Donnerstag, 12. November 2009

Beendete ein Meteoriteneinschlag die Bildung der Banded Iron Formation?

(Radarbild des Sudbury Beckens und des Wanapitei Kraters in Ontario, Kanada NASA)
Gebänderte Eisenerze, die so genannten Banded Iron Formations (BIF) oder (nach der brasilianischen Stadt Itabira) Itabirite sind ein charakteristisches Gestein des Präkambriums. Sie sind gekennzeichnet durch eine Wechsellagerung aus rötlichem Hornstein, mikro- bis kryptokristallinem Quarz, gefärbt durch Hämatit, und eisenhaltigen Lagen aus Hämatit (Fe2O3) und Magnetit (Fe3O4). Dieses Gestein wurde im Meer gebildet. Eisenhaltige Lösungen drangen (und dringen auch noch heute) durch Verwitterungsvorgänge und durch vulkanischen Aktivitäten in das Meer. Das Eisen der Bändereisenerze stammt aber vermutlich weniger aus terrestrischen Quellen, weil hier zusammen mit dem Eisen auch viel Aluminium freigesetzt wird. In den Bändereisenerzen findet sich aber zumeist nicht genug Aluminium, dafür sprechen ihre anomal hohen Gehalte an Europium ebenso wie die Nd-Isotopie der Hornsteinlagen für einen vulkanischen Ursprung der eisenhaltigen Lösungen.
Unter den reduzierenden Bedingungen, wie sie für die Atmosphäre des frühen Präkambriums angenommen wird, lag das Eisen als Fe2+ vor. Dieses zweiwertige Eisen ist gut in Wasser löslich. Die Meere konnten auf diese Weise unter einer reduzierenden Atmosphäre viel gelöstes zweiwertiges Eisen anreichern. In den flachen, Licht durchfluteten Randbereichen des Meeres haben auch schon damals ideale Bedingungen für die ersten photosynthetischen Lebewesen geherrscht. Durch die Aktivitäten dieser Lebewesen stieg der Sauerstoffgehalt im Wasser an und das zweiwertige Eisen, Fe2+, wurde zu dreiwertigem, Fe3+, oxydiert. Dreiwertiges Eisen wird im Wasser aber schnell hydrolysiert, und fällt dann als Eisenhydroxid aus. Solange der Nachschub aus dem offenen Meer neues zweiwertiges Eisen liefert, kann sich weder im Wasser noch in der Atmosphäre Sauerstoff anreichern. Bemerkenswert an den Bändereisenerzen ist neben ihrer Mächtigkeit von 50 – 600 m ihre rhythmische Abwechslung von eisen- und siliziumreichen Lagen. Ab einem gewissen Punkt war vermutlich alles verfügbare Eisen aufgebraucht, und es konnten sich für die damaligen Lebewesen toxische Sauerstoffkonzentrationen im Meerwasser anreichern, wodurch der Prozess unterbrochen wurde und nachfolgend die Hornsteine sedimentierten. Die Verteilung der Bändereisenerze in der Zeit scheint nicht zufällig. Sie sind häufig anzutreffen in Ablagerungen, die mehr als 2,4 Milliarden Jahre alt sind, fehlen allerdings im Zeitraum vor 2,4 und 2,0 Milliarden Jahren. Das kann eventuell mit der Zunahme des Sauerstoffgehaltes in der Atmosphäre (und damit auch im Ozean) zusammenhängen, wie er durch das Auftreten der Paläoböden belegt ist.
Dann kehrten die gebänderten Eisenerze zurück. Im Zeitraum vor 2,0 und 1,8 Milliarden Jahren trat erneut im Meer gelöstes zweiwertiges Eisen auf, welches als gebändertes Eisenerz abgelagert wurde. Irgendwann vor 1,8 Milliarden Jahren hörte die Ablagerung der gebänderten Eisenerze ziemlich plötzlich wieder auf, und diese Form der Ablagerung verschwand für immer. Der Grund für diesen abrupten Übergang ist bisher rätselhaft. Einen Hinweis könnten die Bändereisenerze der Lake Superior Region in Kanada und den USA geben. Dort werden die gebänderten Erze von Ablagerungen überlagert, die man jetzt als Auswurfmassen des Sudbury-Impakts erkannt hat. Dieser Einschlag erfolgte vor rund 1,85 Milliarden Jahren und hinterließ einen gut 200 Kilometer durchmessenden Krater (der zweitgrößte bisher bekannte auf der Erde). Dieser Einschlag hat demnach wohl nicht nur die reichsten Nickellagerstätter der Erde beschert, sondern möglicherweise auch direkt mit dem Ende der gebänderten Erze zu tun. Der Ozean damals war vermutlich unterteilt in eine dünne Sauerstoff reichere Oberflächenschicht und eine erheblich mächtigere Sauerstoff arme.
Schlägt in diesen Ozean ein großes Objekt wie beispielsweise ein rund 10 km durchmessender Asteroid, in 1 km tiefes Wasser so würden Modellrechnungen zufolge an der Einschlagstelle rund 1000 m hohe Tsunamis entstehen. In 3000 km Entfernung wären sie immer noch über 100 m hoch. Diese Wellen, zusammen mit den auf den Impakt folgenden untermeerischen Rutschungen und weiteren Impaktfolgen, hätten den präkambrischen Ozean regelrecht umgerührt. Da damals alle Kontinentalmassen in einem Superkontinent vereint waren, konnten sich die Wellen über einen großen Ozean auch weitgehend ungestört ausbreiten. Der durchmischte Ozean enthielt jetzt auch in den tieferen Lagen genug Sauerstoff, um alles zweiwertige Eisen rechtzeitig aus dem Verkehr zu ziehen und als dreiwertiges Eisen in den Sedimenten abzulagern, bevor es durch Meeresströmungen in die Bildungsgebiete der gebänderten Eisenerze transportiert werden konnte.
John F. Slack and William F. Cannon: Extraterrestrial demise of banded iron formations 1.85 billion years ago - Geology 2009;37;1011-1014 doi: 10.1130/G30259A.1
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