Meteoriteneinschläge: Wenn Gestein wie Wasser fließt

28.08.2016

Neues aus der Klimaforschung: Einmal im Monat berichten Klimaforscher im Hamburger Abendblatt über aktuelle Erkenntnisse. Ulrich Riller ist Strukturgeologe und erklärt, wie ein Meteoriteneinschlag Gestein kurzfristig flüssig werden lässt.

Weltraumaufnahme der Halbinsel Yucatán (Mexiko) von der Internationalen Raumstation (ISS).
Ulrich Riller ist Strukturgeologe am CEN und Experte für extraterrestrische Einschläge
Hubschiff „Myrtle“
Analyse von Impaktgesteinen auf dem Hubschiff „Myrtle“.

Er war es! Die Experten sind sich einig. Der Meteorit, der vor 65 Millionen Jahren auf die Erde schlug, hat die Dinosaurier ausgerottet. Er hinterließ einen gigantischen Einschlagskrater vor der mexikanischen Halbinsel Yucatan, der den aztekischen Namen Chicxulub, gesprochen Tschick-Schulub, trägt. Während sich zunächst der Ozean massiv aufheizte, wurde die Sonne durch den Gesteinsstaub für Jahre verdunkelt und sorgte für langanhaltende Kälte. Drei Viertel aller Tierarten weltweit sind durch diese Klimaveränderungen ausgestorben.

Doch solch ein Einschlag hat nicht nur Einfluss auf Klima und Lebewesen, er ist auch eine geologische Revolution. Je nach Größe und Zusammensetzung des Geschosses, auch Projektil genannt, bohrt es sich innerhalb von ein bis zwei Sekunden bis zu 15 Kilometer tief in die Erdkruste. Der Meteorit selbst verdampft dabei meist komplett. Der Einschlag erzeugt eine Schockwelle im Gestein, die den Chicxulub-Krater um weitere 15 Kilometer in die Tiefe wachsen lässt. Die Kraterwände sind dabei zunächst steil, fallen aber sofort in sich zusammen. Dadurch wird der Trichter flacher und dehnt sich auf bis zu 200 Kilometer im Durchmesser aus. Durch Computersimulationen wissen wir, dass der Krater nach nur zehn Minuten fertig ausgeformt war.

Als Geologe am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit interessiert mich, wie diese hochdynamischen Verformungen innerhalb von so kurzer Zeit entstehen können. Der Meteorit schlägt mit rund 20 Kilometern pro Sekunde ein. Das sind kosmische Geschwindigkeiten, die Hitze und ungeheuren Druck im Gestein der Erdkruste erzeugen. Eine solche Situation ist in keinem Labor nachstellbar. Daher können wir auch nur vermuten, welche physikalischen Prozesse in diesen Sekunden ablaufen.

Viele Forscher nehmen an, dass das Gestein unter den extremen Bedingungen nicht nur zertrümmert, verdichtet und verschoben wird, sondern sich sogar kurzzeitig wie eine Flüssigkeit verhält. Anders lässt sich zum Beispiel der flache Boden bei Kratern dieser Größe nicht erklären. Aber einen Beweis gab es bislang nicht.

Jetzt konnten wir einen wichtigen Teil zur Klärung beitragen: An Proben aus vergleichbaren Kratern in Kanada und Südafrika haben wir erstmals Strukturen identifiziert, die Hinweise auf das Verhalten während der Kraterbildung geben. Bis hin zum mikroskopischen Maßstab konnten wir in Lücken zwischen einzelnen Kristallen erstarrte Schmelze finden, ein sicheres Zeichen, dass das Material einst fließfähig war.
Ganz praktisch hilft unsere Forschung auch bei der Suche nach Rohstoffen. Große Einschlagskrater sind bekannt für ihre wertvollen Vorkommen von Kupfer, Nickel oder Platin-Mineralen. Diese Metalle sind in der Erdkruste normalerweise nur in Sandkorngröße zu finden und damit für einen industriellen Abbau nicht interessant. Unter Meteoriteneinwirkung dagegen schmelzen die Körnchen zusammen und können sich zu riesigen Lagerstätten formieren. Zu verstehen, wie die ersten Sekunden und Minuten nach einem Einschlag genau ablaufen, gibt uns Hinweise, wo die Metalle zu finden sind.

Soeben wurde eine aufwändige wissenschaftliche Bohrung in den Chicxulub – bis in eine Tiefe von 1300 Metern – abgeschlossen. Die Bohrkerne werden zurzeit nach Bremen überführt, wo sich eine von weltweit drei Lagerstätten für solche Proben befindet. Im September werde ich mit einem Team aus 30 internationalen Forschern die Bohrkerne dort untersuchen und weitere Rätsel um Meteoritenkrater lösen.

Kontakt Ulrich Riller