Wie haben Himmelseinschläge die Erde verändert? Interpretation des S2-Impaktereignisses vor 3,2 Milliarden Jahren →

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Im Laufe ihrer 4,6 Milliarden Jahre alten Geschichte war die Erde unzähligen Einschlägen von Himmelskörpern ausgesetzt, die nicht nur die Landschaftsformen der Erde geformt, sondern auch tiefgreifende Auswirkungen auf die Umwelt der Erde sowie auf die Entstehung und Entwicklung des Lebens hatten.

Allerdings gibt es auf der Erde weitaus weniger Einschlagkrater als auf dem Mond, da die intensiven geologischen Aktivitäten und die Erosion der Erde die meisten Spuren ausgelöscht haben. Gleichzeitig kann die Erdatmosphäre kleine Himmelskörper verbrennen und blockieren, sodass diese vor dem Eintritt in die Erde vernichtet werden und keine Einschlagkrater auf der Oberfläche entstehen können. Derzeit gibt es auf der Erde nur mehr als 200 bestätigte Einschlagkrater. Würden alle Einschlagkrater erhalten bleiben, wäre die Oberfläche der Erde, genau wie die des Mondes, mit unzähligen Einschlagkratern unterschiedlicher Größe bedeckt.

Der älteste und größte dieser über 200 Einschlagkrater ist der Vredefort-Krater in Südafrika, der vor 2,02 Milliarden Jahren entstand und einen Durchmesser von mehr als 300 Kilometern hat. Offensichtlich war dies nicht das erste und größte Einschlagsereignis auf der Erde.

Wissenschaftler suchen nach geologischen Aufzeichnungen von Einschlägen auf der Erde in ihrer früheren Geschichte und erforschen die Auswirkungen dieser Einschläge auf die geologische Struktur und die ökologische Umwelt der Erde sowie die Möglichkeit, dass sie den „Keim“ für das Leben auf der Erde lieferten.

Aus bestehenden Studien geht hervor, dass die Erde während des Archaikums vor 3,6 bis 3,2 Milliarden Jahren mindestens acht großflächige Einschläge erlitt. Diese Einschlagsereignisse hinterließen Spuren im Gestein des Barberton-Grünsteingürtels in Südafrika. Wissenschaftler haben diese acht Auswirkungen auf die Stufen S1 bis S8 eingestuft.

Kürzlich hat ein Forscherteam der Harvard University eine detaillierte Studie des S2-Einschlagsereignisses vor 3,26 Milliarden Jahren durchgeführt. Sie bestätigten den Einschlag zusätzlich durch die Untersuchung von Gesteinen aus der Barberton-Makhonjwa-Bergkette in Südafrika. Die Forscher fanden in den Gesteinen eine große Anzahl winziger Meteoriteneinschlagpartikel – sogenannte Kügelchen. Diese Kügelchen entstanden, als große Meteoriten auf die Erde trafen, das Erdgestein schmolzen und dann spritzten und rasch abkühlten, wodurch sich im Gestein charakteristische kugelförmige Sedimentschichten bildeten.

Es wird geschätzt, dass der Durchmesser des Meteoriten S2 zum Zeitpunkt seines Einschlags auf der Erde zwischen 37 und 58 Kilometer betrug. Diese Schätzung basiert auf Methoden wie der geologischen Struktur des Einschlagkraters, den impaktmetamorphen Eigenschaften der Gesteine ​​und der Isotopenanalyse. Die Größe des Impaktkörpers steht in direktem Zusammenhang mit der durch den Aufprall erzeugten Energie, der Verteilung des Auswurfmaterials und den Auswirkungen auf die Umwelt und Organismen.

Wie stark und zerstörerisch war dieser Aufprall? Dieses Wissenschaftlerteam ist davon überzeugt, dass das Ausmaß und die Auswirkungen des S2-Einschlagsereignisses das bekannte Chicxulub-Einschlagsereignis im Golf von Mexiko, das zum Aussterben der Dinosaurier führte, bei weitem übertreffen. Letzterer ereignete sich vor 66 Millionen Jahren und wurde durch einen Meteoriten mit einem Durchmesser von etwa 10 Kilometern verursacht. Es bildete sich ein Einschlagkrater mit einem Durchmesser von etwa 200 Kilometern, hinterließ tiefe Spuren in den geologischen Aufzeichnungen und löste das fünfte Massenaussterben aus.

Ein Einschlag, der den Durchmesser von Chicxulub um ein Vielfaches übersteigt, hätte offensichtlich weitaus größere Auswirkungen, darunter:

1. Globaler Tsunami: Der S2-Einschlag löste den größten bekannten Tsunami der Geschichte aus, der über den Globus fegte, den Meeresboden aufriss und Küsten überflutete.

2. Kochen und Verdunsten des Ozeans: Die durch den Aufprall erzeugte Hitze brachte die obere Schicht des Ozeans zum Kochen und Dutzende Meter Meerwasser verdunsteten. Gleichzeitig erwärmte es die Atmosphäre, wodurch die Temperatur um 100 Grad Celsius anstieg.

3. Atmosphärische Staubwolke: Durch den Aufprall wurden große Mengen Staub und Trümmer in die Atmosphäre geschleudert, wodurch dichte Staubwolken entstanden, die das Sonnenlicht blockierten und zum Aussterben einfachen Lebens an Land und in seichtem Wasser führten, das auf Photosynthese angewiesen war.

4. Nährstofffreisetzung: Durch den Einschlag wurden weltweit wichtige Nährstoffe wie Phosphor freigesetzt, was als „Düngemittelbombe“ bezeichnet wurde. Die Meteoriten selbst setzten große Mengen an Phosphor und Eisen frei, die alle Mikroben ernähren würden, die sie verstoffwechseln können.

Das Team ist davon überzeugt, dass der S2-Einschlag und andere große Einschläge im frühen Archaikum unterschiedliche Auswirkungen auf das frühe Meeresleben gehabt haben. Einige Lebensformen wurden positiv beeinflusst, während andere vor größeren Herausforderungen stehen. Tsunamis, die Verdunstung der Ozeane und Dunkelheit wirken sich am stärksten auf photosynthetische Organismen in Oberflächengewässern aus, während Chemoautotrophe und hyperthermophile Organismen in tiefer gelegenen Gewässern möglicherweise weniger stark betroffen sind. Negative Auswirkungen auf die Umwelt sind wahrscheinlich nur von kurzer Dauer und dauern höchstens ein paar Jahre bis Jahrzehnte an. Danach erholt sich die Biosphäre rasch. Mittelfristig könnten der Phosphoreintrag und die Einleitung von Fe2+ in flache Gewässer einen kurzzeitigen biologischen Boom ausgelöst haben, insbesondere den mikrobiellen Eisenkreislauf. Dies könnte dem Leben in der frühen Erdgeschichte kurzzeitig zugute gekommen sein. Sie gehen davon aus, dass das frühe Leben auf globaler Ebene von großen Einschlagsereignissen profitiert haben könnte, die einen Zustrom von Nährstoffen und Elektronenspendern sowie die Entstehung neuer Umgebungen mit sich brachten.

Das heißt, obwohl der S2-Einschlag katastrophale Auswirkungen auf das Leben hatte, schufen die Umweltveränderungen nach dem Einschlag auch Bedingungen für das Gedeihen des Lebens. Der Aufprall führte zur Erosion der Kontinente und wirbelte Eisen in der Tiefsee auf, wodurch Bakterien, die Eisen als Stoffwechselprodukt verwenden, gedeihen konnten. Die Ergebnisse zeigen einen dramatischen Anstieg einzelliger Organismen, die sich von Phosphor und Eisen ernähren. Sie untermauern die wachsende Überzeugung der Wissenschaftler, dass die Serie heftiger Einschläge auf der Erde die Möglichkeit für frühes Leben bot.

Es ist offensichtlich, dass Einschläge von Himmelskörpern eine wichtige Kraft in der Geschichte der Erde darstellen. Sie prägen nicht nur die Landschaftsformen der Erde, sondern haben auch einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entstehung und Entwicklung des Lebens. Obwohl diese Ereignisse zu einem Massenaussterben führen können, können sie auch Bedingungen für die Entstehung und Entwicklung neuen Lebens schaffen. Mit fortschreitender wissenschaftlicher Forschung wird unser Verständnis dieser Einschlagsereignisse immer tiefer, sodass wir die Geheimnisse der Erdgeschichte und der Evolution des Lebens besser verstehen.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Xiao Long

Gutachter: Zhou Binghong, Forscher, National Space Science Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.