In Süddeutschland, knapp nördlich der Donau, liegt zwischen der hügeligen Umgebung eine große kreisförmige Senke: das Nördlinger Ries. Vor fast 15 Millionen Jahren schlug an dieser Stelle ein Asteroid ein. Heute ist der Einschlagskrater eines der nützlichsten Analogien für Asteroidenkrater auf dem frühen Mars.
Besonders aufschlussreich ist die Untersuchung der Ablagerungen des ehemaligen Sees, der sich im Krater gebildet hat. Diese Ablagerungen sind von großem Interesse, seit die NASA begonnen hat, Marskrater nach Anzeichen von Wasser und Leben auf dem Mars zu untersuchen. Allerdings ist die chemische Entwicklung des ehemaligen Kratersees und seiner bewohnbaren Gebiete nur teilweise verstanden.
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat nun Hinweise auf die Vergangenheit gefunden: Sie analysierten Dolomitgesteine in einem Bohrkern und fanden einen extrem hohen Anteil des Kohlenstoffisotops C-13. Weitere Untersuchungen führten dies auf eine Phase starker Methanbildung durch Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, in Wasser mit niedrigem Sulfatgehalt zurück.
Im Gegensatz dazu zeigten die Sedimente der vorherigen, ersten Phase des Kratersees deutliche Spuren von hohem Sulfatgehalt und bakterieller Sulfatzersetzung. Diese Veränderung zeigt, dass sich die Grundwasserwege zum See veränderten, als der Kraterboden abkühlte. Die Ergebnisse waren veröffentlicht im Tagebuch Geochimica et Cosmochimica Acta.
Ein 250 Meter langer Bohrkern aus dem Jahr 1981 lieferte Aufschluss über die chemischen Prozesse während der Sedimentablagerung im Kratersee. Durch die Kombination sedimentologischer, biogeochemischer und isotopengeochemischer Untersuchungsmethoden konnten die Forscher einen markanten Abschnitt identifizieren, den sie mithilfe von Biomarkeranalysen genauer untersuchten.
Sie entdeckten organische Biomarker, die von sulfatreduzierenden Bakterien und „normalem“ Dolomit in älteren Gesteinen des Kratersees stammen. In den jüngeren Gesteinen fanden sie Dolomit, angereichert mit C-13 und einer Chemikalie namens Archaeol, was darauf hindeutet, dass zu dieser Zeit Archaeen vorhanden waren.
Die Eigenschaften der Gesteine spiegeln die Bedingungen im Kratersee während ihrer Entstehung wider: Die Abnahme des Sulfats ist auf den Abbau durch Bakterien und die C-13-Anreicherung auf die Bildung von Methan durch Archaeen zurückzuführen.
„Diese chemische Entwicklung kann nur durch die Veränderung der Grundwasserversorgung während der allmählichen Abkühlung des Kraterbodens erklärt werden. Dies führte zu einem Wechsel von tiefem, hydrothermalem Grundwasser (mit Sulfat) zu kühlerem Wasser ohne Sulfat, das durch Kalksteinfelsen geflossen sein muss.“ nahe der Oberfläche“, erklärt Studienleiter Professor Gernot Arp vom Fachbereich Geobiologie der Universität Göttingen.
Die Ergebnisse liefern nicht nur wichtige Informationen über die Entwicklung des untersuchten Kratersees, sondern auch, wie Arp anmerkt: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bedingungen in Asteroiden-Kraterseen stark durch interne Prozesse wie die Abkühlung des Kraterbodens und die Wasserversorgung gesteuert werden.“ Klimaveränderungen sind dagegen, anders als in vielen anderen Seen, von untergeordneter Bedeutung. Dies muss berücksichtigt werden, wenn Ablagerungen in terrestrischen und außerirdischen Kratern als Klimaarchive genutzt werden, um aus den Sedimenten auf vergangene Klimabedingungen zu schließen.“
Mehr Informationen:
Lingqi Zeng et al., Extrem 13C-angereicherter Dolomit zeichnet Intervall starker Methanogenese nach einem Sulfatrückgang im miozänen Ries-Einschlagskratersee auf, Geochimica et Cosmochimica Acta (2023). DOI: 10.1016/j.gca.2023.10.013