Gesteinskundliche Untersuchungen
Methoden
Die Gesteine der Einschlagskrater und deren Umgebung werden mit Methoden der Petrologie, der Gesteinskunde untersucht. Wichtigste Grundlage ist dabei die Betrachtung mit dem Polarisationsmikroskop.
Arbeit an der Elektronenstrahl-Mikrosonde, Institut für Mineralogie, Universität Würzburg
Dazu wird das Gestein als hauchdünne Scheibe auf einen Objektträger präpariert. Eine Durchlichtbetrachtung dieses Dünnschliffs in einfach oder doppelt polarisiertem Licht ermöglicht die Identifikation der einzelnen Minerale, aus denen das Gestein besteht, der Gesteinsstrukturen und der bei einem Einschlag entstandenen Gesteinsgläser.
Die Minerale und die Gläser des Dünnschliffpräparats können auch chemisch analysiert werden. Das geschieht bei einer hohen Ortsauflösung von 1-2 tausendstel Millimeter mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde. Den Nachweis über den kristallinen oder amorphen (gläsernen) Zustand der Gesteinsbestandteile ermittelt man mit einem Röntgendiffraktometer. Die hier vorgestellten Ergebnisse stammen aus dem Institut für Mineralogie der Universität Würzburg
Gesteinsverglasung
Die eiszeitlichen Gerölle, die von den Bruchstücken des Kometen oder von den Glutwolken der Explosion getroffen wurden, wurden durch die Hitze teilweise angeschmolzen und zeigen deshalb heute unterschiedliche Verglasungserscheinungen. Die drei häufigsten Typen sind Glaskrusten, interne Verglasungen und glasige Gesteinsschlacken.
Glaskrusten
Im gesamten Bereich des Krater-Streufeldes finden sich in Kraternähe immer wieder Gerölle, die von einer farblosen, grünlichen oder bräunlichen Glasschicht überzogen sind. Die Schicht ist selten dicker als 1-2 mm und umgibt die Gerölle fast immer rundherum.
Mit dem Gasbrenner bei ca. 2500°C künstlich erzeugte Glaskruste
Natürliche Glaskrusten auf einem Geröll
Diagramm: Dreistoffsystem CaO – K2O - SiO2 mit Mindest-Bildungstemperatur für die Glaskrusten
Stein mit Klecks aus Glaskruste und Spallationen, nördliches Kraterfeld.
Analysen der Schicht mit der Mikrosonde zeigen, dass das Glas aus den Hauptkomponenten SiO2, CaO und K2O besteht, teilweise mit Beimengungen von FeO, MgO, MnO, Al2O3, und Na2O. Von den Glaspartien, die nur aus den drei Hauptkomponenten bestehen, kann man im Dreistoff-Diagramm die minimale Bildungstemperatur bestimmen, die danach bei knapp 1000°C liegt. Versuche mit einem Gasbrenner zeigen, dass man auf unverglasten Geröllen durch in-situ Aufschmelzung vergleichbare Glaskrusten bei etwa 2500°C in wenigen Minuten erzeugen kann.
Interne Verglasung
Gerölle aus Granit, Gneis oder unreinem Quarzit bestehen im wesentlichen aus den Mineralen Quarz, Feldspat und Glimmer.
Der thermische Schock des Einschlags bewirkte, dass in diesen Geröllen die Feldspäte und Glimmer weitgehend aufgeschmolzen wurden.
Heute bestehen diese Gerölle deshalb aus einer Glasmatrix, in der die Quarze und einige Reste der ehemaligen Feldspäte förmlich „schwimmen“. Das Aufschmelzen war auch mit einer intensiven Entgasung verbunden, weshalb die Gesteine eine Vielzahl von Gasblasen enthalten.
Intern verglastes Geröll als Dünnschliff unter dem Mikroskop: Die dunkel- bis mittelgraue Glasmatrix enthält ein Quarzkorn (hell), den teils schon verglasten Rest eines Feldspatkristalls (hellgrau) und zahlreiche rundliche Gasblasen. Die Längskante entspricht etwa 0,5 mm.
Glasige Gesteinsschlacken
Klecks aus Gesteinsschlacke auf einem aufgesägten Geröll des Kraters 004 bei Emmerting und ein Klecks auf einem Gestein aus Krater 029.
Manche Gerölle wurden so stark aufgeheizt, dass das Ausgangsgestein fast völlig zerstört ist und in eine Gesteinsschlacke umgewandelt wurde.
Diese Gesteinsschlacken bestehen aus einer glasigen Matrix, aus der kleine nadelige Feldspäte und manchmal auch extrem kleine Magnetite rekristallisiert sind. Größere Reliktminerale wie Feldspäte, Pyroxene oder Quarzlinsen zeugen noch vom Ausgangsgestein der Schlacken.
Typisch ist, dass die Gesteinsschlacken beim Einschlag im geschmolzenen Zustand verspritzt und auf andere Gerölle draufgekleckst wurden.
Mit dem Gasbrenner bei ca. 2000°C künstlich erzeugte Glaskruste Dünnschliff einer Gesteinsschlacke unter dem Mikroskop. Erkennbar die dunkle Glasmatrix, kleine nadelige Rekristallisate, große reliktische Pyroxene und Feldspäte sowie etliche Gasblasen
Planare Deformationslamellen (PDFs)
In den Quarzen einiger Gesteinsproben aus verschiedenen Kratern findet man sogenannte „planare Deformationslamellen (PDFs)“. Es handelt sich um sehr engständige, parallele Lamellen, die sich in ihrer Ausrichtung an kristallographischen Richtungen des Quarzkristalls orientieren. Die Lamellen selbst sind glasartig (amorph) oder rekristallisiert (dekorierte Lamellen). PDFs entstehen beim Einschlag eines Himmelskörpers durch den kurzfristig hohen Druck ab etwa 5 bis 10 Gigapascal und sind weltweit nur aus Gesteinen von Impaktkratern bekannt. Im Chiemgauer Kraterfeld wurden sie bislang im Krater 004 und im Tüttensee-Krater gefunden.
Ausschnitt aus einem Gesteinsdünnschliff im Polarisationsmikroskop; die Längskante entspricht einer wirklichen Länge von etwa 1,5 mm. Die leichte Krümmung der Lamellen wird zurückgeführt auf eine schwache plastische Verformung des Kristalls.
In diesem Dünnschliff-Foto sieht man gut erhaltene Quarze, die übrigen mineralischen Bestandteile wurden offensichtlich aufgeschmolzen und sind zum Großteil als mikrokristalline Matrix rekristallisiert. Die Quarzkörner sind oft in zwei oder drei Teile zerbrochen, wobei die Einzelteile wenige zehner Mikrometer auseinandergezerrt wurden. Das ist auf einen Vorgang der Mikrospallation zurückzuführen, die ebenfalls typisch ist für Impakte.
Geröll: Quarz mit PDFs, Glas, Gasblasen. Längsachse 6 cm.
Schockeffekte in Gesteinen des Tüttensee-Ringwalles. Dünnschliffaufnahmen, gekreuzte Polarisatoren; Breite der Aufnahmen ca. 500 µm.
Links: Fünf Scharen planarer Deformationslamellen (PDFs) in Quarz. Auf dem Photo sind nicht alle Scharen zu erkennen; sie werden aber bei Rotation des Dünnschliffs sichtbar.
Rechts:Scharen planarer Brüche (PFs; Spaltbarkeit) in Quarz.
Eisensilizide
Die Funde eigenartiger Metallkügelchen und Metallbruchstücke aus Eisen-Silizium-Verbindungen decken sich in ihrer räumlichen Verteilung sehr auffällig mit dem Bereich des Kraterstreufeldes und konzentrieren sich im Umfeld der Krater. Diese Eisensilizid-Partikel stammen aus tieferen, z.T. gänzlich unberührten Bodenschichten. In einem Fall wurden die Partikel in einer Erdschicht unterhalb eines vegrabenen Schatzes mit Münzen aus dem 16. Jahrhundert ergraben, in einem weiteren Fall fanden sich die Partikel unter den Einsturzresten einer vor Jahrhunderten eingestürzten Mauer. Erstmals als solche erkannt und untersucht wurden die Eisensilizid-Funde von Dr. Bert Raeymaekers, Infraserve Gendorf. Dabei wurde festgestellt, dass die Minerale Gupeiit (Fe3Si) und Xifengit (Fe5Si3) wesentlicher Bestandteil der Partikel sind.
Einige der größten Eisensilizid-Partikel aus dem Kraterstreufeld im Chiemgau
Die Eisensilizide Gupeiit und Xifengit sind aus irdischen Gesteinen weitestgehend unbekannt. Lediglich in Blitzeinschlagsröhren (Fulguriten) wurden sie gefunden. Auch in Meteoriten oder Resten von Kometeneinschlägen sind sie sehr selten, z.B. in den Meteoriten Dhofar 280 und FRO 90036. Jüngste astronomische Untersuchungen zeigten aber, dass Sternenstaub aus Explosionen von Supernovae große Mengen an Eisensiliziden enthalten kann.
Eisensilizide werden im Raum Traunstein Altötting aber seit Ende des 2. Weltkrieges auch industriell hergestellt, allerdings in ganz anderen Eisen-Silizium-Verhältnissen, als das bei den gefundenen Partikeln der Fall ist. Da es sich bei den industriell hergestellten Eisensiliziden wegen der hohen Herstellungskosten um relativ wertvolles Material handelt, ist mit einem Austrag in die Böden der Umgebung nicht zu rechnen.
Polierte Oberfläche eines Eisensilizid-Partikels, betrachtet mit einem Erzmikroskop im Auflicht. In einer hellen Grundmasse aus Gupeiit kann man die dunkleren Kristalle des Xifengit gut erkennen. Links kann man in einer hellen Matrix aus Gupeit die dunklen Kristalle des Xifengit gut erkennen. Rechts sieht man im hellen Gupeit die eckigen Kristalle aus Titancarbid.
Die Fundumstände, die räumliche Verteilung und die exotische Zusammensetzung der Eisen-Silizium Partikel spricht sehr stark dafür, dass es sich um Reste der extraterrestrischen Körper handelt, die im Chiemgau eingeschlagen sind. Nach dem derzeitigen Stand der Forschungen kann eine industrielle Herkunft aber nicht völlig ausgeschlossen werden. Es geht jetzt darum, die Metallreste alter Kulturen, die Reste der modernen Industrie und die vermuteten Reste eines extraterrestrischen Einschlages, die alle im Untergrund des Chiemgaues zu finden sind, sicher auseinander zu halten. Dazu werden zur Zeit Spurenelement- und Isotopenuntersuchungen durchgeführt.
