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4.5 – Kosmische Katastrophen

Die Erde ist seit ihrer Entstehung vor 4,5 Milliarden einem kontinuierlichen Bombardement von extraterrestrischer Materie ausgesetzt. Im Verlauf der Erdgeschichte haben sich Menge und Häufigkeit der Einschläge verringert. Doch auch heute prasseln täglich noch mehrere hundert Tonnen interplanetarer Staubpartikel und Meteoriten auf die Erde nieder. Das zeigt das Verhältnis von Helium-3 zu Helium-4 in marinen Sedimenten und im Polareis.

Kleinere extraterrestrische Objekte wie Staubteilchen und Meteoriten werden durch die Erdatmosphäre stark abgebremst. Sie erreichen die Erdoberfläche entweder mit normaler Fallgeschwindigkeit oder verglühen bereits in der Atmosphäre. Deshalb stellen sie keine Gefahr für die Menschheit dar. Wenn ein Asteroid oder ein Komet mit einem Durchmesser von mehr als einem Kilometer auf der Erde einschlagen würde, hätte das verheerende Folgen für die gesamte Biosphäre. Solche Himmelskörper bewegen sich mit kosmischen Geschwindigkeiten. Asteroiden schießen mit mehr als 15 Kilometern pro Sekunde durch das All, Kometen können sogar 71 Kilometer pro Sekunde zurücklegen. Sie treffen ungebremst auf die Erde und übertragen in Bruchteilen einer Sekunde mehr Energie auf die Erde als gegenwärtig im weltweiten Kernwaffenarsenal gespeichert ist. Bislang sind etwa 180 Impaktkrater bekannt. Im Verlauf der Erdgeschichte hat es also immer wieder kosmische Katastrophen von lokalem oder globalem Ausmaß gegeben. Bislang ließ sich aber nur für die Kreide-Paläogen-Grenze (früher: Kreide-Tertiär-Grenze) nachweisen, dass es einen Zusammenhang zwischen einem Impakt und einem Massensterben gab. Vor 65 Millionen Jahren schlug ein etwa zehn Kilometer großer Asteroid auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko ein und schuf den 180 Kilometer großen Chicxulub-Krater. Dieser Einschlag wird für das damalige Massensterben einschließlich des Niedergangs der Dinosaurier verantwortlich gemacht.

Asteroid 951 Gaspra

Falschfarbenbild eines 19 x 12 x 11 Kilometer großen Asteroiden 951 Gaspra, der von der Raumsonde Galileo aufgenommen wurde (Quelle: United States Geological Survey (USGS))

Im Juli 1994 schlugen etwa 20 zwei bis drei Kilometer große Bruchstücke des Kometen Shoemaker-Levy auf dem Jupiter ein. Die deutlich sichtbaren Feuerbälle und die dunklen Flecken auf dem Jupiter waren nahezu so groß wie die gesamte Erdoberfläche. Mit diesem Ereignis wurde der breiten Öffentlichkeit erstmals klar, dass im Sonnensystem auch heute noch gewaltige Kollisionen stattfinden und dass sie auch die Erde treffen können. Um die aktuelle Gefährdung durch eine Kollision mit einem bestimmten Himmelskörper abschätzen zu können, muss man zunächst die Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmen und anschließend die Auswirkungen eines Einschlags abschätzen.

Einschlag des Fragments G des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf der Oberfläche von Jupiter

Einschlag des Fragments G des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf der Oberfläche von Jupiter, aufgenommen mit dem Hubble-Teleskop am 18. Juli 1994, ungefähr zwei Stunden nach dem Impakt (Quelle: National Aeronautics and Space Administration (NASA))

Wie wahrscheinlich ein Impakt ist, hängt von der Größe des Impaktors ab. Die statistische Häufigkeit von Impaktprozessen lässt sich anhand der Kraterstatistik des Mondes abschätzen. Astronomische Beobachtungen von potenziell gefährlichen, erdbahnkreuzenden Asteroiden und Kometen, den so genannten NEOs (Near Earth Objects), ergänzen die Statistik. Aus der Kraterstatistik des Mondes lässt sich ableiten, wie häufig Meteoriteneinschläge im Verlauf der Erdgeschichte waren. Die Daten zeigen, dass die Impaktrate nach dem heftigen Bombardement in der Frühphase der Erde während der letzten drei Milliarden Jahre konstant blieb. Im statistischen Mittel entstehen also heute genauso viele Krater wie vor drei Milliarden Jahren.

Teleskope auf der Erde bilden eine zweite Informationsquelle, um das gegenwärtige Impaktrisiko abzuschätzen. Mittlerweile hat man 800 der 1.000 bis 1.200 erwarteten größeren NEOs entdeckt und ihre Bahnen erfasst. Von den kleineren NEOs mit einem Durchmesser von weniger als einem Kilometer sind bislang 6.000 Objekte bekannt. Die Kraterstatistik lässt erwarten, dass etwa alle hundert Millionen Jahre ein Meteorit von der Größe des Chicxulub-Impaktors auf der Erde einschlägt. Das bedeutet, dass allein im Phanerozoikum, also während der letzten 550 Millionen Jahre, fünf vergleichbare Einschläge stattgefunden haben müssen. Ein ein Kilometer großer Asteroid schlägt einen Krater der Größe des Nördlinger Rieses mit einem Durchmesser von etwa 25 Kilometern. Ein solcher Einschlag tritt in der Regel etwa alle 500.000 Jahre auf. Ein Ereignis wie die Tunguska-Explosion in Sibirien, die im Jahr 1908 ein Gebiet von 2.000 Quadratkilometern verwüstete, wird im Mittel alle hundert Jahre erwartet.

Mittleres Zeitintervall zwischen zwei Impaktereignissen als Funktion des Projektildurchmessers

Mittleres Zeitintervall zwischen zwei Impaktereignissen als Funktion des Projektildurchmessers. Die Abbildung zeigt eine logarithmische Abhängigkeit der Impakthäufigkeit vom Projektildurchmesser (Quelle: Falko Langenhorst (2002): Einschlagskrater auf der Erde - Zeugen kosmischer Katastrophen. Sterne und Weltraum 6/2002, 34-44)

Die Untersuchungen an der Kreide-Paläogen-Grenze haben gezeigt, dass große Einschläge ein breites Spektrum an Effekten auf allen Zeitskalen nach sich ziehen. Kurzfristig breiten sich enorme Druckwellen in der Atmosphäre aus, es entstehen großflächige Waldbrände und Tsunamis. Langfristig kann das Klima durch ­enorme Mengen an Staub, klimawirksamen Gasen (CO2, SOx) und Wasserdampf aus dem Gleichgewicht gebracht werden. Der feine Staub kann das Sonnenlicht abschirmen und so die Photosynthese unterbrechen, während das Kohlendioxid einen nachhaltigen Treibhauseffekt verursachen kann.

Wissenschaftliche Herausforderungen

In den letzten Jahrzehnten hat die Impaktforschung erhebliche Fortschritte erzielt. Dennoch bestehen immer noch Wissensdefizite. So ist unklar, wie groß die Gefährdung durch NEOs ist und welche Rolle Meteoriteneinschläge bei den großen Massensterben der Erdgeschichte gespielt haben. Offenbar hat man 70 Prozent der größeren NEOs mit einem Durchmesser von mehr als einem Kilometer bereits entdeckt. Im Schnitt kollidiert aber nur alle paar Hunderttausend oder Millionen Jahre eins dieser Objekte mit der Erde. Schätzungen zufolge sind nahezu eine halbe Million an kleineren NEOs noch unentdeckt.

Gemäß der Kraterstatistik der Erde sollten in den letzten drei Milliarden Jahren 30 Krater der Chicxulub-Klasse entstanden sein. Bislang sind aber nur drei Krater mit einem Durchmesser von mehr als 200 Kilometern bekannt: Chicxulub, Sudbury und Vredefort. Selbst wenn viele der großen Impaktkrater durch die Plattentektonik zerstört wurden, so sollten zumindest die Auswurfsgesteine dieser Krater noch teilweise auf alten Kontinentalschilden existieren. Solche Impaktlagen könnten Aufschluss darüber geben, ob Chicxulub nur ein singuläres Ereignis war oder ob Impaktereignisse dieser Größenordnung generell ein Massenaussterben nach sich ziehen. Des Weiteren ist noch nicht verstanden, welche Umweltfolgen große Impaktereignisse haben und über welche Mechanismen sie ein Massensterben verursachen. Diese Frage kann nur im Zusammenwirken von Wissenschaftlern aus scheinbar entfernten Fachgebieten wie Astronomie, Atmosphärenchemie, Klimatologie, Biologie und Hochdruckphysik geklärt werden.

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:03 durch Jana Stone | Impressum