Zehntausende Asteroiden– soweit wir wissen – durchstreifen unser Sonnensystem. Dabei handelt es sich um Bausteine aus Metall, Silikaten und Eis, die vom Beginn der Zeit übrig geblieben sind, als sich die Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) und ihre Monde zusammensetzten.
Meistens kreisen die Asteroiden still um die Sonne – manchmal kollidieren sie jedoch miteinander oder mit den Planeten und ihren Monden. Ein Asteroid, der auf eine Planetenoberfläche trifft, wird Meteorit genannt. Wenn sich ein Meteorit mit Höchstgeschwindigkeit zwischen 10 und 70 km pro Sekunde bewegt, setzt die Kollision eine enorme Energiewelle frei und hinterlässt etwas an seinem Platz auf der Planetenoberfläche.
Diese Meteoriten- oder Einschlagskrater erscheinen als Narben. Einige Planeten sind stärker von Kratern übersät als andere: der Mond ist bedeckt mit Tausenden, aber die Erde hat nur 200 bestätigte Meteoritenkrater. Dafür gibt es mehrere Gründe. Erstens verlangsamen sich Meteoriten in unserer Atmosphäre oder verbrennen sogar, bevor sie die Oberfläche erreichen können. Zweitens sind 70 % der Erde mit Wasser bedeckt – Krater können wir nur an Land sehen. Auch auf der Erde gibt es tektonische Platten, die die Oberfläche verschieben und ständig erneuern.
Ich bin ein Geowissenschaftler, der Einschlagskrater untersucht. Ich habe zehn der bestätigten Kraterstandorte der Erde besucht, an so unterschiedlichen Orten wie dem Amazonas-Dschungel, dem arktischen Polarkreis, Mitteleuropa und Südafrika. Ich habe sogar Mondproben untersucht, die von den Apollo-Missionen gesammelt wurden.
Die Bildung von Einschlagskratern ist einer der grundlegendsten kosmischen Prozesse. Es ist für das Wachstum von Planetenkörpern durch Akkretion (Anhäufung von Masse) verantwortlich. Beispielsweise entstand der Mond durch eine Kollision zwischen der jungen Erde und einem kleineren Planeten, Theia.
Es ist erwiesen, dass das Aussterben der Dinosaurier durch einen gewaltigen Einschlag verursacht wurde. Daher kann die Untersuchung von Einschlagskratern unser Verständnis der Entwicklung und des Lebens der Erde sowie ihrer möglichen Zukunft erweitern.
Studieren von Impaktiten
Nach der Verteidigung meiner Doktorarbeit an der österreichischen Universität Wien zog ich in die Provinz Free State in Südafrika. Die nächstgelegene und interessanteste geologische Stätte war der Vredefort-Einschlagskrater. Es ist die älteste und größte bekannte Impaktstruktur der Weltetwa 2 Milliarden Jahre alt und mit einem Durchmesser zwischen 180 km und 300 km.
Der Mond begann mit einem buchstäblichen „Knall“
Zusammen mit meinen Forscherkollegen besuchte ich Vredefort mehrmals im Jahr, um verschiedene Daten zu sammeln. Forschung zur Einschlagskraterbildung hilft mir, zwei meiner großen Leidenschaften zu kombinieren – die metamorphe Petrologie (wie Gesteine von einer Art in eine andere umgewandelt werden können) und die Verformung von Mineralien (wie sie unter Stress ihre Form und Struktur ändern).
Was passiert also, wenn ein Einschlagkrater entsteht? Eine Kombination aus intensiver Hitze (die Tausende von Grad Celsius erreichen kann) und Druck (Millionen von Grad Celsius). Atmosphären) in dem Moment, in dem der Meteorit die Planetenoberfläche trifft. Der Meteorit wird zerstört und ein Teil des Ziels verdunstet.
Diese Kollisionsstelle ist ein sogenannter Einschlagskrater. Der Boden um ihn herum und darunter ist voller Steine Impaktiten. Diese sind nirgendwo sonst zu finden: Impaktite entstehen nicht durch natürliche Prozesse, sondern nur durch Meteoriteneinschläge. In den Mineralien, die sich bereits auf der Planetenoberfläche befanden, bilden sich einzigartige Verformungsmerkmale.
Manchmal werden neue Mineralien gefunden – Beispiele hierfür sind Coesit und Stishovitdas sind Hochdruckmodifikationen von Quarz, und reidite– eine Hochdruckmodifikation von Zirkon. Ein anderer ist Impact Diamond, genannt Lonsdaleit.
Neuste Technologie
Die Untersuchung von Impaktiten ist natürlich nicht so einfach, wie sie mit bloßem Auge zu betrachten oder sie sogar unter ein herkömmliches Mikroskop zu legen. Eine Technologie namens Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) treibt die neueste Forschung auf diesem Gebiet voran. Es wird bereits seit einigen Jahrzehnten verwendet, doch in den letzten Jahren gab es große Verbesserungen in Qualität und Präzision.
TEM ist eine Möglichkeit, die Mikro- und Nanostrukturen von Impaktiten mit unglaublich hoher Auflösung zu beobachten. Anhand dünner, speziell präparierter Proben können Strukturen mit einer Größe von nur wenigen Nanometern – das entspricht etwa einem Zehntausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares – hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Form, Kristallstruktur und Beziehung zur Umgebung charakterisiert werden. Einzelne Moleküle und ihre Muster in Kristallen können erkannt und abgebildet werden. Wir können sogar identifizieren, um welches Mineral es sich handelt, indem wir die Anordnung der Moleküle analysieren.
Diese Technologie öffnet die Tür zu einer völlig neuen Welt der Impaktit-Untersuchung. Unsere kleinräumigen Analysen werden immer mehr der großen Geheimnisse des Universums enthüllen.
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