Die Entdeckung des Asteroidenkraters Chicxulub war eine Detektivarbeit: 1980 postulierte der amerikanische Physiker Walter Alvarez anhand von Iridium-Anomalien in Tonsedimenten - die nur extraterrestrisch erzeugt sein konnten - einen verheerenden Asteroideneinschlag (siehe Kasten) am Übergang der Kreidezeit in das Paläogen vor rund 65 Millionen Jahren. Danach dauerte es noch zehn Jahre, bis der zugehörige Krater auf der Halbinsel Yukatan entdeckt wurde. Seither konzentrieren sich die Forschungsarbeiten vor allem auf die Kraterstruktur, die seit ihrer Entstehung mit einer bis zu zwei Kilometer dicken Sedimentschicht bedeckt wurde und nur mit Bohrungen oder geophysikalischen Methoden untersucht werden kann. Zu den oberflächennahen Sedimenten gibt es wenige Erkenntnisse. Auch die geologischen Karten stammen grösstenteils aus der Zeit vor der Entdeckung des Chicxulub-Kraters und geben die Geologie nicht vollständig wieder.

Kraterring als geologische Grenze

Adrian Gilli, Oberassistent am Geologischen Institut der ETH Zürich, hat nun zusammen mit amerikanischen und englischen Forschern einige geologische Wissenslücken über die oberflächennahen Ablagerungen des Gesteins gefüllt. «Im Gelände lässt sich der Kraterring des Chicxulub-Kraters kaum erkennen», sagt Gilli. Und dies, obwohl er sich geomorphologisch deutlich vom Kraterinnern unterscheidet: Der etwa fünf Kilometer breite Ring mit einem Radius von ungefähr 90 Kilometern um die Hafenstadt Chicxulub ist durchzogen von Brüchen, die auch ausserhalb des Kraterrings häufig sind. Regen und Grundwasser haben den Kalk entlang dieser Störungen durchlöchert und erodiert. Durch die so genannte Verkarstung bildeten sich bis heute etwa 3000 kreisrunde Einbrüche, die Becken entstehen liessen, die sich mit Grundwasser füllten. Die Maya nannten diese Becken «Cenoten», sahen sie als direkte Verbindung in die Unterwelt und nutzten derartige Orte als Opferstätten.

Kratersedimente sind deutlich jünger

Bis anhin hatte man zwar vermutet, dass die Gesteine ausserhalb des Kraterrings älter sind als die im Inneren. Aber erst anhand der Isotopenverhältnisse von Strontium 87 zu Strontium 86 der Kalkgesteine konnten die Forscher nun deren Alter genau bestimmen und die Vermutung bestätigen. Die Gesteinsproben innerhalb des Rings ergaben ein Alter zwischen 2,3 und 6 Millionen Jahren. Die Gesteine ausserhalb des Rings wiesen hingegen variablere Strontium-Isotopen-Werte auf und besitzen ein Alter von 10 bis 33 Millionen Jahren. Gilli vermutet, dass das Kraterbecken länger von Meerwasser bedeckt war; dadurch konnten dort die jüngeren Sedimente abgelagert werden.

Die Ergebnisse helfen, die Geologie besser zu verstehen und die veralteten Karten neu zu zeichnen und zu verfeinern. Ausserdem kann die archäologische Forschung von der Arbeit der Geologen profitieren: Anhand der Strontium-Daten könnte beispielsweise das Leben der Maya besser erforscht werden, deren bedeutende Siedlungen, Mayapán und Chichén Itzá, sich in diesen zwei unterschiedlichen geologischen Gebieten befinden.

«Eigentlich wollten wir eine rein geoarchäologische Studie durchführen», erklärt Gilli, «der Krater spielte dabei zuerst gar keine Rolle.» Ziel war, eine bereits zuvor durchgeführte Strontium-Isotopen-Analyse der Gesteine rund um die ehemaligen Maya-Stätten durch 72 neue Proben so zu verfeinern, dass kleinräumige Variationen im Isotopenverhältnis identifiziert werden können. Denn besonders die Übergänge von Bereichen mit unterschiedlichem Verhältnis von Strontium 87 zu Strontium 86 können von Bedeutung sein: «Von Siedlungen an solchen Grenzen, wie etwa die Maya-Stadt Mayapan, können wir sehr viele Informationen über die Lebensweise der Menschen erhalten», schwärmt Gilli.

Geologie und Archäologie ergänzen sich

Das feinmaschige geologische Messnetz, zusammen mit den biologischen Strontium-Isotopen-Werten, macht beispielsweise Migrationsbewegungen sichtbar. Es könnte Erkenntnisse liefern, woher die Maya ihr Baumaterial nahmen oder wo sie ihren Mais anbauten. Denn Strontium gelangt durch die Verwitterung der Gesteine in den Boden und von dort in die Pflanzen. Vom menschlichen oder tierischen Organismus als Nahrung aufgenommen, wird das Strontium an Stelle von Calcium in Zähnen bei deren Bildung in der Kindheit eingebaut. Deshalb ist es möglich – falls detaillierte Strontium-Isotopen-Karten vorliegen – das Gebiet zu bestimmen, in welchem eine Person aufgewachsen ist. «Das wird besonders spannend, wenn die Herkunft der Herrscher der verschiedenen Maya-Städte bestimmt werden kann. Dies lässt wiederum Rückschlüsse auf die Sozialstrukturen der Maya zu», sagt Gilli. Der Wissenschaftler ist überzeugt davon, dass die geologischen Analysen der Strontium-Isotopenverhältnisse für die Arbeit der Archäologen, die zunehmend mit biologischen Strontium-Isotopen aus Knochen oder Zähnen arbeiten, eine wichtige Grundlage bietet.

Chicxulub-Asteroidenkrater:

Der Asteroid mit einem Durchmesser von etwa zehn Kilometern, der den Chicxulub-Krater erzeugte, hat höchstwahrscheinlich das weltweite Artensterben am Übergang von der Kreidezeit ins Paläogen verursacht. Dabei starben rund 75 Prozent aller Arten aus. Seine Wirkung beruhte vor allem auf der Tatsache, dass er in ein karbonat- und anhydritreiches Gestein eingeschlagen war. Dabei war massenhaft Kohlendioxid (CO₂) und Schwefeldioxid in die Atmosphäre geschleudert worden. Schätzungsweise verdampften zwischen 200 und 3000 Kubikkilometer Sedimente, wodurch 35 bis 700 Millionen Tonnen Schwefel und 10 Billionen Tonnen CO₂ in die Atmosphäre entwichen. Die Ozonschicht dürfte innert kürzester Zeit zerstört worden sein, und durch den Staub in der Atmosphäre muss über Monate völlige Dunkelheit auf der Erde geherrscht haben. Dies hatte kurz- wie langfristig gravierende Folgen für Klima und Biosphäre. Der zurückgelassene Krater hat einen Durchmesser von 180 Kilometern und reicht von der Halbinsel Yukatan bis in den Golf von Mexiko hinein.

Maya:

Die ersten Spuren der Maya in Mittelamerika lassen sich bis 3000 v. Chr. zurückverfolgen. Im Lauf der Geschichte verschoben sich ihre kulturellen Zentren vom Hochland ins Tiefland und schliesslich in den Norden von Yucatán. Chichén Itzá im Nordwesten der Halbinsel Yukatan erblühte während der klassischen Periode, Mayapán war hingegen die letzte Mayahauptstadt im Norden der Halbinsel. Zur Zeit der Ankunft der Spanier Ende des 15. Jahrhunderts lagen die Zentren der nachklassischen Maya-Kultur im äussersten Norden von Yucatán, während das zentrale Tiefland nur noch dünn besiedelt war. Heute leben noch etwa 6,1 Millionen Maya auf der Yukatan-Halbinsel sowie in Belize, Guatemala und Honduras.

Gilli A. et al.: Geological and archaeological implications of strontium isotope analysis of exposed bedrock in the Chicxulub crater basin, northwestern Yucatán, Mexico. Geology (2009), 37, 723-726, doi:10.1130/G30098A.1