30. Mai. 2018
Der Einschlag in Chicxulub, der das Ende der Dinosaurier bedeutete.

Der Einschlag in Chicxulub, der das Ende der Dinosaurier bedeutete.

Der Asteroid, der vor rund 66 Millionen Jahren in den steil abfallenden Kontinentalschelf vor der mexikanischen Halbinsel Yucatán einschlug, sorgte dort für den zweitgrößten Krater, der noch auf der Erdoberfläche erkennbar ist. Global war er nach Ansicht vieler Geowissenschaftler maßgeblich am Untergang der Dinosaurierwelt beteiligt, doch vor Ort erholte sich das Leben in atemberaubender Geschwindigkeit. In der aktuellen "Nature" berichtet ein Forschungsteam von Erkenntnissen aus Bohrkernen aus dem Kraterinneren.

"Nur ein paar Jahre nach dem Einschlag fanden wir Anzeichen für Leben, Plankton, das in der Wassersäule schwebte, aber auch Wühlspuren von Würmern oder Krabben", berichtete Chris Lowery, Forscher am Institut für Geophysik der Universität von Texas in Austin. Lowery gehört zu der Expedition des Internationalen Meerestiefbohrprogramms, die 2016 im Boden des Chicxulub-Kraters Sedimentkerne aus der Einschlagszeit erbohrte. In "Nature" berichten er und andere Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Expedition über die ersten 200.000 Jahre nach dem Einschlag, geologisch gesehen also über die Zeit unmittelbar nach dem Ereignis.

Das Bohrschiff

Das Bohrschiff "Myrtle" vor der Küste von Yucatàn.

Bild: ECORD/D. Smith
Bohrkerne vom Chicxulub-Krater auf dem Untersuchungstisch am Bremer MARUM.

Bohrkerne vom Chicxulub-Krater auf dem Untersuchungstisch am Bremer MARUM.

Bild: ECORD/E. Leber
Ein Bohrkern vom untersten Teil der Chicxulub-Sedimente.

Ein Bohrkern vom untersten Teil der Chicxulub-Sedimente.

Bild: ECORD/A. Rae
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Das Bohrschiff "Myrtle" vor der Küste von Yucatàn.

Bild: ECORD/D. Smith

Bohrkerne vom Chicxulub-Krater auf dem Untersuchungstisch am Bremer MARUM.

Bild: ECORD/E. Leber

Ein Bohrkern vom untersten Teil der Chicxulub-Sedimente.

Bild: ECORD/A. Rae

"Nach spätestens 30.000 Jahren gab es dort wieder ein hochproduktives und gesundes Ökosystem, während es im Golf von Mexiko oder im Atlantik selbst 300.000 Jahre dauerte, bis die Produktivität der Kreidezeit wieder erreicht wurde", so Lowery. Dauerhaft lebensfeindliche Bedingungen hat der bis zu 15 Kilometer große Asteroid demnach nicht hinterlassen. "Es gab diese apokalyptische Vorstellung von einem für geraume Zeit unbelebten Ozean, aber die ist nach unseren Ergebnissen offenkundig falsch", erklärt Expeditionsleiter Sean Gulick, Forschungsprofessor an der Universität Texas.

Hochproduktives Ökosystem bereits nach 30.000 Jahren

Das Forschungsteam stützt sich auf ein 76 Zentimeter langes Kernstück direkt aus dem zentralen Kraterring, das sie als Übergangseinheit bezeichnen. Es liegt zwischen der insgesamt 130 Meter dicken Lage aus Überresten des Einschlags, einem Gemisch aus zerschmettertem und geschmolzenem Gestein, und den ersten Sedimentschichten, die eindeutig dem Paläogen zuzuordnen sind. So heißt seit einer Neufassung der geologischen Zeittafel im Jahr 2000 der ältere Teil des einstigen Tertiärs. Die ersten 22 Zentimeter der Übergangseinheit sind frei von irgendwelchen Fossilien, doch dann tauchen als erstes Foraminiferen auf, im Meerwasser treibenden Mikroalgen mit Kalkschalen. In den obersten 20 Zentimetern kommen schließlich die Wühlspuren von größeren im Meeresboden lebenden Tieren hinzu. Spätestens da war am Ort des Bohrkerns auch im Meeresboden, der im innersten Bereich des Kraters gewonnen wurde, die lebensfeindliche Phase beendet.

Die Übersetzung der Bohrkern-Zentimeter und Jahrtausende war schwierig. "Die Datierung eines 66 Millionen Jahre alten Ereignisses ist immer eine Herausforderung", räumt Gulick ein. Er hat mit seinem Team drei verschiedene Methoden ausprobiert, um die Dauer der Übergangszeit herauszuarbeiten. Nimmt man einen bewährten Maßstab, der die Erdgeschichte nach bestimmten vorherrschenden Foraminiferen gliedert, hätte die Übergangszeit rund 30.000 Jahre gedauert. "Wir haben allerdings auch Hinweise durch kosmisches Helium-3, dass die Ablagerung des gesamten Kernstücks nur ein paar Hundert Jahre gedauert haben könnte", so Gulick. Helium-3 kommt ausschließlich aus dem Weltall und regnet mit kosmischen Staubteilchen auf die Erdoberfläche. Da man die Intensität dieses Niederschlags kennt, kann man abschätzen wie schnell sich Sedimentschichten aufgebaut haben. Einen geradezu irrwitzig kurzen Übergangszeitraum ergab die Untersuchung mit einer dritten Methode. "Wenn wir uns nur ansehen, wie schnell Körnchen dieser Größe und Dichte sich in Wasser absetzen, dann kommen wir auf ein paar Jahre", so Gulick.

Anschluß an den Atlantik ermöglichte schnelle Neubesiedelung

Selbst wenn man vorsichtig ist und die konservativste auf Foraminiferen gestützte Datierungsmethode benutzt, sind 30.000 Jahre eine ziemlich kurze Spanne, um sich von einem derart gewaltigen Schlag wie dem Chicxulub-Impakt zu erholen. Zumal Untersuchungen im wesentlich kleineren Chesapeake-Bay-Krater ergaben, dass sich dort fast 200.000 Jahre lang nichts mehr rührte, nachdem vor 35,5 Millionen Jahren ein gerade einmal drei Kilometer großer Asteroid eingeschlagen war. "Ob sich das Leben schnell oder langsam erholt, hat offenbar nichts mit der Größe des Einschlags zu tun", erklärt Chris Lowery.

Die Geschwindigkeit hängt offenbar vor allem an der Geometrie des Einschlags. Vor der Halbinsel Yucatán fällt der Meeresboden schnell bis in 2000 Meter Tiefe ab. In diesen Abhang schlug der Asteroid einen Krater mit stark unterschiedlich hohen Wänden. "Dadurch ist der Krater nach Nordosten zum Atlantik hin offen, und durch diese 500 oder 600 Meter tiefe Öffnung konnte das Ozeanwasser in den Krater strömen und dort zirkulieren", so Lowery. In der Chesapeake-Bay schotteten die Wände den Krater dagegen von den Ozeanströmungen ab. "Zwar schwappte Wasser über den Rand in den Krater", erzählt Lowery, "aber dann blieb die Durchmischung im Krater aus, und der gesamte untere Teil verwandelte sich in eine Todeszone."

Im Chicxulub-Krater dagegen sorgte die Atlantikströmung für permanente Sauerstoffzufuhr und verdünnte die lebensschädlichen Substanzen, die dort aus dem Meeresboden strömten. Denn dass der Asteroideneinschlag im Krater ein höchst aktives und ausgedehntes Hydrothermalsystem in Gang setzte, steht aus Zweifel. "Vielleicht haben sich durch die Atlantikströmungen die in hohen Konzentrationen giftigen Metalle ja so weit verdünnt, dass sie als Nährstoffe dienen konnten", mutmaßt Lowery. Außerdem dürfte der stetige Nachschub kalten Ozeanwassers die Temperaturen im Krater gesenkt haben, doch genau wissen das die beiden Geowissenschaftler noch nicht. "Wir untersuchen das gerade, aber noch haben wir nur verwirrende und widersprüchliche Werte erhalten", sagt Sean Gulick.

Einschlag sorgte für zeitweiliges Supertreibhaus

Dass das neue Ökosystem sich in einer grundsätzlich viel wärmeren Welt etablierte, zeigen Funde aus dem fast zehntausend Kilometer entfernten Tunesien. Dort hat eine Forschungsgruppe um den Paläontologen Ken Macleod von der Universität Missouri die Wassertemperaturen in einem rund 400.000 Jahre dauernden Zeitraum rund um den Einschlag rekonstruiert. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie kürzlich in "Science". "Wir fanden ein ziemlich eindeutiges Signal, dass es unmittelbar nach dem Einschlag einen Anstieg der Wassertemperaturen um fünf Grad gab, der rund 100.000 Jahre lang anhielt."

Die tunesische El-Kef-Formation, in der Macleod fündig wurde, gilt als das vollständigste Sedimentarchiv der Zeitenwende vom Erdmittelalter bis zur Erdneuzeit. Für seine Temperaturrekonstruktionen benutzte Macleod die winzig kleinen Überreste von Fischen, Splitter von Gräten oder Schuppen also, die dort in dem Kalkstein eingearbeitet sind. "Fische speichern in ihrem Skelett Temperaturinformation, genau wie es Kalkalgen zum Beispiel auch machen, nur dass Fischknochen unempfindlicher gegen spätere Veränderungen sind", so Macleod.

Das Temperatursignal rührt vom Verhältnis zwischen schwerem Sauerstoff-18 zu leichterem Sauerstoff-16. "Ist das Wasser kälter, lagern Fischer mehr schweren Sauerstoff ein", erklärt der US-Geoforscher. Die Fische im El-Kef-Kalk zeigen, dass nach dem Einschlag tatsächlich eine rund 100.000 Jahre dauernde Treibhaus-Phase auf der Erde herrschte, die in höheren Breiten vermutlich noch wesentlich ausgeprägter war als im damals tropischen El-Kef.