Inferno in Deutschlands Urzeit

Bisher waren fast alle Experten davon überzeugt, dass beide Krater gleichzeitig entstanden sind. Demnach hätte der Kleinplanet, den man auf etwa 1,5 Kilometer im Durchmesser schätzt, einen kleinen Mond besessen. Dieser Minitrabant soll etwa 150 Meter groß gewesen sein.

Das klingt exotischer als es ist, denn Astronomen kennen seit längerem Planetoiden mit eigenen Monden. Bereits das zweite jemals von einer Raumsonde porträtierte Exemplar hat einen solchen Begleiter: der Kleinplanet (243) Ida mit Dactyl, 1993 von der vorbeifliegenden Sonde Galileo fotografiert. Ein weiteres Beispiel ist der vier Kilometer große Brocken namens (3122) Florence. Er hat sogar zwei Monde, wie 2017 Radarmessungen zeigten. Auf seiner erdnahen Bahn könnte er uns künftig gefährlich werden.

Die beiden benachbarten Impaktkrater im Voralpenland sind die einzigen bekannten Exemplare in Deutschland. Sind sie wirklich das Resultat eines zeitgleichen Doppeleinschlags? Buchner bezweifelt dies: „Unsere Beobachtungen sprechen für zwei unabhängige Ereignisse.“ Er meint, die Kleinplaneten seien aus verschiedenen Richtungen gekommen.

Es wäre nicht der erste Doppelkrater, bei dem die Idee eines zeitgleichen Einschlags verworfen werden musste. Zum Beispiel liegen die mit Seen gefüllten Krater Clearwater Ost und West im kanadischen Quebec, die beide etwa das Ausmaß des Nördlinger Ries haben, nur etwa 30 Kilometer auseinander. Auch sie galten lange als Zeugnis eines simultanen Doppelschlags, bis im Jahr 2014 ein Forscherteam um den Neu-Ulmer Geologen Martin Schmieder, zu dem auch Buchner gehörte, diese Hypothese mit neuen Datierungen in Zweifel zog. Heute geht man davon aus, dass zwischen beiden Einschlägen mindestens 170 Millionen Jahre lagen. Ähnlich ist es bei einem Doppelkrater in Finnland, bei dem die Einschlagsnarben nur sieben Kilometer voneinander entfernt sind. Trotz dieser Nähe weisen sie eine Altersdifferenz von mindestens 625 Millionen Jahre auf.

Als die Erde erzitterte

Das Alter des Nördlinger Ries wurde bereits vor Längerem mit einem Isotopen-Verfahren recht präzise datiert – mit der sogenannten Argon-Isotopen-Methode. Der aktuelle, leicht korrigierte Wert lautet 14,808 Millionen Jahre. Laut Schmieder berücksichtigt das neue Alter besser die Temperaturabnahme des Kraters: „Wir wissen jetzt, dass große Krater bis zu eine Million Jahre brauchen, um im Untergrund vollständig abzukühlen.“ Zudem sei die Fehlermarge der Methode in den vergangenen Jahren durch genauere Massenspektrometer beträchtlich gesunken, sagt Schmieder, der sich auf die Altersbestimmung von Meteoritenkratern spezialisiert hat. Den Fehler im Alter des Nördlinger Ries beziffert er mit nur plus/minus 38.000 Jahren.

Im mittleren Miozän, also vor rund 15 Millionen Jahren, war die Ära der Saurier bereits 50 Millionen Jahre vorbei. Im Voralpenland sah es damals völlig anders aus als heute. Im Kaiserstuhl und im Hegau spuckten immer wieder Vulkane, dazwischen prägten subtropische Auenwälder und recht trockene Waldflächen die Landschaft. Die Säuger waren die Erben der Dinos: Als Pflanzenfresser durchstreiften bis zu drei Tonnen schwere Hauerelefanten und kurzbeinige, aber stattliche Nashörner das Gelände. Dazwischen ästen Antilopen und Zwerghirsche. Waldpferde sprangen durchs Unterholz. Den recht modern anmutenden Pflanzenfressern stellte der mit kräftigen Reißzähnen bewaffnete Bärenhund (Amphicyon) nach, der größte Räuber seiner Zeit. Die Tiere erreichten etwa das Gewicht heutiger Löwen. Und die umherstreifenden Säbelzahnkatzen erreichten die Größe heutiger Leoparden. In den Gewässern tummelten sich nicht nur Schildkröten, sondern dort lauerten auch bis zu drei Meter lange Alligatoren regungslos auf Beute. Die Landschaft, in der diese Tiere lebten, hatte beträchtliche Veränderungen durchgemacht. Nur wenige Millionen Jahre zuvor wogte hier noch ein flaches Meer, nun gab es stattdessen Seen, Flüsse und Sümpfe.

Zwei seismische Signaturen

Für die Isotopen-Verfahren braucht man beim Einschlag aufgeschmolzenes Gestein. Doch das wurde bislang im Steinheimer Becken nicht gefunden. Aber auch die Erdbeben, die damals von den Einschlägen ausgelöst wurden, können Indizien liefern. Denn ein Teil der Energie des Einschlags wird in Bebenwellen umgewandelt, die sich im Untergrund ausbreiten. Das genannte Computermodell beziffert diesen Effekt: Beim Nördlinger Einschlag soll die Erde in einem Beben mit der Magnitude 8,5 auf der Momenten-Magnituden-Skala erzittert haben. (Diese für besonders schwere Beben definierte logarithmische Skala endet bei 10,6 – ein um einen Skalenpunkt größeres Beben ist um den Faktor 31,6 stärker.) Experten wissen, dass man Beben vergangener Zeitalter noch viel später erkennen kann: durch sogenannte Seismite. „Das sind Strukturen, die entstehen, wenn die Oberflächenwellen des Erdbebens den Boden quasi umpflügen“, erläutert Buchner. Seismite können auch weit vom Epizentrum des Bebens gefunden werden. Als der Ries-Planetoid einschlug, traf er auf verbreitete Feuchtgebiete. „An Stellen, wo der Boden mit Wasser gesättigt ist, kann es durch die Bebenwellen nahe der Oberfläche zu Rutschungen kommen“, sagt Buchner. „In den oberen 10 bis 20 Metern bilden sich dann die typischen Seismite im Sediment, dort ist die Schichtung wie durchgequirlt.“ Ist der Boden hingegen recht trocken, treten Seismite als rissartige Gänge im Boden auf. Beide Signaturen können Jahrmillionen überdauern.

Als die Forscher Gesteinsaufschlüsse in der weiteren Region südlich des Ries-Kraters untersuchten, wurden sie tatsächlich fündig: Südlich von Biberach und Ravensburg stießen sie auf Seismite, die sie dem Beben durch den Ries-Einschlag zuordneten. Eine weitere mögliche Fundstelle liegt 205 Kilometer vom Kraterzentrum entfernt, nahe dem schweizerischen Winterthur.

Zudem belegt eine im April veröffentlichte Arbeit des Teams um die Geologin Sanna Holm Alwmark vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen, wie weit die aus dem Nördlinger Krater herausgeschleuderten Projektile geflogen sind: Noch rund 180 Kilometer von Nördlingen entfernt, bei St. Gallen, fanden die Forscher eindeutige Belege des Einschlags. Die von der Druckwelle geschockten Quarzkristalle datierten sie auf ein Alter von 14,8 Millionen Jahre.

Bemerkenswert ist: An allen drei Fundorten durchschlagen die Gänge eines zweiten Seismits die durchgequirlten Sedimente. Dies ist ein klarer Beleg, dass sie später entstanden sind. Sie weisen also auf Ereignisse nach dem Ries-Impakt hin. Die beiden unterschiedlichen Seismit-Einheiten werten Buchner und seine Kollegen als Beleg für zwei getrennte Impaktbeben. Sollte sich dies bestätigen, wäre die These von einem zeitgleichen Einschlag eines Planetoiden mit seinem Mond im heutigen Süddeutschland schwer angeschlagen.

Weitere Indizien zur Altersbestimmung liefern die Sedimente der Seen, die sich unmittelbar nach den beiden Einschlägen in den Kratern von Nördlingen und Steinheim bildeten. Der Urzeitsee von Nördlingen war mit rund 400 Quadratkilometern ein stattliches Gewässer – fast so groß wie der heutige Bodensee (536 Quadratkilometer). Er soll bis zu zwei Millionen Jahre existiert haben. Dort sowie im Steinheimer Kratersee tummelte sich bald nach den Impakten wieder eine Tierwelt, deren Fossilien über das Alter der Seesedimente und damit der Krater Auskunft geben.

„Wenn man Spuren der Lebenswelt dort analysiert, vor allem die von Säugern, so zeigen sich recht unterschiedliche Zusammensetzungen. Eine Gleichzeitigkeit ist somit unwahrscheinlich“, sagt Volker Sach, der die Studie mitverfasst hat. Sach ist gleichermaßen in Geologie und Paläontologie bewandert. Er erläutert, dass nicht nur die Reste von Wassertieren in den Sedimenten erhalten sind. Denn Bäche hatten Knochen und Zähne verendeter Kleinsäuger in den Kratersee gespült. Auch mit dem Gewölle von Raubvögeln gelangten Skelettreste in die Seesedimente. Und diese Knochen von Hamstern, Spitzmäusen, Maulwürfen und Siebenschläfern erlauben wegen der kurzen Generationsfolge der Tiere eine recht genaue Datierung.

Der Steinheimer Kratersee stellte sich so als der jüngere der beiden heraus. Die Altersdifferenz könnte bis zu mehrere Hunderttausend Jahre betragen, meint Sach. Allerdings erreicht die Methode nicht die Genauigkeit der viel präziseren Isotopen-Verfahren.

Wurden die Beben unterschätzt?

Auch Thomas Kenkmann von der Universität Freiburg, der an der Publikation nicht beteiligt war, schließt nicht aus, dass das Nördlinger Ries und das Steinheimer Becken von zeitlich getrennten Einschlägen stammen. Die bislang vorliegenden Altersbestimmungen lassen einen gewissen Interpretationsspielraum. Zudem lobt Kenkmann die „bereichernden Beobachtungen“, die dem Autorenteam im Gelände gelang: „Die Nördlinger Seismite sind sehr gut durch die aus dem Krater herausgeschleuderten Projektile wie Strahlenkegel und geschockte Minerale belegt“, sagt der Geologe. Er geht davon aus, dass diese Seismite tatsächlich von dem damaligen Impaktbeben stammen. Denn die als Strahlenkegel bezeichneten Gesteinsbruchflächen dort gelten als untrüglicher Beleg für einen Impakt. Sie stecken heute 130 Kilometer entfernt an der Ravensburger Fundstelle direkt über dem Seismit. Höchstwahrscheinlich wurden sie aus dem Nördlinger Krater katapultiert. Neben ihnen wurden der Zahn eines Urhirschs und geschockte Quarzminerale gefunden – beides stammt ebenfalls aus dem Nördlinger Ries.

Den zweiten Seismit, den Buchner und seine Kollegen dem Steinheim-Impakt zuschreiben, interpretiert Kenkmann hingegen nicht als Folge eines kosmischen Einschlags, sondern als rein irdisches Phänomen: „Vor rund 15 Millionen waren die Alpen noch längst nicht das Hochgebirge, das wir heute kennen. Damals vollzog sich die Hauptphase der Gebirgsbildung.“ Typisch für diese Zeit waren starke Erdbeben – und zwar nicht weit von den heutigen Fundstellen der Seismite. „Mir erscheint ein solches Beben als Ursache des jüngeren Seismits plausibel.“

Die seismische Energie des Steinheimer Einschlags – es soll laut Computersimulationen ein Beben der Magnitude 6,6 gewesen sein –, würde gar nicht ausreichen, um den zweiten Seismit zu erzeugen, ist Thomas Kenkmann überzeugt. In bis zu 180 Kilometer Entfernung vom Krater wären die Auswirkungen so, „als ob ein schwerer Lastwagen am Haus vorbeifährt und im Schrank kurz mal das Geschirr klirrt“.

Und wenn die Erdbeben nach den Einschlägen doch heftiger gewesen wären? Kenkmann winkt ab: „Nur 0,01 Prozent der Energie eines Impakts stecken in den Erdbebenwellen, die sich in die weiträumige Umgebung des Kraters ausbreiten.“ Der Löwenanteil gehe in Hitzeentwicklung, Bruchprozesse und das Ausheben des Kraters. Um den zweiten Seismit mit dem Steinheim-Ereignis zu erklären, hätten rund zehn Prozent der Energie in Bebenwellen umgewandelt werden müssen, was laut Kenkmann unmöglich ist.

Das Buchner-Team kann sich hingegen durchaus vorstellen, dass die Impaktbeben heftiger waren. Durch den Vergleich mit bekannten Erdbeben spekulieren die Forscher, dass der Ries-Impakt ein Beben von bis zu 9,2 auf der Momenten-Magnituden-Skala auslöste, und dass der Einschlag bei Steinheim immer noch mit 8,5 zu Buche schlug. Zum Vergleich: Das Seebeben, das zu Weihnachten 2004 vor Sumatra wütete und einen verheerenden Tsunami auslöste, hatte eine Momenten-Magnitude von 9,1 bis 9,3.

Gesucht: Steinheimer Schmelzgestein

Kenkmann räumt ein, dass in jüngster Zeit Kraterpaare wie Clearwater in Kanada als ungleichzeitige Ereignisse enttarnt wurden. Im Hinblick auf das Nördlinger Ries und das Steinheimer Becken gibt er aber zu bedenken, dass sich irgendwo die mondbegleiteten Kleinplaneten „im Archiv“ der irdischen Krater widerspiegeln müssten. Tatsächlich zählt ein Forscherteam um Jean-Luc Margot von der University of California in Los Angeles in einer 2015 verfassten Studie mehr als 120 Planetoiden auf, die mindestens einen Mond besitzen. Vor allem kleinere Exemplare unter 20 Kilometer Durchmesser kreisen samt Begleitung um die Sonne.

Gemeinsam mit weiteren Autoren hat Kenkmann im vergangenen Herbst einen Atlas sämtlicher bekannter Impaktstrukturen auf der Erde publiziert, insgesamt sind es 208. Darunter sind sechs Exemplare, die paarweise auftreten. Das opulente zweibändige Werk beschreibt jede einzelne Struktur – nicht nur mit vielen Fotos aus dem Gelände, sondern vor allem mit Satellitenbildern. Viele davon stammen von der deutschen Radarsatelliten-Mission TanDEM-X (TerraSAR-X-Add-on for Digital Elevation Measurements). Die Reflexionen der Radarstrahlen lassen die Form der Krater plastisch hervortreten.

Das orbitale Radarauge hat auch die neuentdeckte Hiawatha-Struktur an der nordwestlichen Küstenlinie Grönlands fotografiert. Sie liegt komplett unter Gletschereis. Ebenfalls mit Radar, diesmal vom Flugzeug aus, war sie 2018 aufgespürt worden. Sie misst 31 Kilometer und soll noch erheblich jünger sein als das Nördlinger Ries. Ob hier tatsächlich ein Einschlag die Ursache war, müssen weitere Untersuchungen erst klären.

Wie groß ist das Risiko?

Die Suche nach bislang unentdeckten Impaktkratern auf unserem Planeten geht weiter, und die Zahl der bestätigten Exemplare steigt. Trotzdem sei es schwierig, daraus das heutige Risiko für einen Einschlag auf der Erde zu ermitteln, sagt Martin Schmieder. „Die Erde ist ein geologisch sehr aktiver Planet. Hier werden Krater oft schnell wieder zerstört oder überdeckt.“

Für Risikoabschätzungen hält man sich deshalb besser an den Mond, der auch als irdisches Impaktarchiv dienen kann. Demnach kam ein Einschlag wie bei Nördlingen in den vergangenen vier Milliarden Jahren der Erdgeschichte alle 0,5 Millionen Jahre vor – irgendwo auf der Erde.

Zur Klärung der Debatte um die beiden deutschen Krater wären Messungen an aufgeschmolzenem Gestein aus dem Steinheimer Becken ideal, da sind sich die Experten einig. Kenkmann vermutet, dass eine Bohrung abseits des zentralen Hügels im Steinheimer Becken solches Gestein zutage bringen könnte.

Kaum bekannt ist, dass größere Meteoriteneinschläge auch während der Geschichte der Menschwerdung und Menschheit stattgefunden haben. „In Nicaragua, Kasachstan und Ghana wurden drei Krater identifiziert, die immerhin bis zu 14 Kilometer Durchmesser aufweisen und teils weniger als eine Million Jahre alt sind“, sagt Martin Schmieder. Das fällt in die Zeit des Homo erectus. Ob unter unseren Vorfahren Zeugen oder sogar Opfer dieser Einschläge waren, ist allerdings reine Spekulation.