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Die Narben der Erde

Von ULF VON RAUCHHAUPT

3. Oktober 2021 · Auf unserem Planeten sind Spuren selbst großer Meteoriteneinschläge schnell verwischt. Die verbliebenen sind dafür umso vielgestaltiger.

Als 1965 die Raumsonde Mariner 4 die ersten Bilder von der Oberfläche des Mars zur Erde funkte, gab es dort einige lange Gesichter. Sicher, Wiesen und Wälder erwartete auf dem Roten Planeten niemand mehr. Aber zumindest rings um das Eis seiner Pole rechneten Wissenschaftler damals noch mit einem Wasserkreislauf und einfacher Vegetation. Daher waren die Bilder, die Mariner 4 bei seinem Vorbeiflug aufnahm, ein Schock: Sie zeigten nichts als Krater. Auf dem Mars sah es aus wie auf dem Mond.

Vredefort in Südafrika ist mit 250 bis 300 Kilometern Durchmesser der größte und mit über zwei Milliarden Jahren einer der ältesten erhaltene Einschlagskrater auf der Erde. Diese topographische Karte zeigt nur den zentralen Bereich 110 Kilometer südwestlich von Johannesburg.
Vredefort in Südafrika ist mit 250 bis 300 Kilometern Durchmesser der größte und mit über zwei Milliarden Jahren einer der ältesten erhaltene Einschlagskrater auf der Erde. Diese topographische Karte zeigt nur den zentralen Bereich 110 Kilometer südwestlich von Johannesburg.

Tatsächlich sind Einschlagskrater im Sonnensystem die dominante Geländeform auf fast allen Himmelskörpern mit fester Oberfläche. Auf dem Mond hat man mehr als 300 000 Krater gezählt, auf dem Mars sind über tausend groß genug, dass man ihnen Namen gab, und selbst auf der Venus entdeckten Radarmessungen fast eintausend Impaktstrukturen, wie Geologen sie auch nennen.

Ganz anders auf der Erde. Hier kennt man gegenwärtig etwas über 200 Formationen, die sich als Treffer von Brocken aus dem All identifizieren lassen. Das sind wenig genug, um reiselustige Geoenthusiasten auf die Idee zu bringen, sie einmal alle zu besuchen. Was in der touristischen Praxis unter anderem an unzureichenden Verkehrsverbindungen beispielsweise in die kanadische Hocharktis scheitern dürfte, gelingt auf dem heimischen Sofa mittels eines neuen zweibändigen Atlas aller bekannten irdischen Impaktkrater. Jeder ist dort unter anderem mit einer topographischen Karte vorgestellt, die zu dem Genauesten gehört, was moderne Fernerkundungstechnik heute möglich macht.

Wo ist auf diesem Bild der Kraterrand? Nein, es ist nicht der markante vier Kilometer weite und 200 Meter hohe Bergring nahe Ramgarh in Indien – das ist die zentralen Erhebung der Einschlagstrukur. Der Kraterrand ist zehn Kilometer weit und topographisch allenfalls an den Flussläufen zu erahnen.
Wo ist auf diesem Bild der Kraterrand? Nein, es ist nicht der markante vier Kilometer weite und 200 Meter hohe Bergring nahe Ramgarh in Indien – das ist die zentralen Erhebung der Einschlagstrukur. Der Kraterrand ist zehn Kilometer weit und topographisch allenfalls an den Flussläufen zu erahnen.

Diese Technik nennt sich Radar mit synthetischer Apertur, und sie nutzt die Bewegung eines Satelliten, um auch mit den relativ kompakten Antennen, mit denen man Raumsonden ausstattet, sehr hohe Auflösungen zu erreichen. Für eine topographische Karte bedarf es allerdings auch der Höheninformation. Daher startete 2010 auf Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) der Satellit TanDEM-X und gesellte sich zu dem bereits 2007 gestarteten TerraSAR-X. Beide umkreisten die Erde fortan zusammen, nur 200 bis 500 Meter voneinander entfernt. Indem einer der Satelliten ein Radarsignal zur Erde sendet, das dann beide auffangen, lässt sich aufgrund des jeweils leicht verschiedenen „Blickwinkels“ die Entfernung zur Erdoberfläche mit hoher Genauigkeit bestimmen. Fünf Jahre lang tastete das Duo die gesamte Erdoberfläche ab. Aus den Daten ließ sich eine topographische Karte sämtlicher Landflächen erstellen, deren Unsicherheit in der Höheninformation überall kleiner ist als zwei Meter.

Tin Bider in der algerischen Sahara sieht durch seine Ringe zwar klar aus wie eine Einschlagstruktur – doch dass es sich wirklich um eine handelt, war gar nicht so einfach zu beweisen. Alle Impaktgesteine wurden in den 50 bis 66 Millionen Jahren seit dem Einschlagsereignis Raub der Erosion.
Tin Bider in der algerischen Sahara sieht durch seine Ringe zwar klar aus wie eine Einschlagstruktur – doch dass es sich wirklich um eine handelt, war gar nicht so einfach zu beweisen. Alle Impaktgesteine wurden in den 50 bis 66 Millionen Jahren seit dem Einschlagsereignis Raub der Erosion.

Damit haben Manfred Gottwald vom DLR sowie die Geologen Thomas Kenkmann von der Universität Freiburg und Wolf Uwe Reimold von der Universidade de Brasília in der brasilianischen Bundeshauptstadt jenen Atlas terrestrischer Impaktstrukturen erstellt. Den topographischen Karten sind dort oft auch optische Satellitenbilder zur Seite gestellt, auf denen das Geländerelief mittels der TanDEM-X-Daten plastisch hervorgehoben ist, sowie viele Farbaufnahmen von den Gesteinsformationen vor Ort aus der Froschperspektive.

Diese Struktur liegt im Outback Westaustraliens und beherbergt einige zeitweise wasserführenden Salzseen. Dass es sich wirklich um einen Einschlagskrater handelt haben erst 1996 Eugene Shoemaker und seine Frau Carolyn bewiesen. Im Jahr darauf starb Eugene Shoemaker auf dem Weg unter anderem zu diesem Krater bei einem Verkehrsunfall. Ihm zu Ehren heißt er heute Shoemaker Crater.
Diese Struktur liegt im Outback Westaustraliens und beherbergt einige zeitweise wasserführenden Salzseen. Dass es sich wirklich um einen Einschlagskrater handelt haben erst 1996 Eugene Shoemaker und seine Frau Carolyn bewiesen. Im Jahr darauf starb Eugene Shoemaker auf dem Weg unter anderem zu diesem Krater bei einem Verkehrsunfall. Ihm zu Ehren heißt er heute Shoemaker Crater.

Auf dieser Seite sind die topographischen Karten einer kleinen Auswahl irdischer Einschlagskrater gezeigt – vom größten, dem Vredefort-Krater in Südafrika, bis zum medial prominentesten, dem Barringer oder Meteor Crater in Arizona, der zugleich einer der kleinsten ist. Der allerkleinste des Atlas ist der Carancas-Krater in Peru. Er ist gerade mal 14,2 Meter groß und entstand am 15. September 2007. Es gab sogar einmal einen noch kleineren, nur etwa zehn Meter weit, den ein 315 Kilogramm schwerer Eisenmeteorit 1990 unweit von Sterlitamak in Südrussland schlug. Doch dieser Krater existiert nicht mehr – und der in Peru ist bereits in einem derart schlechten Zustand, dass man ihn zum Schutz vor weiterer Erosion überdacht hat.

Die Becken der beiden Clearwater-Seen in der kanadischen Arktis wurden lange für Krater eines Doppel-Asteroiden gehalten, der vor 290 bis 300 Millionen Jahren auf die Erde fiel. Heute weiß man: Clearwater East ist 170 Millionen Jahren älter als Clearwater West.
Die Becken der beiden Clearwater-Seen in der kanadischen Arktis wurden lange für Krater eines Doppel-Asteroiden gehalten, der vor 290 bis 300 Millionen Jahren auf die Erde fiel. Heute weiß man: Clearwater East ist 170 Millionen Jahren älter als Clearwater West.

Je kleiner, desto jünger – diesem Trend folgen die bekannten irdischen Impaktstrukturen bis zu einem Durchmesser von einigen Kilometern. Dabei treffen kleinere Meteoriten die Erde sehr viel häufiger als größere, es sollte also viel mehr ihrer Krater geben, je weiter man in die Zeit zurückgeht. Aber kleinere Krater werden eben auch sehr viel rascher ein Opfer der Erosion, zumal in der dichten und vor allem feuchten Atmosphäre unseres wasserreichen Planeten. Die Erosion ist damit der eine Grund, warum die Erde so völlig anders aussieht als Mond oder Mars.

Der Acraman-Krater in Südaustralien beherbergt einige Salzseen und ist deswegen auch für die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS leicht zu erkennen. Die 90 Kilometer weite Struktur entstand vor 580 Millionen Jahren und ist tief erodiert. Drei bis fünf Kilometer der damals aufgeworfenen Gesteine sind abgetragen.
Der Acraman-Krater in Südaustralien beherbergt einige Salzseen und ist deswegen auch für die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS leicht zu erkennen. Die 90 Kilometer weite Struktur entstand vor 580 Millionen Jahren und ist tief erodiert. Drei bis fünf Kilometer der damals aufgeworfenen Gesteine sind abgetragen.

Der andere ist ihre intensive geologische Aktivität. Die Plattentektonik lässt ozeanische Kruste – immerhin mehr als die Hälfte der Erdoberfläche – nach spätestens dreihundert Millionen Jahren wieder im Erdmantel verschwinden und mit ihr noch die gewaltigsten Krater, die dort vielleicht einmal geschlagen wurden. Die größten irdischen Impaktstrukturen, mit Durchmessern von einigen Kilometern und mehr, sind auch deswegen die ältesten, weil sie auf den frühesten und von tektonischen Vorgängen am wenigsten behelligten Erdkrustenstücken liegen: in Nordkanada, Skandinavien, im südlichen Afrika oder Westaus­tralien. Kein Wunder, wenn diese Weltgegenden im TanDEM-X-Atlas der Impaktstrukturen überrepräsentiert erscheinen. Dass der Norden Südamerikas völlig fehlt, obgleich sich dort der ebenfalls uralte Guyana-Schild befindet, liegt allerdings nicht allein an dem erosionsfördernden tropischen Klima dort, sondern auch an einem Selektionseffekt geologischer Forschung. Die wird am längsten und mit dem größten Einsatz von Ressourcen und wissenschaftlichem Personal in Europa, Nordamerika und Australien betrieben, weswegen man da auch die meisten der dort befindlichen Krater entdeckt hat.

Am 30. Juni 1908 kam es in etwa neun Kilometer Höhe über der hier markierten Stelle der Region Tunguska in Sibirien zu einer Explosion mit der Zerstörungskraft einer Wasserstoffbombe. Sie legte auf den hier gestrichelt umrandeten mehr als 2000 Quadratkilometern die Bäume um, hinterließ aber keinen Krater. Der kleine ovale Cheko-See wurde nach heutigem Wissen zu Unrecht als der Rest eines solchen interpretiert. Vermutlich zerbarst hier ein schräg aus Südosten einfallender 50 bis 80 Meter großer Steinmeteorit, vielleicht auch ein Komet.
Am 30. Juni 1908 kam es in etwa neun Kilometer Höhe über der hier markierten Stelle der Region Tunguska in Sibirien zu einer Explosion mit der Zerstörungskraft einer Wasserstoffbombe. Sie legte auf den hier gestrichelt umrandeten mehr als 2000 Quadratkilometern die Bäume um, hinterließ aber keinen Krater. Der kleine ovale Cheko-See wurde nach heutigem Wissen zu Unrecht als der Rest eines solchen interpretiert. Vermutlich zerbarst hier ein schräg aus Südosten einfallender 50 bis 80 Meter großer Steinmeteorit, vielleicht auch ein Komet.

Dabei ist die Erforschungsgeschichte der Krater auch in den Industrienationen verblüffend jung. Bis nach dem Zweiten Weltkrieg kamen nur wenige Forscher auf die Idee, runde Geländestrukturen wie den Barringer-Krater, das Nördlinger Ries oder die ringsegmentförmigen Höhenzüge des Vredefort Dome in Südafrika mit Einschlägen außerirdischer Körper in Verbindung zu bringen. Der Geologe und Unternehmer Daniel Barringer stand ziemlich allein, als er 1903 das Land erwarb, auf dem sich jener Krater in Arizona befindet, in der Hoffnung, das Eisen des dort von ihm vermuteten Meteoriten abzubauen. Grove Gilbert hingegen, der führende amerikanische Geologe jener Zeit, erklärte das Loch in Arizona zu einer Folge vulkanischer Vorgänge, wie sie etwa den Maaren der Eifel zugrunde liegen. Den anderen damals schon bekannten Kraterstrukturen ging es nicht besser: Das Ries hielt man ebenfalls für eine vulkanische Struktur oder für ein Produkt von Gebirgsauffaltung. Die eigentümlichen Gesteine im südafrikanischen Vredefort dagegen führte man auf einen verborgenen Pluton zurück, einen Klumpen empordrückenden, unterirdisch erstarrenden Magmas, dessen Hitze die darüberliegenden Schichten verändert. Denn damals herrschte in der Geologie noch der Gradualismus des 19. Jahrhunderts vor, dessen Grundsatz lautete: In der Natur war nie etwas anderes wirksam, als was auch in der Gegenwart wirksam ist, wenn es auch oft sehr langsam wirkt. Alles andere war „Kata­strophismus“, hinter dem man den Geist des biblischen Sintflutberichts witterte.

Die Serra de Cangalha in Brasilien fiel in den frühen 1970ern zuerst Geologen im Dienste von Minenunternehmen der Diamantenindustrie auf, wurde 1973 aber als Einschlagskrater identifiziert. Wann genau hier ein großer Meteorit einschlug, weiß man nicht. Es muss aber vor weniger als 300 Millionen Jahren gewesen sein.
Die Serra de Cangalha in Brasilien fiel in den frühen 1970ern zuerst Geologen im Dienste von Minenunternehmen der Diamantenindustrie auf, wurde 1973 aber als Einschlagskrater identifiziert. Wann genau hier ein großer Meteorit einschlug, weiß man nicht. Es muss aber vor weniger als 300 Millionen Jahren gewesen sein.

Auch die Mondkrater hielten viele ­Forscher noch am Vorabend des Weltraumzeitalters für Vulkane. Das änderte sich – kurioserweise um dieselbe Zeit, als sich auch Alfred Wegeners Theorie der Kontinentalverschiebung durchzusetzen begann – in den 1960er-Jahren und hatte zunächst weniger mit dem Weltraum- als mit dem Atomzeitalter zu tun. 1960 fiel dem amerikanischen Geologen Eugene Shoemaker (1928 bis 1997) nämlich auf, wie sehr der Barringer-Krater dem ähnelte, was die seinerzeit häufigen Kernwaffentests aus dem Wüstenboden Nevadas machten. Zusammen mit seinem Kollegen Edward Chao identifizierte er in Gesteinen aus dem Barringer-Krater die Minerale Coesit und Stishovit, Hochdruckmodifikationen von Quarz. Die Anwesenheit dieser Minerale in nichtmetamorphen Gesteinen lässt sich nur durch Einwirkung extremer Schockwellen erklären, wie sie bei einer Nuklearexplosion oder eben dem Einschlag eines Meteoriten auftreten.

Das Nördlinger Ries entstand vor 14,8 Millionen Jahren, als ein etwa 1,5 Kilometer großer Brocken ein Loch in die Schwäbisch Alb schlug. Das Ries ist geologisch – wenn auch vielleicht nicht optisch – einer der am besten erhaltenen großen irdischen Einschlagskrater.
Das Nördlinger Ries entstand vor 14,8 Millionen Jahren, als ein etwa 1,5 Kilometer großer Brocken ein Loch in die Schwäbisch Alb schlug. Das Ries ist geologisch – wenn auch vielleicht nicht optisch – einer der am besten erhaltenen großen irdischen Einschlagskrater.

Dann fanden Chao und Shoemaker auch im Nördlinger Ries Coesit und Sti­shovit – und wenige Jahre später trainierte Shoemaker die Apollo-Astronauten im Barringer-Krater, um sie auf ihre Arbeit auf dem Mond vorzubereiten. Die Geologie hatte einen lupenreinen Paradigmenwechsel erlebt, und heute müssen Forscher aufpassen, nicht in jedem mehr oder weniger kreisförmigen Gebilde gleich einen Einschlagskrater zu sehen. So gibt es im Nordosten Grönlands eine 31 Kilometer große Struktur am Rande des Hiawatha-Gletschers. „Sie hat 2018 weltweit für Aufsehen gesorgt, da sie unter dem Eisschild mit Methoden der Fernerkundung entdeckt und als sehr junger Impakt interpretiert wurde“, sagt Manfred Gottwald. „Hiawatha ist aber sehr umstritten, da bei dem angenommenen Alter und der Größe der Struktur eine Zentralerhebung existieren müsste. Auch fehlen in seiner Umgebung die Auswurfmassen.“ Im TanDEM-X-Atlas ist Hiawatha zwar aufgenommen, doch unter der Rubrik „Weitere Bestätigung erforderlich“ ebenso wie zwölf andere Fälle. „Die wahre Natur von Hiawatha wird man nur durch Bohren durch den Eisschild und Entnahme von Gesteinsproben ermitteln können“, sagt Gottwald. „Allein eine schüsselförmige Morphologie kann kein eindeutiger Hinweis auf einen Impakt sein. Man muss immer Schockeffekte im Gestein nachweisen.“

Das 3,8 Kilometer große Steinheimer Becken in Baden-Württemberg entstand zeitgleich mit dem 45 Kilometer weiter ost-nordöstlich gelegenen Nördlinger Ries. Wahrscheinlich handelte es sich bei dem schätzungsweise 150 Meter großen Boliden von Steinheim um einen Satelliten, der den Ries-Asteroiden umkreiste als beide noch durchs All flogen. Die alternative Hypothese, es handele sich um einen beim Atmosphäreneintritt abgebrochenes Fragment des Nördlinger Asteroiden, ist nicht gut mit der relativ großen Entfernung der beiden Krater vereinbar.
Das 3,8 Kilometer große Steinheimer Becken in Baden-Württemberg entstand zeitgleich mit dem 45 Kilometer weiter ost-nordöstlich gelegenen Nördlinger Ries. Wahrscheinlich handelte es sich bei dem schätzungsweise 150 Meter großen Boliden von Steinheim um einen Satelliten, der den Ries-Asteroiden umkreiste als beide noch durchs All flogen. Die alternative Hypothese, es handele sich um einen beim Atmosphäreneintritt abgebrochenes Fragment des Nördlinger Asteroiden, ist nicht gut mit der relativ großen Entfernung der beiden Krater vereinbar.

Immerhin zeigt der Fall, dass die Liste terrestrischer Impaktstrukturen durchaus noch offen für Neuzugänge ist. Abschätzungen aus Erosionsraten zufolge dürften die an der Oberfläche liegenden Strukturen mit mehr als sechs Kilometer Durchmesser aber so ziemlich alle bekannt sein. In der Größenklasse 0,25 bis 6 Kilometer könnte es auf der Erdoberfläche noch rund 350 bislang unentdeckte Krater geben, 90 davon mit Durchmessern von einem Kilometer oder mehr. Damit nicht genug. Statistische Überlegungen zur Häufigkeit von Einschlägen legen nahe, dass auf der Erde insgesamt zwischen 550 und 600 Krater erhalten sind. Etliche dürften in Grönland und der Antarktis unter Kilometern Eis liegen oder so tief unter Sedimenten wie der Chicxulub-Krater auf der mexikanischen Halbinsel Yucatán. 

Der Chicxulub-Krater im Südosten Mexikos entstand bei jenem Einschlag, der vor 66 Millionen Jahren unter anderem die Dinosaurier ausrottete. Er ist vollkommen von Sediment bedeckt und topographisch nur an einem Ring aus Karsthöhlen, sogenannten Cenotes, zu erkennen.
Der Chicxulub-Krater im Südosten Mexikos entstand bei jenem Einschlag, der vor 66 Millionen Jahren unter anderem die Dinosaurier ausrottete. Er ist vollkommen von Sediment bedeckt und topographisch nur an einem Ring aus Karsthöhlen, sogenannten Cenotes, zu erkennen.

Den hätte man vielleicht nie gefunden, wäre nicht 1980 überall auf der Welt in 66 Millionen Jahren alten Schichten Auswurfmaterial aufgefallen, das auf einen gewaltigen Einschlag hinwies – just um die Zeit eines der größten Artensterben der Erdgeschichte. Es war dann die geographische Verteilung der Schichtdicken, die nach Yucatán wies. Seine zur Hälfte vom Meer überflutete Sedimentdecke macht Chicxulub zu einem schwierigen Forschungsobjekt – es bedarf komplexer geophysikalischer Methoden und schwerer Bohrausrüstung –, aber ­zugleich zu dem am besten erhaltenen großen Krater der Erde, dicht gefolgt übrigens vom Nördlinger Ries, das erst seit der Eiszeit wieder frei liegt und heute ein Disneyland für Impaktforscher ist. Erosion zerstört, aber die Sedimente, die sie produziert, können auch bewahren. Beides zusammen hat dazu geführt, dass die Erde zwar viel weniger Krater hat als Mond oder Mars – aber auch dazu, dass hier kaum einer dem anderen gleicht.

Der Barringer oder Meteor Crater in Arizona ist ähnlich berühmt, doch nicht wegen seiner überregionalen Folgen – die gab es nicht, als er vor 49 000 Jahren entstand – sondern weil man ihm seine Einschlagskraternatur ansieht wie keinem zweiten auf der Erde.
Der Barringer oder Meteor Crater in Arizona ist ähnlich berühmt, doch nicht wegen seiner überregionalen Folgen – die gab es nicht, als er vor 49 000 Jahren entstand – sondern weil man ihm seine Einschlagskraternatur ansieht wie keinem zweiten auf der Erde.

Literatur und Bildquelle:
Manfred Gottwald, Thomas Kenkmann und Wolf Uwe Reimold
Terrestrial Impact Structures
The TanDEM-X Atlas, Verlag Dr. Friedrich Pfeil, München 2020


Australien 100 Millionen Jahre am Nachmittag
Asteroidengefahr Luzifers Hämmerchen
Nördlinger Ries Ein Asteroid oder gleich zwei?
Meteoriteneinschlag Übelkeit aus dem All?

Quelle: Manfred Gottwald, Thomas Kenkmann und Wolf Uwe Reimold, „Terrestrial Impact Structures The TanDEM-X Atlas“, Verlag Dr. Friedrich Pfeil, München 2020

Veröffentlicht: 08.10.2021 10:43 Uhr