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Einschlagkrater: Wie entstand die Struktur des Dino-Killer-Kraters Chicxulub?

Der innere Kraterring des bis zu 160 Kilometer großen Einschlagkraters Chicxulub entstand durch das Zurückfedern des Gesteins nach dem Einschlag. Diese Annahme wurde nun durch Untersuchungen von Bohrkernen im Detail bestätigt.
Asteroiden-Einschlag auf der Erde (künstlerische Darstellung)Laden...

Vor rund 65 Millionen Jahren schlug im Bereich der heutigen Halbinsel Yukatan am Golf von Mexiko ein rund zehn Kilometer großer Gesteinsbrocken mit hoher Geschwindigkeit auf. Er riss dabei einen riesigen Einschlagkrater mit einem Durchmesser von bis zu 160 Kilometern. Dessen Entstehung war innerhalb von wenigen Minuten abgeschlossen. Die Folgen des Einschlags dagegen waren global und hielten lange Zeit an. Sie sind zumindest zum Teil für das große Artensterben am Übergang von der Kreidezeit ins Tertiär verantwortlich, bei dem auch die Dinosaurier ausstarben. Die Entstehung eines solchen Einschlagkraters ist ein unglaublich schnelles, gewaltiges Ereignis, bei dem extreme Drücke, Temperaturen und Stoßwellen auftreten. Nun konnte ein Forscherteam um Joanna V. Morgan am Imperial College in London anhand der Untersuchung von Gesteinsbohrkernen und Computersimulationen die Vorgänge genauer analysieren, die bei der Entstehung des Chicxulub-Kraters in Mexiko abliefen. Dabei befasste es sich speziell mit der Frage, wie der Ring aus Bergen entstand, der sich innerhalb des Kraters befindet.

Die Form des Chicxulub-Kraters (3-D-Karte)Laden...
Die Form des Chicxulub-Kraters | Durch Analyse von seismischen Wellen und Schwereanomalien unterhalb der mexikanischen Halbinsel Yukatan ließ sich die Form des Einschlagkraters Chicxulub rekonstruieren, der an der Oberfläche von einer rund einen Kilometer dicken Schicht aus Kalkstein bedeckt und somit nicht direkt zugänglich ist. Deutlich lässt sich innerhalb des eigentlichen Kraterrands ein weiterer Ring erkennen. Rote Farbtöne kennzeichnen hoch liegende Gebiete, blaue tief liegende.

Solche Doppelringstrukturen sind auf den Planeten im Sonnensystem weit verbreitet und können viele hundert Kilometer Durchmesser erreichen. Dabei gehen die Impaktforscher davon aus, dass beim Aufschlag eines großen Asteroiden dieser innerhalb wenigen zehntel Sekunden vollständig verdampft, da sich seine große kinetische Energie schlagartig in Wärme umwandelt. Die freigesetzten Gase dehnen sich explosionsartig aus, gleichzeitig dringen extrem starke Stoßwellen in den getroffenen Gesteinsuntergrund ein und verdampfen auch ihn teilweise. In dieser Phase entsteht zunächst ein tiefer, schüsselförmiger Krater, der aber instabil ist. Im Fall von Chicxulub kann dieser bis zu 25 Kilometer tief gewesen sein und einen Durchmesser von etwa 70 Kilometern aufgewiesen haben.

Aufnahme des Einschlagbeckens Schrödinger auf der Mondrückseite von Lunar Reconnaissance OrbiterLaden...
Das Einschlagbecken Schrödinger auf der Mondrückseite | Der rund 310 Kilometer große Einschlagkrater Schrödinger auf der Mondrückseite ist ein typisches Beispiel für einen Einschlagkrater mit einem inneren Ringwall. Seine Struktur ähnelt denjenigen der irdischen Einschlagkrater Chicxulub in Mexiko und Nördlinger Ries in Deutschland.

Durch die Stoßwellen wurden die darunterliegenden Gesteinsschichten der Erdkruste und des obersten Erdmantels stark komprimiert und federn nun nach wenigen Dutzend Sekunden ähnlich wie Wasser zurück. Es bildet sich im Zentrum des Kraters ein gigantischer Zentralberg, der kurzzeitig höher als der Mount Everest aufragt. Auch dieser ist nicht stabil und sackt wieder in sich zusammen. Dabei rutschen Teile seiner Flanken nach außen in Richtung Kraterrand ab. Gleichzeitig geben die steilen Innenwände des initialen Einschlagkraters nach und rutschen in Richtung der Kratermitte. Wenn sie etwa die Hälfte der Strecke vom Außenrand bis zur Mitte zurückgelegt haben, werden sie von Gesteinsmassen des zusammenbrechenden Zentralbergs überrollt. Dadurch kommen Gesteine, die sich ursprünglich nahe an der Oberfläche befanden, unter Gesteinsmassen zu liegen, die aus vielen Kilometern Tiefe stammen. Am Ort des ehemaligen Zentralbergs bleibt eine flache Ebene zurück, die von den Bergen des inneren Kraterrings umgeben ist. Zudem haben die vom Kraterrand abgerutschten Gesteinsmassen dessen Außenrand weit nach außen verschoben. Schon zehn Minuten nach Aufschlag des Asteroiden sind die großen Massenbewegungen im Krater abgeschlossen – zurück bleibt eine flache Struktur von 160 Kilometer Durchmesser, die zwei Kraterwälle enthält.

Ein typischer Bohrkern aus dem Chicxulub-Krater mit GesteinsbrekzieLaden...
Ein typischer Bohrkern aus dem Chicxulub-Krater | Über ein spezielles Bohrverfahren lassen sich Bohrkerne gewinnen, in denen die Struktur des angebohrten Gesteins erhalten bleibt. Bei diesem Gestein handelt es sich um eine so genannte polymikte Brekzie aus dem inneren Kraterwall des Chicxulub-Einschlagkraters in Mexiko. Polymikt bedeutet, dass sich kantige Trümmerstücke vieler unterschiedlicher Gesteine zusammen mit einer grauen feinkörnigen Matrix zu einem neuen Gestein verbunden haben, einer Brekzie.

Heute ist der Chicxulub-Krater von einer bis zu einem Kilometer dicken Schicht aus Kalkstein überdeckt und deshalb nicht direkt zugänglich. Um ihn zu erkunden, können die Forscher indirekte Methoden wie die Analyse von Erdbebenwellen und die Messung von Schwerefeldanomalien einsetzen, oder sie müssen die Gesteinsschichten anbohren. Anhand der Bohrkerne lässt sich dann ein Profil der Gesteinsschichten im Bohrloch erstellen. Zudem kann man die Druck- und Temperaturbedingungen rekonstruieren, denen die gewonnenen Gesteinsproben bei ihrer Bildung ausgesetzt waren. Auch sind Rückschlüsse über die Stärke der Stoßwellen möglich, die beim Einschlag durch die Gesteine hindurchliefen. Dabei waren die Gesteine des inneren Kraterwalls, die ursprünglich aus Tiefen zwischen acht und zehn Kilometern stammen, Drücken von bis zu zehn Gigapascal ausgesetzt; dies entspricht dem 100 000-fachen Druck der Atmosphäre in Meereshöhe. Diese Drücke waren aber nicht hoch genug, um die Gesteine aufzuschmelzen, denn es lassen sich noch grobkörnige Kristalle und die ursprünglichen Gesteinsarten erkennen. Die untersuchten Gesteine bestätigen nun die Vorstellungen der Impaktforscher über die Vorgänge bei großen Impaktereignissen.

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