spuren einer kosmischen - Spektrum der Wissenschaft

rafik
/ SuW-G
uchner
Welt der Wissenschaft: Meteoritenkrater
Chassenon
Videix
B
er, Elmar
Schmied
Martin
Frankreich
Rochechouart
Limoges
Impaktstruktur
von Rochechouart
geschätzter ursprünglicher
Kraterdurchmesser von
etwa 50 Kilometern
10 Kilometer
Französisches
Zentralmassiv
Spuren einer kosmischen
Katastrophe
Ein Einschlag vor 200 Millionen Jahren in Westeuropa
Im Westen Frankreichs in der Umgebung des Städtchens Rochechouart befindet sich
eine ungewöhnliche geologische Struktur – ein rund 50 Kilometer großer
Einschlagkrater, der sich nur noch an seinen besonderen Gesteinen erkennen lässt.
Einem Forscherteam gelang nun eine neue Datierung des Einschlagzeitpunkts.
Von Martin Schmieder
D
enkt man an Meteoritenein-
Narben sind mittlerweile in den meisten
und für das Aussterben der Dinosaurier
schläge, so kommen einem
Fällen durch Verwitterung und Abtra-
und anderer Lebewesen verantwortlich
unweigerlich die kosmischen
gung, tektonische Aktivität oder Überde-
gemacht wird, lange diskutiert.
Eisen- und Gesteinsbrocken
ckung praktisch von der Erdoberfläche
In Deutschland sind das 24 Kilometer
in den Sinn, die vor allem in den Wüsten-
große Nördlinger Ries und das 3,8 Kilo-
und Eisgebieten dieser Erde geborgen
verschwunden.
Im Gegensatz zum pockennarbigen
werden und in seltenen Fällen bis zu meh-
Mond sind heute auf der Erde nur rund 180
14,6 Millionen Jahren geschlagen wurden,
reren Tonnen wiegen. Dennoch gehören
solcher Impaktstrukturen unterschied­
bekannte und intensiv erforschte Meteo-
all die­se Meteoriten zu den kleinen Besu-
licher Größe und verschiedenen Alters
ritenkrater.
chern aus dem All, die auf die Erde fallen.
bekannt. Als wohl prominentestes Bei-
Aber auch in unserem Nachbarland
Seit ihrer Entstehung vor mehr als 4,5 Mil-
spiel wurde der gigantische Meteoriten-
Frankreich finden sich unweit der Stadt
liarden Jahren erlebte die Erde im Verlauf
einschlag, der am Ende der Kreidezeit
Limoges im nordwestlichen Zentralmas-
der Zeit unzählige große und kleine Ein-
vor rund 66 Millionen Jahren auf der me-
siv noch heute deutliche Spuren einer
schläge aus dem Weltall. Ihre kosmischen
xikanischen Halbinsel Yucatán stattfand
kosmischen Katastrophe, die erheblich
32
Januar 2012
meter große Steinheimer Becken, die vor
Sterne und Weltraum
In diesem Gelände­modell von Westfrankreich lässt sich die Lage und Größe der
Impaktstruktur von Rochechouart im
Alle Bilder soweit nicht anders angegeben: Martin Schmieder und Elmar Buchner
nordwestlichen Zentralmassiv erkennen.
Das Schloss von Rochechouart wurde aus
den für diese Region typischen Impaktgesteinen erbaut. Unterhalb des rechten
Schlossturms treten so genannte Impaktbrekzien (Pfeil) zu Tage, Trümmergesteine,
die im Verlauf des Meteoriteneinschlags
von Rochechouart entstanden.
Die Impaktgesteine des Rochechouart-Kraters
I
n den Gesteinen von Rochechouart finden sich im Granit
Die Impaktgesteine des Rochechouart-Kraters zeigen – je
Strahlenkegel, englisch: shatter cones, die durch die Stoßwelle
nach Zusammensetzung – unterschiedliche Farben und Tex-
des Meteoriteneinschlags erzeugt wurden. Der Pfeil verdeutlicht
turen. Neben dem leuchtend grünen Suevit von Chassenon
eine muschelförmige Gestalt (siehe Teilbild a). Im mikrosko-
(Teilbild c) finden sich braune, rote und gelbe Gesteine (d, e,
pischen Bild eines Gesteinsdünnschliffes ist ein »geschocktes«
f), die durch die hohen Temperaturen von mehr als 1000 Grad
Quarzkorn mit planaren Schocklamellen zu erkennen (sie-
Celsius während des Einschlags teilweise oder gar vollständig
he Teilbild b): Es sind die dünnen geraden Linien, die sich in
aufgeschmolzen wurden. Sie zeigen noch heute ein deutliches
unterschiedlichen Winkeln kreuzen und das hell erscheinende
Fließgefüge und Entgasungsblasen. In diesen Gesteinen treten
Quarzkorn durchziehen.
häufig geschockte Quarze auf.
a
c
d
e
f
5 cm
b
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1 cm
Januar 2012
33
Argon-Argon-Datierung
D
ie Argon-Argon-(40Ar/39Ar)-Datierungsmethode ist eine
sich ein 40Ar/39Ar-Altersspektrum mit einer Reihe scheinbarer
weiter entwickelte Form des bekannteren Kalium-Argon-
Proben­alter, die im Idealfall innerhalb einer gewissen Fehlertole-
(40K/40Ar-)Datierungsverfahrens und wird seit den 1960er Jahren
ranz gleiche Alterswerte anzeigen und dann im Spektrum entlang
für die absolute Altersbestimmung von Mineralen und Gesteinen
der Achse des stufenweise freigesetzten 39Ar ein »Plateau« erge-
der Erdkruste angewendet. Beide Datierungsmethoden basieren
ben (farbig unterlegte Entgasungsschritte im Diagramm rechts).
Als Material diente im Fall des Kraters Rochechouart das Mi-
auf dem radioaktiven Zerfall von Kalium in Kalzium und Argon.
Dabei entsteht aus 40K bei einer Halbwertszeit von rund 1,25 Mil-
neral Kalifeldspat aus einem während des Meteoriteneinschlags
liarden Jahren 40Ar, wobei dann aus dem Verhältnis von Kalium
aufgeschmolzenen und nach Abkühlung wieder erstarrten
und Argon auf das Alter des Minerals oder Gesteins geschlossen
Gestein. Es ist ein Gneis, der in der Nähe des Ortes Videix nahe
werden kann.
des Zentrums der Impaktstruktur gefunden wird (kleines Bild
Um ein Maß für den Kaliumgehalt der Gesteinsprobe bei
im Diagramm). Für die Altersbestimmung wird Kalifeldspat aus
der Argon-Argon-Methode zu erhalten – der im Fall der K/Ar-
dem vorher zerkleinerten Gestein manuell unter dem Mikroskop
Methode mittels flammenfotometrischer Methoden bestimmt
ausgelesen. Die so gewonnene, möglichst reine Feldspatfraktion
wird – bestrahlt man eine Probe zunächst in einem Kernreaktor
wird dann nach der Neutronenbestrahlung im Hochtemperatur­
mit schnellen Neutronen. Dadurch bildet sich aus dem im Gestein
enthaltenen Kaliumisotop 39K, das in einem proportionalen
ofen unter Ultrahochvakuum stufenweise erhitzt, so dass nach
Anteil im Gesamtkalium der Probe enthalten ist, das instabile
wird. Bei einer Temperatur von 1330 Grad Celsius ist der Feldspat
Argonisotop 39Ar, das in der Natur praktisch nicht vorkommt. Ein
schließlich völlig aufgeschmolzen, dann ist alles ursprünglich in
Standardmineral mit bekanntem Alter und Kaliumgehalt dient
ihm enthaltene Argon entwichen.
und nach alles in den Mineralkörnern enthaltene Argon frei
dabei als »Monitor« (zusätzlich auch für den Neutronenfluss des
Beim Auftrag der Messwerte der einzelnen Temperaturstufen
Reaktors), der in die radiometrische Altersgleichung mit einfließt.
im Diagramm ergibt sich ein Plateau-Alter, das statistisch und
Im Unterschied zur K/Ar-Methode, bei der die Gehalte an Kalium
geologisch aussagekräftig ist. Im gezeigten Fall liegt die Wahr-
und Argon getrennt und mit unterschiedlichen Methoden gemessen werden, lassen sich bei der 40Ar/39Ar-Datierung alle Argoniso-
scheinlichkeit, dass das ermittelte Alter dem tatsächlichen Alter
tope gleichzeitig und sehr präzise in einem Massenspektrometer
der Probe entspricht, bei 99 Prozent. Die statistische Kontrolle
über das ermittelte 40Ar/39Ar-Alter ist ein weiterer großer Vorteil
messen. Ein solches Argon-Massenspektrometer befindet sich am
gegenüber der konventionellen K/Ar-Datierung. Ebenso ist der
Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg.
Ein weiterer Vorteil der 40Ar/39Ar-Datierungsmethode ist die
Ausschluss bestimmter Stufenentgasungsschritte möglich, wie
stufenweise Aufheizung und Argon-Entgasung der bestrahlten
von Argon (die ersten drei Temperaturschritte im Diagramm),
Probe in einem evakuierten Hochtemperaturofen. Daraus ergibt
die unter anderem durch verschiedene geologische Prozesse wie
zum Beispiel erniedrigte scheinbare Alterswerte durch Verlust
länger zurückliegt: Die Impaktstruktur
weltweit für diesen Gesteinstyp gültig ist.
sensstand einen gigantischen kosmischen
von Rochechouart.
Die Gesteine des Rochechouart-Kraters
Mehrfachtreffer von mindestens fünf
Im Unterschied zum Nördlinger Ries
belegen Drücke von kurzzeitig rund einer
großen Meteoriten erlebt haben soll. Ver-
und zum Steinheimer Becken lässt sich
Million Bar und Temperaturen von meh-
schiedene Alteruntersuchungen an welt-
der bereits tief abgetragene Rochechouart-
reren Tausend Grad Celsius während des
weit verteilten Impaktstrukturen wiesen
Krater nicht mehr als kreisrunde Struktur
Einschlags. Sie lassen auf einen ursprüng-
dabei auf ein gemeinsames Alter hin.
im Gelände erkennen. Stattdessen befindet
lichen Kraterdurchmesser von bis zu 50
man sich sozusagen im Kellergeschoss
Kilometern
Geochemische
Neueste präzise Altersdatierungen mittels der aufwändigen 40Ar/39Ar-Methode,
unterhalb der ehemaligen Kraterstruktur,
Analysen ergaben, dass es ein rund ein
die mit einem Argon-Massenspektrome-
die durch Bewegungen in der Erdkruste
Kilometer großer Eisenasteroid war, der
ter an der Universität Heidelberg durch-
und durch Erosion freigelegt wurde (siehe
mit einer Masse von mehreren Milliarden
geführt wurden und von mir zusammen
auch SuW 8-9/1996, S. 639). Dem Geologen
Tonnen und einer Geschwindigkeit von
mit Elmar Buchner von der Universität
eröffnen sich dadurch aber Einblicke in
rund 20 Kilometern pro Sekunde das heu-
Stutt­gart veröffentlicht wurden, ergaben
spezielle Impaktgesteine, die im Zuge des
tige Westfrankreich traf. Er löste dabei in
für Roche­chouart zuletzt ein deutlich
gewaltigen Rochechouart-Einschlags ent-
Europa eine der bedeutendsten Naturka-
jüngeres und statistisch aussagekräftiges
standen sind: Neben Impaktbrekzien, die
tastrophen aller Zeiten aus.
Alter von annähernd 200 Millionen Jah-
hauptsächlich aus zertrümmerten Gestei-
schließen.
ren (sie­he den Kasten oben).
Damit fällt das Rochechouart-Ereignis
Ein großer Einschlag am Ende der Triaszeit
zeitlich eng mit dem Ende der Triaszeit
vollständig aufgeschmolzene Gesteine auf.
Darunter findet sich auch ein leuch-
Frühere Studien zum Alter des Roche-
zusammen. Somit wirft es gleichzeitig die
chouart-Einschlags legten ein mit gewis-
Frage auf, ob der Einschlag – möglicher-
tend grüner Suevit, dessen Name auf
sen Unsicherheiten behaftetes Alter um
weise ähnlich dem Ende der Kreidezeit –
den
»Schwabenstein«
214 Millionen Jahren nahe – ein Alter, in
mit dem globalen Massenaussterben,
im Nördlinger Ries zurückgeht und der
der die Erde nach dem damaligen Wis-
das am Ende der Trias stattfand und die
nen des Zentralmassivs bestehen, treten
im Kraterbereich auch teilweise oder gar
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vom Rochechouart-Ereignis wurden noch viele andere irdische Impaktstrukturen erfolgJahre), der Chicxulub-Krater in Mexiko (66 Millionen Jahre) oder der riesige, rund zwei
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Wahrscheinlichkeit: 99 Prozent
40
180
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39
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Mittels der Argon-Argon-Datierung ließ sich das Alter der Impaktstruktur von Jurazeit einleitete, in Verbindung stehen
Ablagerungen finden sich ebenso im Rät
könnte. Auch die Mehrfachtreffertheorie
Südfrankreichs und Norditaliens (siehe
ließ sich so widerlegen.
die Karte auf S. 36).
In ganz ähnlicher Weise hilft der Roche-
Vor 200 Millionen Jahren brachen die
chouart-Einschlag, bisher bekannte, aber
Kontinentalplatten des heutigen West­
rätselhaft gebliebene Ablagerungen von
europa und Nordamerika am Ende der
Seismiten und Tsunamiten gleichen Alters
Trias gerade erst auseinander, die große
im westlichen Europa zu erklären. In wei-
Landmasse im Westen trug den Namen
ten Teilen der Britischen Inseln auf einer
Laurentia. Dabei drang der Atlantik in
Fläche von einer Viertelmillion Quadrat-
schmale Grabenbrüche vor und schuf
kilometern in Zentralengland, Südwales
große Inseln. Zu dieser Zeit war der Super-
und Nordirland führen die Ablagerungen
kontinent Pangäa durch intensiven Vul-
der geologischen Stufe des Rät (also Ge-
kanismus geprägt. Das damals in Euro­pa
steinen der ausgehenden Triaszeit) meh-
vorherrschende Meer war die Tethys, ein
rere Meter mächtige Sedimentschichten,
Vorläufer des heutigen Mittelmeers.
die eine intensive Verformung durch Erdbebenwellen zeigen, die Seismite.
Auch die Landmassenverteilung innerhalb Europas unterschied sich deutlich
Auf den Britischen Inseln sind diese ih-
von der heutigen Situation. Das fran-
rerseits durch Sedimentschichten überla-
zösische Zentralmassiv, aber auch Teile
gert, die bis zu metergroße Gesteinsbruch-
der heutigen Britischen Inseln, waren
stücke führen. Sie lassen auf eine äußerst
paläogeografischen
energiereiche,
Umlagerung
zu­folge Inseln im Gebiet des westlichen
schließen, wie sie in einer riesigen Flut-
Tethysmeers (siehe die Karte auf S. 36).
welle, einem Tsunami, herrscht. Ähnliche
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+
Krater von
Rochechouart
Iberisches
Massiv
Aquitanisches
Becken
Becken von Lodève
+
Französisches
Zentralmassiv
Tethys
Festland
flaches Meer
tiefes Meer
+ Tsunami-Ablagerungen
chend großen Einschlagkrater zu kennen.
So rekonstruieren die Geologen die
Rand der Landmasse des Zentralmas-
Mit seinem neu bestimmten Alter von 200
paläo­­geografische Situation Westeuropas
sivs oder möglicherweise sogar im Meer
Millionen Jahren ist der Rochechouart-Kra-
vor rund 200 Millionen Jahren. Das Fran­
selbst, wie es Anreicherungen von Chlor
zösische Zentralmassiv war zur damaligen
in den Impaktgesteinen vermuten lassen.
ter nun der lang gesuchte heiße Kandidat.
So zerstörerisch die Kräfte auch sein
Im Umkreis mehrerer hundert Kilometer
mochten, die mit dem Rochechouart-Ein-
umgebene Insel und wurde nahe der
vernichtete der Einschlag durch seine
schlag in der ausgehenden Trias einher-
Westküste vom einem rund einen Kilometer
Druck- und Hitzewelle abrupt alles Leben.
gingen, so einzigartig ist das Natur- und
großen Meteoriten getroffen. Ein durch ein
In einer riesigen Glutwolke legten sich
Kulturerbe im Krater selbst. Wie im Nörd-
gewaltiges Erdbeben ausgelöster Tsunami
der Suevit und andere Impaktgesteine als
linger Ries sind auch dort viele historische
könnte durch Meeresstraßen west- und
eine heiße Decke von Auswurfmassen auf
Gebäude und Stätten aus den lokalen
nordwärts in Richtung der Britischen Inseln
den frisch entstandenen Krater und das
Einschlaggesteinen erbaut. Beispiele sind
gelenkt worden sein. Seine Spuren finden
umgebende zerrüttete Gelände.
etwa die Thermen von Chassenon, dem
sich in dort weit verbreiteten Sedimentge-
gallorömischen Cassinomagnus aus dem
steinen.
sich wahrscheinlich sehr küstennah am
Eines der stärksten Erdbeben
Zeit eine von flachen Meeresarmen
ersten Jahrhundert nach Christus, sowie
Das durch den Rochechouart-Einschlag
Schloss und Kirche der mittelalterlichen
ausgelöste Erdbeben dürfte mit einer ge-
Kleinstadt Rochechouart.
Martin Schmieder ist
Geo­loge und promovierte
schätzten Magnitude um 11 auf der Rich-
Wie das Ries ist auch die Impaktstruk-
terskala die vielfache Energie des stärks­
tur von Rochechouart mittlerweile ein
2010 im Bereich Impakt-
ten jemals von Menschen registrierten
nationaler Geopark, in dem sich die ge-
Geologie am Institut für
Erdbebens besessen haben. Das heftigste in
waltigen kosmischen Kräfte, die unseren
Planetologie der Universität
historischer Zeit aufgezeichnete Erdbeben
Planeten erschüttern und umformen, bei-
Stuttgart. Er ist Autor meh-
war das große Chile-Beben in Valdivia vom
spielhaft im Gelände studieren lassen. Für
rerer deutsch- und englischsprachiger Beiträge
22. Mai 1960 mit einer Magnitude von 9,5
den natur- und kulturinteressierten Rei-
zum Thema Impakt, unter anderem zum
auf der Richterskala. Enge Meeresstraßen
senden empfiehlt sich zudem ein Besuch
Ries-Steinheim-Ereignis in Süddeutschland.
im Bereich der westlichen Tethys könnten
des Meteoritenkratermuseums «Espace
eine gigantische Tsunamiwelle, die infolge
Météorite« in der sehenswerten Altstadt
des Erdbebens durch den Einschlag ausge-
von Rochechouart.
sendet wurde, in Richtung der rund 1000
Eine Liste aller derzeit auf der Erde
Kilometer entfernten Britischen Inseln
erkannten und erforschten Impaktstruk-
kanalisiert haben. Von einem kosmischen
turen, die »Earth Impact Database«, wird
Ursprung der britischen Seismit- und Tsu-
von der University of New Brunswick
namiablagerungen waren die Geologen be-
in Kanada verwaltet und aktualisiert.
reits vorher ausgegangen, ohne allerdings
Sie finden sie unter www.passc.net/
­
EarthImpactDatabase /index.html.
einen vom Alter passenden und hinrei-
36
Januar 2012
Literaturhinweis
Schmieder, M., et al.: A Rhaetian
40Ar/39Ar age for the Rochechouart
impact structure (France) and implications for the latest Triassic sedimentary
record – Meteoritics and Planetary
Science 45, S. 1225 – 1242, 2010.
Sterne und Weltraum
Martin Schmieder, Elmar Buchner / SuW-Grafik
Germanisches
Becken
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Laurentia
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Merkblatt Erdbeben
Was mache ich, wenn in Starkbebengebieten die Erde bebt?
ausgearbeitet von Prof. Dr. Peter Bormann
Das Merkblatt soll Bürgern, die sich zeitweilig oder länger in erdbebengefährdeten Gebieten im Ausland aufhalten, Hinweise geben
1. zur Stärke und Dauer von Erdbebenerschütterungen, den dabei möglichen Schäden sowie zur
Erdbebengefährdung,
2. wo genauere Auskünfte zur Erdbebengefährdung eingeholt werden können,
3. welche lokalen und baulichen Gegebenheiten diese Gefährdung erhöhen,
4. evang.
wie man sich
in stark erdbebengefährdeten Gebieten
vorbeugend|auf
ErdbebenerschütterunMärkischer Arbeitgeberverband | Großdrebnitzer Agrarbetriebe | Freundeskreis des
Heidehofgymnasiums
Stuttgart
Symbio
Herborn
gen und –schäden einrichten soll,
5. wie man sich im Falle eines Bebens zu verhalten hat,
Group | Förderverein »Freunde des Helmholtzgymnasiums« Zweibrücken | NDT Systems
& Services AG | Weinmann GmbH | Stadtwerke Düssel6. was auch nach einem Schadenbeben noch beachtet werden muss.
dorf | Karl-Möller-Stiftung | Förderverein des Eichenfeldgymnasiums | Kernkraftwerk
Isar, Essenbach | Josef Stadler GmbH | HUK Coburg | Verein
Bitte beachten Sie: Die nachfolgenden Empfehlungen sind nach bestem Wissen entwickelt worden. Dennoch kann
das GeoForschungsZentrum Potsdam nicht verantwortlich gemacht werden und keinerlei Haftung für Schäden ü-
bernehmen, die durch die Beachtung|der
Hinweise
entstehen.
der Freunde und Förderer des Gymnasiums der Stadt Kerpen | Förderverein Carl-Orff-Gymnasium
LSvorgenannten
medcap
GmbH
| Steinwald EDV | Freundes-
1.
kreis des Gymnasiums Neuenbürg | Freundeskreis des Hartmanni-Gymnasiums | Zu
Communication
Technology Consulting
Erdbebenwahrnehmungen und –schäden werden nach einer Intensitätsskala klassifiziert. Die modernste und international weit verbreitete Skala ist die 12gradige Europäische Makroseismische Skala
(EMS 1998). Eine Kurzfassung ist als Anlage beigefügt und kann auch über das Internet unter
http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projekt/ems/kurz.htm
ausgedruckt werden. Auch in den meisten außereuropäischen Gebieten werden Beben nach einer
12gradigen Skala klassifiziert. Eine Ausnahme ist Japan, das eine 7gradige Skala (JMA) verwendet. JMA
= 4 entspricht Intensitäten von VI bis VII und JMA = 7 gilt für Bebenerschütterungen über X nach der
EMS. Erdbebeningenieure bevorzugen Angaben der Erschütterungsstärke in Werten der Bodenbeschleunigung (in m/s2 oder Prozent der Erdbeschleunigung).
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Die Erdbebengefährdung wird üblicherweise als die Wahrscheinlichkeit definiert (z. B. 10 %), mit
der die Erdbebenerschütterungen an einem bestimmten Ort, in einem bestimmten Zeitraum (z. B. 50 Jahre) eine bestimmte Erschütterungsintensität oder Beschleunigung erreichen bzw. überschreiten. So beträgt
z. B. in Deutschland für Gebiete in der Schwäbischen Alb, um Aachen sowie um Basel die Wahrscheinlichkeit 10 %, dass im Verlaufe von 50 Jahren eine Erschütterungsintensität von VII erreicht oder überschritten wird. Im Mittel wiederholen sich Beben dieser Stärke in den genannten Gebieten dann etwa alle
475 Jahre. Für Erdbebeningenieure wird die Gefährdung angegeben als die Wahrscheinlichkeit, mit der
ein bestimmter Wert der Bodenbeschleunigung überschritten wird. Für die Intensität VII ist die Bodenbeschleunigung im Mittel etwa 1 m/s2 . Das entspricht etwa 10 % der Erdbeschleunigung. Bei den stärksten
w w w . w i s s e n s c h a f t - s cJanuar
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