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Steckbrief einer Katastrophe

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 14.10.2016 14:41

15 Kilometer groß war der Asteroid, der vor 65,5 Millionen Jahren im heutigen Küstengebiet der mexikanischen Halbinsel Yucatán einschlug und das Ende des Erdmittelalters brachte. 30 Kilometer tief bohrte er sich in die Erdkruste, doch das Loch wurde innerhalb von etwa zehn Minuten von einem Gemisch aus Gesteinsbrocken und Schmelzen wieder gefüllt. Der Chicxulub-Krater war entstanden, mit einem Durchmesser von 180 Kilometer einer der größten Einschlagskrater, die heute auf der Erdoberfläche zu sehen sind. Im Frühsommer dieses Jahres schickte der europäische Arm des Internationalen Meerestiefbohrprogramms IODP eine Expedition nach Mexiko, um in den in 20 Meter Wassertiefe liegenden Krater zu bohren. Jetzt fand am Bremer Zentrum für marine Umweltwissenschaften MARUM die offizielle Erstbeschau der Bohrkerne statt, erste Erkenntnisse inbegriffen.

Sean Gulick, Universität Texas, und Joanna Morgan, Imperial College London, leiten die Expedition. (Bild: ECORD)Das Leben hat nicht lange gebraucht, um sich vor rund 65 Millionen Jahren von dem Asteroideneinschlag zu erholen, der mit dem Ende der Dinosaurier in Verbindung gebracht wird. Selbst an der Einschlagsstelle Chicxulub an der Küste der mexikanischen Halbinsel Yucatán dauerte es nur einen geologischen Wimpernschlag. „Zuerst kamen Arten wie zum Beispiel bestimmte Dinoflagellaten, die wir Katastrophen-Spezies nennen“, berichtete Sean Gulick, Professor für Geowissenschaften an der Universität von Texas in Austin. Diese Lebewesen scheinen sich nach Katastrophen erst so richtig wohl zu fühlen und breiten sich dann ungewöhnlich stark aus. Zehntausend Jahre dauerte diese erste Phase, dann hatte die Evolution wieder Fuß gefasst und erste neue Arten entstanden. Gulick ist einer von zwei Chefwissenschaftlern des europäischen IODP-Projektes 364, das im Frühsommer dieses Jahres tief in den Einschlagskrater des Dinosaurierkiller-Asteroiden gebohrt hat.

Analyse der Gesteine aus dem Chicxulub-Krater. (Bild: ECORD/Marum/J. Lofi)Seit dem 21. September begutachteten der Texaner und 30 weitere Wissenschaftler aus der ganzen Welt im Bohrkernlager am Bremer MARUM ihre Funde. „Wir konnten 1334,7 Meter tief in den Meeresboden bohren“, berichtete Joanna Morgan, Geophysikprofessorin am Londoner Imperial College, die sich die Projektleitung mit Gulick teilt. Bohrkerne mit einer Gesamtlänge von 830 Meter lagern in handliche Meter-Stücke gesägt im Kühlraum des Bremer Lagers. Eines der wichtigsten Ziele des ersten gemeinsamen Workshops aller Projektteilnehmer war die Halbierung und Inventarisierung der Kerne, die hochauflösende Ablichtung der Schnittflächen sowie die Auswahl und Vorbereitung der Gesteinsproben, die in den nächsten Monaten in zahlreichen Labors rund um die Welt bearbeitet werden. Die beiden Hälften der Bohrkerne bleiben derweil in Bremen, während der nächsten zwölf Monate dürfen nur Projektteilnehmer mit ihnen arbeiten.

Die Bohrkerne vom Chicxulub-Krater werden zunächst detailliert fotografiert. (Bild: ECORD/Marum/E. Leber)Wie die Wiederbesiedelung der bis in die unterste Erdkruste zerstörten und aufgewühlten Einschlagsstelle ablief, gehört zu den ersten Ergebnissen, über die die Wissenschaftler nach vorläufigen Analysen an Bord des Bohrschiffs und nach drei Wochen intensiver Arbeit in Bremen berichten konnten. Sobald die Schockwelle verebbt war und sich das Gestein an der Einschlagsstelle soweit abgekühlt hatte, dass der Ozean zurückkehren konnte, begann für die Meeresorganismen die Uhr zu ticken. Nach einer Schockperiode von zehntausend Jahren hätten sich überraschend viele Gruppen erneut angesiedelt und die Evolution sei angesprungen, sagt Sean Gulick. Ebenso erstaunlich sei es allerdings auch gewesen, dass es daneben zahlreiche Gruppen gibt, die über Jahrhunderttausende erkennbar unter Stress litten, ohne dass man den unmittelbaren Grund sehen könne. „Wir sehen das als Hinweis, dass der Einschlag noch andere Probleme ausgelöst hat, als das Ozeanwasser chemisch zu verändern“, erklärt der Geologe. Die Meeresbiologen der Projektgruppe werden sich daher jetzt daran machen, die Lebensumstände aus den Bohrkernen genauer zu rekonstruieren.

Völlige Vernichtung binnen Minuten


Überblick über den Chicxulub-Krater vor der Küste von Yucatán. (Bild: IODP/ECORD)Allerdings hatte der Einschlag die Umgebung binnen Minuten drastisch verändert. „Vorher war das Meer an der Stelle wahrscheinlich gerade einmal 200 Meter tief“, berichtet Joanna Morgan, „danach gähnte dort ein Krater, der mehr als einen Kilometer tief war.“ Mittlerweile ist dieser Krater mit Sedimenten sogar so weit aufgefüllt worden, dass das Meer nur noch 20 Meter tief ist. „Wir haben in den Bohrkernen Material gefunden, das vom obersten Meeresboden bis in 15 Kilometer Tiefe reicht “, berichtet Morgan, „alles wurde bei diesem katastrophalen Prozess vermischt und zusammengeschmolzen.“ Die Hitze des Einschlags speiste im Krater hydrothermale Systeme, die über viele Jahrtausende, möglicherweise sogar Jahrmillionen aktiv waren, die Gesteine auslaugten und das Wasser im Krater beeinflussten.

Blick auf das Bohrgestänge an Bord des Hubschiffes Myrtle. (Bild: ECORD/Marum/J. Lofi)„Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass sich im Kraterboden schon bald nach dem Einschlag Lebewesen ansiedelten“, sagt Joanna Morgan. Sie nutzten die heißen Wässer der Hydrothermalquellen als Nahrungsquelle und legten so den Grundstein für eine tiefe Biosphäre im Untergrund. 65,5 Millionen Jahre später haben die Forscher immer noch lebendige Mikroorganismen in den Gesteinen gefunden, doch diese entfernten Nachfahren der hitzeliebenden Organismen müssen sich auf eine andere Lebensgrundlage umgestellt haben. Die hydrothermalen Systeme sind schon seit langem tot, die Forscher suchen noch nach Hinweisen darüber, wie lange die Energie des Einschlags vorhielt. Ging es nur um wenige Hunderttausend Jahre oder reichte die Hitze für ein paar Jahrmillionen? Sicher ist auf jeden Fall, dass der offene Ozean um die Einschlagsstelle herum lange unter den Folgen litt. „Er hat vielleicht Millionen Jahre gebraucht, um zu den Bedingungen zurückzukehren, die vor dem Einschlag herrschten“, so die Geophysikerin. 

So könnte der Asteroideneinschlag an der Kreide-Paläogen-Grenze ausgesehen haben. (Bild: NSF/Nasa)Befürworter der Einschlagstheorie schreiben dem geschätzt 15 Kilometer großen Asteroiden das Potenzial zu, die Umweltbedingungen auf der Erde derart verschlechtert zu haben, dass in den Weltmeeren 95 Prozent der Arten ausstarben. An Land wurde dieses Ausmaß nach den vorliegenden Informationen zwar nicht ganz erreicht, doch genügte die Krise, um die Dinosaurier von der Bühne zu fegen, die sie fast 200 Millionen Jahre beherrscht hatten. Auch Joanna Morgan und Sean Gulick gehören zu den Befürwortern der Asteroiden-Hypothese. Das Problem dieses Lagers: Allein die Asteroidenmasse und seine Bewegungsenergie reichen nicht aus, die Erde derart aus dem Gleichgewicht zu bringen. Der Himmelskörper muss also den richtigen Untergrund treffen, der seine Effekte verstärkt.

Zunächst erfolgt eine eingehende Beschreibung der Bohrkern-Schnittflächen. (Bild: ECORD/Marum/K. Kurtz)Auf geophysikalischen Aufnahmen der Halbinsel Yucatan haben die Einschlags-Theoretiker entsprechende Signale gefunden: Eine dicke Schicht, die sich deutlich vom restlichen Gestein abhebt und die man gemeinhin als Evaporite, Überreste eines langsam eindampfenden Meeres, interpretiert. Diese enthalten viel Karbonat und Sulfat - beides Substanzen, die bei ausreichendem Energieaufwand immense Klimawirkung entfalten können. Werden sie als Kohlendioxid und als Schwefelaerosole in die Atmosphäre geblasen, würde das CO2 zunächst einen drastischen Treibhauseffekt auslösen. Schwefel dagegen schluckt Sonnenenergie und sorgt anschließend für einen ebenso drastischen Temperatursturz. Je nachdem wie hoch die Schwefelpartikel in die Atmosphäre gelangen, kann dieser „Winter“ etliche Jahre anhalten. Insbesondere dieser Kühleffekt des Schwefels hätte die Umweltkrise am Ende der Kreidezeit auslösen können.

Blick auf einen Bohrkern aus dem Meeresuntergrund am Chicxulub-Krater, Mexiko. (Bild: ECORD/Marum/A. Rae)Wie stark diese Klimaeffekte sind, hängt natürlich davon ab, wie viel dieser Evaporite im Untergrund vorhanden waren, als der Asteroid einschlug. Ein Ziel der Bohrung war daher, Informationen über den Evaporitgehalt im Einschlagsgebiet zu erhalten. „Es können fünf Prozent oder auch 25 Prozent gewesen sein“, hatte Joanna Morgan vor Beginn der Bohrungen gesagt. Die erste Sichtung der Bohrkerne hat allerdings überhaupt keine Hinweise auf Evaporite ergeben. „Falls es Evaporite gegeben hat“, sagt Sean Gulick, „haben wir keine Spuren davon in den Gesteinsbruchstücken gefunden.“ Das ließe zwei Schlussfolgerungen zu, so der amerikanische Forscher weiter: „Entweder sind die Evaporite nicht gleichmäßig über das Kratergebiet verteilt gewesen und fehlen ausgerechnet im Zentrum, oder sie sind vollständig verdampft.“ Die genaue Suche nach Spuren dieser kohlenstoff- und schwefelhaltigen Ablagerungen wird eine der wichtigsten Arbeiten in den kommenden Monaten sein.


Diskussion bei der Beschreibung der Bohrkerne. (Bild: ECORD/Marum/E. Leber) Voller Einsatz bei der Bohrkern-Analyse. (Bild:  ECORD/Marum/V. Diekamp) Blick von Bord des Hubschiffes Myrtle über den Golf von Mexiko. (Bild: ECORD/Marum/E. Leber)