Kreide-Paläogen-Grenze

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Der Moment des Einschlags (künstlerische Darstellung)

Die Kreide-Paläogen-Grenze, auch K-P-Grenze, früher Kreide-Tertiär-Grenze, auch K/T-Grenze genannt, ist der Zeitpunkt eines geologischen Ereignisses vor 66 Mio. Jahren, das den Übergang von der Kreidezeit zum Paläogen (bis 2000 „Tertiär“) definiert. Die Kreide-Paläogen-Grenze markiert den Beginn eines der größten Massenaussterben der Erdgeschichte, das insbesondere die Ära der Dinosaurier beendete. Dieser geologische Kardinalpunkt bildet auch den Übergang zwischen dem Erdmittelalter und der Erdneuzeit, also zwischen Mesozoikum und Känozoikum.

Es handelt sich dabei jedoch nicht um einen festen Zeitpunkt im herkömmlichen Sinn. Die geologische und biologische Umwälzung setzt sich aus den verschiedensten Umweltveränderungen zusammen, die in gestaffelter zeitlicher Abfolge auftraten und Zeiträume von wenigen Tagen bis zu mehreren Hunderttausend Jahren umfassten. Durch den Einschlag eines oder mehrerer Meteoriten, gekoppelt mit stark erhöhten vulkanischen Aktivitäten, ereignete sich ein gravierender Faunen- und Florenwechsel. Geologische Merkmale der Kreide-Paläogen-Grenze sind eine Iridium-Anomalie, die auf einen großen Meteoriteneinschlag hindeutet, sowie umfangreiche Mengen an Asche und Gesteinskügelchen, die bei extremer Hitze entstanden sein müssen. Dass diese Ereignisse mit dem globalen Aussterben unmittelbar zusammenhängen, gilt gegenwärtig als sehr wahrscheinlich.

Die International Commission on Stratigraphy (ICS) hat die bisherige Bezeichnung „Tertiär“ im Jahr 2000 durch „Paläogen“ ersetzt, der Begriff Kreide-Paläogen-Grenze (englisch: Cretaceous-Paleogene boundary oder C-Pg boundary) ist in der deutschen und internationalen Fachliteratur inzwischen allgemein gebräuchlich.

Indizien für Meteoriteneinschläge[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Computererstellte Karte des Chicxulub-Kraters anhand der Schwereanomalien

Ein wesentliches Indiz für die Hypothese eines oder mehrerer Einschläge ist der ungewöhnlich hohe Iridium-Gehalt vieler Gesteine nahe der Kreide-Paläogen-Grenze. Da der Erdmantel im Vergleich zu Steinmeteoriten arm an Iridium ist, vermutet man, dass sich in diesen Schichten der beim Einschlag aufgewirbelte Staub wiederfindet. Starke Unterstützung erhält die Hypothese eines Meteoriteneinschlags durch eine Anomalie der Chrom-Isotopenverteilung in derselben Schicht, die auch die Iridium-Anomalie enthält. Die Chrom-Isotopenverteilung ist auf der Erde normalerweise homogen. Während bei der Iridiumanomalie noch eingewandt wurde, dass auch vulkanische Aktivitäten eine Iridiumanreicherung bewirken könnten, ist die Isotopenanomalie bei Chrom nur durch Beimischung von extraterrestrischem Material zu erklären. Weitere mineralogische Spuren des Einschlages bestehen aus Ergebnissen der Druckwelle und der hohen Temperaturen, wie veränderte („geschockte“) Quarzstrukturen (Planare Deformationselemente, PDFs), Stishovite, Zirkone, Diamantkristalle und Glaskugeln (Mikrotektite).[1] Diese Strukturen kommen weltweit vor und nehmen quantitativ proportional mit der Entfernung vom Krater ab. Ein möglicher Kandidat für den Einschlagskörper ist ein Asteroid mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie kohlige Chondriten; letztere besitzen die gleiche Chrom-Isotopenverteilung wie die K-P-Grenzschicht. Da ein Komet vermutlich aus Eis und Staubteilchen besteht, deren Zusammensetzung den kohligen Chondriten ähnelt, ist auch ein Komet als eventueller Einschlagkörper nicht auszuschließen.

Geschichte und Szenario der Impakt-Hypothese[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Aufschluss im Trinidad Lake State Park, US-Bundesstaat Colorado. Die gestrichelte Linie verläuft entlang der KT-Grenze.
Präparat einer Schichtenfolge, in der die K/T-Grenze enthalten ist, im Naturhistorischen Museum Maastricht

Im Juni 1980 publizierte das Forschungsteam um den Physiker und Nobelpreisträger Luis Walter Alvarez und dessen Sohn, den Geologen Walter Alvarez, die Entdeckung einer Iridium-Anomalie an der Kreide-Paläogen-Grenze.[2] Die sich daraus ergebende Annahme eines großen Meteoriteneinschlags, der zum Aussterben unter anderem der Dinosaurier führte, war der Beginn einer langen Diskussion über das Für und Wider der von Vater und Sohn Alvarez vorgelegten Hypothese.

Auf der Suche nach der möglichen Einschlagstelle des Impaktors fand man 1991 auf der mexikanischen Halbinsel Yucatán einen von jüngeren Sedimenten bedeckten, 180 km großen Krater unterhalb der Ortschaft Chicxulub Puerto. Damit war die Wissenschaftskontroverse um den so genannten Chicxulub-Einschlag jedoch nicht beendet. Auch wenn der Krater hinsichtlich Alter und Größe in das Schema der Kreide-Paläogen-Krise zu passen schien, wurden mehrere Gegenhypothesen vorgebracht, darunter jene, dass nicht der Impakt, sondern der magmatische Ausbruch des indischen Dekkan-Trapps das Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze forciert hatte. Außerdem schienen Sedimentuntersuchungen im Rahmen eines Tiefbohrungsprogramms mit dem Forschungsschiff Saipem 10000 zu bestätigen, dass der Chicxulub-Krater schon 300.000 Jahre vor der eigentlichen K-P-Grenzschicht entstanden war.[3]

Die „Vordatierung“ des Impakts stieß auf Kritik[4] und gilt in Anbetracht der jüngsten Forschungsergebnisse wieder als unwahrscheinlich. Die Anwendung moderner Datierungsmethoden und Analysetechniken mit sehr geringen Toleranzbereichen führte zu dem Resultat, dass das Impaktereignis und die K-P-Grenzschicht zeitlich präzise übereinstimmen.[5][6] Auch der dem Einschlag folgende Impaktwinter gilt inzwischen als faktisch gesichert.[7] In der Wissenschaft herrschte bis vor kurzem die Auffassung, dass am Ende der Kreide die Biodiversität und die Stabilität der Ökosysteme im Schwinden begriffen waren. Neue Studien liefern vermehrt Hinweise, dass die ökologische Situation im späten Maastrichtium trotz einer zunehmenden Umweltbelastung durch vulkanische Gase gefestigter war als lange Zeit angenommen.[8][9] Somit blieb es dem Chicxulub-Einschlag vorbehalten, den Schlusspunkt für die mesozoische Faunenwelt zu setzen oder zumindest den Anstoß für deren Ende gegeben zu haben.[10]

Das derzeit wahrscheinlichste Szenario geht davon aus, dass vor 66,04 Millionen Jahren (± 32.000 Jahre) ein etwa 10 km großer Meteorit mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 40 km/s im Gebiet des heutigen Golf von Mexiko in einem tropischen Flachmeer detonierte. Der Impaktor verdampfte dabei innerhalb einer Sekunde fast vollständig, schleuderte aber durch die Wucht der Explosion, die wahrscheinlich auf dem gesamten Erdball zu vernehmen war, einige tausend Kubikkilometer Carbonat- und Evaporitgestein über weite Strecken als glühende Ejekta bis in die Stratosphäre, zu einem kleineren Teil weit darüber hinaus.[11] Neben den unmittelbaren Auswirkungen des Einschlags wie Megatsunamis, einer überschallschnellen Druckwelle sowie Erdbeben im Bereich der Stärke 11 oder 12 traten weltweit Flächenbrände auf, deren Ausdehnung und Dauer noch nicht endgültig geklärt ist.[12][13] Innerhalb weniger Tage verteilte sich in der gesamten Atmosphäre eine große Menge an Ruß und Aerosolen, die das Sonnenlicht über Monate hinweg absorbierten und einen globalen Temperatursturz herbeiführten. Eine im April 2015 von mehreren bekannten Geowissenschaftlern vorgelegte Hypothese geht davon aus, dass aufgrund der Impaktenergie von 3x1023 Joule und der dadurch ausgelösten tektonischen Schockwellen der lange „schwelende“ Dekkan-Trapp im heutigen West-Indien eine erhebliche Zunahme seiner Aktivität verzeichnete. Laut dieser Hypothese ist der kurzfristige Ausstoß von 70 Prozent aller Dekkan-Trapp-Flutbasalte auf den Chicxulub-Einschlag zurückzuführen.[14] Dieses bisher wenig beachtete Szenario wird in der wissenschaftlichen Literatur zunehmend intensiver erörtert.[15]

Von der sich anschließenden biologischen Krise waren die ozeanischen und festländischen Ökosysteme gleichermaßen betroffen. 75 Prozent der Arten fielen dem Massenaussterben zum Opfer, darunter nicht nur die Saurier, sondern auch die Ammoniten, fast alle kalkschalenbildenden Foraminiferen sowie in hohem Ausmaß die Vögel.[16] Nach einer vermutlich mehrere Jahrzehnte dauernden Kältephase begann eine rasche, zu Hitzestress führende Erwärmung, bedingt durch Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid, die der Einschlag infolge der Verdampfung ozeanischer Böden freigesetzt hatte. Die Dauer des extremen Treibhauseffekts wird auf rund 50.000 Jahre geschätzt, ehe sich das Klima wahrscheinlich erst nach mehreren Hunderttausend Jahren endgültig stabilisierte.

Einschlagshypothese Perm/Trias[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch ein anderes großes Massenaussterben – am Übergang zwischen Erdaltertum und Erdmittelalter (Paläozoikum und Mesozoikum) – wird hypothetisch auf einen Meteoriteneinschlag zurückgeführt („Perm-Trias-Impakt“). Allerdings sind für diese Grenze in den entsprechenden Gesteinsschichten weder eine signifikant erhöhte Iridiumkonzentration noch Isotopenanomalien belegt. Im Jahr 2006 wurde anhand von Satellitendaten in der südpolaren Wilkesland-Region eine Schwereanomalie festgestellt. Radarbilder lieferten Hinweise auf die Existenz eines 480 km großen Einschlagkraters tief unter dem antarktischen Eisschild mit einem vermutlichen Alter von 250 Millionen Jahren.[17] Damit wäre der Wilkesland-Krater der größte bekannte Impakt der Erdgeschichte, dessen Zerstörungspotenzial das des Chicxulub-Meteoriten erheblich übertroffen hätte. Ein direkter Nachweis, zum Beispiel durch geologische Analysen vor Ort anhand entsprechender Tiefenbohrungen, konnte noch nicht erbracht werden.

Mögliche Faktoren für das Massenaussterben an der K-P-Grenze[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Umfassende Analysen bekannter Massenaussterben führten in letzter Zeit zu einem vertieften Verständnis der Mechanismen und Zusammenhänge dieser Ereignisse. Die Fachliteratur zu diesem Themenbereich hat sich seit den 1980er Jahren annähernd verzehnfacht und berücksichtigt zunehmend interdisziplinäre Forschungen.[18] Daraus resultierte die Erkenntnis, dass Massenaussterben nicht zwangsläufig an langfristige geologische Prozesse gekoppelt sein müssen, sondern häufig einen katastrophischen und zeitlich eng begrenzten Verlauf genommen haben. Zudem spricht eine wachsende Zahl von Belegen für die Annahme, dass viele Massenaussterben der Erdgeschichte mit gravierenden Klimawandel-Ereignissen und deren Folgen verknüpft waren.[19]

Neben einem Einzel-Einschlag wird eine Reihe alternativer Modelle des Kreide-Paläogen-Aussterbens in Betracht gezogen, wie zum Beispiel eine ganze Serie von Meteoriten- oder Kometeneinschlägen in kurzfristigen Abständen. Gegen diese Annahme spricht allerdings die Abwesenheit entsprechend großer Impaktkrater im fraglichen Zeitraum. Darüber hinaus wird die Möglichkeit eines Verneshots von der Fachwelt mangels einer belastbaren Datenbasis ebenso abgelehnt wie die Existenz eines hypothetisch postulierten Riesenkraters auf dem indischen Subkontinent (Shiva-Impaktstruktur).

Eine wesentliche Rolle während der Übergangsphase von der Kreide zum Paläogen dürfte hingegen neben der raschen Abnahme der Vegetationsbedeckung die erhebliche Versauerung weiter Meeresbereiche gespielt haben. Die durch den Impakt und den Dekkan-Trapp-Vulkanismus freigesetzten Mengen an Schwefeldioxid und verschiedenen Stickoxiden waren erheblich und könnten Schätzungen zufolge im Bereich von 1 bis 2 Billionen Tonnen gelegen haben. Dies führte nicht nur zu einem extrem Sauren Regen, sondern auch zur Destabilisierung der ozeanischen Biotope, vor allem bedingt durch zeitweiligen Sauerstoffmangel sowie durch das rapide Absinken des pH-Werts. Mit der weitgehenden Reduzierung des Nannoplanktons verloren viele davon abhängige Organismen ihre Nahrungsgrundlage, was sich in Form einer Kettenreaktion auf das gesamte marine Ökosystem auswirkte. Somit erreichte das Massenaussterben in den Meeren ähnliche Dimensionen wie das auf dem Festland.[20] [21]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Steven M. Stanley: Historische Geologie, aus dem Amerikanischen übersetzt von Volker Schweizer, Erika Kraatz u. Reinhart Kraatz, Heidelberg u.a. 2001, ISBN 3-8274-0569-6, S. 528-540.
  • Markus Harting: Zum Kreide/Tertiär-Übergang in NE-Mexiko: Geochemische Charakterisierung der Chicxulub-Impaktejekta. Dissertation an der Universität Karlsruhe, Fak. f. Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften, 2004. Abstract pdf online
  • J. David Archibald: Dinosauria extinction and the end of an Era - what the fossils say, Columbia University Press 1996
  • Peter Skelton: The Cretaceous World, Cambridge University Press, 2002, ISBN 0-521-53843-2
  • József Pálfy: Katastrophen der Erdgeschichte. Globales Artensterben? Schweizerbart, Stuttgart 2005, ISBN 3-510-65211-8.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Kreide-Paläogen-Grenze – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. R. D. Norris, B. T. Huber, J. Self-Trail: Synchroneity of the K-T oceanic mass extinction and meteorite impact: Blake Nose, western North Atlantic. (PDF) In: Geology. 27, Nr. 5, Mai 1999, S. 419-422. doi:10.1130/0091-7613.
  2. L. W. Alvarez, W. Alvarez, F. Asaro, H. V. Michel: Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction. (PDF) In: Science. 208, Juni 1980, S. 1095–1108.
  3. G. Keller, T. Adatte, W. Stinnesbeck, M. Rebolledo-Vieyra, J. U. Fucugauchi, U. Kramar, Doris Stüben: Chicxulub impact predates the K-T boundary mass extinction. In: pnas. 101, Nr. 11, 2004, S. 3753–3758. doi:10.1073/pnas.0400396101.
  4. Peter Schulte: Comment on the paper „Chicxulub impact predates KT boundary: New evidence from Brazos, Texas“ by Keller et al. (2007). (PDF) In: Earth and Planetary Science Letters. Nr. 269, 2008, S. 614–620. doi:10.1016/j.epsl.2007.11.066.
  5. Paul R. Renne, Alan L. Deino, Frederik J. Hilgen, Klaudia F. Kuiper, Darren F. Mark, William S. Mitchell III, Leah E. Morgan, Roland Mundil, Jan Smit: Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary. (PDF) In: Science. 339, Nr. 6120, Februar 2013, S. 684–687. doi:10.1126/science.1230492.
  6. Robert Sanders: New evidence comet or asteroid impact was last straw for dinosaurs. In: UC Berkeley News Center, 7. Februar 2013.
  7. Johan Vellekoop, Appy Sluijs, Jan Smit, Stefan Schouten, Johan W. H. Weijers, Jaap S. Sinninghe Damsté, Henk Brinkhuis: Rapid short-term cooling following the Chicxulub impact at the Cretaceous-Paleogene boundary. In: pnas. 111, Nr. 21, Mai 2014. doi:10.1073/pnas.1319253111.
  8. Tyler R. Lyson, Antoine Bercovici, Stephen G. B. Chester, Eric J. Sargis, Dean Pearson, Walter G. Joyce: Dinosaur extinction: closing the ‘3 m gap’. (html) In: The Royal Society, Biology Letters. Juli 2011. doi:10.1098/rsbl.2011.0470.
  9. Zoltan Siki-Sava, Eric Buffetaut, Attila Ősi, Xabier Pereda-Suberbiola, Stephen L. Brusatte: Island life in the Cretaceous – faunal composition, biogeography, evolution, and extinction of land-living vertebrates on the Late Cretaceous European archipelago. (html) In: ZooKeys. 469, Januar 2015, S. 1–161. doi:10.3897/zookeys.469.8439.
  10. Stephen L. Brusatte, Richard J. Butler, Paul M. Barrett, Matthew T. Carrano, David C. Evans, Graeme T. Lloyd, Philip D. Mannion, Mark A. Norell, Daniel J. Peppe, Paul Upchurch, Thomas E. Williamson: The extinction of the dinosaurs. In: Biological Reviews, Cambridge Philosophical Society (Wiley Online Library). 90, Nr. 2, Mai 2015, S. 628–642. doi:10.1111/brv.12128.
  11. Douglas S. Robertson, Malcolm C. McKenna, Owen B. Toon, Sylvia Hope, Jason A. Lillegraven: Survival in the first hours of the Cenozoic. (PDF) In: Geological Society of America Bulletin. 116, Nr. 5/6, Mai/Juni 2004, S. 760–768. doi:10.1130/B25402.
  12. Claire M. Belcher: Reigniting the Cretaceous-Palaeogene firestorm debate. (html) In: geology. 37, Nr. 12, 2009, S. 1147–1148. doi:10.1130/focus122009.1.
  13. Douglas S. Robertson, William M. Lewis, Peter M. Sheehan, Owen B. Toon: Reevaluation of the heat-fire hypothesis. In: Journal of Geophysical Research: Biogeoscience. 110, Nr. 1, März 2013, S. 329–336. doi:10.1002/jgrg.20018.
  14. Mark A. Richards, Walter Alvarez, Stephen Self, Leif Karlstrom, Paul R. Renne, Michael Manga, Courtney J. Sprain, Jan Smit, Loÿc Vanderkluysen, Sally A. Gibson: Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact. (PDF) In: Geological Society of America Bulletin. April 2015. doi:10.1130/B31167.1.
  15. Paul R. Renne, Courtney J. Sprain, Mark A. Richards, Stephen Self, Loÿc Vanderkluysen, Kanchan Pande: State shift in Deccan volcanism at the Cretaceous-Paleogene boundary, possibly induced by impact. (PDF) In: Science. 350, Nr. 6256, Oktober 2015, S. 76–78. doi:10.1126/science.aac7549.
  16. Nicholas R. Longrich, Tim Tokaryk, Daniel J. Field: Mass extinction of birds at the Cretaceous-Paleogene (K-Pg) boundary. In: pnas. 108, Nr. 37, September 2011, S. 15253–15257. doi:10.1073/pnas.1110395108.
  17. Adrian P. Jones; David G. Price; Paul S. DeCarli; Richard Clegg: Impact Decompression Melting: A Possible Trigger for Impact Induced Volcanism and Mantle Hotspots? In: C. Koeberl und F. Martinez-Ruiz (Hrsg.): Impact markers in the Stratigraphic Record. Springer Verlag, Berlin 2003, ISBN 3-540-00630-3, S. 91–120 (mantleplumes.org [PDF]).
  18. Richard J. Twitchett: The palaeoclimatology, palaeoecology and palaeoenvironmental analysis of mass extinction events. (PDF) In: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 232, Nr. 2–4, März 2006, S. 190–213. doi:10.1016/j.palaeo.2005.05.019.
  19. Peter Ward: Under a Green Sky: Global Warming, the Mass Extinctions of the Past, and What They Can Tell Us About Our Future (2007). ISBN 978-0-06-113791-4
  20. Bärbel Hönisch, Andy Ridgwell, Daniela N. Schmidt, Ellen Thomas, Samantha J. Gibbs, Appy Sluijs, Richard Zeebe, Lee Kump, Rowan C. Martindale, Sarah E. Greene, Wolfgang Kiessling, Justin Ries, James C. Zachos, Dana L. Royer, Stephen Barker, Thomas M. Marchitto Jr., Ryan Moyer, Carles Pelejero, Patrizia Ziveri, Gavin L. Foster, Branwen Williams: The Geological Record of Ocean Acidification. (PDF) In: Science. 335, Nr. 6072, März 2012, S. 1058–1063. doi:10.1126/science.1208277.
  21. Vincent Courtillot und Paul Renne: On the ages of flood basalt events, Comptes Rendus Geosciences, Band 335, 2003, S. 113-140