Chicxulub-Krater

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Der Chicxulub-Krater nach Messungen der Schwereanomalie

Der Chicxulub-Krater (Yucatec-Maya, sprich: Tschiekschulub) ist ein etwa 180 km großer und 65 Millionen Jahre alter Einschlagkrater im Untergrund der nördlichen Yucatán-Halbinsel in Mittelamerika (Mexiko). Da er unter mächtigen Sedimentgesteinen begraben ist und nicht erodiert wurde, ist er neben dem Ries-Krater der schwäbischen Alb in Süddeutschland einer der besterhaltenen großen Einschlagkrater der Erde. Er wird in einen ursächlichen Zusammenhang mit dem Aussterben der Dinosaurier und eines Großteils der mesozoischen Tier- und Pflanzenwelt an der Grenze zum Känozoikum gebracht.

Inhaltsverzeichnis

1 Lage, Größe und Identifizierung des Kraters
2 Erforschung des Chicxulub-Kraters
3 Chicxulub, Klima und das Aussterben der Dinosaurier
4 Literatur
5 Populärwissenschaftliche Literatur
6 Weblinks

[Bearbeiten] Lage, Größe und Identifizierung des Kraters

Das Zentrum des so genannten Chicxulub-Impaktkraters liegt an der yukatekischen Küste, ungefähr unter der namengebenden Ortschaft Chicxulub Puerto, nördlich von Mérida. Während sich der Südteil der Struktur im Gebiet des Bundesstaates Yucatán befindet, erstreckt sich ihr Nordteil bis in den Golf von Mexiko. Je nachdem ob man sich über dem Kraterrand oder dem Kraterinnerem befindet, ist sie von 300 bis 1000 Meter mächtigen Sedimentschichten des Tertiär bedeckt. Der Krater wurde mittels Messung von magnetischen und gravitativen Anomalien durch Hildebrand et al. (1991) nachgewiesen und mit Hilfe von petrografischen Analysen und dem Nachweis von schock-metamorphen Mineralien wie Coesit oder Stishovit in Impaktit-Gesteinsproben aus Bohrungen der mexikanischen Erdölgesellschaft PEMEX eindeutig als Impaktkrater identifiziert. Er entspricht einem nahezu kreisförmigen Becken mit Zentralberg und innerer Ringstruktur, dessen Durchmesser auf etwa 180-190 km geschätzt wird. Sharpton et al. (1993) schlossen aus den Gravitationsanomalien, dass der Krater mindestens drei Ringe und vermutlich noch einen zusätzlichen äußeren Ring mit ca. 300 km Durchmesser besitzt. Der Durchmesser des Impaktors (Asteroid oder Komet) wird auf etwa 10-15 km geschätzt.

An der Oberfläche der extrem flachen nördlichen Yucatán-Halbinsel ist von diesem drittgrößten aller Einschlagkrater der Erde wenig zu bemerken. Allerdings zeigen Analysen von Pope et al. (1996), dass leichte Bodenerhebungen nahezu halbkreisförmige Strukturen bilden und die Stärke der tropischen Bodenbildung ebenfalls den früheren Krater nachzeichnet. Außerdem existiert bei einem Radius von etwa 83 km (Durchmesser von 166 km) eine konzentrische, perlschnurartige Aufreihung der für dieses Karstgebiet typischen Cenotes (Pope et al., 1991; Hildebrand et al., 1995). Neuere Daten der Shuttle Radar Topography Mission zeigten ebenfalls deutlich eine halbkreisförmige Topographie im Gebiet des Kraters (Kinsland et al., 2005; NASA-photojournal).

[Bearbeiten] Erforschung des Chicxulub-Kraters

Die Überdeckung des Chicxulub-Einschlagkraters mit mächtigen jüngeren Sedimentgesteinen hat nicht nur dessen Entdeckung behindert, sondern erschwert auch seine Erforschung und macht diese extrem kostenintensiv.

[Bearbeiten] Geschichte

Die Geschichte um Chicxulub geht bis in die 1940er Jahre zurück, als Geophysiker der staatlichen mexikanischen Erdölgesellschaft während einer systematischen, flugzeuggestützten Datenaufnahme erstmalig die ungewöhnliche gravitative und magnetische Anomalie im Gebiet von Mérida entdeckten. In der Hoffnung, diese Struktur könne sich als Erdöllagerstätte erweisen, wurden in den 1950er Jahren mehrere Bohrungen niedergebracht, die zwar kein Erdöl, aber für die Yucatán-Plattform untypische, Andesit-ähnliche Gesteine zu Tage förderten. Da die meisten Geologen mit dem Phänomen von Einschlagkratern und deren Gesteinen zu jener Zeit noch nicht vertraut waren, wurde in der ersten international zugänglichen Veröffentlichung dieser Daten von López Ramos (1975) diese Untergrundstruktur als Vulkan gedeutet, der in die Sedimentgesteine der Kreide eingedrungen sei. Zwei mexikanische Geophysiker (Penfield und Camargo) äußerten erstmals 1981 auf einem geophysikalischen Kongress die Vermutung, es könnte sich hierbei auch um einen Meteoritenkrater handeln, was damals keine Beachtung fand. Parallel dazu arbeitete in den 1970er Jahren eine Arbeitsgruppe aus Berkeley um Walter Alvarez an der Magnetostratigraphie von Meeresablagerungen der Oberkreide und des Paläogens im Umbria-Marche-Appennin in Mittelitalien. Im weltweit auftretenden KP-Grenzton entdeckten diese einen außerordentlich hohen Anteil des extraterrestrischen Elements Iridium, was sich nur auf einen einzigen großen Meteoriteneinschlag zurückführen ließ (Alvarez et al., 1980). Darauf folgten 10 Jahre einer meist erfolglosen Suche nach dem Ursprungskrater, der erst entdeckt wurde, nachdem man festgestellt hatte, dass die Ablagerungen an der KT-Grenze im Gebiet des heutigen Golfs von Mexiko am mächtigsten sind und nachdem man auf die seit Jahrzehnten vorliegenden Daten der Mexikaner aufmerksam wurde. Es ist eine Ironie dieses Wissenschaftkskrimis (anschaulich in W. Alvarez' Buch dargelegt), dass die Probe des Yucatán-Andesits, an der sowohl der Nachweis der Impaktindikatoren (Hildebrand et al., 1991; s.o.) als auch die Datierung des Kraters (Swisher et al., 1992; s.u.) gelang, über Jahre als Briefbeschwerer eines Geologen der Erdölgesellschaft PEMEX gedient hatte.

[Bearbeiten] Geophysik

Um Schlussfolgerungen auf die während des Meteoriteneinschlags freigesetzte Energie zu ziehen und den Winkel des Einschlags sowie Größe des Impaktors zu bestimmen, ist es notwendig, die Größe und Struktur des Kraters möglichst genau zu kennen. Dies ist nur über geophysikalische Methoden, insbesondere der Geomagnetik, Gravimetrie und Seismik möglich. Während für die erste Rekonstruktion des Chicxulub-Kraters vor allem die PEMEX-Daten aufgearbeitet wurden, konnten in den 1990er Jahren weitere geophysikalische Daten, insbesondere an Land (Landseismik), durch das Institut für Geophysik der UNAM (Mexiko) gesammelt werden. Im Januar und Februar 2005 wurde außerdem eine weitere seismische Studie an Bord der R/V Maurice Ewing im Golf von Mexiko durchgeführt, deren Ergebnisse jüngst auf wissenschaftlichen Tagungen erstmalig präsentiert wurden. Neben den Aufschlüssen, die uns die Geophysik über die Kraterstruktur gibt,, ermöglicht sie auch die verschiedenen in Bohrungen vorhandenen Impaktite aufgrund ihrer, von den umgebenden Sedimentgesteinen deutlich unterscheidbaren, geophysikalischen Eigenschaften miteinander zu korrelieren und deren flächenhafte Verbreitung im Untergrund der nördlichen Yucatán-Halbinsel zu bestimmen.

[Bearbeiten] Bohrungen

Die einzige Möglichkeit, die Impaktite des Chicxulub-Kraters direkt zu untersuchen, sind meist recht aufwendige und teure Bohrungen. Die in den 1950er und 1960er Jahren niedergebrachten Bohrungen sind, obgleich sie teilweise sehr tief (bis 3500 m) in den Untergrund reichen, nur eingeschränkt aussagekräftig, da sie, mit dem Ziel Erdöl zu finden durchgeführt, keine echten Kernbohrungen waren und nur sporadisch Proben existieren, die zusätzlich größtenteils verschollen sind. 1996 initiierte die UNAM daher ein Flachbohrprogramm im Bundesstaat Yucatán, welches wegen seiner geringen Bohrtiefe (max. 800 m) jedoch nur außerhalb des eigentlichen Kraters Impaktite der Auswurfmassen des Kraters erbohren konnte. In einem internationalen Kooperationsprojekt unter Leitung des Internationalen Kontinentalen Tiefbohrprogramms am GeoForschungsZentrum Potsdam, wurde 2002 das so genannte Chicxulub Scientific Drilling Project bei Yaxcopoil, südlich von Mérida durchgeführt. Die Kernbohrung Yaxcopoil-1 erreichte eine Tiefe von 1511 Metern und förderte einen nahezu vollständigen Bohrkern von tertiären Sedimentgesteinen (0-795 m), verschiedenen Lagen von Impaktiten innerhalb des Kraters (794-896 m) und eine Sequenz von oberkretazischen Sedimentgesteinen, die vermutlich zu einem in den Krater gerutschten Megablock des Untergrundes gehören (896-1511 m). Da die gut erhaltenen Impaktite dieses großen Einschlagkraters auf der Erde einmalig sind, untersuchen seitdem mehrere Forschergruppen diese Gesteine unter einer Vielzahl von Aspekten. Erste Ergebnisse wurden 2004 in einem Sonderband der Fachzeitschrift Meteoritics & Planetary Science veröffentlicht. Auf der Grundlage der geophysikalischen Erkundungen des Jahres 2005 sind derzeit 2 weitere Tiefbohrungen im Chicxulub-Krater in Planung.

[Bearbeiten] Oberflächlich auftretende Gesteine

Auch wenn Gesteine des Chicxulub-Kraters selbst nicht an der Oberfläche aufgeschlossen sind, wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, dem Meteoriteneinschlag zuzurechnende Sedimentgesteine auch an der Erdoberfläche in immer größerer Nähe zum Krater zu entdecken. Neben teilweise mehrere Meter mächtigen Ablagerungen im Südosten der U.S.A., auf Haiti, Kuba und in NO- und Zentralmexiko, sind es vor allem chaotische Brekzien im Südosten Mexikos und in Guatemala, die besondere Aufmerksamkeit erfahren haben. Jüngstes Beispiel solcher Gesteine sind an der Oberfläche der südöstlichen Yucatán-Halbinsel entdeckte chaotische Kalksteinbrekzien, die selten auch Fragmente aus dem Kraterinneren enthalten und der so genannten kontinuierlichen Ejektadecke des Chicxulub-Kraters, vergleichbar nur mit den Trümmermassen des Ries-Kraters in Deutschland, zugerechnet werden (Ocampo et al., 1996; Pope et al., 2005). Das Studium dieser, zwischen 280 und 365 km Entfernung vom Kraterzentrum aufgefundenen, Sedimente verspricht neue Erkenntnisse sowohl über den Chicxulub-Krater, als auch für die planetologische Grundlagenforschung (s.u.).

All diesen Sedimentgesteinen ist gemeinsam, dass sie ebenso wie die Kratergesteine und die global auftretende KP-Grenzschicht Kurzzeitphänomene, so genannte Eventablagerungen, die sich innerhalb von Monaten, Tagen, Stunden, ja sogar nur Minuten nach dem Einschlag gebildet haben. Ein solcher Bildungszeitraum liegt Größenordnungen jenseits des stratigraphischen Auflösungsvermögens sowohl radiometrischer (hier etwa 20.000-100.000 Jahre) als auch biostratigraphischer (hier etwa 50.000 Jahre) Datierungen. Sie sind also im geologischen Sinne katastrophal, was erheblich zu den Verwirrungen um das exakte Alter des Chicxulub-Kraters und den kontroversen Diskussionen ob der möglichen Verbindung des Kraters mit dem Massenaussterben an der KT-Grenze beiträgt (s.u.). Der Fall Chicxulub ist das Hauptbeispiel für eine neue Katastrophen-Lehre, nach der sich geologische Vorgänge nicht, wie von Vertretern des Aktualismus gefordert, stets langsam und gleichförmig und analog zu aktuell beobachtbaren Prozessen vollzogen haben, sondern es neben diesen graduellen Vorgängen in der Erdgeschichte auch abrupte Umwälzungen (Kataklysmen) mit teilweise globalen Auswirkungen gegeben hat.

[Bearbeiten] Chicxulub, Klima und das Aussterben der Dinosaurier

Die Koinzidenz der global auftretenden Iridium-Anomalie mit dem Aussterbeereignis an der KP-Grenze war der Ausgangspunkt für die Impakthypothese für das Massenaussterben (Alvarez et al., 1980). Schon in dieser frühen Formulierung wurde ein Krater von etwa 150-200 km Durchmesser und ein Impaktor (Asteroid) von mindestens 10 km vorhergesagt. Als Ursache für das Massenaussterben selbst wurden die durch die explosionsartige Freisetzung eines enormen Energiepotentials, 5 Größenordnungen höher als das gesamte Nukleararsenal der Erde, ausgelöste Klimakatastrophe gesehen. Nach diesem Szenario wurde, neben den unmittelbaren Auswirkungen in der Region selbst, durch weltweit verteilten Staub und Gase die Sonneneinstrahlung blockiert und ein, dem nuklearen Winter vergleichbarer, Impaktwinter von mehreren Monaten Dauer ausgelöst. Dieser Abkühlung folgte ein durch Kohlenstoff- und Schwefelgase ausgelöster Treibhauseffekt, der danach zu anoxischen Verhältnissen in den Weltmeeren führte. Dies zusammen mit intensiven saurem Regen durch die verdampften schwefelhaltigen Gesteine der Yucatán-Plattform (Anhydrit) verursachte einen nahezu vollständigen Zusammenbruch der Nahrungsketten sowohl auf dem Land als auch im Meer und damit das drittgrößte Massenaussterben der Erdgeschichte.

Das Alter des Meteoriteneinschlags auf Yucatán wurde anhand der PEMEX-Proben radiometrisch auf genau 65 Millionen Jahre datiert (64,98+-0,05 Ma; Swisher et al., 1992) und auch geochemisch mit an der Grenze zwischen Kreide und Paläogen vorkommenden Impaktgläsern (65,01+-0,08 Ma bzw. 65,07+-0,10 Ma; s.a. Blum et al., 1993) in Verbindung gebracht. Damit schien Anfang der 90er Jahre der für die Iridium-Anomalie und das Massenaussterben an der KT-Grenze (und somit dem Aussterben der Dinosaurier) verantwortliche Krater gefunden worden zu sein. Beobachtungen an Impaktgläsern enthaltenden Sedimentabfolgen der Oberkreide in N-Mexiko und die Analyse einer Sequenz von Sedimentgesteinen oberhalb der Impaktite und unterhalb des Tertiärs in der Bohrung Yaxcopoil-1, brachte einige Wissenschaftler (Keller et al., 2004a, 2004b) jedoch zu der Überzeugung, der Krater sei etwa 300.000 Jahre älter als die eigentliche KT-Grenzschicht. Demnach wäre bei dessen Entstehung auch kein Massenaussterben verursacht worden. Diese Auffassung führte zu einer sehr kontroversen und teilweise polemisch geführten Debatte (siehe Geological Society of America). Auch wenn andere Publikationen die Ablagerungen in NE-Mexiko mit dem Chicxulub-Krater in Verbindung bringen (Schulte und Kontny, 2005) und die kritische Abfolge oberhalb der Impaktgesteine in diesem Bohrkern offensichtlich keine allmählich, in den letzten 300.000 Jahren der Kreide abgelagerten Sedimente, sondern Material, welches unmittelbar nach dem Einschlag in den Krater zurückgewaschen wurde, repräsentieren (Smit et al., 2004), hält diese Diskussion unvermindert an und kann nicht als endgültig geklärt betrachtet werden.

[Bearbeiten] Literatur

Hildebrand A. R., Penfield G. T., Kring D. A., Pilkington M., Camargo Z. A., Jacobsen S. B. und Boynton W. V. (1991): Chicxulub crater: a possible Cretaceous/Tertiary boundary impact crater on the Yucatan Peninsula, Mexico. Geology 19, 867-871
Sharpton V. L., Burke K., Camargo Z. A., Hall S. A., Lee D. S., Marin L. E., Suarez R. G., Quezada M. J. M. Spudis P. D. und Urrutia F. J. (1993): Chicxulub multiring impact basin: Size and other characteristics derived from gravity analysis. Science 261, 1564-1567
Pope K. O., Ocampo, A. C., Kinsland, G. L. (1996): Surface expression of the Chicxulub crater. Geology 24(6), 527-530.
Hidebrand A. R., (1995): Size and structure of the Chicxulub crater revealed by horizontal gravity gradients and cenotes. Nature 376(6539), 415-417.
Alvarez L. W., Alvarez W., Asaro F. and Michel H. V. (1980): Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction. Science 208(4448), 1095-1108.
Kinsland G. L., Pope K. O., Cardador M. H., Cooper G. R. J., Cowan D. R., Kobrick M. and Sanchez G. (2005): Topography over the Chicxulub impact crater from Shuttle Radar Topography Mission data. In Large Meteorite Impacts III (eds. T. Kenkmann, F. Hörz and A. Deutsch), pp. 141-146. Geological Society of America.
Swisher, C. C., J. M. Grajales-Nishimura, Montanari, A., Margolis, S.V., Claeys, P., Alvarez, W., Renne, P., Cedillo-Pardo, E., Maurasse, F. J-M.R., Curtis, G.H., Smit, J. & McWilliams, M.O. (1992): Coeval 40Ar/39Ar ages of 65.0 million years ago from Chicxulub crater melt rock and Cretaceous-Tertiary boundary tektites. Science 257(5072) : 954-958.
Blum, J.D., Chamberlain, C.P., Hingston, M.P., Koeberl, C., Marin, L.E., Schuraytz, B.C. & Sharpton, V.L. (1993): Isotopic comparison of K/T boundary impact glass with melt rock from the Chicxulub and Manson impact structures. Nature 364: 325-327.
Keller G., Adatte T., Stinnesbeck W., Rebolledo-Vieyra M., Urrutia Fucugauchi J., Kramar U. und Stüben D. (2004) Chicxulub impact predates the K-T boundary mass extinction. Proc. Natl. Acad. Sci. 101, 3753-3758.
Keller G., Adatte T., Stinnesbeck W., Stüben D., Berner Z., Kramar U., und Harting M. (2004): More evidence that the Chicxulub impact predates the K/T mass extinction. Meteoritics & Planetary Science 39, 1127-1144.
Schulte P. and Kontny A. (2005): Chicxulub impact ejecta from the Cretaceous-Paleogene (K-P) boundary in northeastern México. In Large Meteorite Impacts III (eds. T. Kenkmann, F. Hörz and A. Deutsch), pp. 191-221. Geological Society of America.
Smit J., Gaast S. V. D. and Lustenhouwer W. (2004): Is the transition impact to post-impact rock complete? Some remarks based on XRF scanning, electron microprobe, and thin section analyses of the Yaxcopoil-1 core in the Chicxulub crater. Meteoritics & Planetary Science 39(7), 1113-1126.