Was ist ein Mikrometeorit?

Ein Mikrometeorit ist ein staub- bis sandkorngroßer Gesteinspartikel interplanetaren Ursprungs, der die Erdatmosphäre durchquert und die Erdoberfläche erreicht hat. Durch Reibung mit Molekülen der Erdatmosphäre wurde dieser dabei erhitzt und leicht bis sehr stark chemisch-mineralogisch verändert.

Davon sind abzugrenzen:

  • kleine Gesteinspartikel interplanetarer Herkunft, die auf anderen Planeten oder Monden niedergegangen sind – ebenfalls Mikrometeorite genannt
  • kleine Gesteinspartikel, die auf Oberflächen von Satelliten oder anderen künstlichen Raumflugkörpern im Orbit der Erde einschlagen – ebenfalls oft Mikrometeorite genannt
  • winzige Gesteinspartikel interplanetarer Herkunft, die in der Stratosphäre (in ca. 20-25 km Höhe) im Luftstrom treiben und experimentell mithilfe von Flugzeugen eingefangenen werden – meist als IDPs (engl. Interplanetary Dust Particles) bezeichnet, manchmal aber auch Mikrometeorite genannt
  • kleine Gesteinspartikel, die sich als Abrieb von größeren Meteoriten bei Durchtritt der Erdatmosphäre ablösen und dann als aufgeschmolzene und wieder erkaltete Kügelchen auf die Erde fallen – „Ablationskügelchen“ (engl. Ablation Spherules) oder meteoritischen Abbrand genannt und manchmal fälschlicherweise als Mikrometeorite bezeichnet

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf Mikrometeorite nach obenstehender Definition ohne die davon abzugrenzenden Objekte zu berücksichtigen.


Wie entsteht ein Mikrometeorit?

Ein Mikrometeorit hat seinen Ursprung in einem interplanetaren (kosmischen) Gesteinspartikel von einigen Mikrometern bis wenigen Millimetern Größe.

Diese kleinen Gesteinspartikel entstehen als interplanetarer Staub bei Kollisionen von Asteroiden oder Meteoriden vorwiegend im Asteroidengürtel und durch Ausdampfungen von Kometen bei Annäherung zur Sonne sowie möglicherweise auch durch Auswurf bei Asteroiden- und Kometeneinschlägen in andere Planeten und Monde. Zu sehr geringen Anteilen sind auch Kleinstpartikel interstellaren bzw. präsolaren Ursprungs Bestandteile des interplanetaren Staubs.

Das Reservoir an kosmischem Staub in Nähe der Erdumlaufbahn um die Sonne (engl. zodiacal cloud) verändert sich – in geologischen Zeiträumen betrachtet – ständig: Partikel größer als ca. 1 µm spiralieren durch gravitative Anziehung bzw. durch den sogenannten P-R drag der Sonne entgegen und können dann bei Kreuzung einer Planeten- oder Mondbahn auf einen solchen niederfallen. Bei Partikeln kleiner als ca. 1 µm hingegen überwiegt der Sonnenstrahlungsdruck, weshalb diese in die äußeren Bereiche des Sonnensystems hinausbefördert werden. Beiden ständigen Entleerungsprozessen des Staub-Reservoirs steht eine Befüllung durch neue Kollisionen oder Kometenausgasungen entgegen.

Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Staubpartikel im interplanetaren Raum (Relativgeschwindigkeiten zur Erde zwischen ca. 11 und 72 km/s) heizen sich diese bei Eintritt in die Erdatmosphäre in ca. 70-100 km Höhe durch die Wechselwirkung mit Luftmolekülen rasch auf und werden binnen Sekunden abgebremst. Dabei können Teile abgesprengt oder abgeschmolzen oder ganze Partikel auseinander gesprengt werden. Partikel von einigen Millimetern Größe kann man nachts bei klarem Himmel indirekt als „Sternschnuppen“ beobachten. Kleinere Staubkörner, die viel häufiger als Mikrometeoriten auf der Erde landen, rufen keine sichtbaren Leuchterscheinungen hervor, sind aber mit Hochleistungs-Radarteleskopen ebenfalls registrierbar.

Das Aufheizen führt zur chemischen-mineralogischen Veränderung des Partikels. Dies reicht je nach Höhe der Temperatur und Dauer der Aussetzung einer hohen Temperatur von einem „Anschmelzen“ der Partikeloberfläche bis zum vollständigen Aufschmelzen des Partikels. In letzterem Fall rekristallisiert die Schmelze bei der anschließenden schnellen Abkühlung wieder. Solche Mikrometeorite haben dann meist eine annähernd rundliche Form und deshalb bezeichnet man sie auch als kosmische Spherulen. Der überwiegende Teil der in urbanen Gebieten bisher gefunden Mikrometeorite sind solche „kosmischen Kügelchen“.

Genese kosmischer Spherulen und ungeschmolzener Mikrometeorite im Prozess des Erdatmospherendurchtritts

Der Grad des Aufheizens des interplanetaren Staubkorns erhöht sich:

  • mit dessen Geschwindigkeit bei Eintritt in die Erdatmosphäre
  • mit dessen Masse und Dichte
  • je steiler dessen Eintrittswinkel

Das Abbremsen des Partikels durch die Kollision mit Luftmolekühlen und der Prozess des Aufschmelzens und der Rekristallisation vollzieht sich innerhalb weniger Sekunden. Anschließend geht dieser in „Fallgeschwindigkeit“ als Mikrometeorit auf der Erdoberfläche nieder oder verbleibt bei geringer Masse vorher noch einige Zeit in höheren Luftschichten.


Wie häufig sind Mikrometeorite?

Die Schätzungen und Berechnungen der Gesamtmasse der Mikrometeorite, die in heutiger Zeit jährlich auf die Erde niederfallen beträgt je nach Quelle zwischen ca. 800 und 40000 t. Rechnet man (willkürlich) einmal mit 6000 t weiter und geht dabei (wiederum willkürlich) von einem mittleren Gewicht eines Mikrometeorits von ca. 6 µg aus, so ergäbe sich eine Zahl von rund 650 Mrd. Mikrometeorite, die pro Jahr auf die Erde treffen oder anders: im Mittel 1 Mikrometeorit pro Jahr pro 2 m² Oberfläche. Diese Werte können nur als sehr grobe Größenorientierung dienen.

Man weiß aus Analysen von Sedimenten, dass der Zustrom an Mikrometeoriten über die Erdgeschichte hinweg nicht gleichmäßig erfolgte. Und es gibt die Vermutung, dass in der sehr frühen Erdgeschichte, zur Zeit des Großen Bombardements (engl. Late Heavy Bobardment) rund 600 Mio. Jahre nach Entstehung der Erde nicht nur Meteoriteneinschläge um ein vielfaches häufiger waren als heute, sondern auch die Menge der auf die Erde fallenden Mikrometeorite. Diese könnten somit einen substanziellen Beitrag zur Anreichung von Wasser auf der Erde geliefert haben.


Woran erkennt man einen Mikrometeorit?

Aufgrund unterschiedlicher Zusammensetzungen der originären Partikel, aufgrund sehr unterschiedlicher chemischer Veränderungsprozesse dieser bei Durchqueren der Erdatmosphäre, aber auch aufgrund ihrer verschiedenen Größen und Rotationsverhalten in Flug und nicht zuletzt aufgrund unterschiedlich langer Zeiträume auf der Erde, denen sie Verwitterungsprozessen ausgesetzt sind, variiert das Erscheinungsbild von Mikrometeoriten stark.

Man kann zunächst zwischen nichtgeschmolzenen Mikrometeoriten und geschmolzenen und anschließend rekristallisierten Mikrometeoriten (Spherulen) unterscheiden, wobei es Übergangsformen gibt. Erstere können fragile, poröse Gebilde sein aber auch kompaktere festere. Letztere sind in der Regel stabile und allenfalls zum Teil poröse Gebilde. Erstere weisen oft eine durch die Hitze bei Eintritt in die Erdatmosphäre hervorgerufene Veränderung der Oberfläche auf, was sich am deutlichsten im Querschnitt zeigt. Letztere weisen oft charakteristische Kristallisationsformen auf, die wiederum abhängig von der chemischen Zusammensetzung und den erreichten Temperaturen bzw. der Zeitspanne der Rekristallisation sind. Die Variation der rekristallisierten Spherulen reicht bei den häufigeren Typen von glasartiger über mikrokristalliner Struktur, hin zu bänderförmig kristallin bis zu porphyritisch (große Kristalle in feinkristalliner oder glasartiger Matrix). Es gibt kompakte und poröse Formen. Gelegentlich finden sich eisen- und nickelhaltige Tropfen am Außenrand einer Spherule. Der überwiegende Teil der Mikrometeorite ist dunkelgrau bis schwarz, einige sind jedoch grün, braun, weiß oder sogar blau.

Zwar gibt es eine Reihe von Charakteristika, an denen man Mikrometeorite als solche identifizieren kann, allerdings ist deren Gesamterscheinungsbild den zahlenmäßig fast überall weit überlegenen menschgemachten Staubpartikeln recht ähnlich. Letztere entstehen durch vielfältige industrielle Prozesse, z. B. durch Flex-, Schweiß- oder andere Bauarbeiten mit Metall oder auch als Überbleibsel von Feuerwerkskörpern. Auch einige natürliche Prozesse können ähnliche Partikel hervorrufen – sie spielen mengenmäßig aber nur lokal (zeitlich oder räumlich) eine bedeutende Rolle.

9 Mikrometeorite

Wo findet man Mikrometeorite?

Grundsätzlich fallen Mikrometeorite weitgehend zufällig und damit gleichmäßig auf die Erde nieder. Dass sich die Probenahme zur wissenschaftlichen Erforschung der Mikrometeorite bislang auf einzelne ausgewählte Bereiche konzentriert, hat den Hintergrund, dass dort die menschgemachten Stäube stark reduziert sind oder gar nicht vorkommen. Letzteres gilt für Eisschichten oder Sedimente mit Ablagerungen aus der vorindustriellen Zeit. In Regionen fernab der menschlichen Zivilisation (z. B. Antarktis, Grönland, Atacama) sind menschgemachte Stäube an der Erdoberfläche zumindest mengenmäßig stark reduziert.

In vom Menschen bewohnten Gebieten galt das Auffinden von Mikrometeoriten lange Zeit als Sisyphusarbeit bzw. unmöglich. Erst vor wenigen Jahren hat der norwegische Jazzmusiker Jon Larsen zusammen mit dem Geologen Matthew Genge vom Imperial College London bewiesen, dass dies möglich ist. Nicht zuletzt dank der Pionierarbeit und Dokumentation des Norwegers, nimmt die Zahl der erfolgreichen urbanen Mikrometeoritensammler weltweit rasant zu.