Markus Böhm Aufmberg 26 • D-87637 Seeg im Allgäu • Tel. 08364

© Markus Böhm Aufmberg 26 • D-87637 Seeg im Allgäu • Tel. 08364-987284
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Kraterketten und Einschlagrinnen
Seit dem Absturz des Kometen Shoemaker-Levy-9 auf den Planeten Jupiter ist
augenscheinlich, wie Gezeitenkräfte auf kleine Himmelskörper wirken können, wenn diese
sich größeren Objekten wie z.B. Planeten nähern: der Komet wurde perlenschnurartig
auseinandergezogen, nachdem er in einzelne Brocken zerborsten war. Diese schlugen 2 Jahre
später in größeren zeitlichen Abständen und somit an ganz verschiedenen Stellen auf der
Jupiteroberfläche auf.
Woraus bestehen Asteroiden und Kometen? Früher hielt man Asteroiden führ kompakte
Felsbrocken. Man hat jedoch gesehen (siehe „Kleinplaneten“, Spektrum der Wissenschaften,
Aug.2000), dass es nur sehr wenige Asteroiden gibt, die eine Rotationsperiode von mehr als 10
Umdrehungen pro Tag haben; dies lässt vermuten, dass viele von ihnen aus losem
Gesteinsschutt bestehen, welcher bei einer höheren Rotation wegen der Fliehkraft auseinander
fliegen würde. Die Asteroiden mit einer schnelleren Rotation müssen dann also kompakte
Gesteinsbrocken sein. Solche Asteroiden haben wahrscheinlich einen Differentiationsprozess
hinter sich, d.h. bei ihrer Entstehung hat sich schweres metallisches Material, im wesentlichen
Eisen, im Zentrum angereichert, während die äußeren Bereiche hauptsächlich aus Silikaten
bestehen. Dies schließt man aus Meteoritenfunden.
Meteoriten sind kleinere Objekte, die sich entweder, wie Kometen, in der Entstehungszeit des
Sonnensystems aus Gas und Staub gebildet haben, oder sie sind Asteroidenbruchstücke, oder
sie sind bei Kollisionen aus anderen Planeten oder Monden herausgeschlagen und ins All
geschleudert worden.
Kometen gelten als „schmutzige Schneebälle“, sie bestehen also aus Wassereis, welches auch
verschiedene andere gefrorenen Gase enthalten kann, zusammen mit Staub oder Sand,
möglicherweise auch mit größeren Gesteinsbrocken.
Führt die Bahn eines solchen Himmelskörpers nahe an einem Planeten vorbei, so wird er von
diesem angezogen, seine Bahn wird abgelenkt. Da die Schwerkraft mit der Entfernung
abnimmt (und zwar quadratisch), wird die Seite, die dem Planeten zugewandt ist, stärker
angezogen, als die abgewandte Seite, die ja vom Planeten weiter entfernt ist. Die
Gezeitenkräfte entsprechen den Differenzen zwischen den Anziehungskräften. Sie werden um
so größer, je mehr sich der Asteroid dem Planeten nähert. Ab einer bestimmten Grenze, der
sogenannten `Rocheschen Grenze´, übersteigen die Gezeitenkräfte die eigene Schwerkraft des
Himmelskörpers, die er ja durch seine Masse hat. Besteht er aus lockerem Material, so zerren
die Gezeitenkräfte ihn auseinander, und die Flugbahnen der einzelnen Bestandteile spreizen
sich auf (Abb. 1).
Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt eines
Planeten und dessen Rocheschen Grenze liegt bei
etwas weniger als dem 2,5-fachen seines Radius
(Anmerkung),
also
recht
nahe
an
der
Planetenoberfläche. Unser Erdenmond liegt mit 60
Erdradien weit außerhalb dieser Gefahrenzone,
Phobos mit 2,76 Marsradien kommt dieser Grenze
schon recht nahe. Die meisten Monde liegen
außerhalb dieser Grenze, es gibt aber auch einige, die
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innerhalb liegen; sie können also nicht nur aus losem Gesteinsschutt bestehen. Die Saturnringe
liegen auch innerhalb dieser Grenze. Insgesamt werden Monde und auch Planeten auf jeden
Fall durch Gezeitenkräfte manipuliert, sogar außerhalb der Rocheschen Grenze, was man ja an
den ´Gezeiten´, Flut und Ebbe, auf der Erde sehen kann. Im Schwerefeld eines Planeten wird
also ein Komet oder Asteroid, der nur aus losem Gesteinsschutt, aus Regolith, besteht , auch
außerhalb der Rocheschen Grenze zumindest etwas in die Länge gezogen.
Ein Himmelskörper wie Shoemaker-Levy-9 kann also auch noch als zusammenhängender
Körper seine Spur hinterlassen. Wenn z.B. ein Asteroid, bestehend aus einzelnen Felsbrocken,
sich einem Planeten nähert, von den Gezeitenkräften perlschnurartig in die Länge gezogen
wird und anschließend auf einem Mond dieses Planeten auftrifft, bevor die Kräfte ihn völlig
auseinandergezerrt haben, so hinterlässt er eine Kraterkette.
Ein Beispiel hierfür ist meines
Erachtens die Davy-Kraterkette
auf dem Erdenmond (Abb.2).
Als Entstehungsursache werden
in dem Bildarchiv, das von der
NASA für den Internetzugang
zur Verfügung gestellt wird,
neben vulkanischer Tätigkeit,
sekundäre Einschlagkrater auch
Einschlagkrater infolge eines
„Objektes vom ShoemakerLevy-9 Typ“. Eine ähnliche
Deutung findet man auch in
dem Buch „the modern moon“
von Charles A. Wood. (Dies
sind die einzigen Hinweise auf
eine
Entstehungsgeschichte
solcher Gebilde entsprechend
meinen Vorstellungen, die ich
gefunden habe.) Zu beachten ist
der erhöhte Rand der Krater
dieser Kette.
Abb.2
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Ein weiteres Beispiel ist die Kraterkette innerhalb des großen Kraters mit der Bezeichnung
IAU crater no. IX (Abb. 3).
Besteht so ein kleiner Himmelskörper nur
aus feinkörnigem Schutt (Regolith), so
wird
er
von
den
Gezeitenkräften
fadenförmig auseinandergezogen und
hinterlässt beim Aufschlag auf den Mond
keine
Kraterkette,
sondern
eine
Einschlagrinne. Die Spalten in der Nähe
des Kraters Triesnecker könnten dafür ein
Beispiel sein (obere Bildhälfte von Abb. 4;
rechts unten die Hyginusrille). Eindeutig
sind aber derartige Rillen vorerst nicht so
leicht durch so einen Entstehungsprozess zu
erklären.
Abb.4
Besonders interessant sind rillenartige Formationen, die einzelne Krater enthalten: enthält der
feinkörnige Asteroidenschutt größere Felsbrocken, so verzieren diese die Einschlagrinne
mit zusätzlichen Kratern (Abb.5, in der Phantasiezeichnung ist eine Atmosphäre zu erkennen,
um eine Möglichkeit zu haben, die Bahnen der Kometenbruchstücke darstellen zu können.
Abb.5
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Heute hat der Mond natürlich keine Atmosphäre mehr, und wenn er überhaupt jemals eine
hatte, dann allenfalls für begrenzte Zeit nach einem größeren Einschlag).
Die Hyginusrille könnte ein schönes Beispiel hierfür sein (Abb.5 rechts unten; Abb.6,
Zeichnung nach einem Foto).
Abb.6
Diese Mondformation hat mich ursprünglich auf die Idee von den Einschlagrinnen gebracht,
doch habe ich hier auch meine ersten Zweifel an meiner Theorie bekommen, und zwar wegen
der Form der Krater, bei denen ein erhöhter Kraterrand fehlt (s.u.).
An dieser Stelle komme ich auf die Entstehung von Einschlagkratern anhand der Mondkrater
zu sprechen (siehe Geologie auf dem Mond, J.E.Guest, R.Greeley, sowie Traces of
Catastrophe, B.M.French).
Die Mondoberfläche wurde zum großen Teil durch Einschläge geformt. Es gibt vereinzelte
Gebilde, die als Vulkane angesehen werden, doch sind die Krater durch Einschläge entstanden.
Dennoch gibt es verschiedene andere vulkanische Aktivitäten. Die Mond-Maare, die sich
hauptsächlich auf der uns zugewandten Seite befinden und von der Erde als dunkle Gebiete zu
erkennen sind, sind Basaltlaven, die sich in die großen Einschlagkrater ergossen haben.
Manche dieser Krater, wie der Imbrium-Krater, haben Durchmesser von mehr als 1000km.
Diese Gesteine haben Ähnlichkeit mit irdischen Basaltlaven und haben stellenweise eine
geschätzte Mächtigkeit von 5km. Auf Grund von radiometrischen Messungen an
Gesteinsproben, die von den Apollomissionen zur Erde gebracht worden sind, ergibt sich ein
Alter von mehr als 3 Milliarden Jahren. Man nimmt überhaupt an, dass zu diesem Zeitpunk die
großen Strukturen der Mondoberfläche ausgeformt waren und sich bis heute kaum verändert
haben, da es auf dem Mond kaum Erosionskräfte gibt. (Zum Vergleich: auf der Erde sind nur
wenige Gesteine und schon gar keine zusammenhängende Gebirge erhalten geblieben, die älter
als eine halbe Milliarde Jahre alt sind.) Die Ringberge z.B. des Imbrium-Kraters haben eine
Höhe von 7km, und man nimmt an, dass die Tiefe des Kraters unmittelbar nach dem Einschlag
100km betragen hatte, dass der Boden sich aber sehr schnell anhob und dass Material vom
Kraterrand abrutschte, sodass ein Becken von einigen Kilometern Tiefe übrig blieb. Anders als
auf der Erde sind Lavaergüsse durch den Impact entstanden. Genauere Vorstellungen darüber
habe ich nicht gefunden. Ob dabei tiefere Magmaherde angezapft oder ob durch den Impact
große Mengen Gestein aufgeschmolzen worden sind, bleibt mir unklar. Nach meiner
Vorstellung waren Erde und Mond in ihrer Anfangszeit flüssige Gesteinstropfen, die mit einer
„dünnen“ Gesteinsschicht bedeckt waren, sodass es bei einem Einschlag durchaus zu einem
Durchschlag durch die feste Kruste kommen konnte.
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Bei den größeren Kratern haben die Ringberge einen terrassenförmigen Aufbau; von den erst
steil aufgerichteten Kraterwänden rutschte in großen Schuppen Gesteinsmaterial in das
Kraterbecken zurück. Krater mittlerer Größe (10-300km) haben vielfach eine zentrale
Erhebung, möglicherweise durch das abgerutschte Material, welches bis zur Beckenmitte
zurückschwappte, vielleicht aber auch durch isostatischen Druckausgleich bewirkt.
Abb.7
Abb.7 Der Krater Euler mit einem
Durchmesser von 28km zeigt typische
Merkmale
wie
eine
zentrale
Erhebung,
schuppenartige
Abrutschungen vom Kraterrand in das
Becken, vom Kraterrand nach außen
erst eine zusammenhängende, dann
eine unzusammenhängende Decke
von
Auswurfmaterial,
helle
Kraterstrahlen, Gruppen und Ketten
von Sekundärkratern. Kleinere Krater
haben eine einfache schüsselförmige
Form. (Abb.2)
Das Impactgeschehen wird bei Guest und Greeley sowie bei French in etwa wie folgt
beschrieben: Von dem Moment, wo das Geschoss auf den Boden auftrifft, läuft eine Stoßwelle
halbkugelförmig durch den Boden und gleichzeitig eine zweite durch das Geschoss in
entgegengesetzter Richtung. Während des Eindringens wird das Geschoss und der direkte
Kontaktbereich im Boden aufgeschmolzen oder sogar verdampft. Solange das Geschoss noch
nicht völlig zerstört ist und noch weiter eindringt, presst und schleudert es das geschmolzene
Material in einem kegelförmigen Schleier aus, wobei auch noch festes Material mitgerissen
wird und im Boden sich eine kegelförmige Aushöhlung bildet.
Die Stoßwelle bewirkt im Boden, dass sowohl Gestein nach unten zusammengepresst als auch
seitlich weggedrängt wird, wodurch der Kraterrand aufgewölbt wird. In einem Bereich mit
einem Radius größer als der Kraterradius wird das Gestein zerbrochen; in einem engeren
Bereich zusätzlich durcheinandergewürfelt. Außerdem wird das Gestein durch eine sog.
Stoßwellen- bzw. Impact-Methamorphose umgewandelt: es entstehen Gläser, spezifische
Bruchstrukturen in Kristallen, sowie Hochdruckmineralien, die es nur im Zusammenhang mit
Impacten gibt. Zurückfallendes Auswurfmaterial und vom Kraterrand abrutschendes Material
bedeckt den Kraterboden und wird teilweise von Schmelze durchtränkt und verfestigt.
Zertrümmerte und wiederverfestigte Gesteine werden allgemein als Breczien bezeichnet, sie
gibt es auf dem Mond in sehr unterschiedlichen Varianten. Z.B. gibt es Gesteine, die mehrfach
zerbrochen und wieder verfestig wurden. Neben Lava und Regolith sind Breczien die
Hauptgesteinsarten auf dem Mond.
Nach meiner Vorstellung ist der Vorgang etwas anders, und man muß zwischen
Einschlagkrater und Explosionskrater unterscheiden (Ich weiß nicht, inwieweit meine
Vorstellung mit der neuesten Forschung übereinstimmt.) :
Der auftreffende Himmelskörper erzeugt erst, wie oben beschrieben, einen Einschlagskrater.
Falls der Einfallswinkel kleiner als 90° beträgt, was die Regel sein dürfte, ist der Krater
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asymmetrisch, elliptisch, der Kraterrand ist auf der abgewandten Seite höher. (Abb.8a) Je tiefer
der Himmelskörper in das Gestein eindringt, desto schwieriger wird es für ihn, das verdrängte
Abb. 8a,b,c
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Material auszuwerfen, sodaß sein Weg noch ein Stück unter den Kraterboden führt, bis er
irgendwann stecken bleibt. Dabei sind sehr hohe Temperaturen entstanden, die ihn und das
umgebende Gestein verdampfen lassen, es kommt zu einer Gasexplosion (Abb.8b). Da die
Explosionsenergie von einem Punkt aus radial in alle Richtungen gleich stark wirkt, ist der
resultierende Explosionskrater kreisrund (Abb.8c). Das betroffene Gebiet ist größer als der
primäre Einschlagkrater, welcher dadurch wieder zerstört wird.
Wieweit ein Körper in das Gestein eindringt, hängt zum einen vom Gestein selber ab, ob es
sich z.B. um Lockermaterial (Regolith) oder um festes Lavagestein handelt, zum anderen von
der Dichte und Härte des Körpers, ist es ein Komet aus Eis oder ein Eisenmeteorit, und
außerdem von der Geschwindigkeit. Nach der Formel E = ½ m v2 für die Bewegungsenergie
hat ein Objekt mit einer Geschwindigkeit von 50 km/sec die 100-fache Energie von einem
Körper mit 5 km/sec, da die Geschwindigkeit mit dem Quadrat eingeht. Zum Vergleich: die
Erde bewegt sich auf ihrer Bahn um die Sonne mit ca. 15 km/sec, und die höchste
Geschwindigkeit, die in unserem Sonnensystem bei einer Kollision auftreten kann, beträgt in
etwa 80 km/sec.
Durch die mehrere Milliarden Jahre
andauernden Impactvorgänge hat sich eine
Schicht von lockerem groben und feinem
Gesteinsschutt gebildet, dem Regolith,
welcher die gesamte Mondoberfläche
bedeckt und stellenweise 1km mächtig sein
kann (Abb.9). Man nimmt an, dass die
kleineren, schüsselförmigen Krater sich im
Regolith gebildet haben, währen bei den
größeren auch der feste Untergrund mit
einbezogen worden ist.
Abb.9
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Außerhalb des Kraterrandes kann das
Auswurfmaterial eine Vielzahl von
unterschiedlichen Strukturen hinterlassen:
geschlossene und in einiger Entfernung
unzusammenhängende
Decken,
Bergrücken etc. Ausgeworfene Brocken
können sekundäre Krater verursachen,
die oft in Kraterketten angeordnet sind.
(Abb.8c, Abb.10) Sie haben oft eine
elliptische Form, da die Auswurfmassen
mit einem flachen Winkel auftreffen und
wegen der geringeren Geschwindigkeit
keine Explosionskrater verursachen.
Abb.10
Die Hyginusrille hat mich ursprünglich auf die Idee von Kraterketten und Einschlagrinnen
infolge von Einschlägen von Kometen, die durch Gezeitenkräfte in die Länge gezogen worden
sind, gebracht. Doch bin ich jetzt wegen der fehlenden erhöhten Kraterränder anderer Ansicht.
In der Literatur gilt sie entweder als tektonische Grabenstruktur mit vulkanischer Aktivität,
vergleichbar mit dem Oberrheintalgraben, oder als „lavatube“. Auch andere, teilweise
unterbrochene Rillen, wie die Hadley-Rille, werden als teilweise überdachte bzw. eingestürzte
„lavatubes“ gedeutet.
(Abb.11).
Solche Lavaröhren kenne ich von der
Insel Lanzarote, – in meiner
Erinnerung mit einer Breite von
maximal 15m. Sie entstehen aus
schmalen Zungen von Lava mit einer
ganz
bestimmten
chemischen
Zusammensetzung;
sie
erstarren
oberflächlich, während im Inneren die
Lava weiterfließt. Versiegt die
Lavaquelle, so läuft die Lava aus und
zurück bleibt eine hohle Röhre. Diese
kann dann später seitlich, aber auch
von oben von weiterer Lava
eingebettet werden. Wenn die
Röhrendecke einstürzt, so entsteht
eine Rinne. Die Rillen, die als
Lavaröhren angesehen werden, sind
zum Teil mehr als 1km breit, solche
Lavaröhren kann ich mir auch unter
den anderen Schwerkraftverhältnissen
auf dem Mond nicht vorstellen.
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Mittlerweile betrachte ich die Hyginusrille als eine tektonischen Grabenstruktur, allerdings
ohne vulkanische Aktivitäten: Im festen Gesteinsuntergrund ist es zu einer Rissstruktur mit
parallelen Versetzungen gekommen; durch seitliche Verschiebung sind Abrisse entstanden,
wodurch sich punktuell große Hohlräume aufgetan haben. Durch schuppenförmiges Absacken
des Gesteins ist aus den schmalen tiefen Rissen ein breiter flacher Graben geworden, wobei die
großen Hohlräume teilweise erhalten geblieben sind. Die mächtige lockere Regolithschicht ist
nachgesackt, Unebenheiten sind ausgeglichen, es hat sich ein gleichmäßiger Graben mit
flachem Boden und steilen Flanken gebildet. Über den Hohlräumen ist auch noch nachträglich
Material wie Sand in einer Sanduhr in die Tiefe gerieselt und hat eine spezielle Art von
Einsturzkratern geformt.(Abb.12 a,b,c)
Abb. 12 a,b,c
Auch von anderen Rillenstrukturen wie in Abb.13 und in Abb.11 links bin ich mittlerweile
überzeugt, dass es sich eher, wie in der Literatur angegeben, um Gräben in Folge von
tektonischen Vorgängen handelt, wobei gerade diese beiden Beispiele markante Details
aufweisen, die es noch zu deuten gilt.
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Abb.13
Auf dem Marsmond Phobos erkennt man ganze Scharen von auffällig geradlinigen parallelen
Rillen, welche zum Teil deutlich, zum Teil nur andeutungsweise Krater enthalten (Abb.14).
Hier handelt es sich wahrscheinlich um die Spuren von Objekten aus dem relativ nahen
Asteroidengürtel. Dieses Beispiel sowie die Davy-Kraterkette sind aus meiner Sicht die
eindeutigsten Beispiele von Astroiden- bzw. Kometeneinschlägen, die aufgrund von
Gezeitenkräften in die Länge gezogen worden sind.
Abb.14
Verschiedene Fragestellungen drängen sich mir auf:
Wie verhält sich ein Körper aus feinem Regolith, Sand etc. welcher durch Gezeitenkräfte zu
einer dünnen, lockeren, langen Wolke auseinandergezogen worden ist? Die einzelnen
Sandkörner sind nicht in der Lage, tief in den Boden einzudringen, sie entwickeln jedoch
wegen ihrer hohen Geschwindigkeit an der Mondoberfläche eine große Hitze, sodass sich die
Wolke quasi einbrennen müsste.
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Was bewirkt ein Eisbrocken, ein Komet, wenn er einschlägt und das zerbrochne Gestein mit
Wasser durchtränkt? Was bewirkt ein Eisbrocken, wenn er von Gezeitenkräften aufgetaut
worden ist und als Pfütze oder sogar als Wolke auf den Mond aufschlägt?
Die Oberflächenformationen auf unseren Nachbarplaneten und deren Monden sind vielfältig
und rätselhaft. Einige – vielleicht nur wenige – der linearen Strukturen auf Planeten und
Monden können als Einschlagrinnen gedeutet werden. Eine genaue Zuordnung und
Untersuchung dieser Strukturen kann auch sicherlich etwas über die Geschichte unseres
Planetensystems erzählen.
Anmerkung :
Rochesche Grenze a = 2,456 * Rp *
a = 2,456 * Rp.
3
√(Pp/Pk) ,
wobei Rp der Radius des Zentralgestirns, z.B. des
Planeten, Pp und Pk die Dichte des Planeten bzw.
Des Kometen ist. Wenn Pp = Pk ist, dann ist:
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