Benutzer:Moneo/Late Heavy Bombardment

Unter Late Heavy Bombardment (LHB) versteht man das vermehrte Auftreten von Impaktereignissen vor etwa 3,8 bis 4,1 Mrd. Jahren, das zur Bildung einer großen Anzahl der lunaren Krater führte. Ebenso wie auf dem Mond bildeten sich auch auf Merkur, Venus, Erde und Mars eine Vielzahl von Impaktkratern.

Historie

Zu Zeiten des Uniformismus war der Prozess des „Impaktes“ nicht anerkannt und kosmische Katastrophen wurden negiert. Aber bereits 1921 verwies Alfred Wegener, gestützt durch die Beobachtung des Mondes und die Ergebnisse sogenannter „Aufsturz“-Experimente, auf eine nicht-vulkanische Entstehung von Kratern. Seiner Meinung nach sind die Krater auf der Mondoberfläche durch „Aufstürze“ entstanden. Aber erst in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts begann sich die Impaktthese durchzusetzen. Grund für den „Erfolg“ dieser Theorie waren auch die Nuklearwaffentests und die damit einhergehende Erzeugung hoher Energiedichten. Die Dynamik der Erde erschwerte eine schnellere Anerkennung. Die Krater wurden erodiert, liegen unter mächtigen Sedimenten oder sind mit der ozeanischen Lithosphäre subduziert worden.

Mondproben und lunare Kraterstatistik: Das Abschätzen der Häufigkeit und der Dimensionen von Impakt-Ereignissen auf der Erde scheitert zwangsläufig an der Dynamik unseres Planeten. Auf der Erde findet man heute keine primitive (Ur-)Oberfläche wie auf dem Mond vor. Der älteste Krater auf der Erde ist Vredefort in Südafrika mit einem Alter von 2,023 Mrd. Jahren. Er ist damit nicht einmal halb so alt wie die Erde. Als „nahegelegenes“ Forschungsobjekt eignet sich der Mond wesentlich besser als alle anderen Himmelskörper, um eine Impaktstatistik zu erstellen. Schon Fernbeobachtungen zeigen deutlich Unterschiede in der Kratedichte zwischen „alten“, hellen Hochländern und den jüngeren, mit dunklen Basaltdecken überzogenen Maren. Die Mare weisen wesentlich weniger Krater auf als die Hochländer. Durch die radiometrische Altersdatierung von Mondproben (Apollo- und Luna-Missionen) konnten die Absolutalter von sieben Basaltregionen, vier Einzelkratern und vier Auswurfdecken großer Krater bestimmt werden. Dabei wurde ein Alter von etwa 4 Mrd. Jahren für die Hochlandgesteine ermittelt. Die Kraterdichte in diesen Regionen der Mondoberfläche liegt bei 0,36 Krater/km² (Krater über 1 km Durchmesser). Aus allen Daten wurde ein Diagramm erstellt, welches die lunare Kraterdichte als Funktion der Zeit zeigt.

Konsequenzen für die Erde

Durch Übertragung der lunaren Kurve der Kraterdichte auf die Erde unter Berücksichtigung von Gravitation, Kollisionsgeschwindigkeit etc. kann abgeschätzt werden, dass ein massives Bombardement vor etwa 4,1 – 3,8 Mrd. Jahren etwa 500 mal mehr Krater erzeugte, als das heute der Fall ist. Abgeleitet von der lunaren Kraterdichte und –anzahl ließen sich für diese Zeit einige Kraterdaten auf die Erde vor übertragen: - 22.000 oder mehr Krater mit mehr als 20 km Durchmesser - ca. 40 Krater mit rund 1000 km Durchmesser - Vereinzelte Krater mit Durchmessern um 5000 km. Die Erdoberfläche wurde kontinuierlich und global sterilisiert. Aber nachdem die Zahl der Impakte deutlich gesunken war, begann vor etwa 3,5 Mrd. Jahren die Entwicklung des Lebens. Der Großteil der ältesten Kratone aus dieser Zeit besitzt ein Alter von etwa 3,8 Mrd. Jahren. Wahrscheinlich existierte schon vor dieser Zeitmarke abgekühltes Erdkrustenmaterial, welches jedoch auf Grund der sehr hohen Energien aus radioaktivem Zerfall von Radioisotopen und dem Meteoritenbombardement nicht erhaltungsfähig war. Einzige noch ältere „Überbleibsel“ und zugleich der Nachweis für eine sehr frühe Krustenbildung stellen zum einem mikroskopisch kleine Zirkone dar, deren Alter mittels der radiometrischen Uran-Blei-Methode auf 4,404 Mrd. Jahre datiert wurde. Im makroskopischen Maßstab ließ sich mit 4,06 Mrd. Jahre das Alter des Acasta-Gneises im Kanadischen Schild bestimmen. Der Nachweis von Prä-LHB-Gesteinen zeigt, dass eine Herauszögerung der Bildung unserer Erdkruste sowie des Lebens eine wesentliche Konsequenz des Late Heavy Bombardement war. Ob im Kontrast dazu das intensive Bombardement durch Eintrag von Wasser oder Aminosäuren zur Entwicklung des Lebens beigetragen hat, ist umstritten. Die Analyse von Meteoriten deutet darauf hin. Seit Ende des LHB ist die Zahl der Impaktrater bis heute nahezu konstant (Abb. XY).

Ursprung der Projektile/Ursache des LHB

Late Uranus/Neptun Formation

Die Idee, dass die Ursache des LHB eine späte Formation der Planeten Uranus und Neptun gewesen sein könnte, hatte erstmals George Wetherill 1975 vom Carnegie Institution of Washington. Harold Levison und seine Mitarbeiter begannen detailierte Studien darüber anzulegen. Ihre Theorie soll im folgenden beschrieben werden. Die ersten 100 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensytems waren die inneren Planeten sowie Jupiter und Saturn bereits aggregiert. Hinter Jupiter befand sich nur noch eine große Zahl kalter, eisiger Planetesimalien auf einer Umlaufbahn um die Sonne. Nach 600 Millionen Jahren bewirkte etwas, dass die Planetesimalien sich zu einigen größeren Objekten akkretionieren. Dadurch wuchsen diese noch schneller und es entstanden eventuell Uranus und Neptun daraus. Deren starke gravitative Wirkung änderte die Bahnen der übrigen Planetesimalien. Einige wurden nach außen von der Sonne weg geschleudert, andere sonnenwärts. Einige davon schlugen auf den Eissatelliten Saturns und Jupiters. Die übrigen schlugen auf den inneren Planeten wie Mars, Merkur, Venus, Erde und ihrem Mond ein. Levisons Berechnungen besagen, dass die gerstreuten Planetesimalien das innere Sonnensystem nur für einige zehnermillionen Jahre bombardiert hätten – die Zeitdauer des Late Heavy Bombardment.

Die Planet-V-Theorie

Die Planet-V-Theorie, begründet von John Chambers und Jack Lissauer, geht davon aus, dass vor mindestens 4 Mrd. Jahren ein Planet existierte, der sich zwischen Mars und dem Asterioidengürtel befand. Diese Annahme beruht auf Computersimulationen. Während der 33. Lunar and Planetary Science Conference vom 11.-15. März 2002 wurde diese Simulation vorgeführt. John Chambers und Jack Lissauer gehen davon aus, dass ein bis dato unbekannter terrestrischer Planet existierte und dieser sich auf einer instabilen Bahn um die Sonne bewegte. Diesen Planeten bringen sie nun mit dem Ereignis des LHB in Verbindung. Vor ca. 3,9 Mrd. Jahren wurde die Bahn von Planet V durch Wechselwirkungen mit den anderen inneren Planeten gestört. Die Exzentrizität der Umlaufbahn wurde dadurch stark erhöht und erreichte somit den inneren Asterioidengürtel. Das führte laut Chamber dazu, dass Himmelskörper des Asterioidengürtels veranlasst wurden die Umlaufbahn des Mars zu queren. Aufgrund dessen erhöhte sich kurzfristig auch die Anzahl der Himmelskörper, welche die Erdumlaufbahn kreuzten. Die Häufigkeit von Einschlägen in den Mond nahm zu. Diese Theorie findet im Kreise der Wissenschaft nur wenig Befürworter, weil andere Annahmen für die Ursachen des LHB schlüssiger zu erklären sind.

Literatur

• LANGENHORST, F. (2004): Impaktkrater auf der Erde, Spuren des kosmischen Bombardements; Geowissenschaftliche Mitteilungen; Nr. 15; S. 8-17;
• GOMEZ, G., LEVISON, H. F., TSIGANIS, K. & MORBIDELLI, A. (2005): Origin of the Cataclysmic Late Heavy Bombardment of the Terrestrial Planets . Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets, Nature 435, 466 - 469
• Levison, H, F., Dones, L., Chapman, C. R., Stern, S. A., Duncan, M. J., and Zahnle, K. (2001) Could the lunar "late heavy bombardment" have been triggered by the formation of Uranus and Neptune? Icarus, vol. 151, p. 286-306.