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Understanding the role of impact cratering in Earth's evolution through state-of-the-art geochronology

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Atomuhren aus zersplitterten Zirkonkristallen können Asteroideneinschläge datieren

Bei der Altersbestimmung eines Einschlagskraters stellt sich die Frage, ob das Alter sich auf den Zeitpunkt des Aufschlags (und die damit verbundene Zerstörung) bezieht oder auf die Abkühlung des Kraters, die bis zu hunderttausende Jahre später erfolgte? In neuen Forschungsarbeiten ist es gelungen, diese beiden Ereignisse klar zu trennen und den Einschlagszeitpunkt genau zu berechnen.

Grundlagenforschung

Die Chicxulub-Einschlagsstruktur auf der Halbinsel Yucatán, Mexiko, entstand vor 66 Millionen Jahren und führte zum Massenaussterben der Kreide-Paläogen-Grenze, das drei Viertel aller Lebensformen auf der Erde auslöschte. Dieses Ereignis ist ein etabliertes Beispiel für einen Kausalzusammenhang zwischen einem Einschlag und einem Massensterben, doch es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass andere größere Einschläge weitere Aussterbeereignisse ausgelöst haben. Die genaue und präzise Datumsbestimmung bei großen Kratern kann unser bisheriges Verständnis vom Zusammenhang zwischen Einschlägen und Massenaussterbeereignissen voranbringen. Das EU-finanzierte Projekt Crater Chron hat sich die jüngsten wissenschaftlichen Fortschritte in der Nutzung des Minerals Zirkon (ZrSiO4) zur Berechnung des Alters von Einschlagereignissen zunutze gemacht, um weitere Erkenntnisse darüber zu liefern, wann ein Einschlag passierte und welche Auswirkungen er hatte. „Wir konnten eine relativ vereinheitlichte Methode etablieren, um das Alter eines Einschlagereignisses zu bestimmen“, sagt Projektleiter Gavin Kenny vom Naturhistoriska riksmuseet in Schweden. Kenny wurde bei dieser Arbeit durch ein Einzelstipendienprogramm der Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt. Einer der Durchbrüche des Projekts kam mit der Integration von neuen Daten aus der Uran-Blei-Datierung (U-Pb-Datierung) von Zirkon mit zuvor veröffentlichten Daten aus einer anderen Datierungsmethode, der Argon-Argon-Datierung oder Ar/Ar-Datierung. Kenny dazu: „Die Ar/Ar-Datierung ist ein sehr wertvolles Werkzeug zur Datierung von Einschlägen, von daher war es wichtig, zu zeigen, dass diese beiden Verfahren einander ergänzen können, um die Geschichte eines Einschlagereignisses und die Abkühlung eines Einschlagskraters zehn- bis hunderttausende Jahre nach dem Einschlag vollständiger nachzuzeichnen.“

Kombinierte Verfahren für ein umfassenderes Bild

Durch die Erforschung des 23 Kilometer breiten Einschlagskraters Lappajärvi in Finnland konnte das Projekt zeigen, dass geschockter Zirkon das Alter des Einschlagereignisses genauer bestimmen kann, während die Ar/Ar-Datierung die Abkühlung des Kraters besser datiert. „Wenn Einschläge mit anderen wichtigen Ereignissen in der Vergangenheit der Erde, wie etwa Massenaussterbeereignissen, in Zusammenhang gebracht werden sollen, ist es wichtig, zu verstehen, ob man das eigentliche Einschlagsereignis oder die spätere Abkühlung der Struktur datiert hat“, fügt Kenny hinzu. Zirkon, der durch die extremen Drücke und Temperaturen, die nur bei Einschlagsereignissen auftreten, geschockt wurde, deformiert sich auf unterschiedliche Arten. Eine Art der Deformierung ist die Rekristallisation. Ein Prä-Impakt-Zirkonkorn, das ursprünglich vielleicht 100 Mikrometer (0,1 Millimeter) groß ist, kann sich zu einem Cluster von hunderten oder sogar tausenden Subkörnern rekristallisieren. Dieser Vorgang führt dazu, dass Blei aus dem ursprünglichen Kristall ausgestoßen und die „Uran-Blei-Uhr“ effektiv auf die Zeit des Einschlags zurückgesetzt wird. Mithilfe von Verfahren mit hoher räumlicher Auflösung lassen sich die rekristallisierten Teile des Zirkonkorns analysieren, sodass der Zeitpunkt des Einschlags identifiziert werden kann.

Der Einschlag und seine Auswirkungen

Die verbesserte Datierung kann außerdem auf eine mögliche zeitliche Überschneidung mit einem Aussterbeereignis hinweisen, die dann weiter erforscht werden kann, und kann bestimmen, welche sedimentären Abfolgen Informationen über einen Einschlag und seine möglichen Auswirkungen auf die Biosphäre enthalten. „Die Datierung eines Einschlags ist in der Regel ein solider erster Schritt, um zu testen, ob eine bestimmte Einschlagsstruktur mit einem bestimmten Aussterbeereignis in Zusammenhang steht“, merkt Kenny an. „Wir kamen zu dem Schluss, dass die Morokweng-Einschlagsstruktur in Südafrika mit einem Durchmesser von rund 80 km einige Millionen Jahre vor der Jura-Kreide-Grenze entstand. Frühere Studien hatten auf eine mögliche Überschneidung der geologischen Grenze mit dem Einschlag hingedeutet, aber die Datierung der Grenze durch andere Forschende in den letzten Jahren und die jetzige Einschlagsstruktur weisen darauf hin, dass sie nicht zusammenfielen und daher auch nicht miteinander in Beziehung stehen können.“

Geheimnisse des Mondes

Im Verlauf der Projektarbeit untersuchte Crater Chron die Auswirkungen extremer Drücke und Temperaturen auf andere Minerale wie Apatit. Das Wissen darüber, wie Apatit bei einem Einschlag reagiert, ist wichtig, um die Geschichte des Mondes und des inneren Sonnensystems besser zu verstehen, da Apatit in Mondgestein wesentlich häufiger vorkommt als Zirkon. „Studien, die Einschläge und vulkanische Aktivität auf dem Mond datieren, nutzen dazu Apatit, deshalb ist es wichtig, zu verstehen, wie sich Einschläge auf seine Uran-Blei-Uhr ausgewirkt haben“, erklärt Kenny.

Schlüsselbegriffe

Crater Chron, Einschlagsereignis, Datierung, Zirkon, geologische Grenze, Apatit, U-Pb, Ar/Ar-Datierung

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