Meteoritenkrater
Meteoriten – „Geschosse“ aus dem Weltraum
Meteoriten sind außerirdische Kleinkörper, die die Erdoberfläche in festem Zustand erreichen, ohne in der Atmosphäre vollständig zu verglühen. Bei der Abbremsung in der Atmosphäre kommt es infolge starker Erhitzung zum Abschmelzen und Verdampfen (Sublimation) von Meteoritensubstanz. Dadurch tritt ein erheblicher Masseverlust ein. Der Restkörper wird allerdings im Inneren stofflich und strukturell nicht verändert. Es bildet sich lediglich eine dünne Schmelzkruste an seiner Oberfläche aus. Dieser Vorgang wird gesteuert durch die kosmische Geschwindigkeit (meist zwischen 12 und 72 km/s) und die primäre Masse des kosmischen Kleinkörpers.
Die Flugbahn bei kosmischer Geschwindigkeit ist gekennzeichnet durch eine Druckwelle vor und einen Vakuumkanal hinter dem Kleinkörper sowie durch Leuchterscheinungen in einer Plasmaschicht. Diese leuchtenden Erscheinungen werden Meteore genannt. Auch Boliden (Feuerkugeln) und Sternschnuppen gehören zu solchen Erscheinungen.
Sternschnuppen sind kleine Meteoriten. Sie haben einen Durchmesser von wenigen Zentimetern bis zu einem Millimeter und verglühen meist vollständig in Höhen um 100 km. Noch kleiner ist mit weniger als 0,1 mm Durchmesser der kosmische Staub, der sehr schnell abgebremst wird und in Form von Mikrometeoriten auf die Erde fällt.
Im Allgemeinen liegen aber die Größen der Meteoriten im Bereich von Zentimetern bis Metern.
Neben den genannten Leuchterscheinungen treten bei kosmischer Geschwindigkeit auch Schallphänomene auf, insbesondere dann, wenn die Geschwindigkeit im sogenannten Hemmungspunkt so stark abgebremst wird, dass die Meteoriten in den freien Fall übergehen. Vor oder im Hemmungspunkt zerlegen sich manche Meteoriten in Teile und können dann als Meteoritenschauer auf die Erdoberfläche in Form einer kilometergroßen Streuellipse niedergehen.
Meteoriten können nach ihrem Mineral- und Stoffbestand sowie nach ihrer Struktur in drei Gruppen unterteilt werden:
- Steinmeteoriten, zu denen 94 % aller Meteoriten gehören,
- Eisenmeteoriten, die ca. 5 % aller Meteoriten umfassen und
- Steineisenmeteoriten, die mit nur ca. 1 % zu den seltensten Meteoriten zählen.
Die Frage nach der Herkunft der Meteoriten bewegte Jahrhunderte die Menschen. Sie konnte erst nach vielen Bahnberechnungen und durch Beobachtungen beantwortet werden. Außerdem haben Meteoritenfunde in der Antarktis, in der Sahara und im Oman und ihre wissenschaftliche Untersuchung zur Beantwortung beigetragen. Danach stammen Meteoriten aus unserem Sonnensystem und zu mehr als 99 % von Asteroiden, die zwischen Mars- und Jupiter-Umlaufbahn in einem Asteroidengürtel kreisen, z. T. aber auch von erdnahen Asteroiden, den NEAs.
Als Meteoritenalter wurden bei Eisenmeteoriten maximal 6 Milliarden Jahre und bei Steinmeteoriten ca. 4,57 Milliarden Jahre ermittelt. Da Altersbestimmungen bei Gesteinen der Erde bisher maximal ein Alter von 3,5 Milliarden Jahre ergaben, sind die Meteoriten stoffliche Zeugen aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems und daher von besonderem wissenschaftlichen Wert. Das gilt insbesondere für das Zeitalter der Weltraumforschung.
Meteoritenkrater formen die Landschaft
Meteoriteneinschläge, als Impakte bezeichnet, bilden je nach Masse der jeweiligen Meteoriten auf der Erdoberfläche unterschiedlich große Einschlaglöcher. Mit ihren Einschlaglöchern formen Meteoriten im Allgemeinen aber nur punktuell und nicht im größeren Maßstab die Erdoberfläche bzw. die Landschaft.
Es gibt aber auch sehr viel größere, allerdings nur wenige Meteoritenkrater, auch Impaktkrater oder Astrobleme genannt, die in der geologischen Vergangenheit die Landschaft der Erde sehr stark formten. Sie entstanden, wenn die außerirdischen Körper aufgrund ihrer kosmischen Geschwindigkeit und ihrer Masse – nach Beobachtungen und Modellrechnungen musste die Masse deutlich größer als 10 t gewesen sein – durch die Erdatmosphäre nicht mehr vollständig abgebremst werden konnten. Sie trafen dann mit zwar verminderter, aber immer noch kosmischer Geschwindigkeit auf die Erdoberfläche. Die Verursacher von Impaktkratern waren folglich Großmeteoriten. Dazu zählen kleine planetenähnliche Raumkörper, sogenannte Asteroiden, Asteroidenbruchstücke und nicht zuletzt Kometen.
Die Impakte konnten je nach Größe globale, regionale oder auch nur lokale Auswirkungen auf die Oberflächengestalt der Erdoberfläche, das Klima sowie auf die Tier- und Pflanzenwelt haben und die Evolution auf der Erde beeinflussen. So betrachten einige Wissenschaftler das Aussterben der Dinosaurier an der Wende von Erdmittelzeit und Erdneuzeit als die direkte Folge eines gewaltigen Meteoriteneinschlages, der das Klima der Erde stark veränderte.
Nach Ausbildung der festen Erdkruste waren derartige Impaktkrater im Archaikum wesentlich häufiger als in den jüngeren erdgeschichtlichen Epochen. In diesem Abschnitt der Erdfrühzeit war die Erdoberfläche eher eine Kraterlandschaft, die mit der heutigen Mondoberfläche vergleichbar war. Durch die geologische Entwicklung der Erde sind diese Spuren kosmischer Einschläge allerdings infolge von Krustenbewegungen, des Vulkanismus, der Verwitterung oder der Erosion lange getilgt.
Riesenkrater
Insgesamt sind auf der Erde, und zwar überwiegend auf dem Festland, etwa 150 große Impaktkrater bekannt. Allerdings sind nur in einigen dieser Krater Reste von Meteoriten gefunden worden. Zu diesen wenigen Ausnahmen zählt der sehr bekannte Arizona-Krater in den USA. Dieser Krater in der Coconino County im Bundesstaat Arizona besitzt einen Durchmesser von 1,25 km und ist heute 175 m tief. Innerhalb und außerhalb des Kraters wurden insgesamt ca. 30 t Stücke eines Eisenmeteoriten gefunden. Der Impaktkrater selbst entstand vor knapp 50000 Jahren. Seine Entstehung dürfte allerdings nur lokale Auswirkungen auf die Erdoberfläche gehabt haben.
Der Krater Vredefort liegt in Südafrika. Er ist mit ca. 300 km Durchmesser der größte z. Zt. bekannte und mit 2 Milliarden Jahren vermutlich auch der älteste Impaktkrater der Erde, was durch Indizien belegt werden konnte. Seine Entstehung hatte wahrscheinlich globale Auswirkungen auf die Erde.
Als weiteres Ereignis mit globalen Auswirkungen wird der sogenannte „K/T-Impakt“ angesehen. Dabei handelt es sich um einen Meteoriteneinschlag vor knapp 65 Millionen Jahren an der Wende von Kreidezeit und Tertiär; deshalb auch K/T-Impakt. Der dazugehörige Impaktkrater wurde durch geophysikalische Messungen im Golf von Mexico und auf der Halbinsel Yukatan nachgewiesen und Chicxulub-Krater genannt. Er hat einen Durchmesser von 175 bis 200 km und liegt unter mehreren 100 m mächtigen Sedimentschichten verborgen. Der Impakt erfolgte vermutlich durch einen Asteroiden oder ein Asteroidenbruchstück von schätzungsweise 10 bis 16 km Durchmesser. Die Folge dieses Einschlags war das durch Fossilien belegbare Massensterben bzw. Aussterben vieler Tier- und Pflanzenarten am Ende der Kreidezeit, darunter möglicherweise auch das schon erwähnte Aussterben der Dinosaurier.
Als ein Ereignis mit regionalen bis globalen Auswirkungen, auch noch auf die heutige Landschaft, wird der Ries-Impakt eingestuft. Zwischen der Schwäbischen und der Fränkischen Alb in Süddeutschland entstanden vor 14,8 Millionen Jahren die Krater Nördlinger Ries und Steinheimer Becken. Der Ries-Krater besitzt einen Durchmesser von 24 km, ist bis zu einer Tiefe von 4 km nachweisbar und von riesigen Auswurfmassen (Riesentrümmermassen) umgeben. Im Tertiär füllte sich der Krater mit einem See, auf dessen Ablagerungen heute die Stadt Nördlingen steht (Bild 2).
Heute wird angenommen, dass der Asteroid oder ein Bruchstück von ihm einen Durchmesser von 600 bis 1000 m hatte. Bei dem Asteroiden handelte es sich um einen Steinmeteoriten, der mit 24 km/s auf die Erdoberfläche eingeschlagen ist. Dabei kam es zu Schmelz- und Verdampfungsvorgängen, in deren Verlauf das gesamte meteoritische Material verschwunden ist.
Durch die starke Hitze- und Druckentwicklung wurden darüber hinaus durch die Umwandlung (Metamorphose) der kristallinen Gesteine des Grundgebirges Trümmer- und Impaktgesteine gebildet. Sie enthalten zu Glas erstarrte Reste der Gesteinsschmelze und durch Stoßwellendruck entstandene Hochdruckminerale (z. B. Coesit aus Quarz), deren Bildung unter irdischen Bedingungen nicht möglich ist. Der Meteoriteneinschlag hatte vermutlich einen maximalen Druck von 4 Millionen bar und eine maximale Temperatur von einigen 10000 °C erzeugt. Die Höhe der entstandenen Glutwolke betrug etwa 30 km, und es wurden mehr als 1000 km³ Gesteinsmassen bewegt. Im Umkreis von 100 km wurde alles Leben vernichtet. Das Steinheimer Becken mit 3,4 km Durchmesser ist ein benachbarter gleichaltriger Zwillingskrater, der wahrscheinlich durch ein kleineres Bruchstück (ca. 80 m Durchmesser) des Asteroiden vom Nördlinger Ries entstanden ist.
Das Tunguska-Ereignis im Jahre 1908 gilt als ein Impakt mit lokalen Auswirkungen:
Am 30.06.1908 gab es eine riesige Explosion in 8 km Höhe, die großflächige Zerstörungen in der Taiga anrichtete. So waren auf mehreren 100000 km² die Bäume völlig vernichtet worden. Als Ursache der Katastrophe wird heute ein ca. 50 m großes Asteroidenbruchstück angenommen, das aus einer lockeren Zusammenballung von Gesteinsschutt und Eis bestand und mit 11 km/s in der angegebenen Höhe explodierte.
Gefahr für die Menschheit?
Die Einschläge und Impakte von Meteoriten bedeuten zweifellos auch eine Gefahr für die Menschheit und unsere Erde. Nach Daten von Meteoritenüberwachungssystemen, aus plausiblen Annahmen und aus der Menschheitsgeschichte könnte nur etwa alle 180 Jahre ein Meteorit einen Menschen treffen. Aber es ist bisher noch kein Meteoritenfall bekannt geworden, durch den ein Mensch zu Tode kam.
Die Trefferwahrscheinlichkeit von Meteoriten ist also außerordentlich gering. Aus den bisher berechneten Bahndaten der erdnahen Asteroiden, den bisher bekannten Ereignissen in der geologischen Geschichte der Erde sowie aus beobachteten Impakten in unserem Sonnensystem wird sie für Asteroiden und Kometen wie folgt angegeben:
- Treffer mit globalen Auswirkungen:
1 Treffer alle 100 Millionen Jahre (es gibt auch Angaben bis zu 1 Milliarde Jahren), - Treffer mit regionalen Auswirkungen:
3 Treffer in 1 Million Jahren, - Treffer mit lokalen Auswirkungen:
1 Treffer alle 2000 bis 5000 Jahre.
Geologisches Profil durch das Nördlinger Ries
Ein Angebot von 