Bildung des Chicxulub-Asteroiden, der die Dinosaurier auslöschte, im äußeren Sonnensystem

Der Gegenstand, der vor 66 Millionen Jahren in die Erde einschlug und das Aussterben auslöste, das fast alle Dinosaurier auslöschte, war ein Asteroid, der ursprünglich jenseits der Umlaufbahn des Jupiters entstanden war, so geochemische Beweise vom Einschlagort in Chicxulub, Mexiko.

Die am 15. August in Science¹ veröffentlichten Erkenntnisse lassen vermuten, dass das Massenaussterben das Ergebnis einer Reihe von Ereignissen war, die bei der Geburt des Sonnensystems begannen. Wissenschaftler hatten lange vermutet, dass der Chicxulub-Impaktor, wie er bekannt ist, ein Asteroid aus dem äußeren Sonnensystem war, und diese Beobachtungen stützen den Fall.

Das Kreide-Paläogen (K/Pg)-Aussterben war das fünfte in einer Serie von Massenaussterben, die während der letzten etwa 540 Millionen Jahre aufgetreten sind: der Zeit, in der sich Tiere auf der Erde ausgebreitet haben. Das Ereignis löschte mehr als 60% der Arten aus, einschließlich aller nicht-vogelähnlichen Dinosaurier.

Seit 1980 haben sich Hinweise angesammelt, dass das Aussterben durch einen stadtgroßen Gegenstand verursacht wurde, der auf die Erde traf. Ein solcher Aufprall hätte enorme Mengen an Schwefel, Staub und Ruß in die Luft geschleudert, die teilweise die Sonne blockierten und zu einem Temperatursturz führten. Eine Schicht aus seltenem Iridium-Metall, das auf der Erde selten ist, aber in Asteroiden häufiger vorkommt, wurde zu Beginn des Aussterbens auf der ganzen Welt abgelagert. In den 1990er Jahren beschrieben Wissenschaftler² den Einschlagsort, einen riesigen verborgenen Krater in der Nähe von Chicxulub auf der mexikanischen Halbinsel Yucatán.

“Wir wollten den Ursprung dieses Impaktors identifizieren”, sagt Mario Fischer-Gödde, ein Isotopen-Geochemiker an der Universität zu Köln in Deutschland. Um herauszufinden, worum es sich handelt und woher es kam, holte er und seine Kollegen Proben von K/Pg-Gesteinen aus drei Standorten, und verglichen sie mit Gesteinen von acht anderen Einschlagstellen aus den letzten 3,5 Milliarden Jahren.

Ruthenium-Signatur

Das Team konzentrierte sich auf Isotope des Ruthenium-Metalls. Ruthenium ist extrem selten in Erdgesteinen, sagt Fischer-Gödde, daher bieten Proben davon von einem Einschlagsort „die reine Signatur“ des Impaktors. Es gibt sieben stabile Isotope von Ruthenium, und Himmelskörper haben charakteristische Mischungen davon.

Insbesondere kann die Betrachtung von Ruthenium-Isotopen Forschern helfen, zwischen Asteroiden zu unterscheiden, die im äußeren Sonnensystem – jenseits der Umlaufbahn des Jupiters – entstanden sind, und denen mit einem Ursprung im inneren Sonnensystem. Als das Sonnensystem vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer Molekülwolke gebildet wurde, waren die Temperaturen in der inneren Region zu hoch für flüchtige Chemikalien wie Wasser, um zu kondensieren. Als Folge hatten Asteroiden, die dort entstanden sind, niedrige Mengen an Flüchtigkeiten, und wurden reich an Silikatmineralien. Asteroiden, die weiter draußen entstanden, wurden „kohlereich“, enthielten viel Kohlenstoff und flüchtige Chemikalien. Die Ruthenium-Isotope waren ungleichmäßig in der Wolke verteilt, und diese Heterogenität ist in Asteroiden erhalten geblieben.

Das Team von Fischer-Gödde fand heraus, dass die Ruthenium-Isotope im Chicxulub-Impaktor gut zu einem kohlereichen Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem passten und nicht zu silikatreichen Asteroiden aus dem inneren Sonnensystem.

Frühere Studien haben auch darauf hingedeutet, dass der Impaktor ein kohlereicher Asteroid war, sagt Sean Gulick, ein Geophysiker an der Universität von Texas in Austin. Aber die neueste Arbeit „ist ein wirklich eleganter Weg, um an einige dieser Antworten zu gelangen und mehrere der gleichen Antworten mit einer Methodik zu erhalten“, fügt er hinzu.

Nicht ein Komet

Die Ruthenium-Isotope liefern auch Hinweise gegen eine andere Hypothese: dass der Chicxulub-Impaktor ein Komet und kein Asteroid war. “Die Idee, dass es sich um einen Kometen handelte, geht weit zurück in die Literatur”, sagt William Bottke, ein Planetenforscher am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. Die Hypothese wurde in einer umstrittenen Studie von 2021³ wiederbelebt, die argumentierte, dass der Impaktor Teil eines Langzeitkometen war, der unter dem gravitativen Einfluss der Sonne zerbrochen war.

Aber Fischer-Gödde sagt, die Ruthenium-Isotopendaten passten nicht zu einem Kometen. Gulick stimmt dem zu. Er fügt hinzu, dass geochemische Beweise vom Chicxulub-Impaktort nie mit einem Kometen übereingestimmt haben, und die neueste Studie „trägt wirklich dazu bei, das zu verdeutlichen“.

Bottke fügt hinzu, dass die Kometenhypothese auch „auf Schwierigkeiten stößt“, wenn man die Dynamik des Sonnensystems betrachtet. „Beträchtliche kohlereiche Asteroiden sind wahrscheinlicher, auf die Erde zu treffen als Kometen“, sagt er. In einer Studie von 2021 argumentierte er und seine Kollegen, dass der Impaktor wahrscheinlich aus dem Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter stammte.

Die meisten anderen Impaktoren, die das Team von Fischer-Gödde untersuchte, scheinen nach ihren Ruthenium-Isotopen im inneren Sonnensystem entstanden zu sein. Die einzigen Ausnahmen waren die ältesten, aus der Zeit zwischen 3,2 Milliarden und 3,5 Milliarden Jahren, die eher wie der Chicxulub-Impaktor aussahen. Es könnte sein, dass „etwas Interessantes im Asteroidengürtel zu dieser Zeit passierte, wie zum Beispiel das Zerbrechen eines großen Asteroiden an einem guten Ort, um Objekte zur Erde zu bringen“, sagt Bottke.