Die Wunden der Vergangenheit - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik Erde+Klima

Die Wunden der Vergangenheit

Kongo, Peru, Antarktis: Rund um den Globus fahnden Geologen nach den Einschlagskratern, die große Meteoriten in die Erde gesprengt haben. Doch der am besten erforschte Krater liegt in Süddeutschland.

Der Schrecken kam ohne Vorwarnung. Kurz vor Mittag raste eine grelle Feuerkugel über den Himmel. Viele Augenzeugen verfolgten die Leuchtspur des Meteoriten. Am nächsten waren die Bewohner des Dorfs Carancas, die eine Explosion zusammenzucken ließ. Als die Druckwelle über ihre Häuser fegte, splitterten Fensterscheiben. Rauch stieg drohend wie ein großer Pilz gen Himmel. Mit Überschall hatte sich der kosmische Steinbrocken in den Boden gebohrt. Seither klafft in der Berglandschaft des Grenzgebietes zwischen Peru und Bolivien ein kreisrunder Krater.

Was am 15. September 2007 die Dorfbewohner aufschreckte, nennen Wissenschaftler einen Glücksfall. Denn frische Einschlagskrater sind auf der Erde extrem selten. Mond, Mars und Merkur hingegen sind übersät mit den Narben solcher Impakte. Selbst auf der Venus verzeichnen Planetologen über 900 Einschlagskrater, obwohl eine dichte Atmosphäre den Nachbarplaneten schützt. Und die Erde? Auch hier gibt es mehr Krater als lange vermutet. Das größte Exemplar, benannt nach der südafrikanischen Gemeinde Vredefort, hat einen Durchmesser von rund 300 Kilometern. Der drittgrößte ist Chicxulub in Mexiko: Vor rund 65 Millionen Jahren wurde durch diesen Einschlag höchstwahrscheinlich ein Massensterben ausgelöst und das Ende der Dinosaurier besiegelt. Könnte so etwas auch uns zum Verhängnis werden? Immerhin finden sich zwei kilometergroße Krater im dicht besiedelten Süddeutschland.

39 KRATER IN EUROPA, 30 IN ASIEN

In Europa sind heute 39 Krater bekannt, in den menschenleeren Weiten Asiens dagegen nur 30. Diese Zahlen sprechen dafür, dass es auf der Erde weit mehr Krater gibt, besonders abseits größerer Siedlungen. Solchen verborgenen Kratern sind Wissenschaftler auf der Spur – denn eine möglichst umfassende Kenntnis der Einschläge hilft, das Risiko durch große Meteoriteneinschläge zuverlässiger abzuschätzen.

Die Suche ist ein schwieriges Geschäft, da die irdischen Krater längst nicht so leicht zu identifizieren sind wie die auf unseren planetaren Nachbarwelten. Das weiß auch Ludovic Ferrière. Der Geologe hält deshalb nichts davon, mit Google-Earth bequem vom Büro aus den Globus abzusuchen. Zwar könne man so bislang unentdeckte kraterähnliche Senken aufspüren: „Doch ob eine verdächtige Struktur wirklich ein Impaktkrater ist, lässt sich nur im Gelände klären“, sagt der Franzose, der als Kurator für die Gesteinssammlung des Naturhistorischen Museums in Wien verantwortlich ist. Im Jahr 2010 führte ihn diese Überzeugung nach Zentralafrika: in eine wenig erforschte Region des kongolesischen Katanga. Nur ein einziger Wissenschaftler hatte zuvor die abgelegene Provinz bereist – für eine belgische Minengesellschaft vor fast einem Jahrhundert. In seinem 1919 publizierten Bericht erwähnt der deutsche Geologe ein halbkreisförmiges Becken von etwa 20 Kilometer Durchmesser: die Luizi-Struktur.

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Eine Woche verbrachte Ferrière dort mit geologischer Feldarbeit, um Indizien zusammenzutragen, darunter eine Art Fingerabdruck des Einschlags: das charakteristische Muster der Strahlenkegel. Solche Gebilde haben Geologen weltweit in Impakt-Kratern gefunden. Es handelt sich um meist konisch geformte Bruchflächen im Gestein, an denen deutlich Streifen zu erkennen sind, die strahlenförmig von der Spitze ausgehen. Meist sind solche Strahlenkegel einige Zentimeter lang. Sie können aber auch mehrere Meter messen. Sofern sie in ungestörter Lage aufgefunden werden, weisen sie in Richtung des Impaktzentrums. Der Mechanismus ihrer Entstehung wird zwar immer noch diskutiert – klar ist jedoch, dass die durchs Gestein laufende Schockwelle sie erzeugt hat.

Wie Ferrière zusammen mit Kollegen im September 2011 im Fachblatt Geology berichtete, fand er mehrere solche bis zu 40 Zentimeter große Kegel. Sie waren vom Einschlagszentrum bis zu drei Kilometer entfernt. Weitere Fundstücke komplettieren die geologische Indizienkette: „Die Luizi-Struktur entstand zweifellos durch einen Einschlag“, schließt Ferrière. Damit ist der 300 Meter tiefe Krater der 182. Zugang in der Datenbank der weltweit bekannten Impaktstrukturen. Sein Alter steht allerdings noch nicht fest. „Für eine Datierung benötigen wir beim Einschlag aufgeschmolzenes Gestein. Das haben wir aber nicht gefunden.“ Mit solchen Gesteinsproben ließe sich der Einschlag durch eine Isotopen-Bestimmung datieren (siehe Kasten links: „Vor 15 Millionen Jahren).

PERU WURDE 2007 GETROFFEN

Die einfachste Datierung ermöglichen Augenzeugenberichte, wie beim Einschlag 2007 in Peru. Die ersten Meldungen von dort klangen allerdings so seltsam, dass Experten einen echten Meteoriteneinschlag bezweifelten. „Ich war sehr skeptisch“, bekennt Thomas Kenkmann, Geologe an der Universität Freiburg. „Es wurde über Fragmente eines Steinmeteoriten berichtet. Die damalige Lehrmeinung war jedoch, dass ein Steinmeteorit von so geringer Größe keinen Krater verursachen kann.“ Hinzu kamen Berichte über obskure Erkrankungen unter den Einheimischen.

Kenkmann entschloss sich, der Sache auf den Grund zu gehen. Dreieinhalb Monate nach dem großen Knall war der Geologe vor Ort – eingeflogen über La Paz, mit 4058 Metern über dem Meeresspiegel der am höchsten gelegene internationale Flughafen. Dort beträgt der Luftdruck nur etwa 60 Prozent von dem auf Meeresniveau. „Die Gefahr einer Höhenkrankheit ist groß, ein amerikanischer Forscherkollege musste seine Expedition frühzeitig abbrechen“, berichtet Kenkmann.

Der Krater liegt auf 3826 Meter Höhe. Vor Ort wurde bald klar, dass er tatsächlich das Produkt eines Einschlags ist – allerdings eines ungewöhnlichen. An den Kraterwällen fanden die Wissenschaftler feinkörnigen grauen Meteoritenstaub. Nach und nach wurden auch Bruchstücke des Meteoriten geborgen, insgesamt einige Kilogramm.

STURZ DURCH DIE ATMOSPHÄRE

Was den Meteoritenfall zu einer Besonderheit macht, ist nicht der Stein selbst, ein gewöhnlicher Chondrit vom Typ H 4–5. Die Mehrheit der weltweit geborgenen Meteoriten gehört in diese Klasse. Was die Forscher erstaunte, war, dass der Brocken die Erdatmosphäre durchquert hatte, ohne zu zerbrechen. Meteoriten aus Eisen sind robuster als solche aus Stein und können auch als Ganzes den Boden erreichen. Doch der Carancas-Stein schaffte es ebenfalls intakt bis zum Boden. Mit der Wucht einer beachtlichen Sprengladung schlug er einen Krater von 14,2 Meter Durchmesser. Die Analyse ergab eine Explosionsenergie von 240 bis 2400 Kilogramm TNT, berichtete Kenkmann später zusammen mit seinen Kollegen im Fachblatt Meteoritics and Planetary Science. Diese Sprengkraft ist vergleichbar der von großen Bomben bei Terroranschlägen.

Wie kam der Meteorit intakt auf die Erde? Entscheidend war Kenkmann zufolge der Winkel, mit dem der Brocken aus dem All den Boden traf. „Wir gehen davon aus, dass der Meteorit fast tangential zur Erdoberfläche in die Erdatmosphäre eindrang. So wurde er schon in der Hochatmosphäre relativ stark abgebremst, ohne dabei übermäßig beansprucht zu werden.“ Trotzdem hatte der Stein immer noch eine Geschwindigkeit zwischen 350 und 600 Meter pro Sekunde, als er sich in den peruanischen Boden rammte.

UNTERSCHÄTZTES RISIKO

Darüber hinaus ergab die Auswertung, dass das Risiko durch kleinere Brocken aus dem All offenbar unterschätzt worden war: „ Die Schutzwirkung der Erdatmosphäre ist bei kleineren Körpern unter bestimmten Bedingungen schwächer als angenommen“, sagt Kenkmann. Nicht nur in den Anden gibt es Zeugnisse himmlischer Geschosse, sondern auch vor unserer Haustür – an der Grenze zwischen Bayern und Baden-Württemberg. An der Universität Stuttgart arbeitet der Impakt-Experte Elmar Buchner, der letztes Jahr auch das Nördlinger Rieskrater-Museum leitete. „Vor 14,6 Millionen Jahren war es hier deutlich wärmer. Es tummelten sich Urpferdchen und pudelgroße Rehe“, beschreibt der Geologe die Gegend, wo heute das bayrische Nördlingen und das schwäbische Steinheim liegen. „Es herrschte ein angenehmes mediterranes Klima. Seen und Flüsse prägten eine teils sumpfige Landschaft ohne zusammenhängende Waldgebiete.“

Doch mit der Idylle war es schlagartig vorbei, als ein Planetoid mit dem zwanzigfachen Tempo einer Gewehrkugel einschlug. Bereits Millisekunden, nachdem sich das Projektil in den Boden gebohrt hatte, stieg die Temperatur des Kalkstein-Untergrunds auf bis zu 30 000 Grad Celsius. Geschmolzenes Gestein wurde Hunderte von Kilometer weit vom Einschlagsort weg katapultiert. Noch im Flug kühlte sich die Schmelze ab und regnete als natürliches Glas auf das heutige Gebiet der Tschechischen Republik hinab. Am Ort des Impakts klaffte kurzzeitig ein über vier Kilometer tiefer Übergangskrater. Doch der malträtierte Boden federte zurück und sorgte dafür, dass der Krater rasch wieder flacher wurde. Unterdessen formierte sich eine Wolke aus verdampftem Wasser und Gestein, die kilometerhoch über den Krater stieg. Rund zehn Minuten später war das Inferno vorbei. Aus der Wolke fielen eigentümliche Gesteinsbrocken aus Suevit – einer Mixtur aus teils geschmolzenem, teils fragmentiertem Gestein, das der Impaktor aus dem Untergrund gerissen hatte.

Wer heute einen Panoramablick auf die Kraterränder werfen will, sollte in Nördlingen auf den „Daniel“ steigen, den Glockenturm von St. Georg. Der 90 Meter hohe Turm ist aus Suevit gebaut. Bei guter Sicht erkennt man die Ränder des Ries, die teils nah am Horizont verlaufen. „Das rund 24 Kilometer große Nördlinger Ries gehört zu den am besten erforschten Impaktstrukturen – und zwar weltweit“, sagt Buchner. „Das liegt daran, dass der Krater vergleichsweise jung und gut erhalten ist.“ Apollo-Astronauten absolvierten hier 1970 einen geologischen Crash-Kurs für ihren Einsatz auf dem Mond. Trotz jahrzehntelanger Feldforschung bleibt jedoch ein Wermutstropfen: Gesteinsreste des Brockens aus dem All wurden bislang nicht gefunden.

DOPPELSCHLAG AUF DEUTSCHLAND

Rund 40 Kilometer südwestlich liegt Steinheim am Albuch. Anders als das Ries ist das Kraterbecken dort bislang nicht genau datiert. Doch kaum ein Experte zweifelt an der gemeinsamen Entstehung beider Krater, wobei das Steinheimer Becken mit 3,8 Kilometern deutlich kleiner ausfällt. Ist der Impaktor also kurz vor dem Aufprall auf die Schwäbische Alb zerbrochen? Buchner schüttelt den Kopf. Sein Argument ist die unterschiedliche Chemie beider Körper. „In Nördlingen schlug ein Meteorit aus Stein ein, in Steinheim hingegen war es ein Eisenmeteorit, da sind wir sehr sicher.“ Nur so könne man sich die chemische Signatur der winzigen Kügelchen in Steinheimer Gesteinsproben erklären. „Sie bestehen aus Eisen, Nickel und Kobalt. Zudem wurden darin typische Gallium- und Germanium-Werte gefunden.“ Die Kügelchen wären demnach Relikte des geschmolzenen kosmischen Metalls.

Laut Buchners Szenario war die Weltraumbombe ein großer Steinmeteorit von rund einem Kilometer Durchmesser. Ihn begleitete ein etwa 100 Meter großer Eisenmeteorit als Mond in 40 Kilometer Abstand. Astronomen haben solche Planetoiden mit kleinen Monden tatsächlich schon mehrfach beobachtet.

Das Nördlinger Ries ist auch deshalb so gut erforscht, weil es leicht zugänglich ist. Doch Geologen suchen auch in abgelegenen Extremgebieten. So sorgte 2006 Ralph von Frese von der Ohio State University für Furore, als er im Wikes Land der östlichen Antarktis auf eine seltsame Anomalie stieß. Der Geophysiker hatte zusammen mit Kollegen Daten der beiden deutsch-amerikanischen GRACE-Satelliten („Gravity Recovery and Climate Experiment“) ausgewertet, die seit 2002 das irdische Gravitationsfeld vermessen.

Ralph von Frese interpretierte den Fund als Relikt eines Einschlags vor 260 Millionen Jahren, der sogar die Chicxulub-Katastrophe in den Schatten stellte. Undeutlich zeigte sich nämlich in den GRACE-Daten eine rund 500 Kilometer große Schwerefeld-Anomalie über einer Senke im Terrain des Wilkes Land. Auf dem Mond sind ähnliche lokale Abweichungen vom Schwerefeld über den großen Einschlagsbecken gemessen worden. Falls es in der Ost-Antarktis tatsächlich ein urzeitliches Ground Zero gibt, ist es heute fast unzugänglich, denn es liegt unter zwei bis drei Kilometer Eis begraben. Seit Jahren fliegen Forschungsflugzeuge über das verdächtige Gebiet, um den Eispanzer mit Radar zu durchleuchten.

Noch unveröffentlichte magnetische Messungen haben von Freses Verdacht bestätigt. Doch der Freiburger Geologe Thomas Kenkmann aus Freiburg warnt vor voreiligen Schlüssen: „Für einen soliden Beweis sind Bohrungen vor Ort unabdingbar.“ ■

Thorsten Dambeck ist Physiker und regelmäßiger bdw-Autor. Auf Seite 104 wird er in bdwPERSÖNLICH ausführlich vorgestellt.

von Thorsten Dambeck

Es geschah vor 15 Millionen Jahren

… oder genauer: vor 14,6 Millionen plus/minus 200 000 Jahren. Ein großer Meteorit schlug in der Nähe des heutigen Nördlingen ein. Woher weiß man das so genau? Verräterisch ist das Edelgas Argon, erklärt Mario Trieloff von der Universität Heidelberg. In der Gluthitze des Einschlags verliert das aufgeschmolzene Gestein seinen gesamten Argon-Anteil. Die Uhr wird gleichsam auf Null gestellt. Doch in der Zeit danach entsteht neues Argon, und zwar aus dem radioaktiven Zerfall von Kalium-40-Isotopen im Gestein. Daraus bildet sich das stabile Isotop Argon-40.

Um das Alter eines Einschlags zu bestimmen, benötigt man drei Informationen: den Gehalt von Kalium-40 und von Argon-40 einer Gesteinsprobe sowie die Halbwertszeit des Kalium-40. Letztere ist bekannt: Sie beträgt 1,277 Milliarden Jahre – die Kalium-Atomkerne zerfallen also extrem selten. Der Gehalt an Kalium-40 in der Probe wird indirekt ermittelt – mithilfe eines anderen Argon-Isotops: Argon-39. Dazu bestrahlt man die Probe in einem Kernreaktor mit Neutronen. Ein Teil des Kalium-40 wird dabei in Argon-39 umgewandelt. Zuletzt wird das Verhältnis beider Argon-Isotope bestimmt, was bei derselben Messung erfolgt. Oft genügt eine Probe von nur 0,1 Gramm. Aus den Messwerten und der Halbwertszeit lässt sich dann das Alter präzise berechnen.

Gut zu wissen: Die Krater der Erde

Einschläge von Meteoriten gab es häufig in der Erdgeschichte – und sie ereignen sich bis heute. Als die Erde noch weniger als eine Milliarde Jahre jung war (Erdalter heute: 4,567 Milliarden Jahre), war sie einem schweren Bombardement großer Körper ausgesetzt. Auf dem Mond entstanden in dieser Periode große Einschlagsbecken, etwa das Mare Imbrium mit einem Durchmesser von 1123 Kilometern. Der US-Planetologe James Head und seine Kollegen zählten kürzlich 5185 Krater auf dem Mond mit einem Durchmesser von mehr als 20 Kilometern. Die Erde muss wegen ihrer stärkeren Gravitation und größeren Querschnittsfläche sogar noch häufiger getroffen worden sein. Schätzungen gehen von etwa 40 Becken mit den Ausmaßen des Mare Imbrium und einigen Riesenkratern mit bis zu 5000 Kilometer Durchmesser aus. Die Spuren solcher gigantischen Krater sind durch Plattentektonik und Erosion längst ausradiert. Immerhin sind heute weltweit insgesamt 182 Einschlagskrater bekannt. Die älteste gesicherte Impaktstruktur, und mit 300 Kilometer Durchmesser gleichzeitig die größte, ist der Vredefort-Krater in Südafrika (Alter: 2,02 Milliarden Jahre). Der jüngste Einschlagskrater – 14 Meter im Durchmesser groß und knapp 3 Meter tief – liegt im südöstlichen Peru, er entstand 2007. Nur für einen weiteren Einschlag – im europäischen Teil Russlands – liegen Berichte von Augenzeugen vor: Er ereignete sich 1990 nahe der Stadt Sterlitamak.

Kompakt

· Die Schutzfunktion der Erdatmosphäre wurde bisher überschätzt: Auch kleinere Meteoriten können sie durchdringen, ohne zu zerbrechen, und schon Objekte von einem Meter Durchmesser sind fähig, einen Krater zu schlagen.

· Vor 14,6 Millionen Jahren erschütterte ein Doppelschlag das heutige Süddeutschland: Ein Planetoid und sein Mond rissen zwei kilometergroße Krater in die Schwäbische Alb. Das Nördlinger Ries und das Steinheimer Becken entstanden.

Die größten und die jüngsten Meteoritenkrater auf der Erde

Die größten Krater Land Durchmesser in Kilometern Alter

vor Millionen Jahren Meteoritisches Material gefunden?

Vredefort Südafrika 300 2023 nein

Sudbury Kanada 250 1850 nein

Chicxulub Mexiko 180 65 nein

Woodleigh Australien 120 35 nein

Manicougan Kanada 100 214 nein

Popigai Russland 100 35 nein

Die jüngsten Krater Durchmesser in Metern Entstehung

Meteoritenmasse in Kilogramm

Carancas Peru 14 2007 15

Sterlitamak Russland 10 1990 325 (Eisenmeteorit)

Sikhote-Alin Russland 27 1947 23000

Wabar Saudi Arabien mehrere Krater, der größte:

116 mal 64 vor etwa 300 Jahren über 2500

Haviland USA (Kansas) 15 vor weniger als 1000 Jahren über 7000

Campo del cielo Argentinien mehrere Krater,

der größte: 115 vor weniger als 4000 Jahren viele Tausend

Totschlag aus dem All

So brachial die Katastrophe vor 14,6 Millionen Jahren war, die das heutige Nördlinger Ries schuf, so kurz war auch der himmlische Eingriff: Der Krater entstand in nicht einmal einer Viertelstunde. Danach war in Mitteleuropa nichts mehr wie zuvor.

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