Asteroidenkraterseen als Klima-Archive

Bohrkern der Bohrung 1003 vom Nördlinger Ries mit Lagen hellen Dolomits zwischen feinschichtigen dunklen Sedimenten des ehemaligen Kratersees
Bild: Gernot Arp/Universität Göttingen

Gestein zeigt Grenzen auf…

Forschende ermitteln Faktoren für chemische Entwicklung in Asteroidenkratersee auf der Erde.

Zwischen Schwäbischer und Fränkischer Alb hebt sich ein rundes, flaches Becken vom hügeligen Umland ab: das Nördlinger Ries. Vor knapp 15 Millionen Jahren ist hier ein Asteroid eingeschlagen. Heute zählt der Einschlagkrater zu den geeignetsten Vergleichsobjekten für Asteroidenkrater auf dem frühen Mars. Das gilt besonders für die Ablagerungen des ehemaligen Kratersees. Sie sind von großem Interesse, seit die NASA auf der Suche nach Spuren von Wasserkörpern und Leben Marskrater erforscht.

Die chemische Entwicklung des damaligen Kratersees und seiner habitablen Bereiche ist aber nur teilweise geklärt. Nun haben Forschende unter Leitung der Universität Göttingen einen Teil der Vergangenheit aufgedeckt: Sie untersuchten in einem Bohrkern ein als Dolomit bezeichnetes Gestein und ermittelten dort eine extreme Anreicherung mit dem Kohlenstoff-Isotop C-13. Dies ließ sich mit weiteren Untersuchungen auf eine Phase starker Methanbildung durch Archaeen in Wasser mit geringem Sulfatgehalt zurückführen. Dagegen zeigten die Sedimente der vorhergehenden, ersten Phase des Kratersees deutliche Spuren von hohen Sulfatgehalten und bakteriellem Sulfatabbau. Dieser Wechsel offenbart, dass sich die Wasserzufuhr in den See veränderte, als sich der Kraterboden abkühlte. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Geochimica et Cosmochimica Acta veröffentlicht.

Aufschluss über die chemischen Prozesse während der Ablagerung der Sedimente im Kratersee gab ein 250 Meter langer Bohrkern von 1981. Mit einer kombinierten sedimentologischen, biogeochemischen und isotopengeochemischen Untersuchung spürten die Forschenden einen markanten Abschnitt auf, den sie mit Biomarker-Analysen genauer untersuchten. So wiesen sie in älteren Gesteinen des Kratersees organische Biomarker, die von sulfatreduzierenden Bakterien stammen, und „normalen“ Dolomit nach. In jüngeren Gesteinen fanden sie mit C-13 angereicherten Dolomit und aus Archaeen stammendes Archaeol.

Die Eigenschaften der Gesteine spiegeln die Bedingungen im Kratersee während ihrer Bildung wider: Der Sulfatrückgang ist auf einen Abbau durch die Bakterien zurückzuführen und die C-13-Anreicherung auf die Bildung von Methan durch Archaeen. „Diese chemische Entwicklung kann nur mit der Änderung der Grundwasserzufuhr im Laufe der schrittweisen Abkühlung des Kraterbodens erklärt werden. So kam es zum Wechsel vom tiefen, hydrothermalen Grundwasser (mit Sulfat) zum oberflächennahen, kühleren Karstwasser (ohne Sulfat)“, erklärt Studienleiter Prof. Dr. Gernot Arp von der Abteilung Geobiologie der Universität Göttingen.

Die Erkenntnisse geben nicht nur wichtige Hinweise auf die Entwicklung des untersuchten Kratersees, sondern darüber hinaus, wie Arp anmerkt: „Unsere Befunde zeigen, dass die Bedingungen in Asteroidenkraterseen stark von internen Prozessen wie Kraterbodenabkühlung und Wasserzufuhr gesteuert werden. Klimatische Veränderungen sind dagegen, anders als in vielen anderen Seen, nachrangig. Dies gilt es zu berücksichtigen, wenn Ablagerungen in terrestrischen und extraterrestrischen Kratern als Klima-Archive genutzt werden, um aus den Sedimenten frühere Klimaverhältnisse abzuleiten.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Gernot Arp
Georg-August-Universität Göttingen
Geowissenschaftliches Zentrum
Abteilung Geobiologie
Goldschmidtstraße 3, 37077 Göttingen
Telefon: 0551 39-7986
E-Mail: garp@gwdg.de
Internet: http://www.uni-goettingen.de/de/646903.html

Dr. Lingqi Zeng (Kontakt in englischer Sprache)
Purdue University, Indiana
Planetary Surface Processes Research Group
Internet: http://www.eaps.purdue.edu/horgan/people.html#Researchers

Originalpublikation:

Zeng L. et al. (2023). Extremely 13C-enriched dolomite records interval of strong methanogenesis following a sulfate decline in the Miocene Ries impact crater lake. Geochimica et Cosmochimica Acta. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016703723004878?via%3Dih…

Weitere Informationen:

https://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?id=7287 weitere Fotos

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