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Gastbeitrag Dr. Silke Merchel: Meteoriten

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image Barringer Crater in Arizona

Alle kosmischen Körper, die in den Anziehungsbereich der Erde gelangen und in der Erdatmosphäre aufleuchten, werden als Meteore bezeichnet (meteoros (gr.) = unbestimmt, in der Luft schwebend). Der Eintritt in die Erdatmosphäre erfolgt als Meteoroid mit 40.000-250.000 km/h. Verglüht die komplette Masse handelt es sich um eine Sternschnuppe; bleibt ein Teil des Materials übrig, indem es auf etwa 400 m/s (bei Massen kleiner 100 t durch Erdanziehung und Luftreibung charakterisiert) abgebremst wird, spricht man von einem Meteoriten. Meteorite, die bei ihrem Fall beobachtet werden und anschließend auch geborgen werden können, werden als Fälle bezeichnet. Alle restlichen Meteorite, die unabhängig von Fallerscheinungen gefunden werden, sind logischerweise Meteoritenfunde. Der Eintrag an extraterrestrischer Materie inklusive des kosmischen Staubs wird auf 50.000-400.000 Tonnen pro Jahr geschätzt.

Die Lichterscheinungen, die den Eintritt eines extraterrestrischen Körpers in die Atmosphäre begleiten, werden durch Stoßionisation mit anschließendem Rekombinationsleuchten erklärt. Vor dem Körper wird die Luft so stark komprimiert, dass die Kollisionen der Moleküle zur Sublimation einer dünnen Schicht des Körpers führen. Das extraterrestrische Material wird ionisiert und die Rekombination führt zur Energiefreisetzung in Form von Licht. Infolge der Reibungshitze kommt es auch zu Materialverlusten durch Aufschmelzen. Jedoch sorgen die recht kurze Dauer des Flugs und die schlechte Wärmeleitfähigkeit der (Stein-)Meteoroide dafür, dass häufig genügend Material in seiner ursprünglichen inneren Struktur als Meteorit erhalten bleibt. Die den Meteoritenfall begleitenden Donnergeräusche können analog zu dem bei Flugzeugen auftretenden „Überschallknall" gedeutet werden. Andere Geräusche wie „Rollen, Zischen und Knattern" werden einerseits durch Luftwirbel hinter dem Flugkörper und Reflexion der Schallwellen an Wolken und der Erdoberfläche, andererseits durch abgespaltene Splitter der Hauptmasse verursacht.

Geschichte der Meteoritenforschung

Die Meteoritenforschung, oder kurz Meteoritik, ist eine relativ junge Wissenschaft. Erst seit knapp zweihundert Jahren studieren Menschen Meteorite; obwohl die Erde selbstverständlich seit ihrer Entstehung mit extraterrestrischer Materie bombardiert wird. Zahlreiche Krater zeugen heute noch von Meteoriten- und Kometeneinschlägen innerhalb der letzten hundert Millionen Jahre. Nachdem Anfang der neunziger Jahre ein passender Meteoritenkrater, der Chicxulub-Krater auf der Yukatan-Halbinsel in Mexiko gefunden wurde, findet sogar die These, dass das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren (Kreide-Tertiär-Grenze) durch den Einschlag eines Meteoriten verursacht wurde, immer mehr Anhänger. Der älteste Meteorit, dessen Material als Fossil erhalten wurde, wurde 1952 in einem großen Block Kalkstein in Schweden entdeckt. Brunflo, ein sog. Chondrit, fiel vor 463-480 Millionen Jahren (Ordovizium) in den Iapetus Ozean [THO84]. Archäologische Funde von Werkzeugen und Waffen (z.B. ein Dolch von Tut-ench-Amun) belegen, dass meteoritisches Eisen in der frühen Zeit des Menschen als Ausgangswerkstoff verwendet wurde. In einigen alten Sprachen spiegelt sich dieser enge Zusammenhang durch eine Ähnlichkeit der Worte „Eisen“ und „Himmel“ bzw. „Stern“ wieder. Von jeher galten die Meteorite aber als Botschaften der Götter, so dass es nicht verwunderlich scheint, dass das älteste noch erhaltene Meteoritenstück eines beobachteten Falls als Heiligtum verehrt wird. Ein nach der Stadt Nogata benannte Chondrit bohrte sich schon 861 unter Blitz- und Donnererscheinung in den Boden eines Shinto-Tempels. Die Priester verwahrten den Meteoriten in einer hölzernen Schatulle, auf dessen Deckel das genaue Falldatum geschrieben wurde. Im Laufe der Jahrhunderte geriet er in Vergessenheit, so dass er erst durch seine „Wiederentdeckung“ von 1979 als ältester beobachteter und erhaltener Meteoritenfall der Fachwelt bekannt wurde. Bis dahin gehörte dieser „Titel“ dem Chondriten Ensisheim, der am 7. November 1492 mit „Donnerschlag und anhaltendem Getöse“ im Elsass einschlug und dessen Fall in zahlreichen zeitgenössischen Überlieferungen beschrieben wurde. Der Meteoritenfall von Ensisheim wurde von Kaiser Maximilian I. als Aufruf zum Krieg gegen die Türken interpretiert. Dieser ordnete auch an, dass der Stein im Chor der Pfarrkirche aufgehangen wurde, wo die Hauptmasse bis zum Einsturz der Kirche im Jahre 1854, abgesehen von einem kurzen Zwischenaufenthalt während der Revolutionszeit, verblieb. Dort konnte ihn der eigentliche Begründer der modernen Meteoritenforschung Ernst F. F. Chladni (1756-1827) untersuchen. Seine ausgiebigen Recherchen machten die Etablierung der These, dass Meteorite kosmischer Herkunft sind, auch entgegen den Fehlinterpretationen anderer Wissenschaftler u.a. Johannes Kepler, in der Fachwelt möglich. Unterstützung hatte der Philosoph und Jurist, der sich aber den Naturwissenschaften zuwandte, dabei nicht nur von den Astronomen E. Halley und N. Maskelyne, sondern auch von dem Chemiker E. Ch. Howard und dem Mineralogen J. L. von Bournon, welche die ersten systematischen Meteoritenanalysen durchführten. Allerdings brachte erst 1803 ein Meteoritenschauer in L‘Aigle/Frankreich und dessen genaueste Dokumentation vom Abgesandten der Pariser Akademie (J. B. Biot) die letzten Zweifler zum Verstummen. Aber selbst heute werden Meteorite nicht unbedingt als das angesehen, was sie wirklich sind. So konnte z.B. ein Teil des Meteoritenschauers Mbale (Fall am 14. August 1992) nicht für wissenschaftliche Untersuchungen geborgen werden, da die ugandische Bevölkerung die Steine als „Heilmittel“ für die Immunschwächekrankheit Aids benutzt [BAR93,SCH94].

Ursprung der Meteorite

Unser Planetensystem hat sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einem riesigen nach der Nukleosynthese entstandenen Materiewirbel, dem solaren Nebel, gebildet. Zunächst kondensierten und akkreszierten Gas und Staub zu größeren Brocken, den sogenannten Planetesimalen (Planetenvorläufern), welche immer wieder zusammen stießen und sich so nach und nach zu noch größeren Objekten zusammenlagerten. Aus ihnen entwickelten sich schließlich unsere Planeten. Doch ein Teil der Planetesimalen unterschiedlicher Zusammensetzung blieb im Sonnensystem übrig. Zwei Gruppen von Körpern aus dieser solaren Urmaterie umkreisen noch heute die Sonne: Kometen und Asteroide. Die Kometen, die hauptsächlich aus leichten Elementen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen, ziehen dabei eher in den Außenbereichen des Sonnensystems ihre Bahn. Man nimmt an, dass sie einen kompakten Kern, ein Gemisch aus Eis und Silikatstaub, dem felsige Bestandteile beigemischt sind, besitzen. Diese sog. „schmutzigen Schneebälle“ stammen aus einem kugel- (Oort-Wolke, 20.000-70.000 A.E. von der Sonne) bzw. gürtelförmigen (Kuiper-Gürtel, Nähe Pluto) Reservoir. Die Asteroiden, deren Hauptbestandteile Metalle, Silizium- und Magnesium-Sauerstoffverbindungen sind, findet man dahingegen im sogenannten Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter. Durch fotographische Aufnahmen und Auswertungen der Leuchtspur von auf die Erde niedergehenden Meteoroiden, konnten die Bahndaten der Meteorite Innisfree, Lost City, Peekskill, Přibram und Neuschwanstein (letzterer am 6. April 2002 in Deutschland gefallen) berechnet werden. Die sonnenfernsten Punkte (Aphelien) ihrer elliptischen Umlaufbahnen vor der Kollision mit der Erde verifizierten die schon lange bestehende Annahme, dass die Asteroiden der Ursprung der meisten Meteorite sind. Darüber hinaus erfordert die Bildung einiger Mineralien, die in Meteoriten gefunden worden sind, Abkühlungsraten, die nur in Körpern von Asteroidengröße ablaufen können. Mittlerweile versucht man sogar auf Basis der Reflexionsspektren der Asteroide, welche Auskunft über die Zusammensetzung der Oberfläche geben, eine Einteilung in Spektren-Typen und die Zuordnung der entsprechenden Meteoritenklassen zu finden. Die beste Übereinstimmung konnte bisher zwischen den sogenannten HED-Chondriten und den V-Klasse Asteroiden 4 Vesta gefunden werden. Eine andere Verbindung, nämlich zwischen zwölf Meteoriten und dem Planeten Mars wird immer noch ausgiebig diskutiert. Einige Übereinstimmungen wie z.B. in der Sauerstoffisotopie, sprechen für diese These. Allerdings kann eine eindeutige Bestätigung nur durch eine Probenentnahme am Meteoritenmutterkörper, in diesem Falle dem Mars, erfolgen. Raumfahrtmissionen, die Material von Asteroiden, dem Mars, aber auch von Kometen auf die Erde bringen sollen, sind in Vorbereitung. Die hauptsächlich in den sechziger Jahren durchgeführten Luna- und Apollo-Missionen machten jedoch schon intensive Untersuchungen an lunarem Material möglich. Aufgrund dieser Basis konnte ein 1981 in der Antarktis gefundener Meteorit (Allan Hills 81005) als lunare anorthosistische Hochlandbreccie identifiziert werden [z.B. KER83].

Klassifizierung der Meteorite

Meteorite werden nach ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung in verschiedene Meteoritenklassen unterteilt. Die Unterteilung in drei Haupttypen erfolgt entsprechend dem steigenden Gehalt an Eisen in Stein-, Stein-Eisen- und Eisenmeteoriten, die dann jeweils in Klassen und Untergruppen eingeteilt werden. Eine von verschiedenen Autoren alternativ bevorzugte Klassifizierung orientiert sich an der Genese der Meteorite, d.h. es wird eine erste Unterscheidung in differenzierte (Eisen-, Stein-Eisen-Meteorite, Achondrite) und undifferenzierte (Chondrite) Meteorite vorgenommen. Eine Theorie zur Differenzierung besagt, dass die Entmischung durch Aufschmelzen und Gravitation erfolgt ist, so dass sich die schweren metallischen Komponenten im Kern und die leichten silikatreichen Komponenten im Mantel der Meteoritenmutterkörper bzw. ihrer Vorläufer anreicherten. Dieser schalenförmig aufgebaute Körper wurde dann zertrümmert und die verschiedenen Meteoritentypen entsprechen dann dem Kern (Eisenmeteorite), dem Kern-Mantelbereich (Stein-Eisen-Meteorite) oder dem Krusten-Mantelbereich (Achondrite). Die differenzierten Meteorite speichern demnach die Informationen über die geochemische Entwicklung der jeweiligen Mutterkörper, wohingegen undifferenzierte Meteorite Aussagen über physikalische und chemische Parameter des frühen Sonnensystems zulassen.

Meteoritenfundgebiete

Neben beobachteten Meteoritenfällen, die es ermöglichen kurz nach dem Niedergang des Meteoriten selbigen zu bergen, werden Meteorite in den mehr oder minder dicht besiedelten Gebieten der Erde eher zufällig gefunden. Die Aufklärung der Bevölkerung spielt für das Auffinden und die Identifikation von Meteoriten dabei eine wichtige Rolle. Hauptproblem ist nämlich die Unterscheidung eines Meteoriten von terrestrischen Gesteinen. Aus diesem Grunde werden professionelle Meteoritensuchexpedition auch eher in Gebiete unternommen, die arm an terrestrischen Gesteinen sind. Darüber hinaus erleichtert eine niedrige Besiedelungs- und Vegetationsdichte die Suche. Ideale Gebiete sind demnach heiße und kalte Wüsten. Letztere sind seit knapp dreißig Jahren ein schon beinahe unerschöpflich erscheinendes Reservoir an Meteoriten. So stammen heute schon über 80 % aller bekannten Steinmeteorite (über 10.000) aus der Antarktis [MET97]. Die bis zum Dezember 1969 gefundenen vier antarktischen Meteorite (entsprechend sechs Fragmenten) waren eher als Nebenprodukte früherer Südpolexpeditionen entdeckt worden. Doch der Fund von insgesamt neun Meteoriten von einer japanischen Expedition in den Yamato Mountains brachte Spekulationen über in der Antarktis herrschende Konzentrationsmechanismen hervor. Die erstmalig 1977 von W. Cassidy et al.[CAS77] formulierte Meteoritenakkumulationstheorie auf den sog. Blaueisfeldern an den transatlantischen Gebirgen wird sehr anschaulich z.B. von Bühler beschrieben. Cassidy war auch Mitinitiator der ersten ANSMET-Expedition im antarktischem Sommer 1976/77. Diese seither jeden Sommer durchgeführte Expedition, welche anfänglich noch eine Kooperation von Japan und den USA war, jedoch mittlerweile auch unter europäischer Beteiligung durchgeführt wird, erhöht die Zahl der gefundenen Meteoritenfragmente um mehrere hundert bis tausend pro Jahr. Die Frage, wieviel Fragmente dabei einem Meteoritenfall entsprechen, steht allerdings im Mittelpunkt heftiger Diskussionen. Die mittlere „pairing“-Rate wird auf zwei bis zehn Fragmente geschätzt.

Einige Wüstengebiete wie das Roosevelt County in New Mexico und das westaustralische Nullabor Plain haben sich in den letzten Jahrzehnten aufgrund der dort herrschenden klimatischen Bedingungen und der Bodenbeschaffenheit als günstige Expeditionsgebiete erwiesen. Doch ein weitaus vielversprechenderes Fundgebiet ist sicherlich ein großer Teil der Sahara. So konnten hier trotz politisch schwieriger Begebenheiten im Rahmen mehrerer kommerziell ausgerichteter Expeditionen seit 1989 annähernd tausend Meteorite geborgen werden. In den Jahren 1990-1996 konnten allein in den libyschen Regionen Dar al Gani und Hammadah al Hamra 223 bzw. 195 Meteorite gefunden werden [WEB97]. Einzelheiten zu der außergewöhnlichen Fundregion Sahara sind von Bischoff und Geiger [BIS95] beschrieben worden. Die übliche Namensgebung eines Meteoriten nach dem nächstgelegenen Postamt kann weder bei den Funden aus den heißen Wüsten und erst recht nicht bei den antarktischen Funden durchgeführt werden. In der Sahara wird ein Meteoritenfund nach der Fundregion und einer fortlaufenden Nummer benannt. So ist Acfer 217 z.B. der 217. Meteorit aus der Reg el Acfer, einer Region in Algerien. Aufgrund der großen Zahl der Fundstücke in der Antarktis wurde dort eine einheitliche Nomenklatur eingeführt, die nicht nur als Kürzel die Fundregion, sondern auch die Expeditionssaison, enthält. Der wahrscheinlich vom Mars stammende Meteorit ALH84001 ist demnach der erste Meteorit, der in der Expedition von 1984/1985 in den Allan Hills im Victoria Land gefunden wurde. Das bisher außergewöhnlichste Meteoritenfundgebiet ist allerdings sicherlich die Marsoberfläche. Dort wurde im Januar 2005 vom Mars-Erkundungsrover „Opportunity“ der NASA ein Eisenmeteorit entdeckt.

Weiterführende Literatur

R. W. Bühler, Meteorite: Urmaterie aus dem interplanetaren Raum, Birkhäuser Verlag Basel Boston Berlin (1988).

R. T. Dodd, Thunderstones and Shooting Stars, Harvard University Press Cambridge, Massachusetts and London, England (1986).

F. Heide, Kleine Meteoritenkunde, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 3. Auflage (1988).

M. E. Lipschutz, L. Schultz, Meteorites, in: The Encyclopedia of the Solar System (eds. P. Weissman, L-A. McFadden, T. Johnson), Academic Press Inc.

G. Pösges, M. Schieber, Das Rieskrater-Museum Nördlingen: Museumsführer und Empfehlungen zur Gestaltung eines Aufenthaltes im Ries, Pfeil Verlag München (1994).

L. Schultz, Planetologie – Eine Einführung, Verlagsgruppe Weltbild GmbH (2001).

H. Y. McSween Jr., Meteorites and their parent planets, Cambridge University Press (1987).

Referenzen

[BAR93] E. Barifajo, C. Hampton, T. Schlüter, H. Betlem, Meteorite Fall at Mbale, Eastern Uganda, 14th August 1992, a preliminary report, Documenta naturae 77 (1993) 1.

[BIS95] A. Bischoff, T. Geiger, Meteorites from the Sahara: Find locations, shock classification, degree of weathering and pairing, Meteoritics 30 (1995) 113.

[CAS77] W. A. Cassidy, E. Olsen, K. Yanai, Antarctica: A Deep-Freeze Storehouse for Meteorites, Science 198 (1977) 727.

[KER83] R. A. Kerr, A Lunar Meteorite and Maybe Some from Mars, Science 220 (1983) 288.

[MET97] MetBase Version 3.1 for Windows - Meteorite Data Retrieval Software ©Jörn Koblitz (1997).

[SCH94] T. Schlüter, C. Hampton, E. Barifajo, Der Meteoritenfall von Mbale, SE-Uganda, am 14. August 1992, Aufschluss 45 (1994) 97.

[THO84] P. Thorslund, F. E. Wickman, J. O. Nyström, The Ordovician chondrite from Brunflo, central Sweden, I. General description and primary minerals, Lithos 17 (1984) 87.

[WEB97] D. Weber, A. Bischoff, STATISTICAL ANALYSIS OF THE SAHARAN HAMMADAH AL HAMRA AND DAR AL GANI METEORITE POPULATION, Meteorit. Planet. Sci. 32 (1997) A137.

Autor: Dr. Silke Merchel
www.meteoroids.de

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