Großes Bombardement dauerte länger als angenommen

  • 26. April 2012

Viele der auf Erde und Mond eingeschlagenen Objekte kamen aus einem inzwischen verschwundenen Teil des Asteroidengürtels.

In der Frühzeit des Sonnensystems stürzten viele Asteroiden auf die jungen terrestrischen Planeten und den Erdmond. Bislang gingen die Wissenschaftler davon aus, dieses „Große Bombardement“ habe vor 3,8 Milliarden Jahren geendet. Neue Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass das Bombardement nicht nur stärker war als bislang angenommen, sondern auch deutlich länger angedauert hat.

Einschlag eines etwa zehn Kilometer großen Asteroiden auf der Erde

Abb.: Einschlag eines etwa zehn Kilometer großen Asteroiden auf der Erde (Bild: D. Davis / NASA)

Das Nizza-Modell beschreibt, wie sich die Planetenbahnen im jungen Sonnensystem entwickelt haben. Einige hundert Millionen Jahre lang sind die Gasriesen langsam nach innen gewandert. Vor 4,1 Milliarden Jahren kam es dann zu einer 2:1-Resonanz der Bahnen von Jupiter und Saturn, die zu einer raschen Änderung der Orbits und zu einer massiven Streuung von Asteroiden in das innere Sonnensystem geführt hat.

William Bottke vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundesstaat Colorado und seinen Kollegen zufolge ist die heutige innere Grenze des Asteroidengürtels ein Resultat dieser chaotischen Phase des jungen Sonnensystems. Vor dieser Phase kann der Asteroidengürtel viel weiter nach innen gereicht haben, bis zur Bahn des Planeten Mars. Als Konsequenz ergänzten Bottke und sein Team das Nizza-Modell um eine solche Population innerer Asteroiden und simulierten deren weitere Entwicklung.

Diese etwa 2,63 Milliarden Jahre alte Gesteinsprobe aus Jeerinah, Australien, zeigt zahllose millimetergroße Sphärulen, die ein heftiger Impakt ins All schleudert, von wo sie zurück auf die Erde fielen.

Abb.: Diese etwa 2,63 Milliarden Jahre alte Gesteinsprobe aus Jeerinah, Australien, zeigt zahllose millimetergroße Sphärulen, die ein heftiger Impakt ins All schleudert, von wo sie zurück auf die Erde fielen. (Bild: B. M. Simonson)

Die Himmelskörper dieses inneren E-Gürtels führen nicht nur zu einer Erhöhung der Einschlagrate während des Großen Bombardements, sondern auch zu einer erheblichen Verlängerung dieser Phase. Für die Zeit von vor 3,7 bis 1,7 Milliarden Jahren verursachen die Asteroiden danach noch etwa 70 Einschläge auf der Erde mit Kratergrößen von über 200 Kilometern.

Die Ergebnisse der Simulationen von Bottke und Kollegen sind in guter Übereinstimmung mit einer Analyse der Ablagerung von  Sphärulen in irdischen Sedimentschichten. Wenn große Asteroiden auf der Erde aufschlagen, dann verdampfen sie durch ihre Einschlagenergie etwa das Äquivalent ihrer eigenen Masse an Gestein aus der Kruste der Erde. Dieser Gesteinsdampf expandiert in einem gigantischen Feuerball, kühlt dabei ab und kondensiert in Form kleiner Kügelchen, den Sphärulen.

Die Änderung der Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn (r.) im jungen Sonnenystem (oben / unten) hatte spürbaren Einfluss auf die Verteilung und Häufigkeit der Asteroiden im Hauptgürtel

Abb.: Die Änderung der Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn (r.) im jungen Sonnenystem (oben / unten) hatte spürbaren Einfluss auf die Verteilung und Häufigkeit der Asteroiden im Hauptgürtel (Mitte): Viele aus der Nachbarschaft des Mars streuten in Richtung Erde (l.; Bild: SwRI) 


Da selbst große Einschlagkrater auf der Erde durch Erosion und tektonische Prozesse geologisch gesehen schnell verschwinden, sind die Ablagerungen der ausgeworfenen Materie der einzige verlässliche Indikator für die Impaktgeschichte der Erde. Brandon Johnson und Jay Melosh von der Purdue University in West Lafayette in Indiana haben die bekannten Sphärulen-Ablagerungen mithilfe von Computermodellen zur Entstehung der Sphärulen neu analysiert. Demnach war die Zahl der Einschläge noch vor 3,5 Milliarden Jahren erheblich höher als heute und das endete Bombardement nicht abrupt, sondern schwächte sich graduell ab. Dieser Befund ist in guter Übereinstimmung mit den Simulationen von Bottke und seinem Team.

Rainer Kayser

OD

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