Untersuchungen am El´gygytgyn Impaktkrater

Der El`gygytgyn Impaktkrater (in Chukoktka, nordöstliches Russland) ist eine 3.6 Millionen Jahre alte Impaktstruktur mit einem Durchmesser von 18 km, die teilweise mit einem See von 12 km Durchmesser und bis zu 170 m Tiefe gefüllt ist. Der Krater wurde in vulkanischen Targetgesteinen aus der Kreidezeit gebildet. Der Krater ist der einzzige auf der Erde, an dem die Charakteristika von geschockten vulkanischen Gesteinen untersucht warden können und ist daher ein einzigartiges Forschungsobjekt. Weiters wurde vor wenigen Jahren deutlich, dass die Sedimentschichten in dem Kratersee das längste lückenlose Klimaarchiv der terrestrischen Arktis darstellen, das über eine Million Jahre vor die Pleistzänen Vergletscherungen zurückreicht. Geologische Voruntersuchungen haben gezeigt, dass der Kratersee auch währnd der verschiedenen Eiszeiten nie ganz zugefroren war. Daher ist zu erwarten, dass die Seesedimente die sehr sensiblen Klimaänderungen in der Arktis im regionalen und hemisphärischen Bereich seit 3.5 Millionen Jahren aufgezeichnet haben. Im Laufe der letzten Jahre wurde der Krater daher das Objekt eines grossen internationalen und multidisziplinären Bohrprojektes. Die wissenschaftlichen Themen des Projektes kreisen vor allem um zwei zentrale Bereiche: 1) das Potential der Seesedimente als einzigartiges arktisches Klimaarchiv, und 2) die Untersuchungen des Impaktkraters, vor allem an den einzigartigen geschockten vulkanischen Gesteinen. Daher wurde 2005 ein Projektantrag beim International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) eingereicht; nach enthusiastischen Gutachten wurde das Projekt dann auch im Sommer 2005 genehmigt. Der Antragsteller des vorliegenden Projektes ist auch einer von vier Projektleitern des ICDP- Projekts und ist für die Koordination und Durchführung der Impaktforschungen verantwortlich. Mittlerweile sind weitere Finanzierungen für die Bohrungen von der National Science Foundation (USA), dem Deutschen Ministerium für Wissenschaft und Forschung, und dem österreichischen BMWF gesichert; auf Grund der Komplexizität des Projektes und der Entferung des Kraters liegen die Kosten bei etwa 9.5 Millionen US$. Im Frühjahr 2009 wereden 2 Bohrungen bis in etwa 800 m Tiefe niedergebracht, wobei die untersten ca. 200-300 m die Impaktite betreffen. Untersuchungen dieser Geteine sind auch für die vergleichende Planetologie höchst interessant. Der vorliegende Projektantrag umfasst die wissenschaftliche Auswertung der Impaktitbohrproben (da die o.g. Finanzmittel NUR die Logistik der Bohrung betreffen, aber keine wissenschaftlichen Untersuchungen); diese Arbeiten sind daher ein wichtiger und integraler Bestandteil des internationalen El`gygytgyn-Projektes. Die mineralogisch/petrographischen und geochemischen Studien umfassen eine komplette Charakterisierung der verschienen Brekzien und Schmelzgesteine (und Gläser), ein Vergleich mit den Targestgesteinen, komplette Schockpetrographie, Suche nach der meteoritischen Komponente, etc. Diese Untersuchungen stellen die ersten detaillierten Studien eines Meteoritenkraters in vulkanischen Gesteinen und tragen bedeutende Erkenntnisse über die Entstehung mittelgrosser Impaktkrater bei und helfen so, deren Energiebilanz und daher das Gefährdungspotential solcher Einschläge abzuschätzen.

Der Elgygytgyn-See ist vor ca. 3,6 Millionen Jahren durch einen Meteoriteneinschlag entstanden. Der Krater und der darin befindliche See sind aus zwei Gründen für die Forschung interessant: Erstens handelt es sich um den einzigen bisher bekannten Meteoritenkrater in sauren vulkanischen Gesteinen und bietet daher die Möglichkeit, Impakteffekte an solchen Gesteinen zu untersuchen. Das ist für die vergleichende Planetenforschung von großem Interesse. Zweitens handelt es sich bei den mehr als 300 Meter langen Seesedimenten um ein einzigartiges Archiv der bisher wenig bekannten Klimageschichte in der Arktis. Die Auswertung der Daten wird zu einem besseren Verständnis von Ursache- und Wirkungsbeziehungen für Klimaveränderungen beitragen. Diese Prognosen sind für die zukünftige Klimaentwicklung von großer Bedeutung. Das extrem aufwendige Bohrprojekt (ein ICDP-Projekt) wurde Anfang Mai 2009 erfolgreich abgeschlossen. Wie erhofft wurden unter den Seesedimenten tatsächlich Impaktbrekzien erbohrt. Direkt unter den Seesedimenten befindet sich eine mehrere Dutzend Meter mächtige Schicht an sogenannten Sueviten. Dies sind impaktglashältige Brekzien, die aus Trümmern verschiedener Gesteinsarten bestehen und mit einer feinkörnigen Matrix zementiert sind. Solche Gesteine kennt man auf der Erde nur von Meteoritenkratern. Unter diesen Sueviten fand sich zerrüttetes vulkanisches Grundgebirge, das während des Meteoriteneinschlages geschockt, zerbrochen und hochgehoben wurde. Bei der Bildung des Zentralberges, der für einen Krater dieser Größe auf der Erde typisch ist, federt tief liegendes Gestein zur Oberfläche und erstarrt. Krater mit Zentralbergen nennt man auch "komplexe" Impaktkrater. In weniger als einer Minute hebt sich ein Berg von mehreren Kilometern Durchmesser um mehr als einen Kilometer aus dem Boden. Mit den über 200 Metern Impaktbrekzien, die bei der Bohrung gewonnen wurden, wird der Prozess des Meteoriteneinschlags genau untersucht werden können. Insgesamt wurde im Rahmen dieses Projektes eine Bohrtiefe von 517,3 Meter unter dem Seeboden, bzw. von der Oberfläche von 687,3 m erreicht. Die Bohrkerne wurden in Wien auf ihre mineralogische, petrographische und geochemische Zusammensetzung untersucht. Neben Untersuchungen der geschockten Vulkanite wurden Anstrengungen unternommen, Unterschiede zwischen Impaktschmelzen (3.6 Million Jahre alt) und den vulkanischen Schmelzen (ca. 90 Millionen Jahre alt) herauszuarbeiten. Weiters wurden geochemische Untersuchungen zur Natur des Asteroiden, der den Krater gebildet hat, durchgeführt und haben gezeigt, dass es sich entweder um einen chondritischen oder ureilitischen Meteoriten gehandelt hat.