Der Chicxulub-Krater und das Ende der Dinosaurier

So ähnlich muss es ausgesehen haben, als vor rund 65 Millionen Jahren ein Himmelskörper von 10 bis 15 Kilometer Durchmesser auf die Erde knallte. Damals entstand der Riesenkrater von Chicxulub auf der mexikanischen Halbinsel Yucatán. Aber bedeutete der Einschlag tatsächlich das Ende der Dinosaurier und vieler anderer Lebewesen, wie seit einigen Jahrzehnten vermutet wird? Foto: Don Davis/NASA/JPL

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15-09-2010

Last update 12-04-2015

Das ungelöste Rätsel vom Knall aus dem All

Starben die Dinosaurier nicht an den Folgen eines einzigen, sondern mehrerer Meteoriten-Einschläge?

Von Christel Heybrock

Seit Jahren geht das so: Die Wissenschaftler fetzen sich über die Ursachen des globalen Massensterbens vor 65 Millionen Jahren, als die Entwicklung des Menschen noch in weiter Ferne lag. Irgendeine Katastrophe muss an der Grenze zwischen Kreidezeit und Tertiär (der sogenannten KT-Grenze) nicht nur die Dinosaurier, sondern auch viele andere Lebewesen ausgelöscht haben, es ist die Rede von drei Vierteln aller Arten. Noch heute sind einige (wenige) Geologen fest davon überzeugt, es sei eine Phase von besonders aktivem Vulkanismus gewesen, die unter anderem mit folgenschweren Emissionen in die Atmosphäre für den Tod so vieler Tiere und Pflanzen gesorgt habe.

Der Norden der mexikanischen Halbinsel Yucatán. Fast nicht zu erkennen, aber tatsächlich vorhanden liegt dort, halb auf dem Land, halb im Meer, der drittgrößte Meteoritenkrater der Erde. Das Foto entstand im Jahr 2000 im Rahmen der Shuttle Radar Topography Mission der NASA, bei der die Erde neu vermessen wurde. Foto: NASA/SRTM (Katalog Nr. PIA 03379)

Die Gier nach Erdöl allerdings zog ein anderes Szenario ins Blickfeld. In den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts überflogen Geophysiker der staatlichen mexikanischen Erdölgesellschaft PEMEX (Petróleos Mexicanos, gegründet 1938) die Halbinsel Yucatán in der Karibik und entdeckten im Gebiet von Mérida hoffnungsvolle magnetische und Schwereanomalien, wie sie auf Erdölvorkommen hindeuten können. In den fünfziger Jahren wurden dann die Bohrer angesetzt – aber heraus kam kein Erdöl, sondern ein Gestein, das nicht zur Umgebung passte. An Meteoriteneinschläge dachte damals niemand, man hielt den Fund für das Restmaterial eines verschütteten Vulkans. Noch 1981, als zwei mexikanische Wissenschaftler auf einem Kongress die Vermutung eines Einschlags vortrugen, ging die Fachwelt kopfschüttelnd über eine derart exotische Interpretation hinweg.

Die Kreide-Tertiär-Grenzschicht im Erdboden lässt sich weltweit nachweisen. Ein Jahr zuvor hatten indes der amerikanische Physiknobelpreisträger Luis Walter Alvarez (1911-1988) und sein Team festgestellt, dass in dieser Schicht ein Element verbreitet ist, das sonst auf der Erde extrem selten, im Weltraum aber verbreitet ist: Iridium – und das war auch im Norden der Yucatán- Halbinsel reichlich vorhanden. Ein Meteoriteneinschlag rückte als Möglichkeit immer näher, nur: wo war der Krater, der sich damals gebildet haben musste? Der Nachweis lag zwar den Wissenschaftlern direkt vor der Nase, zum einen in Form einer halbringförmigen Störung der Erdschichten auf Yucatán und zum andern als Briefbeschwerer aus charakteristischem Andesit-Gestein in einem PEMEX-Büro. Aber besonders die Ringstruktur in der Erde ist nicht leicht zu identifizieren und eigentlich nur im Muster der Schwereanomalie zu erkennen.

Der Krater, dessen Zentrum sich fast genau unter der kleinen Stadt Chicxulub Puerto (6 Kilometer östlich von Progreso) befindet, ist durch Millionen Jahre alte Sedimentschichten zugedeckt und liegt auch noch mit einer Hälfte seines 180-km-Durchmessers unterm Meeresspiegel. Weitere PEMEX-Bohrungen brachten typisches Impaktgestein zu Tage, wie es nur unter extremen Druck- und Hitzeeinwirkungen entsteht, und in den neunziger Jahren endlich ließ sich ermitteln, dass der Krater mindestens drei Ringe, einen Zentralberg und wohl noch einen weiteren äußeren Ring von 300 km Durchmesser hat. Mittlerweile zweifelt niemand mehr am Chicxulub-Einschlag vor 65 Millionen Jahren, ließ sich doch sogar der Knall aus dem All in seiner Größenordnung berechnen: 10 bis 15 km Durchmesser muss der Brocken schon gehabt haben, der damals aus heiterem Himmel herunter sauste und den drittgrößten Impaktkrater der Erde verursachte.

Auf dieser computergenerierten Schwerefeld-Karte von 1992 ist die Ringstruktur des Kraters eindrucksvoll zu erkennen. Foto: Virgil L. Sharpton, University of Alaska, Fairbanks/ Lunar and Planetary Institute

Wahrscheinlich hat der Kerl sogar einen Namen, beziehungsweise einen messbaren Ursprung: Der Asteroid Baptistina, die Nummer 298 auf der Asteroiden-Liste, scheint vor 160 Millionen Jahren weit entfernt von der Erde mit einem Kollegen im All kollidiert und in lauter (ansehnliche) Stücke zerbrochen zu sein. Als Baptistina 1890 am Observatorium Nizza entdeckt wurde, hatte sie noch eine Größe von bescheidenen 40 km, aber für den Zeitpunkt der verhängnisvollen Kollision schätzt man den Himmelskörper auf 170 km, und der Gegner, obwohl mit rund 60 km deutlich kleiner, schlug ihn in mehr als 100.000 Bruchstücke kurz und klein. Heute noch fegen diese Brocken mit einer Größe zwischen einem und mehr als zehn Kilometern Durchmesser durch unser Sonnensystem. Baptistina selber und die meisten ihrer Fragmente tun dies zwar diszipliniert im Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter, aber wie man sieht, sind einige Bruchstücke lange nach dem Crash fatal ausgebüxt. Chicxulub hat es nicht allein abbekommen, es wird vermutet, dass auch der riesige Strahlenkrater Tycho auf dem Mond zuvor von einem Baptistina-Objekt verursacht wurde, 35 Millionen Jahre, bevor ein anderes Mitglied der Baptistina-Familie auf der Erde landete.

Allein die Größe des Chicxulub-Kraters und die Ausbreitung der charakteristischen Impaktgesteine lassen keinen anderen Schluss zu, als dass der Einschlag damals zu einer globalen Katastrophe führte. Die weltweite Verbreitung von Iridium just in der Erdschicht, die sich der Kreide/Tertiär-Grenze zuordnen lässt, kann durch nichts anderes als durch einen halb zertrümmerten, halb verdampfenden Impaktor zustande gekommen sein, dessen Materieteilchen hoch in die Atmosphäre geschleudert wurden und sich von dort überall verteilten. Durch die Explosion wurde eine Energie freigesetzt, die man um das Fünffache höher schätzt als die Nuklearbestände auf der Erde. In einem Umkreis von bis zu 1000 Kilometern dürfte alles Leben durch die Hitze und die Schockwelle zerstört worden sein. Und nicht genug damit: ein Tsunami hat wohl zumindest lokal den Rest besorgt. Die NASA meldete 1998 den Fund zweier kleinerer Einschlagskrater in Belize (Punta Gorda) und Mexiko (Alvaro Obregon), die 230 und 480 km von Yucatán entfernt liegen und ebenfalls im Zusammenhang mit dem Impakt stehen; sogar in Haiti und Nord-Mexiko wurden in der entsprechenden Erdschicht glasartige Tektite gefunden, geschmolzenes Gestein, wie es in der enormen Hitze von Einschlägen entsteht.

Forschungen haben ergeben, dass 15 Prozent der hochgeschleuderten Materie eine so dramatische Beschleunigung erhielten, dass sie der Erdgravitation entkamen und ins All spritzten. 85 Prozent knallten als glühende Gesteinsbrocken offenbar innerhalb von 72 Stunden auf den Erdboden zurück und setzten weltweit die Wälder in Brand. Durch Ruß, Staub und Gase wurde für Monate, vielleicht für Jahre oder gar Jahrhunderte der Himmel pechschwarz, Pflanzen konnten nicht mehr wachsen, Tiere verhungerten, saurer Regen machte anschließend die Erde zusätzlich unfruchtbar und vergiftete die Meere. Kein Zweifel – dem Szenario dieses Weltuntergangs müssen auch die Dinosaurier erlegen sein.

Aber: stimmt nicht – sagt die aus der Schweiz stammende Geologin Gerta Keller, die an der Princeton University in New Jersey (USA) lehrt. Der Chicxulub-Impakt als alleinige Ursache für das Massensterben vor 65 Millionen Jahren sei eine zu simple Erklärung und habe sich außerdem 300.000 Jahre vor der Kreide-Tertiär-Grenze ereignet. In einer faszinierenden Studie wies sie 2004 anhand eigener Bohrungen im Krater nach, dass auf den charakteristischen Schichten von Impaktgestein ganz normale Sedimente und sogar Spuren von Lebewesen, unter anderem von Würmern liegen, die sich hindurch gegraben haben, und dass die Kreide-Tertiär-Schicht mit ihrem hohen Iridium-Anteil wiederum oberhalb von dieser anheimelnden Schicht in den Bohrkernen lagert. Sie führt das zurück auf eine mögliche Häufung verschiedener Meteoriten-Einschläge in Verbindung mit verstärkter Vulkantätigkeit und Klimaveränderungen – alles jeweils katastrophale Ereignisse für Leben gleich welcher Art, das sich aber immer wieder erholt habe. Jedenfalls sei der Chicxulub-Impakt nicht die eine große Ursache für ein weltweites Massensterben gewesen. Der gewaltige Krater, der bei einem endgültig todbringenden Impakt entstanden sein müsse, und zwar 300.000 Jahre nach dem Chicxulub-Einschlag, sei noch gar nicht gefunden: „This finding suggests that the K-T boundary impact (and volcanism) may have been the straw that broke the camel’s back, rather than the catastrophic kill of a healthy thriving community. With mounting evidence for a pre-K-T age for the Chicxulub impact from microtectite layers in northeastern Mexico …the location of the K-T impact crater remains unkown.”

Es ist klar, dass sich Gerta Kellers Wissenschaftskollegen das schöne und plausible Bild vom Chicxulub-Tod der Dinosaurier nicht einfach nehmen lassen wollen. Zu ihnen gehört ein internationales Team aus mehr als 40 Forschern, das unter Leitung des Geologen Peter Schulte (Universität Erlangen-Nürnberg) im Jahr 2010 alle relevanten Daten auswertete und den einen großen Impakt für das Massensterben als alleinige Ursache für nachgewiesen hält. Durch gewaltige Verwerfungen von Erdschichten und Tsunamis am Golf von Mexiko sei "die genaue Reihenfolge der Ereignisse vor 65 Millionen Jahren" gar nicht mehr feststellbar, so der Wiener Geologe Christian Koeberl, einer der Mitautoren der am 5. März 2010 in der Wissenschaftszeitschrift "Science" erschienenen Studie. Selbst einstige Mitarbeiter Gerta Kellers, die offenbar ähnlich starke Persönlichkeiten sind, haben sich von ihr abgewandt und erklären den irritierenden Aufbau ihrer Bohrkernfunde durch spätere langfristige Rutschungen, durch Einstürze von Teilen der angegriffenen Erdkruste und durch Überschwemmungen von gewaltigen Tsunamis. Wobei die Grabungslöcher der Würmer von ihnen schlicht geleugnet werden: Keller habe die betreffenden Partien in den Bohrkernen falsch interpretiert. Andere Wissenschaftler beschwerten sich, dass sie zu lange auf eigenen Zugang zu Kellers Bohrkernen warten müssten, inzwischen scheint sogar einer der Kerne, und zwar der wichtigste, aus einem mexikanischen Universitätsinstitut verschwunden zu sein – Intrige? Jedenfalls war nach kaum zwei Jahren, nämlich 2006, der Streit so weit gediehen, dass man sich gegenseitig jegliche wissenschaftliche Kompetenz absprach.

Gerta Keller hält jedoch an ihren Ergebnissen fest. Sie hatte 2006 zusätzlich Bohrungen im Osten von Texas 2000 km nördlich des Chicxulub-Kraters organisiert, wo es keine Erdrutschungen gibt und die Schichten seit Millionen Jahren ungestört blieben: Das Ergebnis war das gleiche. In einem Zweimeter-Abschnitt des besten Bohrkerns ließ sich erneut die 300.000-Jahr-Lücke zwischen dem Chicxulub-Einschlag und der Kreide-Tertiär-Grenze mit ihrem Iridium-Vorkommen nachweisen. Zuunterst liegt eine 2-Zentimeter-Schicht aus Chicxulub-Impaktglas (geschmolzenem Gestein, das beim Einschlag kilometerweit weggeschleudert wird), darauf liegen 50 cm Sedimente und darauf erst 1,20 m Geröll mit Pflanzen- und Tier-Fossilien aus der Zeit des Massensterbens.

Karte der Ukraine: das rote Kreuz bezeichnet den Boltysh-Krater in der Nähe des Dnjepr-Flusses. Wie viele Meteoriten-Krater ist auch dieser im Zug von Erdölerkundungen entdeckt worden. Foto: Wikimedia Commons

Seit 2010 scheint zudem ein ganz anderer Impaktkrater in der Zentralukraine Gerta Kellers Theorie zu bestätigen. Auch der Boltysh-Krater, ein Gebilde von „nur“ 24 km Durchmesser, wurde im Zuge von Erdölbohrungen entdeckt (im Jahr 1960) und bisher auf die selbe Entstehungszeit geschätzt, wie man sie für Chicxulub annahm, also rund 65 Millionen Jahre an der K/T-Grenze. Einer Studie von August 2010 zufolge, in der die Entdeckung von Farnsporen publiziert wurde, könnte er aber auch einige tausend bis zu einer halben Million Jahre älter sein. Das deutet zumindest auf eine bisher unbekannte Häufigkeit von Meteoriteneinschlägen bereits vor jener Kreide-Tertiär-Grenze hin, an der das gestresste Leben auf der Erde fürs erste aufgeben musste, sei es infolge der bereits lang anhaltenden lebensfeindlichen Umstände, sei es infolge einer einzelnen, endgültigen Katastrophe.

Der Boltysh-Krater ist von einer Auswurfschicht aus Brekzie über ein Gebiet von 6500 Quadratkilometern umgeben, man vermutet, dass die beim Impakt entstandenen Gesteine unmittelbar nach dem Knall über 25.000 Quadratkilometer verstreut wurden, und zwar bis in eine Tiefe von mindestens einem Meter, während sie sich am Kraterrand bis zu 600 m anhäuften. Der Boltysh hat einen Zentralberg von 550 m Höhe (Durchmesser 6 km), der im Laufe von Jahrmillionen unter einer Sedimentschicht von 500 m Dicke vergraben wurde. Ähnlich wie Gerta Keller und ihre Mitarbeiter stellte ein Geologenteam der Universität Aberdeen in Schottland unter Leitung von David Jolley zwei Impaktschichten fest: Pollen und Sporen fossiler Pflanzen, vor allem Farnsporen, scheinen nach dem ersten Einschlag relativ rasch das verwüstete Land wieder besiedelt zu haben, aber über dieser Schicht aus Lebensspuren liegt eine weitere, die auf einen zweiten Einschlag mehrere tausend Jahre danach hindeutet.

Was aus all den Kontroversen hervor geht und auch von Wissenschaftlern aus anderen Disziplinen vermutet wird, ist die dramatische Bewegtheit der (späten) Kreidezeit, die mit dem Ende der Jura-Epoche (vor 145,5 Millionen Jahren) begann und mit dem Tertiär (heute Paläogen) vor 65,5 Millionen Jahren endete. Es scheinen Jahrmillionen voller Unsicherheiten für sich entwickelnde und wieder zugrunde gehende Lebensformen gewesen zu sein, voller Klimaschwankungen, Vulkanausbrüche und geografischer Veränderungen. Kontinente rissen auseinander, Gebirge falteten sich auf, die Meeresspiegel lagen zeitweise 250 m höher als heute. Und es waren offenbar eben auch Zeiten häufiger Meteoriteneinschläge. Warum in der späten Kreide die Erde einem wiederholten Bombardement aus dem All ausgesetzt war, darüber lässt sich nur spekulieren. Die Kollision, die aus dem großen Asteroiden die kleine Baptistina und Tausende weiterer Himmelsbrocken machte, war jedenfalls nicht die letzte, womöglich sind die vielen Einschläge gerade in der ausgehenden Dinosaurier-Epoche die Folge eines oder mehrerer ähnlicher „Verkehrsunfälle“ im Asteroidengürtel.

Eine faszinierende Theorie freilich gibt es dazu sowie zu den anderen Phasen von Massensterben in der Erdgeschichte: Ein Computermodell, das am Cardiff Centre for Astrobiology entwickelt wurde, macht den Orbit unseres Sonnensystems durch die Galaxis verantwortlich. Während unser Stern nämlich alle 220 bis 240 Millionen Jahre das galaktische Zentrum umkreist (so wie die Planeten um die Sonne kreisen), eiert sie ein wenig durch die galaktische Scheibe, deren Sternenpopulation ja nicht gleichmäßig ist. Die Sonne wird durch die unterschiedlich dichten Passagen nicht nur durch gravitative Störungen in ihrer Bahn abgelenkt, sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass auf demselben Weg Kometen der Oortschen Wolke von den äußeren  Randbezirken des Sonnensystems nach innen gekickt werden. Alle 30 bis 45 Millionen Jahre, so die bisherigen Berechnungen, schwingt die Sonne mitsamt ihrem Anhang aus kleineren Himmelskörpern durch die galaktische Scheibe und segelt mal darüber, mal darunter durchs All, immer weiträumig rund ums galaktische Zentrum mit einer Geschwindigkeit von atemberaubenden 267 Kilometern pro Sekunde. Diese Perioden von 30 bis 45 Millionen Jahren entsprechen verblüffend der Häufigkeit schwerer Impakte in der Erdgeschíchte, bei denen Lebewesen massenweise zugrunde gingen. Die Theorie, dass vermehrte Kometen- oder Asteroideneinschläge durch Gravitationsstörungen bei der Passage der Sonne durch dichter besiedeltes Gebiet der Galaxis verursacht werden, würde vieles, auch das Ende der Dinosaurier erklären.

Was den Impakt oder die Impakte an der Kreide-Tertiär-Grenze betrifft, wollen es nun offenbar auch die Chinesen  genauer wissen: Sie haben zusammen mit einem internationalen Wissenschaftlerteam begonnen, im Songliao Becken in Nordost-China (auch dort wird Erdöl gefördert) ein zehn Kilometer tiefes Loch zu bohren. Die ersten Bohrkerne aus mehr als 2 km Tiefe sind schon da, jeder etwas mehr als einen Meter lang, 10 cm im Durchmesser und in transparente Behälter geborgen, um Austrocknung und Zerfall bei der Lagerung zu verhindern. Dabei wird man besonders auf Spuren von Pflanzen und Tieren in verschiedenen Schichten achten – und auf Iridium. Und wenn der Geologe Sean Gulick von der Texas-Universität in Austin, einer der Gegner von Gerta Keller, sich demonstrativ fragt, wo er denn geblieben sein soll, der bisher unentdeckte Einschlagskrater jenes Riesen-Asteroiden, der verheerender noch als beim Chicxulub-Impakt gewütet haben soll, dann gibt es ihn vielleicht gar nicht. Vielleicht hat einfach die Menge vieler kleinerer Bomben aus dem All soviel Iridium verstreut und soviel Leben ausgelöscht. Nicht immer ist die einfache große Lösung auch die richtige – die Wirklichkeit ist meist komplizierter und etwas banal.

Schwerefeld-Karte des Einschlaggebiets. Die Ringstruktur des Kraters ist eindrucksvoll zu erkennen, die weiße Linie in der Bildmitte bezeichnet den heutigen Küstenverlauf. Das Dorf Chicxulub, nach dem der Krater benannt wurde, liegt auf der Küstenlinie in direkter östlicher Nachbarschaft zu der Stadt Progreso, von der aus das Bohrungsunternehmen starten soll. Die weißen Punkte bezeichnen ein unterirdisches Höhlensystem, das in der Folge des Impakts entstand. Die Farben Rot und Gelb deuten hohe Gravitationswerte an, Grün und Blau niedrige Werte. Gebohrt werden soll direkt im Meer oberhalb der weißen Linie. Die Karte wurde 2003 im Rahmen einer internationalen Konferenz des USGS publiziert. Foto: USGS (United States Geological Survey)

Aber was Gulick betrifft: der setzt 2015/2016 nun im Auftrag des IODP (International Ocean Discovery Program) selbst zu einer großen Forschungsbohrung an, zusammen mit Joanna Morgan vom Imperial College London und einem internationalen Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren, an die weltweit ein Aufruf erging, sich bis 8. Mai 2015 zur Beteiligung anzumelden. Gebohrt werden soll etwa 70 Tage lang zwischen April und Juni 2016 mitten im Golf von Mexiko 30 km vor der Küste von Progreso, und das Bohrloch soll 1500 m tief werden. Der riesige Bohrkern wird dann geschützt an Land gebracht, im Sommer/Herbst 2016 am Marum (Zentrum für Marine Umweltwissenschaften) an der Universität Bremen auseinander genommen und von Spezialisten untersucht: Diese Onshore Science Party dürfte rund einen Monat dauern und ein breites Spektrum an Wissenschaftlern von Biologen, Geologen, Chemikern und Astronomen beschäftigen. Ob sich dann Gerta Keller widerlegen lässt? Ist die Bohrstelle überhaupt dafür geeignet? Sie liegt mitten im "peak ring", in der ringförmigen  Erhebung, die sich rund ums Kraterzentrum durch das Auswurfmaterial bildete. Aber der Fragenkatalog bezieht sich auch darauf, aus welchem Gesteinsmaterial der Peak Ring besteht, welche Umwelt- und Tiefenveränderungen sich durch den Impakt ergaben und wie sich das Leben danach allmählich erholte. Also: es bleibt spannend - wie immer, wenn jede Antwort neue Fragen hervorruft.

Infos:

- Alvarez, Luis Walter, et al.: « Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction », Sciene 208/1980, S. 1095-1108, http://chaos.swarthmore.edu/courses/SOC26/Bak-Sneppan/13_Alverez.pdf

- Keller, Gerta, et al. : « Chicxulub impact predates the K-T boundary mass extinction”, Proceedings of the National Academy of Science of the USA (PNAS), vol. 101, Nr. 11, S. 3753-3758, http://www.pnas.org/content/101/11/3753.full.pdf+html

- Spiegel online: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,444876,00.html

- http://en.wikipedia.org/wiki/Boltysh

- http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-11112417

- http://www.nature.com/news/2010/100908/full/467150a.html

- http://www.skyandtelescope.com/community/skyblog/newsblog/101880488.html

- Science: http://www.sciencemag.org/search?site_area=sci&fulltext=Chicxulub&submit=yes

- Impakthäufigkeit infolge des Sonnen-Orbits: J.T. Wickramasinghe und W.M. Napier "Impact Cratering and the Oort Cloud", astro-ph März 2008, http://de.arxiv.org/abs/0803.2492

- Forschungsbohrung von Sean Gulick und Joanna Morgan im Auftrag des IODP (International Ocean Discovery Program) im Frühjahr 2016 mit umfangreichem Wissenschaftsmaterial: http://www.eso.ecord.org/docs/364/548-Full3_Morgan.pdf (96 Seiten) sowie http://www.eso.ecord.org/docs/364/548-Add4_Morgan.pdf (17 Seiten)

- IODP Projektbeschreibung und Übersicht: http://www.eso.ecord.org/expeditions/364/364.php

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