Wie Krater sich füllen

Das knapp 15 Millionen Jahre alte Nördlinger Ries mit seinen See­ablagerungen ist ein sedimentgefüllter Einschlagkrater. Er ist vom Aufbau vergleichbar mit den Kratern, die derzeit auf dem Mars erkundet werden. Neben verschiedenen anderen Ablagerungen am Becken­rand bilden vor allem geschichtete Ton­ablagerungen die Krater­becken­füllung im Ries. Ein Forschungs­team unter Leitung der Universität Göttingen hat nun überraschend eine Vulkan­asche-Schicht in dem Krater nachgewiesen. Zudem konnte das Team zeigen, dass sich der Untergrund des Kraters langfristig senkt, was wichtige Erkenntnisse für die Erkundung von Mars­kratern mit sich bringt.

Bisher ging man davon aus, dass sich diese Ablagerungen auf einem stabilen Krater­boden abgesetzt haben. Gleiches wird für Krater­ablagerungen auf dem Mars angenommen, auch wenn sich dort immer wieder mulden­förmige Lagerungen finden, deren Schichten sich an der Oberfläche als ring­förmige Strukturen abbilden. Ein genaues Verständnis der Lagerungsverhältnisse und der zeitlichen Wechselbeziehungen der Abfolgen ist jedoch wichtig, um die chemische Entwicklung eines Kratersees und seine Lebens­möglichkeiten zu rekonstruieren.

Erstmals konnten die Forscher nun im Ries eine Vulkanasche-Schicht in den Seesedimenten der 330 Meter mächtigen Kraterfüllung nachweisen. „Das ist überraschend, da vulkanische Gesteine hier nicht mehr erwartet wurden, seitdem das kreisrunde Becken als Asteroiden­krater identifiziert wurde“, sagt Gernot Arp vom Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen. „Eingeweht wurde die Asche von einem Vulkan­komplex 760 Kilometer weiter östlich in Ungarn. Das Alter der Asche konnte auf 14,2 Millionen Jahre datiert werden“, ergänzt sein Kollege und Co-Autor István Dunkl.

Die Asche, inzwischen umgewandelt in stickstoffreiche Silikatminerale, zeigt eine überraschend stark „durchhängende“ Lagerung: Am Beckenrand ist sie an der derzeitigen Gelände­oberfläche zu finden, während sie im Beckenzentrum in etwa 220 Metern Tiefe zum Liegen kommt. Eine nachfolgende systematische Auswertung von Bohrungen und geologischen Kartierungen belegt nun auch für die Ries-Krater­füllung eine ringförmige Anordnung der zu Tage tretenden Schichten, mit den ältesten Ablagerungen am Rand und den jüngsten im Zentrum.

Berechnungen zeigen, dass diese Lagerung nicht allein dadurch erklärt werden kann, dass sich die unterlagernden See­ablagerungen absetzen. Vielmehr ist eine zusätzliche Absenkung um etwa 135 Meter nötig. Diese lässt sich nur durch Setzungs­erscheinungen des kilometertief zerrütteten Krater­untergrundes erklären. Während die genauen Mechanismen einer Kraterboden­absenkung noch erforscht werden müssen, kann bereits eine einfache Modell­rechnung zeigen, dass eine Absenkung in der genannten Größe durch Setzungs­erscheinungen der zerrütteten Untergrund­gesteine grundsätzlich möglich ist. Damit lassen sich nun auch Schicht­verstellungen in Kraterfüllungen auf dem Mars besser erklären, zumindest für Krater, welche eine enge zeitliche Abfolge von Kraterbildung und anschließender Wasserfüllung mit Sedimentation aufweisen.

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungs­gemeinschaft gefördert. Neben Geobiologen und Sedimentologen der Universität Göttingen waren auch das Bayerische Landesamt für Umwelt sowie die Brown University, Providence, USA, beteiligt.

GAU / DE

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  G. Arp et al.: A volcanic ash layer in the Nördlinger Ries impact structure (Miocene, Germany): Indication of crater fill geometry and origins of long-term crater floor sagging, J. Geophys. Res. Planets, online 17. März 2021; DOI: 10.1029/2020JE006764
• Projekt-Initiative „Ries-Krater“, Georg-August-Universität Göttingen