Untersuchungen an Impaktkratern

Für lange Zeit wurde die Untersuchung von Meteoritenkratern für ein Thema der Astronomie, und nicht der Erdwissenschaften, angesehen. Die Vorgänge, die die Gestalt unserer Erde bestimmten, wurden als langsame und endogene Prozesse gesehen, in der Tradition von James Hutton und Charles Lyell. Erst seit etwa 1980 hat die Diskussion von Meteoriteneinschlägen und ihrer geologischen Bedeutung auch Eingang in den "geologischen Alltag" gefunden. Dies war der Veröffentlichung einer Arbeit von Alvarez und Kollegen zu verdanken, die in einer gründlichen Untersuchung festgestellt haben, daß in den Gesteinen der Kreide-Tertiär-Grenze anomal hohe Konzentrationen der Platinmetalle vorkommen, die am besten durch einen extraterrestrischen Ursprung erklärt werden können. Platinmetalle kommen in Gesteinen der Erdkruste mit sehr niedrigen Konzentrationen vor, während Meteorite Gehalte aufweisen, die etwa vier Größenordnungen höher liegen. Zusätzlich wurde festgestellt, daß die Verhältnisse der Platinmetallegehalte zueinander praktisch jenen entsprechen, die in Meteoriten gefunden werden, und sich völlig von terrestrischen Verhältnissen unterscheiden. Alvarez und Kollegen haben diese enorme Anreicherung an Platinmetallen durch den Einschlag eines gigantischen Asteroiden oder Kometenkerns erklärt, der vor 65 Millionen Jahren die Erde getroffen und gigantische Staubmassen in die Atmosphäre geschleudert hat. Durch diese Umweltkatastrophe, und durch die als Spätfolge verursachte Klimaänderung, ist es zum Aussterben von mehr als 50% aller auf der Erde lebenden Tiere (u.a. der Dinosaurier) und Pflanzen gekommen. Diese spektakuläre Theorie war selbstverständlich umstritten, und hat dazu geführt, daß sich Erdwissenschafter auf der ganzen Welt damit auseinandergesetzt haben. Alternativtheorien, wie z.B. die Erklärung der Daten durch gigantischer Vulkanausbrüche, wurden aufgestellt. In den letzten Jahren hat man allerdings viele Foschungsergebnisse erhalten, die die Impakttheorie bestätigt haben. So wurden geschockte Minerale in den Gesteinen den Kreide-Tertiär-Grenze gefunden, die nur in Schockwellen während einen Impaktes entstehen können. Seit kurzer Zeit kennt man auch den zugehörigen Meteoritenkrater, der momentan Zeit mit Sedimenten, die jünger als 65 Millionen Jahre sind, bedeckt ist, und daher so lange unserem Blick verborgen geblieben ist. Es handelt sich um den Chicxulub-Krater in Mexico, der einen Durchmesser von etwa 300 km aufweist. Dieser Krater wurde durch einen Körper (Asteroid oder Komentenkern) mit einem Durchmesser von 10-15 km geschlagen. Der Impakt erfolgte in anhydrithaltiges Targetgestein, wobei gigantische Mengen an CO 2 und SO 2 freiwurden. Diese Gase, sowie viele tausend km 3 an Staub, der in die Atmosphäre geschleudert wurde, führten zu einschneidenden Umweltbelastungen und einer Klimaänderung. Mittlerweile kennt man etwa 160 Impaktkrater auf der Erde, und immer öfter wird man mit der Frage konfrontiert, ob es derartige katastrophale Einschläge auch in Zukunft geben wird. Aus astronomischen Untersuchungen, sowie aus geologischen Untersuchungen der bekannten Meteoritenkrater, kann die Frequenz derartiger Einschläge abgeleitet werden. Daher ist z.B. bekannt, daß Einschläge von Körpern mit etwa 1 km Durchmesser, die Krater von etwa 25-50 km Durchmesser schlagen, etwa alle 1-2 Millionen Jahre vorkommen. Auch in Zukunft kann es daher Meteoriteneinschläge mit gewaltigen Auswirkungen auf die Erde geben. Im vorliegenden START Projekt beschäftige ich mich mit vielen verschiedenen Aspekten der Untersuchung von Einschlagskratern. Die Untersuchungen reichen von Geländearbeiten an verschiedenen Impaktstrukturen der Welt über geophysikalische Untersuchungen (vor allem im Gelände, aber auch Aerogeophysik), Bohrprojekten an Kratern zur Erforschung der an der Oberfläche nicht exponierten Gesteine, Modellrechnungen zur Entstehung von Kratern, Untersuchung der Verteilung von distalen Auswurfmassen, bis zu detaillierten Laboruntersuchungen an Gesteinen von Impaktstrukturen. Die Laboruntersuchungen umfassen petrographische Studien an Dünnschliffen mittels optischer Durchlichtmikroskopie, elektronenmikroskopische Untersuchungen (unter anderem auch mittels der bisher kaum verwendeten Kathodolumineszenz), Elektronenstrahlmikrosondenanalysen zur Bestimmung von Mineralzusammenstzungen, sowie Spurenelementuntersuchungen (Neutronenaktivierungsanalyse, ICP-MS, Röntgenfluoreszenz, etc.) und Isotopenuntersuchungen. Für die Spurenelementanalysen des Elements Iridium, das einen Fingerabdruck des Meteoriten, der einen Krater bildet, liefert, wurde zum Beispiel im meinem Labor ein Gamma-Gamma Koinzidenzspektrometer entwickelt. Ähnliche Geräte gibt auf der Welt nur dreimal. Für Isotopenuntersuchungen wurde im Jahr 1998 ein Massenspektrometer für stabile Isotope (vor allem für die Isotope des Kohlenstoffs, Sauerstoffs, und Schwefels) angeschafft. Viele Untersuchungen werden auch in Zusammenarbeit mit Kollegen im In- und Ausland durchgeführt. Hier wären vor allem zu nennen: das Naturhistorische Museum und das Atominstitut in Wien, das Department of Geology an der University of the Witwatersrand (Johannesburg, Südafrika), das Osservatorio Geologico di Coldigioco (Frontale, Italien), das Department of Geology an der University of Delaware (Newark, USA), das CRPG in Nancy (Frankreich), das Naturmuseum in Berlin (Deutschland), das Institute of Geology der Ukrainischen Akademie der Wissenschaften (Kiew, Ukraine), die U.S. Geological Survey (Denver und Flagstaff, USA), das Woods Hole Oceanographic Institution (Woods Hole, USA), und das Planetary Research Institute an der Open University (Milton Keynes, England). Seit Beginn der Projektarbeiten im Jahr 1997 wurden drei Bücher fertiggestellt (zwei davon noch im Druck), zwei weitere befinden sich in Arbeit, etwa 35 wissenschaftliche Publikationen in international, referierten Zeitschriften sind erschienen, etwa 60 Abstracts und nichtreferierte Arbeiten gedruckt, etwa 20 Vorträge bei internationalen Tagungen gehalten, 3 Dissertationen beendet und 8 weitere sind in Arbeit, und der Projektleiter wurde auch zum Chairman des wissenschaftlichen Programms "IMPACT" bei der European Science Foundation gewählt. Momentan wird aktiv an etwa einem Dutzend verschiedener Sub-Projekte, die alle aus dem Start-Preis finanziert werden, gearbeitet.