Meteoriten-Aufprall lässt Berge sprießen

Viele kennen das Bild von einem Tropfen, der auf eine Oberfläche trifft und unmittelbar nach dem Aufprall wieder hoch spritzt. So seltsam es klingt, unter extremen Bedingungen kann sich sogar festes Gestein ähnlich verhalten. Dies haben Wiener Wissenschaftler bei der Erforschung eines Meteoriteneinschlagskraters in Ghana erneut nachgewiesen.

Die Studie der Forscher über die sie im Wissenschaftsmagazin „Science“ berichten, beleuchtet zudem diese faszinierenden geologischen Prozesse in bisher unbekanntem Detail.

Zusammen mit Ludovic Ferrière, Uwe Reimold, Professor an der Humboldt-Universität zu Berlin und am Humboldt-Museum für Naturkunde in Berlin, sowie Boris Ivanov von der Russischen Akademie der Wissenschaften hat das Team um Christian Koeberl, Impaktforscher vom Department für Lithosphärenforschung der Universität Wien die Vorgänge bei der Entstehung der so genannten Zentralberge in Impaktkratern untersucht. Methodisch führte das Forschungsteam eine Kombination von detaillierten mikroskopischen Untersuchungen an den Gesteinen und aufwändigen, computergestützten Modellrechnungen durch.

Berge versetzen – als ob ein Tropfen auf die Oberfläche trifft

Bei einem Einschlag wird durch die enorme Energie, die nach dem Auftreffen des Asteroiden auf der Erdoberfläche frei wird, eine Hochdruck- oder Schockwelle gebildet, die halbkugelförmig in den Boden läuft und dort zu unumkehrbaren Änderungen in der Kristallstruktur der Gesteine führt.

Kurz danach wird das Gestein druckentlastet und so kommt es nicht nur zum Auswurf von enormen Gesteinsmengen und der eigentlichen Kraterbildung, sondern – so die bisherige Vermutung – es werden durch eine Art Verflüssigung der Gesteine aus der Tiefe Gesteinsschichten an die Oberfläche gebracht, die sonst im Untergrund sind. Die Details dieses Vorganges waren bis jetzt nur wenig bekannt.

Bohrplattform auf dem Bosumtwi-Kratersee © Christian Koeberl / Universität Wien

Schockveränderungen von Gesteinen untersucht

Die österreichisch-deutsch-russische Wissenschaftlergruppe hat die Schockveränderungen in solch hochgehobenen Gesteinen aus einem tiefen Bohrkern im Zentralberg des Bosumtwi-Kraters in Ghana, Westafrika, detailliert untersucht. Der Bosumtwi-Krater ist mit elf Kilometern Durchmesser und einem Alter von einer Million Jahre der jüngste große Einschlagskrater auf der Erde, und war vor kurzer Zeit Objekt eines von Koeberl geleiteten internationalen Bohrprojekts des „International Continental Scientific Drilling Program“ (ICDP).

In einem knapp 200 Meter langen Bohrkern bis zu einer Tiefe von fast 500 Meter wurde der Schockgrad von etwa 9.000 Quarzkörnern untersucht. Dabei bestimmten die Forscher die Schockdrucke, denen die Gesteine ausgesetzt waren. Sie stellten dabei fest, dass es zu einer Druckabnahme von oben nach unten innerhalb des 200 Meter langen Bohrkern-Segmentes kam. Aus diesen Daten konnte mittels des Computermodells die ursprüngliche Tiefenposition dieser Gesteine vor dem Einschlag berechnet werden.

Anhebung um bis zu 1,5 Kilometer

Es zeigte sich, dass das Gestein während des Einschlages innerhalb weniger Sekunden um etwa 1,2 bis 1,5 Kilometer angehoben wurde. Ein weiteres interessantes Ergebnis der Untersuchung war nach Angaben der Wissenschaftler, dass sich der Gesteinsblock praktisch „im Stück“ gehoben hat, und es entgegen den Erwartungen, keine plastische Deformation wie beim Tropfenmodell gab. Offensichtlich werden bei kleineren bis mittelgroßen Impaktkratern die Zentralberge durch das Hochheben riesiger Gesteinsschollen gebildet. Dieses interessante Ergebnis war nur durch die Kombination von sehr arbeitsaufwendigen mikroskopischen Untersuchungen und den detaillierten Modellrechnungen möglich, so die Forscher abschließend.

(Universität Wien, 12.12.2008 – DLO)