// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Meteoriteneinschläge hinterlassen uneinheitliche Spuren in Kristallen
Mineralkörner können enormen Stoßdruck überstehen, ohne die dafür erwarteten Spuren zu zeigen. Neue Laborversuche mit Zirkon, Apatit und Whitlockit ergeben, dass sich selbst einzelne Bereiche desselben Korns bei identischem Druck unterschiedlich verändern. Solche Unterschiede erschweren die Rekonstruktion früherer Einschläge und könnten auch radiometrische Altersbestimmungen beeinflussen.
Rochester (U.S.A.). Wenn ein Asteroid auf einen Planeten trifft, presst eine Stoßwelle das Gestein innerhalb kürzester Zeit zusammen und verändert seinen inneren Aufbau. Selbst wenn der Einschlagskrater im Laufe der Erdgeschichte verschwindet, können in widerstandsfähigen Kristallen noch Hinweise auf die damalige Belastung erhalten bleiben.
Besonders Zirkon gilt als wertvolles geologisches Archiv, weil sich seine Entstehungszeit mithilfe der Uran-Blei-Methode bestimmen lässt und sein Kristallgitter auf Schockwellen reagiert. Allerdings muss die sichtbare Struktur nicht die gesamte Belastungsgeschichte widerspiegeln, vor allem wenn ein Korn später erneut erhitzt oder durch weitere Einschläge verändert wurde.
Forscher der University of Rochester um Kim A. Cone haben deshalb Zirkon, Apatit und Whitlockit gemeinsam einem kontrollierten Stoß ausgesetzt. Dazu betteten sie die Körner in ein künstlich hergestelltes, basaltähnliches Gesteinsmaterial ein und erzeugten mit einer Beschleunigungsanlage am Johnson Space Center Schockdrücke von 5, 10, 20 und 40 Gigapascal.
Nach den Stoßversuchen machten sie die Kristallstrukturen mit Elektronenmikroskopie und Raman-Spektroskopie sichtbar, einer Methode zur Untersuchung von Schwingungen im Kristallgitter. Außerdem bestimmten sie die Uran-Blei-Isotopenverhältnisse ausgewählter Zirkone und erhitzten einen Teil der Proben für 36 Stunden auf 950 Grad Celsius, um mögliche spätere Wärmeeffekte zu untersuchen.
Im Zirkon trat bei 20 Gigapascal stellenweise Reidit auf, eine dichtere Kristallform, die unter hohem Druck entsteht. Bei 40 Gigapascal waren solche Bereiche deutlich ausgedehnter, doch selbst dann reagierten verschiedene Körner und sogar einzelne Zonen desselben Korns unterschiedlich.
Apatit bewahrte dagegen auch nach 40 Gigapascal noch kristalline Bereiche, obwohl die Messspektren auf Störungen im Gitter hinwiesen. Bei Whitlockit ähnelten die Spektren nach der Druckbelastung zunehmend denen des verwandten Minerals Merrillit, eine tatsächliche Umwandlung ließ sich damit jedoch nicht sicher belegen.
Nach der Wärmebehandlung näherten sich die Raman-Spektren einiger Apatitproben wieder dem Ausgangszustand an. In den bei 40 Gigapascal gebildeten Reiditbereichen kehrten charakteristische Zirkonsignale dagegen nicht zurück.
Bei den Uran-Blei-Untersuchungen an Zirkon zeigten sich zudem leichte Abweichungen von den für ungeschockte Körner erwarteten Altersbeziehungen. Nach der Wärmebehandlung passten die gemessenen Isotopenverhältnisse wieder besser zueinander, was auf Messverzerrungen durch Veränderungen im Kristall und nicht zwingend auf eine tatsächliche Neuordnung der Isotope hinweist.
Ein verschobenes radiometrisches Altersresultat muss deshalb nicht bedeuten, dass der Kristall bei einem Einschlag vollständig neu datierbar geworden ist. Wenn Schockschäden die Ionenausbeute einer Messung verändern, kann ein scheinbarer Altersunterschied entstehen, der nichts über den Zeitpunkt eines neuen Ereignisses aussagt.