Erde erlebt eine „Flutwelle“ von Einschlägen aus dem All

Seit der Geburt der Sonne vor etwa 4,6 Milliarden Jahren ist unser Sonnensystem ein gefährlicher Ort. Unsere kosmische Nachbarschaft war einst voll von Meteoroiden, Kometen und sogar jungen Planeten, die allesamt miteinander kollidierten und Narben in Form von Einschlagkratern hinterließen.

Auch heute noch führen kalte Brocken aus Eis und Gestein im Weltall ihren Tanz auf. Allerdings wussten wir lange Zeit nicht, wie sich die Zahl der Einschläge im Laufe der Zeit verändert hat.

Mit Hilfe von Daten einer Mondsonde der NASA konnten Wissenschaftler im Fachmagazin „Science“ nun etwas Überraschendes berichten: Vor etwa 290 Millionen Jahren stieg die Einschlagrate auf dem Mond – und damit auch auf der Erde – dramatisch an und ist womöglich bis heute nicht wieder gefallen.

Das ist nicht zuletzt auch deshalb von Bedeutung, weil Asteroiden, die groß genug sind, um die Erdatmosphäre zu durchdringen, beim Einschlag ein Massenaussterben auslösen können. Ein eben solcher Einschlag läutete vor 66 Millionen Jahren das Ende des Zeitalters der Dinosaurier ein.

Das Planetary Defense Coordination Office der NASA hält deshalb nach potenziell bedrohlichen Objekten Ausschau, deren Flugbahn sie in Richtung Erde führt. Da ist es zweifelsfrei nützlich, die Einschlagraten im inneren System zu kennen. Denn je mehr wir über diese Vorgänge wissen, desto besser verstehen wir das potenzielle Risiko, das sie bergen.

Mondspaziergang aus der Ferne

Die Einschlaganalysten haben auf der Erde allerdings ein kleines Problem: die Plattentektonik, das Wetter und die Erosion. All diese Prozesse glätten die uralten Krater unseres Planeten im Laufe der Zeit. Das bedeutet, dass nachweisbare Einschlagkrater größtenteils vergleichsweise jung sind.

Der Mond hingegen hat keine nennenswerte Atmosphäre, keine Plattentektonik und keine Erosion. Somit ist er ein praktisch unberührtes geologisches Archiv. Der er uns zudem fast seit Anbeginn der Erde begleitet, kann seine Oberfläche die Lücken in der Einschlaggeschichte unseres Planeten füllen.

Der Mond ist praktisch „eine Zeitkapsel für die Ereignisse in unserer Ecke des Sonnensystems. Es ist wirklich cool, dass wir diese ganzen Daten haben“, sagt die Studienleiterin Sara Mazrouei, eine Planetenwissenschaftlerin an der University of Toronto.

Allerdings ist es nicht immer ganz einfach, auch an diese Daten zu kommen. Da Astronomen nicht mal eben so eine Exkursion zum Mond machen können, müssen sie das Alter der Krater auf andere Weise feststellen. Mazrouei und ihr Team fanden eine Möglichkeit, die Mondkrater mit Hilfe des Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA zu kartieren und zu datieren.

Die Forscher wussten bereits, dass große Krater, die im Laufe der letzten eine Milliarde Jahre entstanden sind, von zahlreichen Gesteinstrümmern bedeckt sind, während das bei älteren Kratern nicht der Fall ist. Im Laufe von Jahrmillionen werden große Gesteinsbrocken durch Einschläge von Mikrometeoriten, kleine Gasausbrüche an der Oberfläche und das extreme Temperaturgefälle zwischen Tag und Nacht aufgebrochen.

Stück für Stück zerbrechen sie in immer kleinere Trümmer und werden schließlich zu Mondstaub – ein Prozess, der beeinflusst, wie schnell die Wärme aus den Kratern und der umliegenden Umgebung entweicht. Die Co-Autorin Rebecca Ghent, eine Professorin für Planetenwissenschaften an der University of Toronto, machte sich diesen Umstand zunutze.

Sie nahm sich die Daten des Infrarot-Radiometers Diviner an Bord des LRO vor. Das Instrument misst die Wärme, die von der Mondoberfläche abgestrahlt wird. Dank bereits datierter Krater entdeckte sie eine „wunderschöne Korrelation“ zwischen der Gesteinsschicht, ihrer Wärmeübertragung und dem Alter der Krater.

Somit konnte Diviner nun Krater mit einer Größe von mindestens zehn Kilometern Durchmesser datieren und Mazrouei machte sich an die Arbeit. Im Laufe der folgenden fünf Jahre kartierte sie von Hand alle Mondkrater, die im Laufe der letzten eine Milliarde Jahre entstanden waren. Als sie ihre vorläufigen Ergebnisse schließlich Bill Bottke vorlegte, einem Planetenwissenschaftler und Asteroidenexperten des Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, wusste sie, dass sich die Arbeit ausgezahlt hatte.

„Manche Leute sitzen auf einem Topf voll Gold und merken es nicht mal“, sagte ihr Bottke, der ebenfalls ein Co-Autor der Studie ist. „Und Sie sitzen auf einem Topf voll Gold.“

Gemeinsam entdeckte das Team, dass seit etwa 290 Millionen Jahren etwa zwei- bis dreimal so viele Objekte auf dem Mond einschlagen wie in den vorherigen 710 Millionen Jahren.

Durch Vulkanschlote ins Erdinnere

Die Wissenschaftler gingen stark davon aus, dass eine ähnliche Verschiebung in der Einschlagrate auch für die Erde gelten musste. Allerdings würde es schwierig werden, dafür Beweise zu finden. Da verwies der Co-Autor und Professor für Erdwissenschaften Thomas Gernon von der University of Southampton auf Kimberlite – und plötzlich ergab sich alles andere von selbst.

Kimberlite sind vulkanische Gesteine, die in den uralten Kerngebieten der Kontinente – den sogenannten Kratonen – mitunter Schlotgänge bilden, aus denen Material aus dem Erdinneren aufsteigt. Da solche Schlote einst auch Diamanten zutage förderten, sind sie mittlerweile weitestgehend kartiert und bergbaulich erschlossen.

„Kontinente sind wie Nadelkissen, die vom Tausenden Kimberlitschloten durchbohrt sind. Es sind Archive der urzeitlichen Erosion“, erklärt Gernon. Bis zu einem Zeitpunkt vor etwa 650 Millionen Jahren trugen während der sogenannten Schneeball-Erde gewaltige Gletscher bis zu einem Fünftel der Erdkruste ab – und damit auch die Kimberlitschlote. Spuren von früheren Einschlägen konnten die Wissenschaftler daher bislang kaum finden.

Aber die Krater aus den letzten 650 Millionen Jahren sind dafür nur geringfügig von Erosion betroffen. Sie zeigen, dass die gestiegene Einschlagrate auf dem Mond, die vor 290 Millionen Jahren begann, auch auf der Erde auftrat.

Das einfachste Modell zeigt jedenfalls, „dass die Einschlagrate vor 290 Millionen Jahren anstieg und seither hoch geblieben ist“, sagt Bottke. „Das können wir mit Sicherheit sagen.“

Die Übereinstimmung der Befunde von der Erde und der Mondoberfläche „liefern ein überzeugendes Argument dafür, dass die Ergebnisse stimmen“, findet Paul Byrne. Der Professor für Planetengeologie an der North Carolina State University war an der Studie nicht beteiligt.

Auch der Merkur könnte uns behilflich sein. Wenn die ESA-Raumsonde BepiColombo dort 2025 eintrifft, können die Krater auf der erosionsfreien Welt mit ähnlichen Instrumenten wie denen des LRO kartiert und datiert werden.

„Dann könnten wir sehen, ob es auf dem Merkur eine ähnliche Signatur gibt“, sagt Mazrouei. „Das wäre wirklich fantastisch.“

Flutwelle aus dem Asteroidengürtel

Die große Frage lautet natürlich, warum die Einschlagrate überhaupt so zunahm. Laut Bottke stammen fast alle Objekte, die auf der Erde einschlugen, aus dem Asteroidengürtel. Dort zerbrach ein großes Objekt – womöglich ebenfalls durch eine Kollision – und hinterließ zahlreiche kleine Trümmer.

Im Laufe der Zeit veränderte sich die Flugbahn einiger Trümmer durch den sogenannten Jarkowski-Effekt. Durch die absorbierte Wärmestrahlung der Sonne und den Strahlungsdruck kommt es zu einer geringen Kraftentwicklung, die sich auf die Umlaufbahnen von Objekten auswirkt. Kleinere Asteroiden können so in das Gravitationsfeld eines Planeten und auf einen potenziellen Kollisionskurs geraten.

„Das ist ein bisschen wie eine einsetzende Flut“, erklärt Bottke. „Es kommt eine Menge Material aus dem Asteroidengürtel, und irgendwann kommt es auf der Erde zu einem Einschlagmaximum von Asteroiden, das im Laufe der Zeit Stück für Stück wieder abfällt.“

Es ist möglich, dass diverse Objekte im Asteroidengürtel zerbrachen und so zum Maximum beitrugen. Alternativ kann auch ein einzelnes, katastrophales Ereignis die Ursache sein. Künftige Modelle werden auch das hoffentlich klären können.

Was auch immer hinter dem Anstieg der Einschlagrate steckt: Er wird Forscher noch eine ganze Weile beschäftigen – und zwar nicht nur, weil er uns etwas über die Geschichte unseres Planeten verrät, sondern auch, weil wir nicht das Schicksal der Dinosaurier teilen wollen.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.