Der Meteoriteneinschlag, der die Dinosaurier auslöschte, schuf ein riesiges unterirdisches hydrothermales System

Der Chicxulub-Einschlagsereignis war eine enorme Katastrophe, die einen riesigen Eindruck auf der Erdoberfläche hinterlassen hat. Es verursachte nicht nur das Massensterben der Dinosaurier, es hinterließ auch einen Krater mit einem Durchmesser von 180 km (112 Meilen) und lagerte eine weltweite Schicht aus konzentriertem Iridium in der Erdkruste.

Eine neue Studie zeigt jedoch, dass der Einschlag auch tief unter der Erde seine Spuren in Form eines riesigen hydrothermalen Systems hinterlassen hat, das einen massiven Teil der Erdkruste verändert hat.

Der Chicxulub-Einschlag war katastrophal für das Leben auf der Erde. Als dieser riesige Komet – oder Asteroid – die Erde traf, setzte er eine Kette von Ereignissen in Gang, die die Geschichte des Planeten veränderten.

Es drang etwa 20 km (12 Meilen) in die Erdkruste ein. Es verursachte einen massiven Tsunami, entzündete Feuer rund um den Globus und schickte riesige Mengen an Material in die Atmosphäre. Aufgrund der kohlenstoff- und schwefelreichen Natur der Einschlagstelle wurde die Atmosphäre mit stratosphärischem Ruß und Sulfataerosolen verstopft. Diese Materialien verblieben in der Atmosphäre, erstickten die Photosynthese und erzeugten eine globale Abkühlung, die etwa 75 % der Arten der Erde auslöschte, einschließlich aller nicht-Vogel-Dinosaurier.

Aber außer Sichtweite, tief unter der Erde, befindet sich ein riesiges hydrothermales System, das durch den Einschlag entstanden ist. Die Natur dieses Systems kommt erst jetzt ans Licht.

Eine neue Studie präsentiert die Details dieses unterirdischen Systems. Es trägt den Titel „ Untersuchung des hydrothermalen Systems des Chicxulub-Einschlagskraters .“ Hauptautor der Studie ist David Kring vom Lunar and Planetary Institute (LPI). Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte .

Chicxulub-Krater in Mexiko. Bildnachweis: Wikipedia/NASA

Der Chicxulub-Krater ist die am besten erhaltene große Einschlagsstruktur der Erde. Es wurde ausführlich untersucht, auch im Jahr 2016, als ein Forscherteam tiefe Kernproben des Meeresbodens an der Einschlagstelle untersuchte, die von einer Bohrinsel gesammelt wurden. Einige dieser Proben stammten aus 1335 Metern Tiefe unter dem Meeresboden. Das war ein Teil der Internationales Ozean-Entdeckungsprogramm (IODP).

Dieses Programm führte zu veröffentlichte Forschung zeigt, wie der Gipfelring von Chicxulub gebildet wurde, und zeigt die Verdrängung von Gesteinen, bei der tieferes Granitgrundgestein durch die Energie des Aufpralls über Sedimentgestein gelegt wurde. Aus der Arbeit des IODP gingen zahlreiche weitere Studien hervor.

Das Team hinter dieser neuen Arbeit konzentrierte sich auf die chemische und thermische Modifikation des Gesteins an der Einschlagstelle. Sie folgerten, dass das Chicxulub-Einschlagsereignis ein riesiges unterirdisches hydrothermales System geschaffen hat, das größer ist als das Yellowstone-Caldera , das über 150.000 Jahre aktiv war.

„Stellen Sie sich eine Unterwasser-Yellowstone-Caldera vor, die jedoch um ein Vielfaches größer ist und durch das atemberaubende Aufprallereignis erzeugt wurde, das zum Aussterben der Dinosaurier führte“, sagte Hauptautor Krin g in einem Pressemitteilung .

Einige Einschlagskrater, darunter Chicxulub, erzeugen eine Spitzenring . Es ist eine erhöhte Bergkette innerhalb des Kraterrandes. Die Spitzenringe werden durch die Rückprallkraft des Aufpralls angehoben und bestehen aus gebrochenem Gestein. Das Gestein in Chicxulubs Fall ist Granit, der aus einer Tiefe von 10 km (6 Meilen) in die Erdkruste gehoben wurde. Die Wucht des Aufpralls und das Aufheben verursachten den Bruch. Dieser Gipfelring ist weiterhin mit Aufprallschutt bedeckt, der selbst gebrochen und durchlässig ist, und sowohl der Oberflächenschutt als auch die angehobene Kruste wurden den Auswirkungen des hydrothermalen Systems ausgesetzt.

Die Forscher fanden Hinweise auf unterirdische Wasserflüsse, die durch den Aufprall überhitzt und nach oben getrieben wurden. Diese unterirdischen Flüsse trafen auf die Grenze zwischen dem Boden des Einschlagskraters und dem Meeresboden. Dort traf das erhitzte Wasser auf einen 3 km (1,8 Meilen) großen Pool aus Magma, der durch den Einschlag erzeugt wurde, der als zentraler Schmelzpool bezeichnet wird. Das Wasser konnte dieses Magma nicht durchdringen und wurde an seinen Rändern gezwungen. Dann sickerte es durch das gesamte zerbrochene Gestein und wurde ins Meer geleitet.

A Dreidimensionaler Querschnitt des hydrothermalen Systems im Chicxulub-Einschlagskrater und seiner Meeresbodenöffnungen. Das System hat das Potenzial, mikrobielles Leben zu beherbergen. Illustration von Victor O. Leshyk für das Lunar and Planetary Institute.

Die Heißwasseraktivität war in der Nähe des Gipfelrings des Kraters besonders intensiv. Der Gipfelring hat einen Durchmesser von 90 km (56 Meilen). Das Team untersuchte Gesteinsproben aus diesem Ring und stellte fest, dass der Ring von versteinerten hydrothermalen Leitungen durchzogen ist. Als das überhitzte Wasser vor 66 Millionen Jahren durch diese Leitungen floss, hinterließ es seine Spuren. Das Wasser hat fast zwei Dutzend verschiedene Arten von Mineralien an den Wänden dieser Leitungen abgelagert und die ursprünglichen Mineralien ersetzt.

Die gesägten, freiliegenden Oberflächen von Proben aus dem hydrothermalen System zeigen hydrothermale Kanäle, Auflösungshohlräume und andere Merkmale. Bildquelle: Kring et al, 2020.

„Die Heiß-Flüssigkeits-Umwandlung war im durchlässigen Einschlagsschutt am heftigsten, aber Granatkristalle, die auf hohe Temperaturen hinweisen, wurden auf verschiedenen Ebenen im gesamten Kern gefunden“, erklärte der ehemalige LPI-Postdoktorand Martin Schmieder.

„Diese Mineralien scheinen bei ihrer Entstehung Veränderungen im Erdmagnetfeld aufgezeichnet zu haben.“

Sonia Tikoo, Co-Autorin, Stanford University

Die Mineralarten sagten den Forschern viel über das hydrothermale System aus. Die Temperatur des Wassers musste 300 °C bis 400 °C (570 bis 750 °F) betragen. Es hätte lange gedauert, um so viel Wärmeenergie abzubauen, also müssen die hohen Temperaturen lange angehalten haben. Die Forscher nutzten die magnetische Polarität der Mineralien, um eine Art „ geomagnetische Polaritätsuhr “, das die Abkühlzeit misst.

Ein Bild aus der Studie, das hydrothermal veränderte Mineralien in der Kernprobe zeigt. Die Bilder sind vom flachsten Teil des Kerns (oben links) bis zum tiefsten Teil des Kerns (unten rechts). C ist Red Na-Dachiardit, ein Mineral, das in hydrothermalen Systemen auf der ganzen Welt vorkommt, einschließlich der Yellowstone Caldera. Nähere Beschreibungen finden Sie in der Studie. Bildquelle: Kring et al, 2020.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass im Chicxulub-Krater aufgrund chemischer Reaktionen, die von einem langlebigen hydrothermalen System erzeugt werden, winzige magnetische Mineralien entstanden sind. Diese Mineralien scheinen bei ihrer Entstehung Veränderungen im Erdmagnetfeld aufgezeichnet zu haben. Ihre magnetischen Erinnerungen legen nahe, dass die hydrothermale Aktivität innerhalb des Kraters mindestens 150.000 Jahre andauerte“, sagt Co-Autorin Sonia Tikoo von der Stanford University.

Frühere Forschungen zu Chicxulub ermöglichten es Wissenschaftlern, ein hydrothermales Evolutionsmodell zu entwickeln. Diese neue Studie testete dieses Modell mit einem Bohrloch in den Gipfelring ~40 km vom Kraterzentrum entfernt. Thermische Konturen von 25°, 50°, 100°, 200°, 300°, 600°, 900° und 1200°C veranschaulichen die Lage des zentralen Schmelzbades (linke Seite des Diagramms) und die thermische Wirkung unter dem Peakring (Mitte des Diagramms). Die Temperatur nimmt mit der Entfernung ab, beträgt aber immer noch ~300°C an der Stelle, die der Basis des Bohrlochs Expedition 364 entspricht. Dieses Bild zeigt das hydrothermale System 4000 Jahre nach dem Einschlag. Bildquelle: Kring et al, 2020.

Außerdem gibt es an der Einschlagstelle Meeressedimente, die ungewöhnlich reich an Mangan sind. Die Forscher weisen darauf hin, dass dies auch ein Beweis für ein langlebiges hydrothermales System ist.

„Ähnlich wie bei mittelozeanischen Rücken erzeugt das Entlüften aus marinen Einschlagskratern hydrothermale Plumes, die gelöstes und langsam oxidierendes Mangan enthalten, das im Vergleich zu Hintergrundkonzentrationen in Chicxulub über 2,1 Millionen Jahre eine bis zu zehnfache Anreicherung in den Sedimenten nach dem Einschlag erzeugte“, sagte Co-Autor Axel Wittmann von der Arizona State University.

Diese Forschung basiert auf einer einzelnen Kernprobe des Peak-Rings, die als Bohrloch M0077A bezeichnet wird. Aber es ist immer noch ein Beweis. Und zwar nicht nur von den geologischen Folgen des Chicxulub-Impakts.

Die Autoren sagen, dass ihre Ergebnisse aus diesem Bohrloch einige potenzielle Auswirkungen auf die Ursprünge des Lebens haben.

„Das Leben könnte sich in einem Einschlagskrater entwickelt haben.“

David Kring, Hauptautor, Lunar and Planetary Institute

Wie Hauptautor Kring betont: „Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es eine etwa 300 Kilometer lange Kette von Heißwasserquellen auf dem Gipfelring und weitere über den Kraterboden verstreute Quellen gab, als die Aufprallschmelze abkühlte. Wichtig ist, dass solche hydrothermalen Systeme möglicherweise Lebensräume für mikrobielles Leben bereitgestellt haben.“

In ihrem Artikel schreiben die Autoren: „Die Bohrergebnisse zeigen, dass es innerhalb des Spitzenrings des Chicxulub-Einschlagskraters genügend Lebensräume für Mikroorganismen gab. Das hydrothermale System hat ein Netzwerk poröser, durchlässiger Nischen geschaffen, die perfekt für mikrobielle Ökosysteme geeignet sind.“

Die Erforschung von Extremophilen hat uns die Augen für das Potenzial des Lebens geöffnet, in extremen Umgebungen zu gedeihen und sogar daraus hervorzugehen. Hier spielt der Vergleich zwischen der Yellowstone Caldera und dem Chicxulub Hydrothermalsystem eine Rolle. Das Hydrothermalsystem Yellowstone enthält reichlich mikrobielles Leben. Und obwohl das Yellowstone-System vulkanischen Ursprungs ist, während das Chicxulub-System durch einen Aufprall entstanden ist, sind die beiden Systeme ähnlich und enthalten das gleiche biologische Potenzial für Leben.

Diese Illustration aus der Studie zeigt, wie sich Wasser und Dampf durch das hydrothermale System bewegten. Die hydrothermale Strömung ist in der Nähe des Schmelzbades in der Nähe des Peakrings besonders stark. Wasser und Dampf dringen erst nach der Kristallisation in das zentrale Schmelzbad ein. Es repräsentiert das System 4000 Jahre nach dem Aufprall. Bildquelle: Kring et al, 2020.

Kring erklärt: „Unsere Untersuchung des Gesteinskerns der Expedition aus einem potenziellen Lebensraum in der Tiefe der Erde liefert zusätzliche Beweise für die Hypothese des Einschlags vom Ursprung des Lebens. Das Leben könnte sich in einem Einschlagskrater entwickelt haben.“

Die Entdeckung dieses massiven und langlebigen hydrothermalen Systems könnte unser Verständnis davon verändern, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Wissenschaftler wissen, dass es in der tiefen geologischen Geschichte der Erde Tausende ähnlicher Einschläge gegeben hat. Die von ihnen geschaffenen hydrothermalen Systeme haben möglicherweise die Nischenbasis geschaffen, die dem Leben eine Chance gab, in Gang zu kommen.

In der Schlussfolgerung ihrer Arbeit schrieben die Autoren: „Der hydrothermal veränderte Kern der Expedition 364 zeigt, dass die Einschlagskraterbildung eine grundlegend wichtige Wärmemaschine in entstehenden Planetensystemen ist und dass der geologisch junge Chicxulub-Krater ein geeignetes Analogon für terrestrische Einschlagsbecken ist, die fast 4 Ga . gebildet wurden vor. Aufprallgenerierte hydrothermale Systeme waren auf der frühen Erde und überall dort, wo Wasser in einer planetarischen Kruste existiert, herausragende Merkmale.“

Sie schrieben auch, dass 'dieses Modell auf einen frühen Mars und jedes exoplanetare System mit ähnlichen Bedingungen übertragbar ist.'

Vielleicht sollten wir nach Exoplaneten mit uralten Einschlagskratern suchen, wenn wir Leben finden wollen.

Mehr:

• Pressemitteilung: Ein dampfender Kessel folgt dem Untergang der Dinosaurier
• Forschungsbericht: Untersuchung des hydrothermalen Systems des Chicxulub-Einschlagskraters
• Universum heute: Dinosaurier tötender Asteroid trifft genau am falschen Ort