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Ein riesiger Weltraumfelsen, der schätzungsweise die Größe von vier Mount Everests hat, stürzte vor mehr als drei Milliarden Jahren auf die Erde – und seine Auswirkungen könnten sich neuen Forschungsergebnissen zufolge überraschend positiv auf die frühesten Lebensformen auf unserem Planeten ausgewirkt haben.
Wenn ein großer Weltraumfelsen auf die Erde stürzt, sind die Einschläge typischerweise mit katastrophalen Verwüstungen verbunden, wie im Fall des Aussterbens der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren, als ein etwa 10 Kilometer großer Asteroid abstürzte. die Küste der Halbinsel Yucatan im heutigen Mexiko.
Doch die Erde war jung und befand sich an einem ganz anderen Ort, als der S2-Meteorit vor 3,26 Milliarden Jahren mit dem Planeten kollidierte, dessen Masse schätzungsweise 50 bis 200 Mal so groß ist wie die des Asteroiden Chicxulub, der das Aussterben der Dinosaurier auslöste, so Nadja Drabon, Assistenzprofessor für Erde. und Planetenwissenschaften an der Harvard University. Sie ist außerdem Hauptautorin einer neuen Studie, die die Auswirkungen von S2 und seine Folgen beschreibt und am Montag in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde.
„Es hatte sich noch kein komplexes Leben gebildet, und es gab nur einzelliges Leben in Form von Bakterien und Archaeen“, schrieb Drabon in einer E-Mail. „Wahrscheinlich gab es in den Ozeanen etwas Leben, aber nicht so viel wie heute, was teilweise auf einen Mangel an Nährstoffen zurückzuführen ist. Manche bezeichnen die Archäischen Ozeane sogar als „biologische Wüsten“. Die archaische Erde war eine Wasserwelt mit einigen hervorstechenden Inseln. Dies wäre ein merkwürdiger Anblick gewesen, da die Ozeane aufgrund des eisenreichen Tiefenwassers wahrscheinlich eine grüne Farbe hatten.
Als der S2-Meteorit einschlug, kam es zu weltweitem Chaos – aber der Einschlag erweckte auch Inhaltsstoffe zum Vorschein, die das Bakterienleben hätten bereichern können, sagte Drabon. Die neuen Erkenntnisse könnten die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler verstehen, wie die Erde und ihr entstehendes Leben auf die Bombardierung von Weltraumgesteinen kurz nach der Entstehung des Planeten reagierten.
Entdecken Sie antike Einschläge
Zu Beginn der Erdgeschichte trafen häufig Weltraumgesteine den jungen Planeten. „Riesige Impaktoren“ mit einem Durchmesser von mehr als 10 Kilometern haben den Planeten schätzungsweise mindestens alle 15 Millionen Jahre getroffen, so die Autoren der Studie. Das bedeutet, dass während des Archaischen Zeitalters, das 2000 bis 2000 dauerte, mindestens 16 riesige Meteoriten die Erde getroffen haben Vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren.
Die Folgen dieser Ereignisse sind jedoch nicht genau bekannt. Und angesichts der sich ständig verändernden Geologie der Erde, in der riesige Krater von vulkanischer Aktivität und tektonischen Plattenbewegungen bedeckt sind, ist es schwierig, Beweise für das zu finden, was vor Millionen von Jahren geschah.
Drabon ist ein Geologe der frühen Erde und möchte unbedingt verstehen, wie der Planet aussah, bevor sich die ersten Kontinente bildeten, und wie heftige Meteoriteneinschläge die Entwicklung des Lebens beeinflussten.
„Diese Auswirkungen müssen den Ursprung und die Entwicklung des Lebens auf der Erde erheblich beeinflusst haben. Aber wie genau das geschieht, bleibt ein Rätsel“, sagte Drabon. „Bei meiner Forschung wollte ich mir konkrete Beweise dafür ansehen – entschuldigen Sie das Wortspiel –, wie sich riesige Einschläge auf die frühe Kindheit ausgewirkt haben. »
Drabon und seine Kollegen führten Feldforschungen durch, um in den Felsen der südafrikanischen Barberton Makhonjwa Mountains nach Hinweisen zu suchen. Dort können geologische Beweise für acht Einschlagereignisse vor 3,6 bis 3,2 Milliarden Jahren in Gesteinen gefunden und mithilfe winziger Meteoriteneinschlagspartikel, sogenannter Kügelchen, verfolgt werden.
Die kleinen runden Partikel, die glasig oder kristallin sein können, entstehen, wenn große Meteoriten auf die Erde einschlagen und Sedimentschichten in Gesteinen bilden, die als Kugelbetten bezeichnet werden.
Das Team sammelte eine Reihe von Proben in Südafrika und analysierte die Zusammensetzung und Geochemie der Gesteine.
„Unsere Tage beginnen normalerweise mit einer langen Wanderung in die Berge, um unsere Probenahmestellen zu erreichen“, sagte Drabon. „Manchmal haben wir das Glück, unbefestigte Straßen zu haben, die uns näher zusammenbringen. Vor Ort untersuchen wir Gesteinsstrukturen durch die Einschlagschicht hindurch im Detail und entnehmen mit Vorschlaghämmern Proben für spätere Laboranalysen.
Die dicht gepackten Gesteinsschichten bewahrten eine mineralische Zeitleiste, die es den Forschern ermöglichte, zusammenzufassen, was geschah, als der S2-Meteorit einschlug.
Wellen der Zerstörung
Der S2-Meteorit hatte einen Durchmesser zwischen 37 und 58 Kilometern, als er den Planeten traf. Die Auswirkungen seien schnell und heftig gewesen, sagte Drabon.
„Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor der Küste von Cape Cod, in einem flachen Gewässer“, sagte Drabon. „Es ist eine Niedrigenergieumgebung ohne starke Strömungen. Und dann bricht plötzlich ein riesiger Tsunami aus und reißt den Meeresboden auf.
Der Tsunami fegte über den Planeten und die Hitze des Aufpralls war so stark, dass sie sich auf die obere Schicht des Ozeans ausbreitete. Wenn Ozeane kochen und verdunsten, bilden sie Salze, wie man sie unmittelbar nach dem Aufprall in Gesteinen sieht, erklärte Drabon.
Staub, der nach dem Einschlag in die Atmosphäre geschleudert wurde, verdunkelte innerhalb weniger Stunden den Himmel, sogar auf der anderen Seite des Planeten. Die Atmosphäre erwärmte sich und die dicke Staubwolke hinderte Mikroben daran, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln. Jedes Leben an Land oder im flachen Wasser hätte die negativen Auswirkungen sofort zu spüren bekommen, und diese Auswirkungen hätten einige Jahre bis mehrere Jahrzehnte angehalten.
Irgendwann hätte der Regen die oberen Schichten des Ozeans zum Absturz gebracht und der Staub hätte sich abgesetzt.
Aber die Tiefseeumgebung war eine andere Geschichte. Der Tsunami zerstörte Elemente wie Eisen und brachte sie an die Oberfläche. Während dieser Zeit trug die Erosion dazu bei, Küstenschutt ins Meer zu schwemmen und Phosphor aus dem Meteoriten freizusetzen. Laboranalysen zeigten eine Zunahme der Anwesenheit einzelliger Organismen, die sich unmittelbar nach dem Aufprall von Eisen und Phosphor ernähren.
Das Leben erholte sich schnell und dann blühte es auf, sagte Drabon.
„Vor dem Einschlag gab es in den Ozeanen etwas Leben, aber nicht viel, da es in den flachen Gewässern an Nährstoffen und Elektronenspendern wie Eisen mangelte“, sagte sie. „Durch den Aufprall wurden weltweit lebenswichtige Nährstoffe wie Phosphor freigesetzt. Ein Student nannte den Einschlag eine „Düngemittelbombe“. Insgesamt sind dies sehr gute Nachrichten für die Entwicklung des Lebens auf der Erde, da die Auswirkungen in den frühen Stadien der Lebensentwicklung weitaus häufiger vorgekommen wären als heute.
Wie die Erde auf direkte Einwirkungen reagiert
Die Einschläge der Asteroiden S2 und Chicxulub hätten aufgrund der jeweiligen Größe der Weltraumgesteine und des Zustands, in dem sich der Planet zum Zeitpunkt ihrer Kollision befand, unterschiedliche Folgen gehabt, erklärte Drabon.
Der Chicxulub-Impaktor traf eine Karbonatplattform auf der Erde und setzte Schwefel in die Atmosphäre frei. Die Emissionen bildeten Aerosole, die zu einem plötzlichen und extremen Abfall der Oberflächentemperaturen führten.
Und obwohl beide Einschläge erhebliche Todesfälle verursachten, hätten sich die robusten, sonnenlichtabhängigen Mikroorganismen in den flachen Gewässern nach dem S2-Einschlag schnell erholt, sobald sich die Ozeane füllten und sich der Staub niederließ, sagte Drabon.
„Das Leben zum Zeitpunkt des S2-Einschlags war viel einfacher“, sagte sie. „Denken Sie daran, Ihre Zähne morgens zu putzen: Sie können 99,9 % der Bakterien beseitigen, aber am Abend sind sie wieder da. »
Ben Weiss, Robert R. Shrock-Professor für Geo- und Planetenwissenschaften am Massachusetts Institute of Technology, war fasziniert von den geologischen Beobachtungen der in der Arbeit enthaltenen Kugelbetten, die es Forschern seiner Meinung nach ermöglichen, die alten Einschlagsaufzeichnungen der Erde zu erforschen in der Art der Astronomen. kann die Oberfläche von Planeten wie dem Mars untersuchen. Weiss war an der Studie nicht beteiligt.
„Heute gibt es auf der Erde keine erhaltenen Einschlagskrater, deren Größe auch nur annähernd denen entspricht, aus denen die hier untersuchten Gesteine entstanden wären“, sagte Weiss. „Das Besondere an unseren Archiven ist natürlich, dass sie, obwohl sie fragmentarisch und unvollständig sind, die einzigen sind, die wir derzeit im Detail studieren können und die uns Aufschluss über die Auswirkungen von Einschlägen auf die frühe Entwicklung des Lebens geben können.“ Es ist auch beeindruckend, dass wir trotz der sehr lokalen Natur dieser Beobachtungen (Aufschlüsse in einer kleinen Region Südafrikas) beginnen können, etwas über die globale Natur dieser riesigen Einschlagereignisse zu verstehen.
Die Gesteine des Barberton Makhonjwa-Gebirges eröffnen Drabon und seinen Kollegen eine völlig neue Forschungslinie zur Geschichte der Einschläge auf der Erde.
„Wir wollen herausfinden, wie häufig diese Umweltveränderungen und biologischen Reaktionen nach anderen Einschlagereignissen zu Beginn der Erdgeschichte auftraten“, sagte sie. „Da die Wirkung jedes Einflusses von verschiedenen Faktoren abhängt, wollen wir beurteilen, wie oft diese positiven und negativen Lebenseffekte auftraten.“
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