Impakt

Künstlerische Darstellung des Einschlags eines 1000 km großen Asteroiden auf der Erde im Präkambrium

Ein Impakt (Einschlag, Aufprall, von lat. impactus = eingeschlagen) oder Einschlag bezeichnet die Kollision zweier Himmelskörper mit sehr hoher Geschwindigkeit.^[1] Zahlreiche Einschläge von Kleinkörpern (Meteoroide, Asteroide und Kometen) sind auf der Erde und dem Mond belegt.^[2] Auf dem Festland bildet sich ein Einschlagkrater (Impaktkrater). Die Gesteinsreste des eingeschlagenen Kleinkörpers sind die Meteorite.

Auswirkung auf die Erdgeschichte

Die zirka 4,6 Milliarden Jahre alte Erdgeschichte ist wesentlich durch Einwirkung von Meteoriteneinschlägen geprägt.^[3] Die Entstehung der Erde und ihrer heutigen Gestalt ist ohne die fortwährenden Kollisionen mit Asteroiden jeder Größe nicht denkbar, denn diese Ereignisse sorgten nicht nur möglicherweise für die Herkunft des irdischen Wassers in Form der Ozeane, sondern verhinderten bis vor etwa 3,9 Milliarden Jahren – durch eine „Late Heavy Bombardement“ genannte Phase – auch die Bildung einer stabilen Erdkruste.

Ein Großteil der Materie des Sonnensystems ist bereits in dieser Zeit durch die Gravitationskraft der Erde oder anderer Himmelskörper eingefangen worden. Jährlich fallen jedoch noch etwa 20.000 Meteoriten zur Erde, meist ohne in der Landschaft deutliche Spuren zu hinterlassen. Die von den größten Impaktoren ausgelösten Naturkatastrophen der Vergangenheit lassen sich oft nur noch indirekt, zum Beispiel durch ein von ihnen ausgelöstes Massenaussterben oder einen globalen Klimawandel nachweisen,^[4] da auf der Erde – anders als beispielsweise auf dem Mond – die Erosionswirkung von Wind und Wasser die eigentlichen Impaktkrater innerhalb geologisch kurzer Zeiträume wieder abträgt.

Eine weitere Methode, einen Impakt nachzuweisen, bietet die geochemische und mineralogische Untersuchung der Erdgesteine. Große Einschläge hinterlassen unter geeigneten Bedingungen charakteristische, dünne Gesteinsschichten, die neben Seltenerden (Iridium, Platin, Osmium) mit nicht-irdischen Isotopenverteilungen (die den Isotopenverteilungen in Meteoriten entsprechen) auch geschockte Quarzgesteine oder geschmolzene Impaktgläser (Tektite) enthalten können. Da sich diese Mineralien aufgrund der großen Energie, die beim Impakt freigesetzt wird, über weite Teile der Erdoberfläche und der Ozeanböden verteilen, sind diese Spuren oftmals der einzige Hinweis auf einen stattgefundenen Einschlag, während der eigentliche Krater schon längst wieder abgetragen wurde.

Gefährlichkeit von Einschlägen

Krater „Gosses Bluff“ in Australien. Satellitenaufnahme

Global gefährlich sind Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 500 m. Wissenschaftler in New Mexico (USA) zählten mehr als 1.100 Asteroiden mit einem Durchmesser von mehr als 1 km, die sich auf einer Umlaufbahn befinden, die sie der Erde gefährlich nahe bringen könnten. Einschläge von Körpern dieses Durchmessers würden eine Vielzahl verheerender Folgen haben: Milliarden von Menschen könnten Opfer von Flutkatastrophen und globalen Klimaveränderungen („Impaktwinter“, vergleichbar einem nuklearen Winter) werden.^[5] Die Wahrscheinlichkeit, dass solch ein Meteorit im Meer einschlägt, wäre relativ groß, denn 71 % der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt.^[6] Die Folge wäre ein Megatsunami mit einer Wellenhöhe in Flachwasserbereichen von 100 Metern und darüber, der ganze Küstenlandschaften und deren Hinterland weiträumig überschwemmen würde.^[7][8] Ein Impakt könnte auch Einfluss auf Ionosphäre und Magnetosphäre des Planeten haben.^[9]

Rein statistisch gesehen muss man mit einem derartigen Einschlag alle 500.000 bis 10 Millionen Jahre rechnen.^[10] Ereignisse wie der sogenannte KT-Impakt an der Grenze zwischen Kreidezeit und Paläogen (Tertiär) sollen etwa alle 100 Millionen Jahre stattfinden. Der Impaktor des Chicxulub-Kraters (ein Asteroid oder Komet) wird im Durchmesser auf etwa 10–15 km geschätzt. Vergleichsweise kleinere Einschläge ereignen sich häufiger. So verwüstete der Einschlag im Nördlinger Ries (mit einem Impaktor-Durchmesser von etwa 1,5 km), begleitet von einem zweiten Einschlag im Steinheimer Becken, vor 15 Millionen Jahren weite Teile Europas.

Aber auch kleinere Meteoriten können lokal oder regional immensen Schaden anrichten. So sollen nach historischen Berichten im Jahr 1490 in China bei einem Meteoriteneinschlag mehr als 10.000 Menschen getötet worden sein.^[11] Auch das Tunguska-Ereignis, bei dem 1908 eine Fläche von etwa 2.000 km² in Sibirien verwüstet wurde, war vielleicht ein Meteorit, der in der Atmosphäre explodierte. Ferner wird vermutet, dass die nordamerikanische Clovis-Kultur infolge der Explosion eines Himmelskörpers unterging.^[12]

Spuren früherer Einschläge auf der Erde

Alle kleinen Körper, die auf dem Mond, dem Mars oder anderen (nahezu) atmosphärelosen Himmelskörpern sichtbare Spuren in Form von Kratern hinterlassen würden, verglühen wegen der Reibung mit den Teilchen der Erdatmosphäre in dieser, bevor sie die Erdoberfläche erreichen können. Größere Körper hingegen können auf die Oberfläche aufschlagen, doch würden sie mit 71 % Wahrscheinlichkeit in die Ozeane stürzen, die den Großteil der Erde bedecken. Auch in diesem Fall hinterlassen sie auf der Erde keine dauerhaften Zeugnisse in Form von Einschlagkratern.

Die Spuren der auf Festland treffenden Himmelskörper werden über kurz oder lang ebenfalls getilgt: Krater größerer Meteoriten werden im Verlauf von wenigen Jahrzehnten bis Jahrhunderten durch Pflanzenbewuchs unkenntlich gemacht und durch atmosphärisch bedingte Verwitterung in Jahrtausenden (geologisch eine kurze Zeit) bis zur Unkenntlichkeit verformt. Im Verlauf von mehreren hundert Jahrmillionen bis Milliarden Jahren bewirken tektonische Prozesse eine Erneuerung nahezu der gesamten Erdoberfläche. Auch terrassenartige Absenkungen, wie sie in manchen Einbruchsbecken auftreten, können Impaktspuren verwischen.

Nur die Einschlagkrater der größten und damit folgenschwersten Einschläge der letzten Jahrmillionen sind heute noch im Landschaftsbild sichtbar. Als Faustregel für das Verhältnis des Durchmessers des Einschlagkörpers zum Durchmesser des resultierenden Kraters gilt 1:20 für Steinmeteoriten und 1:40 für Eisenmeteoriten (für große bekannte Einschlagkrater siehe den Artikel über Einschlagkrater).

Wird durch einen großen Einschlag beim Impakt ausgeworfenes Material weiträumig verteilt, so kann dieses Material in der geologischen Schichtfolge der betreffenden Gebiete über sehr lange Zeiträume nachgewiesen werden. Ein bekanntes Beispiel ist der Nachweis des durch den Chicxulub-Impakt vor 66 Millionen Jahren ausgeworfenen und global verteilten Materials anhand von dessen Iridium-Gehalt. Eine solche Schicht wird als Impakt-Lage bezeichnet.

Mögliche Abwehrmethoden

Langsame Ablenkung via Reflektoren

Die US-Raumfahrtbehörde NASA ließ im Sommer 2007 verlauten, dass man mit einer speziellen Raumsonde Asteroiden aus ihrer Bahn lenken könnte. Diese Sonde würde ein großes Sonnensegel mit sich führen, das Sonnenstrahlung auf einen kleinen Bereich des Asteroiden konzentrieren würde.^[13] Durch die dadurch erzeugte Wärme würde Materie des Asteroiden verdampfen und einen Rückstoß bewirken, der den Asteroiden von seiner Bahn ablenken würde. Die NASA schätzt, dass diese Methode für Asteroiden bis 500 m Durchmesser geeignet ist.

Langsame Ablenkung via Schwerkraft

Die genaueste Methode zur Ablenkung eines Asteroiden ist der Einsatz der Schwerkraft. Es reicht, einen 20 Tonnen schweren Satelliten ein Jahr lang in 150 Meter Abstand zum Mittelpunkt eines Asteroiden über diesem schweben zu lassen, um den Asteroiden ausreichend abzulenken, um die Erde vor einem 20 Jahre später drohenden Einschlag zu schützen.^[14] Ohne Raketenantrieb würde der Satellit, der über dem Asteroiden schwebt, binnen kurzem auf diesem abstürzen. Es ist daher ein kontinuierlicher, aber nur geringer, Antrieb nötig, um den Satelliten in der Schwebe zu halten. Da der Satellit den Asteroiden genauso stark anzieht, wie der Asteroid den Satelliten, zieht der Satellit den Asteroid entsprechend (extrem langsam, aber zur Ablenkung binnen Jahrzehnten ausreichend) hinter sich her. Solche Antriebe sind als Ionenantrieb kommerziell verfügbar, sie lassen sich über Solarpanele oder Kernreaktoren mit elektrischer Energie speisen.

Aufgrund der exakten Kontrollierbarkeit des Satellitenantriebs und der präzise bekannten Wirkung der Schwerkraft ist dieses Ablenkverfahren das genaueste.

Impulsartige Ablenkung via Impaktoren

Die ESA arbeitet an einem Abwehrprojekt namens „Don Quijote“. Die zwei Sonden „Sancho“ und „Hidalgo“ könnten zum Asteroiden fliegen, wo ihn „Hidalgo“ als vier Tonnen schwerer Impaktor rammen würde, während „Sancho“ im Orbit des Asteroiden Daten über seine Geschwindigkeit, Zusammensetzung und Erfolg von „Hidalgo“ sammelt. Auch wenn vier Tonnen im Vergleich zu einem Asteroiden wenig erscheinen, können bereits wenige Bogensekunden ausreichen, um den Asteroiden von seinem Kollisionskurs abzubringen. Nach Angaben der ESA ist diese Methode für Objekte bis 1 km Durchmesser wirkungsvoll und die Mission würde gestartet werden, falls die Einschlagswahrscheinlichkeit eines Asteroiden wie Apophis über 1 % steigt.

Zur Abwehr von Apophis erwägen Wissenschaftler der Tsinghua-Universität, eine solargetriebene Sonde auf Kollisionskurs zu steuern.^[15]

Im Januar 2012 wurde das internationale Forschungsprojekt „NEOShield“ gegründet, welches sich ebenfalls mit Möglichkeiten zur planetaren Verteidigung auseinandersetzt. Am 22. Mai 2013 wurde das Europäische Warnsystem für gefährliche Asteroiden eröffnet.^[16]

Sprengung des Asteroiden

In Filmen wie Deep Impact und Armageddon landen Raumschiffe auf der Oberfläche der Impaktkörper, um sie mithilfe von Nuklearwaffen zu sprengen. Bei Objekten mit mehreren hundert Kilometern Durchmesser, wie in letzterem Film gezeigt, wäre eine Atombombe bei Weitem nicht stark genug, um überhaupt eine Wirkung zu erzielen.^[17] Zudem gelten die Asteroiden dieser Größenordnung als vollständig bekannt und besitzen alle stabile Umlaufbahnen, auch insofern ist das in Armageddon dargestellte Szenario also unrealistisch. Die Wirkung eines realistischen Einsatzes auf ein erdbahnkreuzendes Objekt mit Durchmessern von weniger als einigen Kilometern wurde bislang nicht genauer untersucht.

Ablenkung per Nuklearexplosion

Um die Erde zu schützen, müsste der Körper nicht nur vollständig gesprengt werden, sondern der Großteil der Masse des ursprünglichen Körpers ausreichend stark beschleunigt werden, dass er die Erde verfehlt. Dann ist es aber einfacher, auf die Sprengung zu verzichten und den Asteroiden als Ganzes mit einer Sprengung so abzulenken, dass er die Erde verfehlt. Hierfür wird die Explosion einer Nuklearwaffe in relativ geringer Entfernung zum Asteroiden als praktikabel erachtet. Die bei der Explosion freigesetzte Strahlung würde schlagartig Materie von der Oberfläche des Körpers verdampfen, aus der sich dann ein Feuerball bildet. Der sich im heißen Gas aufbauende Druck würde den Asteroiden dann in Richtung der von der Explosion abgewandten Seite beschleunigen.

Aufgrund zahlreicher Unsicherheiten, etwa der genauen von der Kernwaffe freigesetzten Energiemenge, dem materialabhängigen Absorptionsverhalten der Asteroidenoberfläche und der genauen Dynamik des erzeugten Feuerballs, ist die Ablenkung via Kernwaffenexplosion von allen genannten Methoden die ungenaueste. Sie ist aber auch die stärkste und mag die einzig nutzbare Methode sein, wenn ein Asteroid auf Einschlagskurs zu spät entdeckt wird, um noch die anderen Methoden zu nutzen.

Siehe auch

• Durchschlagskraft von Meteoriten, Geschossen und anderen Impaktoren nach Newton
• Global Killer
• Datenbanken irdischer Impaktstrukturen
• Asteroid Day

Literatur

• Christian Koeberl: Katastrophen aus dem All – Impaktereignisse in der Erdgeschichte. in: Thomas Myrach: Science & Fiction – Imagination und Realität des Weltraums. Haupt Verlag, Bern 2009, ISBN 978-3-258-07560-0, S. 91–132.
• Vitaly Adushkin: Catastrophic events caused by cosmic objects. Springer, Dordrecht 2007, ISBN 978-1-4020-6451-7.
• Charles Cockell: Biological processes associated with impact events. Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-25735-7.
• Christian Köberl: Impact tectonics. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-24181-7.
• Peter T. Bobrowsky, Hans Rickman: Comet/Asteroid Impacts and Human Society – An Interdisciplinary Approach. Berlin 2007, ISBN 978-3-540-32709-7.
• Bevan M. French: Traces of Catastrophe – A Handbook of Shock-Metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact Structures. Hrsg.: Lunar and Planetary Inst. Houston 1998 (lpi.usra.edu [PDF; 20,0 MB; abgerufen am 1. Mai 2009]). 

Weblinks

Commons: Impakt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Impact Cratering: An Overview of mineralogical and geochemical Aspects (englisch)
• Onlineprogramm zur Berechnung der Auswirkungen von Einschlägen (englisch)
• Grafisches Onlineprogramm zur Berechnung der Auswirkungen von Einschlägen (mehrsprachig)
• Mineralienatlas:Impakt – Geologie, Auswirkungen, bekannte Krater etc.
• Bericht der NASA an den US-Kongress: Beobachtung und Ablenkung von „Near Earth Objects“, Analyse der Alternativen; März 2007 (PDF; 790 kB)
• Vorlage:Toter Link/!...nourl (Seite nicht mehr abrufbar)
• International Academy of Astronautics: Dealing with the Threat to Earth from Asteroids and Comets, report 2009 (PDF, 14 MB, abgerufen 26. März 2009)
• Morphologie von Impakten

Einzelnachweise