wegen ihrer großen Nähe eine ganz ähnliche Impaktrate besitzen, legt dies nahe, dass es auch auf unserem Planeten einen solchen Anstieg der Asteroideneinschläge gegeben hat. Gleichzeitig könnte dies erklären, warum es auf der Erde so wenige Krater aus der Zeit vor 650 und 290 Millionen Jahren gibt: Bestätigt haben die Forscher dies durch die Untersuchung von irdischen Kratern, die in Kimberlitvorkommen liegen. Dieses bei urzeitlichen Vulkanausbrüchen entstandene Gestein ist besonders beständig und konserviert daher auch Krater besonders gut, wie die Analysen der Wissenschaftler bestätigten. „Damit wissen wir nun, dass diese Krater eine nahezu vollständige Trefferbilanz repräsentieren“, sagt Mazroueis Kollegin Rebecca Ghent. Und auch diese Krater zeigen einen deutlichen Anstieg der Einschläge ab der Zeit vor 290 Millionen Jahren.

„Damit hat unsere Studie aufgedeckt, dass die Erde nicht deshalb weniger ältere Krater besitzt, weil diese erodiert sind, sondern weil die Einschlagsrate in der Zeit vor mehr als 290 Millionen Jahren niedriger war als danach“, erklärt Bottke. Die Ergebnisse bestätigen damit, dass die Einschlagsrate im Laufe der Erdgeschichte fluktuierte. „Das hat auch Bedeutung für die Geschichte des Lebens auf der Erde, die immer wieder durch Massenaussterben und die schnelle Entwicklung neuer Arten geprägt wurde“, sagt Ghent.

Quelle: Sara Mazrouei (University of Toronto) et al., Science, doi: 10.1126/science.aar4058

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