Petrographie und Geochemie von mechanisch und thermisch geschockten Geröllen aus dem nördlichen Bereich des Impakt-Areals.
Petrographic and geochemical analyses of mechanically and thermally shocked cobbles from the northern area of the Chiemgau impact strewnfield
Abstract. - 17 cobbles sampled from the northern part of the cratered impact area have been studied by thin-section inspection and microprobe analyses (Mineralogical Institute, University of Würzburg). The cobbles from the Molasse sediments represent common rocks from the Alps like quartzites or basic metamorphic rocks (serpentinites). The thin sections clearly show that the cobbles have experienced shock metamorphism at high temperatures and pressures. We observe multiple sets of planar deformation features (PDFs) in quartz and feldspar, diaplectic SiO2 glass and extreme subgrain formation. Heavy tensile fracturing of whole rocks and quartz grains indicates spallation by dynamic shock pulses. Melt glass is in general found in three different occurrences: as a thin crust in many cases completely coating the cobbles, as vesicular, partly recrystallized feldspar glass interspersing quartzite rocks, and as allochthonous melt lumps fused to the cobbles' surface. The glass coating is assumed to have been formed on entering of excavated and ejected cobbles into the superheated explosion cloud. As the glass is considerably enriched in K and Na practically absent in the studied cobbles, an intermixing from burned-up or vaporized vegetation must be taken into consideration.
The field observations and lab analyses exclude normal tectonic processes as well as human activities but clearly establish a meteorite impact event.
Zusammenfassung. - 17 Geröllproben aus dem nördlichen Bereich des Impakt-Areals wurden mit Dünnschliffen und Mikrosonde untersucht (Institut für Mineralogie der Universität Würzburg). Die Gerölle aus den Molassesedimenten repräsentieren gängige Gesteine aus den Alpen wie Quarzite oder basische Metamorphite. Die Dünnschliffe zeigen deutlich eine Schockmetamorphose bei hohen Temperaturen und Drücken. Wir beobachten multiple Scharen von planaren Deformationsstrukturen (PDFs) in Quarz und Feldspat, diaplektisches SiO2-Glas und extreme Subkornbildung. Extremes Auftreten von offenen und glasgefüllten Zugbrüchen in den Geröllen und in einzelnen Quarzkörnern deutet auf Spallation durch dynamische Schockimpulse. Schmelzgläser finden sich in drei verschiedenen Ausbildungen: als dünne Glaskrusten, die in vielen Fällen die Gerölle vollständig überziehen, als blasiges und teilweise rekristallisiertes Feldspatglas, das Quarzite vollständig durchsetzt, und als auf die Gerölle aufgekleckste Schmelzbatzen aus Fremdmaterial. Die Glasüberzüge haben sich wahrscheinlich gebildet, als die bei der Kraterbildung ausgeworfenen Gerölle in die überhitzte Explosionswolke hineinflogen. Da dieses Glas stark an K und Na angereichert ist, was sonst in den Geröllen praktisch nicht vorkommt, muß eine externe Anlieferung angenommen werden. Ein Beitrag aus verglühter oder verdampfter Vegetation muß in Betracht gezogen werden.
Die Geländebeobachtungen und die Laboruntersuchungen schließen normale tektonische Prozesse und anthropogene Einwirkungen völlig aus und sprechen eindeutig für ein Impaktereignis.
1 Makroskopischer und Dünnschliff-Befund
Die Untersuchung hat insgesamt 17 verschiedene Gerölle aus dem Krater 004 bei Emmerting einbezogen. Bei ähnlichen Analyseresultaten wird jeweils nur eine repräsentative Probe vorgestellt. Die Dünnschliffaufnahmen wurden mit xx Polarisatoren gemacht.
Probe 004-1
Die Probe ist auf der Oberfläche stellenweise von einer dünnen Glasschicht überzogen; an einer Stelle sitzt auf der Oberfläche ein dunkelbrauner, mehrere cm großer glasiger, schlackeartiger Schmelzbatzen aus Fremdmaterial. Im Anschnitt (Abb. 1) ist die an sich helle Probe von einer Vielzahl kleiner, 1 mm dicker und maximal 1 cm langer dunkler Flasern durchsetzt. Längsachse des Gerölls 10 cm.
Abb.1. Probe 004-1 im Anschnitt.
Fig. 1. Sawed surface of sample 004-1 originally composed of quartz and feldspar. The feldspar is nearly completely transformed to colorless and dark glass.
Der Dünnschliff (Abb. 2, 3) zeigt ein Gestein, das ursprünglich aus Quarz und Feldspat bestand. Während der Quarz nahezu unverändert vorliegt, sind die ursprünglich feldspatreichen Partien über weite Bereiche in Glas umgewandelt. Dieser Effekt betrifft etwa 30-50 % des Gesteins. Innerhalb der verglasten Bereiche findet man nicht selten stark angegriffene Relikte der Feldspäte und kann deren Übergang zu Glas gut beobachten. Das Glas ist normalerweise farblos, im Zentrum der verglasten Bereiche ist es aber oft dunkel gefärbt, Ursache für die makroskopisch erkennbaren dunklen Flasern im Gestein. In diesen dunklen Bereichen treten mitunter
Abb. 2, 3. Dünnschliffaufnahmen: Graue Feldspäte werden vom Glas (graubraun) verdrängt. Z.T. nadelige Rekristallisate, Gasblasen. Bildunterkante entspricht ca. 0,5 mm.
Figs. 2, 3. Photomicrographs, sample 004-1: Relics of feldspar (grey) immersed in glass (greyish-brown). Note the needlelike recrystallization and the many gas vesicles. xx polarizers; the fields are ~ 0.5 mm wide.
Rekristallisierungserscheinungen in Form von sehr feinen, nadeligen Kristallen auf. Verschonte oder teilweise verschonte Feldspäte zeigen zwei auffällige planare Bruchsysteme in spitzem Winkel sowie planare Deformationsstrukturen (PDFs). Auffällig ist außerdem die Vielzahl kleiner Gasblasen, die das ganze Gestein durchdringen.
Der der Oberfläche aufsitzende braune Batzen ist entlang der Grenzfläche intensiv mit dem Gestein verschweißt. Das schlackeartige Material besteht aus einer glasig-mikrokristallinen Matrix, in der eine Vielzahl dünner, heller Kristallnädelchen rekristallisiert sind. Unter starker Vergrößerung (Abb. 4) erkennt man außerdem die große Menge an winzigen Erzmineralen, die ± gleichmäßig in der Matrix verteilt sind. Auffällig sind einige große Klinopyroxene als Reliktminerale. Auch der braune Batzen weist zahlreiche Gasblasen auf.
Abb. 4. Schmelzbatzen: Nadelige Kristalle und kleine dunkle Erzminerale. Dünnschliffaufnahme; Längskante ~ 0,5 mm.
Fig. 4. Photomicrograph (xx polarizers) of melt lump fused to the surface of cobble 004-1. Needlelike crystallites and dark ore particles. The field is ~ 0.5 mm wide.
Probe 004-2
Die Probe ist ein nahezu reines Quarzitgeröll mit teilweise verglaster Oberfläche. Die Glasschicht ist makroskopisch und im Dünnschliff farblos.
Probe 004-3
Das ganze Geröll (Abb. 5; Längsachse 10 cm) ist auf der Oberfläche von einer farblosen, stellenweise etwas grünlichen, dünnen Glasschicht überzogen. Nach Dünnschliffbefund handelt es sich um einen Feldspat führenden Quarzit. Die Quarze sind alle stark zerbrochen und löschen extrem undulös aus. Im Dünnschliff erfaßt sind einige Reste des Glasüberzugs.
Abb. 5. Probe 004-3 im Anschnitt und mit Glasschicht überzogen. Längsachse des Gerölls 10 cm.
Fig. 5. Sawed surface of glass-coated cobble 004-3. Maximum size of cobble 10 cm.
Einige ehemalige Quarze sind diaplektisch verglast (von senkrecht zur optischen Achse geschnittenen Quarzen konoskopisch unterscheidbar am fehlenden Achsenkreuz). Optisch isotropes diaplektisches Quarzglas entsteht ohne jegliches Schmelzen bei sehr hohen Schockdrücken (einige 100 kbar = einige 10 GPa) durch eine Zerstörung des Kristallgitters. Fließgefüge und Blasen fehlen; dafür können Korngrenzen und Brüche erhalten sein. Gemäß dem gegenwärtigen Stand der Wissenschaft entstehen diaplektische Gläser in der Natur bei keinem endogenen geologischen Prozeß sondern allein durch Schockmetamorphose bei einem Impakt.
Probe 004-4
Abb. 6. Probe 004-4 im Anschnitt und Detailaufnahme des aufsitzenden Schmelzbatzens. Länge des Gerölls 7 cm.
Fig. 6. Sawed surface of sample 004-4 and close-up of melt lump fused to the cobble.
Makroskopisch wie Probe 004-1: Geröll (Abb. 6) mit Resten eines glasigen Überzugs und aufgekleckstem braunem, schlackeartigem Schmelzbatzen. Der Dünnschliff belegt eine fast reine quarzitische Zusammensetzung. Die Quarze sind wenig zerbrochen, zeigen aber deutliche undulöse Auslöschung und eine eigenartige, teilweise fast parallele Subkornbildung. Blockartige Subkornbildung parallel zu PDFs wird aus geschockten Quarzen der Charlevoix-Impaktstruktur in Kanada beschrieben (Treppmann & Spray 2004).
Abb. 7 (oben). Klinopyroxen (hell) und Albit (grau) als Reliktminerale in der feinkörnigen Matrix des Schmelzbatzens; außerdem graue Gasblasen. Längskante etwa 2 mm.
Abb. 8 (unten). Querschnitt durch den Schmelzbatzen mit feinkörnig-glasiger Matrix, darin Gasblasen und Reliktminerale (Pyroxene, Albit), Längskante ~ 4 mm.
Fig. 7 (top). Clinopyroxene (light) and albite (grey) as relic minerals in the fine-grained matrix of the melt lump fused to cobble 004-4. Width of field is about 2 mm.
Fig. 8 (down). Photomicrograph of the melt lump showing relic minerals (pyroxene, albite) and gas vesicles in fine-grained glass matrix. Width of field is ~ 4 mm.
Das Gestein selbst ist deutlich von Rissen durchzogen, die sich gewöhnlich entlang der Korngrenzen, seltener quer durch die Quarzkörner verfolgen lassen. Am Rand des Gerölls unterhalb des Glasüberzugs sind die Quarze allerdings deutlich zerbrochen, möglicherweise durch einen thermischen Schock hervorgerufen. Der braune Batzen zeigt eine glasig-mikrokristalline Matrix analog Probe 004-1 mit hellen Nadeln, winzigen Erzmineralen, Gasblasen und mit großen Reliktmineralen aus Plagioklas und Klinopyroxen (Abb. 7, 8).
Probe 004-5
Aus zwei verschiedenen Gesteinen bestehendes Geröll, einem helleren, quarzitischen und einem dunkleren (Abb. 9). Auf der Gerölloberfläche sind Reste einer blasigen Glaskruste zu beobachten. Der dunklere Teil des Gerölls ist, im Querschnitt erkennbar, an einer Seite extrem von Blasen durchzogen.
Abb. 9. Probe 004-5 im Anschnitt. Links oben Blasen im Gestein, dunkle Glasschmitzen; unten gefritteter Rand, oben heller Quarzit. Geröllausschnitt 5 cm.
Fig. 9. Sawed surface of cobble 004-5 composed of two different rocks. In thin section, the light quartzite (top) exhibits strong undulatory extinction und subgrain formation as well as abundant PDFs in quartz (Fig. 10). The strongly vesicular dark rock is composed of quartz and feldspar. Similar to sample 004-1 (Fig. 1), the feldspar is largely transformed to glass giving the dark color to the rock.
Der flache Rand des Gerölls zeigt eine mm-dicke orangerote Zone, wie man sie von gefritteten Gesteinen kennt. Unter dem Mikroskop sieht man, dass die Quarze des quarzitischen Teils z.T. sehr stark zerbrochen sind. Außerdem ist eine extrem starke undulöse Auslöschung und Subkornbildung zu beobachten. Ein beträchtlicher Teil der Quarze zeigt außerdem planare Deformationselemente (PDFs) (Abb. 10). Der dunklere Gesteinstyp ist ein Quarz-Feldspat-Gestein, bei dem die Feldspäte analog zu Probe 004-1 alle Übergänge der Zersetzung bis hin zur Verglasung zeigen. Wie bei der ersten Probe sind auch hier die Glaspartien z.T. dunkel, was das dunklere Aussehen dieses Gesteins verursacht. Das ganze Gestein ist extrem mit Gasblasen durchzogen (Abb. 11).
Abb. 10 (oben). Zwei Scharen planarer Deformationsstrukturen (PDFs) in Quarz. Aufnahmebreite ~ 1.5 mm. Die leichte Krümmung der PDFs korrespondiert mit einer kontinuierlichen plastischen Verformung des Quarzes, was gut durch eine entsprechende undulöse Auslöschung im Schliff dokumentiert wird.
Abb. 11 (unten). Glas und Gasblasen im dunklen Geröllteil, Längskante etwa 5 mm.
Fig. 10 (top). Photomicrograph of two sets of planar deformation features (PDFs) in quartz; sample 004-5. The slightly bent PDFs correspond to a continuous plastic deformation of the quartz grain shown by a related undulatory extinction. Width of field is ~ 1.5 mm.
Fig. 11 (down). Glass and gas vesicles in the dark rock of cobble 004-5. Width of photomicrograph is ~ 5 mm.
Probe 004-6
Dunkles Geröll mit aufgekleckstem, braunem, schlackeartigem Schmelzbatzen (Abb.12). Im Querschnitt hebt sich der Schmelzbatzen zwar deutlich vom eigentlichen Geröll ab, allerdings setzen sich große Gasblasen mehrere cm weit ins Geröll hinein fort. Kleine Gasblasen sind auch makroskopisch im gesamten Gestein erkennbar. Unter dem Mikroskop entspricht der aufgekleckste Schmelzbatzen denen der Proben 004-1 und 004-4, allerdings ist die Matrix deutlich weniger rekristallisiert, der Schmelzanteil ist durch größere Glasanteile repräsentiert. Als Rekristallisat treten wieder die hellen nadeligen Kristalle auf. Als Relikte findet man in diesem Schmelzbatzen im Gegensatz zu den beschriebenen Proben nur Fragmente eines Quarzits, z.T. verglast und wie die Matrix von Gasblasen durchdrungen.
Abb. 12. Probe 004-6 im Anschnitt. Dunkles Geröll mit aufsitzendem Schmelzbatzen.
Fig. 12. Sawed surface of sample 004-6 exhibiting a melt lump fused to the dark cobble.
Das Gestein des Gerölls ist kaum zu identifizieren. Ehemals größere Minerale, anscheinend mit magmatischer Textur (Reste von tafeligen Plagioklasen erkennbar), wurden durch extrem feinkörniges Material ersetzt, dessen bunte Interferenzfarben eine eher basische Zusammensetzung andeuten. Der Übergang von dem glasigmikrokristallinen Schmelzbatzen zum mikrokristallinen Geröll ist nicht scharf erkennbar, zumal auch das ganze Geröll intensiv von größeren Gasblasen durchdrungen ist. Es ist allerdings derzeit nicht sicher, ob diese gesamte intensive Überprägung auf das Impaktereignis zurückzuführen ist.
Probe 004-8
Inhomogenes, hell-dunkel „gebändertes“ Geröll mit aufsitzendem blasigem Schmelzbatzen (Abb. 13.)
Abb.13. Probe 004-8 im Anschnitt ; Längsachse 6 cm.
Fig. 13. Sawed surface of sample 004-8 showing a melt lump fused to the cobble (on the left). The rock is largely destroyed thermally. The light bands are relic quartzite, and the dark ones are predominantly glass and recrystallization products.
Mikroskop: Die Matrix des Schmelzbatzens ähnelt den schon beschriebenen Batzen, ist allerdings ganz ohne Reliktminerale, aber sehr blasig. Vor allem im Übergangsbereich zum Geröll treten jetzt auch gelbgrüne-blassgrüne nadelige Rekristallisate auf (Pleochroismus, bunte Interferenzfarben, schiefe Auslöschung bei niedrigem Winkel deuten auf Amphibole.).
Abb. 14 (oben). Übergang von quarzitischem Bereich links oben zu glasigem Bereich mit länglichen Blasen, die als Übergänge zu Spallationsrissen interpretiert werden könnten. Längskante ~ 6 mm.
Abb. 15 (unten). Ader mit teilweise rekristallisiertem Glas, Gasblasen und hellem Quarz; Längskante ~ 1,3 mm.
Fig. 14 (top). Photomicrograph, sample 004-8: Transition from the light relic quartzite to the dark glass that exhibits elongated vesicles possibly related with spallation fracturing. The field is ~ 6 mm wide.
Fig. 15 (down). Detail of Fig. 14 shows a veinlet composed of partly recrystallized glass, gas vesicles and relic quartz. The field is ~ 1.3 mm wide.
Das Geröll selbst (Abb. 13; Längsachse 6 cm) ist weitgehend thermisch zerstört. Die hellen Bänder sind reliktische Quarzitpartien, die dunklen Bänder bestehen im Wesentlichen aus Glas oder aus mikrokristallin aus dem Glas rekristallisiertem Material, zum Teil auch aus Reliktmineralen (kaum mehr zu identifizieren, wahrscheinlich Feldspäte) [Mikroskop: Abb. 14, 15]. Ganz schwarze Partien könnten auch Erzminerale enthalten. Prinzipiell könnte diese Art von Geröll das Ausgangsmaterial für quarzitführende Schmelzbatzen sein, wie wir sie bei Probe 004-6 vorfinden.
Probe 004-10:
Abb. 16. Probe 004-10 (4.5 cm lang) mit Rissen und Blasen im Anschnitt.
Fig. 16. Sawed surface of cobble 004-10 (4.5 cm long) displaying vesicles and fissures.
Kleines Geröll, Längsachse 4,5 cm, an der Oberfläche von (Spallations-) Rissen gekennzeichnet. Diese länglichen, in ihrer Längserstreckung begrenzten Risse finden sich auch im Querschnitt im Gesteinsinneren wieder (Abb. 16). Das Gestein ist außerdem intensiv von Blasen durchsetzt, die sich in fließendem Übergang zu Spallationsrissen ausdehnen können. Im Dünnschliff wird die große Zahl der Blasen noch deutlicher.
Abb. 17, 18. Aufgrund von Spallation zerrissene Quarzkörner. Aufnahmebreiten ~ 0,8 mm
Figs. 17, 18. Quartz grains from sample 004-10 exhibiting spallation features that are probably shock-produced. The prominent tensile fractures are filled with recrystallized glass. Photomicrographs, xx polarizers; the fields are ~ 800 µm wide. For spallation processes in impact cratering also see http://www.impact-structures.com/Archiv/archiv.html, Impact spallation in nature and experiment.
Es handelt es sich um ein stark quarzführendes Gestein. Der Quarz ist gut erhalten, 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 (Spallation). Die Lücken sind durch rekristallisierte Schmelze ausgefüllt (Abb. 17, 18). - Zum Prozeß der Spallation bei Schockbeanspruchung siehe z.B.
http://www.impaktstrukturen.de/Archiv/archiv.html , Impakt-Spallation:
in der Natur und im Experiment
Probe 004-15
Abb. 19. Extrem zerbrochene Probe 004-15 im Anschnitt (links).
Abb. 20. Dünnschliff von 004-15: ?Mörteltextur, Kalk mit Resten von Mikrofossilien, z.T. von feinkörnigen Schichtsilikaten verdrängt (nicht sichtbar), Längskante ~ 2 mm.
Fig. 19. Sawed surface of heavily fractured sample 004-15.
Fig. 20. Photomicrograph of sample 004-15 showing a kind of mortar texture and microfossils in limestone that is partly substituted by sheet silicates (not to be seen here). The enigmatic texture and composition of the rock has to be studied in more detail.
Was mit diesem Gestein passiert ist, ist noch nicht ganz klar. Makroskopisch und im Querschnitt (Abb. 19) sieht es aus wie ein Kalkgeröll aus den Kalkalpen. Unter dem Mikroskop (Abb. 20) sieht man, dass das Gestein extrem zerbrochen ist; die polygonartigen Bruchstücke bilden eine Art Mörtel-Textur. Dabei findet man auf allen Rissen, z.T. aber auch innerhalb der Bruchstücke Karbonat. Ein Großteil der Bruchstücke besteht aber aus einem sehr feinkörnigen, grauen Schichtsilikat. Dieses hat das Karbonat verdrängt. Reste von Mikrofossilien deuten darauf hin, dass das Karbonat das primäre Material ist. Da in der Mörteltextur ein Zusammenhang mit dem Impakt zu sehen ist und die Risse der Textur mit Karbonat gefüllt sind, dürfte der ganze Vorgang Impakt-bezogen sein. Eine genauere Analytik (Mikrosonde, Röntgendiffraktometrie) ist vorgesehen.
Probe 004-19
Dunkles Geröll (Abb. 21; Längsachse 6 cm) mit Rissen und Blasen auf der Oberfläche. Im Querschnitt wird ein sehr blasenreiches Gestein erkennbar. Die Blasen weiten sich z.T. zu kleinen Rissen aus. Die an der Oberfläche beobachteten Risse setzen sich als kleine „Scherbahnen“ durch den Querschnitt fort (Pfeile), wobei die Blasen im Gestein durch diese Bahnen verformt werden.
Abb. 21. Intensiv mit weiten Rissen und Blasen durchzogene Probe 004-19 im Anschnitt. Länge des Gerölls 6 cm.
Fig. 21. Sawed surface of cobble 004-19 (6 cm long). Extremely vesicular and fissured rock where, except for quartz, all minerals are more or less transformed to glass giving the dark color to the rock. The widely open fissures may result from shock spallation.
Im Dünnschliff wird ein extrem blasiges Gestein sichtbar. An Mineralen sind lediglich die Quarze unzerstört, aber mechanisch beansprucht (Auslöschung, Subkornbildung). Alle anderen Bestandteile befinden sich mehr oder weniger im Zustand der Verglasung, manchmal vollständig, manchmal mit mineralischen Relikten. Die verglasten Partien sind häufig dunkelbraun, daher die Gesteinsfarbe.
2 Mikrosonden-Analytik
Von den Proben des Kraters 004 wurden analysiert:
Probe 004-1: Untersuchung der verglasten Bereiche im Geröll und des aufgeklecksten braunen Schmelzbatzens.
Probe 004-2 und -3: Untersuchung der Glaskrustenreste auf dem Geröll
Probe 004-4: Untersuchung des aufgeklecksten braunen Schmelzbatzens.
Die Ergebnisse der Analysen finden sich im Tabellenanhang am Ende des Textes.
2.0 Elektronenstrahl-Mikrosonde: Erläuterung zur Methode
Eine gut polierte Oberfläche eines Dünnschliffs oder eines Anschliffs wird mit einem fein fokussierten Elektronenstrahl beschossen. Anwendungen:
(1) Wenn man den Elektronenstrahl über eine bestimmte Fläche rastern läßt, dann kann man auf einem Bildschirm die Ausbeute sogenannter Rückstreuelektronen sichtbar machen (BSE = backscattered electrons). Diese ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung. Man erhält also ein Bild, auf dem chemische Unterschiede im Bereich der abgerasterten Fläche sichtbar werden. Diese Anwendung ist besonders geeignet, um z.B. in vorliegenden Proben kleine FeXSiY-Partikel in einer Matrix mit anderem Chemismus zu finden.
(2) Wenn man mit dem Elektronenstrahl eine ganz bestimmte Stelle anschießt, dann kann diese Stelle der Probenoberfläche chemisch analysiert werden. Der Elektronenstrahl hat einen Durchmesser von etwa 1 µm, und die Elektronen dringen etwa genauso weit in die Probe ein, so dass letztlich ein sehr oberflächennahes Volumen von 1-2 µm³ analysiert wird. Die Analyse erfolgt über elementcharakteristische Röntgenstrahlung, die von der Probe bei Elektronenbeschuß abgestrahlt wird. Eine Betrachtung des abgestrahlten Röntgenspektrums erlaubt eine qualitative Analytik (welche Elemente sind in der Proben enthalten?), bei einem Vergleich mit Eichstandards kann eine quantitative Analytik betrieben werden (in welcher Konzentration liegen die Elemente in der Probe vor?). Die relative Abweichung (Messfehler) ist kleiner als 1 % des Messwerts bei Hauptelementen. Die Nachweisgrenze liegt etwa bei
2.1 Glaskrustenreste auf den Geröllen 004-2 und 004-3:
Die Dicke der Glasschichten liegt bei 300 bis 400 µm. Bei qualitativen Tests wurden nur die Elemente/Oxide identifiziert, die dann auch quantitativ gemessen wurden (Tabelle). Die Hauptbestandteile sind SiO2, CaO und K2O. FeO und Al2O3 sind in sehr variablen Konzentrationen enthalten. Die FeO-Gehalte sind fast durchwegs deutlich zu hoch, um eine Verglasung im Rahmen alter Glasverarbeitung in Betracht zu ziehen. An einer Stelle (004-2-C) besteht das Glas bis auf Spurengehalte der anderen Oxide nur aus SiO2, CaO und K2O. Diese Analysen erlauben eine Abschätzung der Schmelztemperatur im entsprechenden Dreistoffsystem (Abbildung). Die Bestandteile werden auf 100 normiert und im Dreiecksdiagramm eingetragen. Die Schmelztemperatur für diese Glaszusammensetzung liegt demnach bei knapp 1000°C, was als Minimum anzusehen ist für die Temperatur, die diese Gerölle gesehen haben.
Ein Test der Zusammensetzung der Gerölle zeigt, dass es sich bei der Probe 004-2 um einen reinen Quarzit, bei der Probe 004-3 um einen unreinen Quarzit handelt. Zumindest für Probe 004-2 kann ausgeschlossen werden, dass die Glaskruste durch eine in situ Aufschmelzung des Gesteins entstand. K2O und CaO müssen aus anderen, externen Quellen stammen. Dasselbe gilt wohl auch für Probe 004-3. Diese Probe enthält zwar einige Kalifeldspäte, diese sind aber wie in Probe 004-1 im Gestein direkt verglast.
Abb. 22. Analyse 004-2-C im Dreistoffsystem SiO2 - CaO - K2O und minimale Schmelztemperatur (1000 °C; roter Punkt).
Fig. 22. Analysis of the glass coating cobble 004-2. In the SiO2 - CaO - K2O system the analysis points to minimum melting temperatures of 1,000 °C (red spot).
2.2 Verglasungen im Gestein des Gerölls 004-1:
Die weiter oben beschriebenen Verglasungen der Probe 004-1 sind makroskopisch im Anschnitt als dunkle Schmitzen erkennbar (Abb. 1). Die dunklen Anteile stellen dabei aber nur den Kern von größeren Bereichen dar, die ganz oder annähernd vollständig verglast sind. Das Glas in der Umgebung der dunklen Anteile ist hell bzw. farblos. Vier verglaste Bereiche (0-3) wurden mit der Mikrosonde analysiert. Die dunklen Anteile sind eindeutig durch Fe gefärbt und zeigen dabei deutlich variierende Anteile an fast allen beteiligten Oxiden. Die hellen Gläser sind dagegen chemisch sehr viel einheitlicher. In ihrer Zusammensetzung zeigen sie sehr große Ähnlichkeit mit Alkalifeldspäten (K-Na-Feldspatreihe). In der Tabelle wurde versucht, aus den Glasanalysen die Mineralformel für Feldspäte zu errechnen, was weitestgehend zu vernünftigen Resultaten führt. Die AlSi3-Position ist fast optimal mit 4 Atomen besetzt (3.997 bis 4.020). Die NaK(Ca)-Position ist unterbesetzt. Sie sollte 1 ergeben, variiert aber zwischen 0.849 und 0.986. Das ist sicherlich auf eine gewisse Abreicherung der Alkalien während der Verglasung zurückzuführen. Insgesamt belegen die Analysen aber den Befund aus den Dünnschliffen, nämlich die Verglasung von Feldspäten.
Hierbei lassen sich nur sehr bedingt Rückschlüsse auf die Temperaturen treffen. Reiner Albit, das Na-Endglied der Alkalifeldspäte, schmilzt bei 1100°C, reiner Kalifeldspat bei etwa 1150°C. Eine Mischung beider, wie sie den Analysen zufolge vorliegt, schmilzt bei etwa 1050 – 1070°C. Diese Schmelztemperaturen gelten allerdings nur bei Atmosphärendruck. Eine Druckerhöhung kann den Schmelzpunkt deutlich absenken. Für eine Charakterisierung der Schmelzbildung unter Schockbedingungen sind normale petrologische Zustandsdiagramme wahrscheinlich eher ungeeignet.
2.3 Schlackenartige braune Schmelzbatzen auf den Geröllen 004-1 und 004-4:
Im Rückstreuelektronenbild erkennt man, dass die Matrix der Schmelzbatzen beider Proben aus drei chemisch unterschiedlichen Komponenten besteht. Auch schon im Lichtmikroskop auffällig sind dünne, nadelige Feldspatleistchen von bis zu 40 µm Länge und maximal 10 µm Breite, die aus der Schmelze rekristallisiert sind. Diese bestehen aus einem intermediären Plagioklas (Na-Ca-Feldspat), der bei Probe 004-1 im Grenzbereich zwischen Andesin und Labradorit, bei Probe 004-4 satt im Bereich des Andesins liegt. Die Analysen sind hinsichtlich der Mineralformel nicht optimal, außerdem sind die Fe-Gehalte ungewöhnlich hoch. Die Ursache dafür dürfte in der geringen Breite der Leistchen liegen, die sich nahe am Grenzbereich des räumlichen Auflösungsvermögens der Mikrosonde bewegt. Der Fe-Gehalt ist daher auf Fluoreszenzstrahlung aus der Umgebung der Leistchen zurückzuführen.
Als weitere Matrixkomponente tritt sehr feinkörniger Spinell auf, der entweder idiomorph oder in Skelettform gewachsen ist. Dominierendes Endglied ist ein Titanomagnetit mit TiO2-Gehalten um 10-14 Gew.% in Probe 004-1 und um 25 Gew.% in Probe 004-4. Deutlich untergeordnetes Endglied ist der Al-Mg Spinell. Auch hier sind die Formelbesetzungen nicht optimal, was einerseits wieder auf die geringe Größe der Kristalle zurückzuführen ist. Andererseits ist eine unvollkommene Formelbesetzung auch typisch für Kristalle, die schnell aus einer abkühlenden Schmelze gewachsen sind.
In den Zwickeln zwischen Feldspatleistchen und Spinellen tritt eine weitere, unregelmäßig geformte, maximal 20 µm große Silikatkomponente mit Ca-Fe-Mg-Ti-reicher Zusammensetzung auf, die z.T. eine recht gute Pyroxenstöchiometrie aufweist, an anderen Stellen aber wiederum deutlich davon abweicht. Insgesamt ist diese Komponente chemisch stark variabel. Es könnte sich um Glas mit Pyroxen- und Amphibol-ähnlicher Zusammensetzung handeln, möglicherweise mit Beteiligung kristallisierter Pyroxene und Amphibole.
In dieser Matrix findet man große reliktische Kristalle aus Klinopyroxen und Feldspat. Diese Kristalle wurden während des Thermoschocks nicht aufgeschmolzen, sondern repräsentieren noch Relikte des Ausgangsgesteins. Der Feldspat ist ein nahezu reiner Albit und unterscheidet sich damit deutlich von den rekristallisierten Leistchen. Der Pyroxen liegt chemisch im Bereich eines Mg-Ca-reichen Augits nahe am Übergang zu Diopsid.
Aus der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung der Matrix und der Reliktminerale ergibt sich, dass es sich beim Ausgangsgestein sehr wahrscheinlich um einen basischen (Meta-)Vulkanit handelt.
3 Beurteilung der Ergebnisse
Die Dünnschliffe zeigen ganz eindeutig, dass die untersuchten Gesteine – Molassegerölle aus ganz gängigen Ausgangsgesteinen der Alpen – ein Schockereignis bei hohen Temperaturen und Drucken erlebt haben. Typisch sind die intensiven Verglasungen in den Gesteinen, die planaren Deformationsstrukturen (PDFs), die diaplektischen Quarze und die auch ansonsten intensive Beanspruchung der Quarze (extreme Subkornbildung und undulöse Auslöschung), außerdem die starke Dehnungsdeformation, die bei den meisten untersuchten Proben zur Bildung zahlloser Dehnungsrisse im Mikro- und Makrobereich und zu einem in situ Auseinanderreissen von Mineralen führte (Spallation). Die Rissbildung wurde durch eine intensive Blasenbildung aufgrund von Entgasungserscheinungen noch gefördert. Diese Erscheinungen können nicht auf normale tektonische Vorgänge zurückgeführt werden. Da von Menschenhand verursachte Explosionen nach dem Geländebefund auszuschließen sind, können die beschriebenen Beobachtungen vom Krater 004 nur durch ein Impaktereignis erklärt werden. In dieses Bild fügen sich auch die Gesteine, die rundum von einer Glaskruste umgeben sind oder von Batzen umherfliegender Gesteinsschmelze getroffen wurden.
Die Glaskruste umgibt einige Gerölle vollständig. Die Kruste sollte sich also beim Flug durch eine Glutwolke gebildet haben. Dabei kann das Glas nicht durch eine in situ Aufschmelzung des Gerölls entstanden sein, da K und Na nicht in der erforderlichen Menge in den untersuchten Geröllen enthalten ist. Diese Elemente könnten aber z.B. durch Verglühen der Vegetation in die Glutwolke gelangt sein. Die Zusammensetzung der Glaskruste erfordert eine Minimaltemperatur von etwa 1000°C als Schmelztemperatur.
Die Verglasungen im Gestein der Gerölle sind zum Großteil auf einen thermischen Zusammenbruch der Feldspäte zurückzuführen. Das kann in den Dünnschliffen beobachtet werden und läßt sich auch durch die Feldspat-nahe chemische Zusammensetzung der Gläser belegen. Die Parameter der Schmelzbildung lassen sich aufgrund einer Kombination aus Temperatur und unbestimmtem Druck kaum festlegen. Sicherlich waren aber auch andere Minerale an der Glasbildung beteiligt, was durch die dunklen Glasschmitzen mit Anteilen an Fe, Mg und Ti gezeigt wird. Quarzkörner unterlagen keiner unmittelbaren Aufschmelzung, die Schock-Umwandlung in diaplektische Gläser - ebenfalls typisch für Impakte – wurde aber beobachtet.
Schlackenartige, braune Schmelzbatzen wurden auf zahlreiche Gerölle aufgeschweißt. Mikroanalytische Untersuchungen an den Schmelzbatzen zweier Gerölle belegen die Herkunft der Batzen aus einem basischen Gestein (Basalt, Grünschiefer o.ä.). Mikroskopisch wurde aber auch ein Schmelzbatzen identifiziert, der eindeutig von einem der Quarz-Feldspat-Gerölle herrührt: Reste quarzitischer Lagen in der schlackenartigen ehemaligen Schmelze wurden in ganz ähnlicher Art auch in einer noch als Geröll zu identifizierenden Probe gefunden. Die basischen Schmelzbatzen sollten analog aus einem eher basischen Geröll stammen, die Beteiligung von achondritischem meteoritischem Material soll aber zunächst nicht ganz ausgeschlossen werden.
Tabellenanhang
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Krater 004: Proben 2 und 3, Glaskruste |
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Gew.% |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
004-2-B |
|
|
SiO2 |
67.05 |
68.76 |
70.47 |
69.60 |
69.47 |
72.57 |
68.10 |
68.49 |
|
|
TiO2 |
0.10 |
0.11 |
0.12 |
0.14 |
0.06 |
0.31 |
0.18 |
0.19 |
|
|
Al2O3 |
1.06 |
1.82 |
2.83 |
1.98 |
1.22 |
3.62 |
1.32 |
1.89 |
|
|
MgO |
0.57 |
0.52 |
0.55 |
0.47 |
0.52 |
0.50 |
0.67 |
0.65 |
|
|
CaO |
9.24 |
7.05 |
5.89 |
6.89 |
8.10 |
5.18 |
10.22 |
9.71 |
|
|
MnO |
0.19 |
0.22 |
0.23 |
0.21 |
0.24 |
0.18 |
0.33 |
0.34 |
|
|
FeO |
3.93 |
4.32 |
3.75 |
4.30 |
3.86 |
2.34 |
2.09 |
1.57 |
|
|
Na2O |
0.66 |
0.57 |
0.56 |
0.57 |
0.63 |
0.52 |
0.65 |
0.71 |
|
|
K2O |
14.37 |
14.15 |
13.99 |
14.02 |
13.99 |
13.21 |
14.24 |
14.47 |
|
|
Summe |
97.17 |
97.52 |
98.39 |
98.18 |
98.09 |
98.43 |
97.80 |
98.02 |
|
|
|
|
||||||||
|
Gew.% |
004-2-C |
004-2-C |
004-2-C |
004-2-C |
004-2-C |
004-2-C |
|
|
|
|
SiO2 |
72.04 |
70.16 |
71.03 |
72.26 |
70.53 |
71.57 |
|
||
|
TiO2 |
0.23 |
0.21 |
0.31 |
0.26 |
0.19 |
0.20 |
|
||
|
Al2O3 |
0.64 |
0.92 |
1.22 |
0.85 |
0.91 |
0.92 |
|
||
|
MgO |
0.58 |
0.67 |
0.64 |
0.69 |
0.63 |
0.61 |
|
||
|
CaO |
6.91 |
7.69 |
7.31 |
6.94 |
7.63 |
7.41 |
|
||
|
MnO |
0.16 |
0.16 |
0.17 |
0.14 |
0.13 |
0.20 |
|
||
|
FeO |
0.47 |
0.34 |
0.37 |
0.42 |
0.32 |
0.41 |
|
||
|
Na2O |
0.82 |
0.74 |
0.84 |
0.77 |
0.81 |
0.72 |
|
||
|
K2O |
15.91 |
16.11 |
15.76 |
15.67 |
15.93 |
15.48 |
|
||
|
Summe |
97.76 |
97.00 |
97.65 |
98.00 |
97.08 |
97.52 |
|
||
|
|
|
||||||||
|
SiO2 |
75.94 |
74.67 |
75.48 |
76.17 |
74.96 |
75.77 |
|
||
|
CaO |
7.28 |
8.18 |
7.77 |
7.32 |
8.11 |
7.84 |
|
||
|
K2O |
16.77 |
17.15 |
16.75 |
16.52 |
16.93 |
16.39 |
|
||
|
|
100.00 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
|
||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
Gew.% |
004-2-D |
004-2-D |
004-2-D |
004-2-D |
|
004-3-A |
004-3-A |
004-3-A |
004-3-A |
|
SiO2 |
70.19 |
69.65 |
71.49 |
69.49 |
75.63 |
67.76 |
76.09 |
77.26 |
|
|
TiO2 |
0.19 |
0.25 |
0.23 |
0.25 |
0.07 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
|
Al2O3 |
1.74 |
1.61 |
1.30 |
1.72 |
2.04 |
5.32 |
3.48 |
1.43 |
|
|
MgO |
0.58 |
0.68 |
0.53 |
0.59 |
0.32 |
0.14 |
0.12 |
0.24 |
|
|
CaO |
5.25 |
5.55 |
5.78 |
6.41 |
2.14 |
0.10 |
0.24 |
1.50 |
|
|
MnO |
0.12 |
0.20 |
0.18 |
0.12 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
|
FeO |
3.18 |
3.06 |
3.07 |
3.06 |
0.63 |
7.78 |
1.69 |
0.56 |
|
|
Na2O |
0.58 |
0.60 |
0.52 |
0.60 |
1.13 |
0.37 |
1.04 |
1.07 |
|
|
K2O |
15.19 |
14.99 |
14.38 |
14.81 |
15.28 |
14.17 |
13.29 |
13.55 |
|
|
Summe |
97.02 |
96.59 |
97.48 |
97.05 |
|
97.24 |
95.64 |
95.95 |
95.61 |
|
Probe 004-1, verglaste Bereiche im Gestein, helle Bereiche |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gew.% |
0 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
|
SiO2 |
66.97 |
67.25 |
66.76 |
66.40 |
65.16 |
66.11 |
65.29 |
64.94 |
|
Al2O3 |
19.36 |
19.30 |
19.67 |
19.21 |
20.26 |
19.36 |
19.15 |
19.37 |
|
MgO |
0.07 |
0.23 |
0.00 |
0.00 |
0.24 |
0.18 |
0.12 |
0.10 |
|
CaO |
0.65 |
0.46 |
0.76 |
0.81 |
0.63 |
0.36 |
0.63 |
0.75 |
|
MnO |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.10 |
0.09 |
0.00 |
|
FeO |
0.42 |
0.98 |
0.16 |
0.26 |
0.57 |
0.72 |
0.60 |
0.67 |
|
Na2O |
6.43 |
5.80 |
6.58 |
6.52 |
6.56 |
6.48 |
5.01 |
5.73 |
|
K2O |
5.21 |
5.27 |
5.30 |
5.12 |
5.14 |
5.07 |
7.13 |
7.05 |
|
Summe |
99.11 |
99.29 |
99.23 |
98.32 |
98.56 |
98.38 |
98.02 |
98.61 |
|
Sauerstoffbasis 8 für Feldspat: (Na,K)[AlSi3O8] |
|
|||||||
|
Si |
2.995 |
3.001 |
2.984 |
2.994 |
2.940 |
2.983 |
2.980 |
2.957 |
|
Al |
1.020 |
1.015 |
1.036 |
1.021 |
1.077 |
1.030 |
1.030 |
1.040 |
|
Summe |
4.015 |
4.016 |
4.020 |
4.015 |
4.017 |
4.013 |
4.010 |
3.997 |
|
Mg |
0.005 |
0.015 |
0.000 |
0.000 |
0.016 |
0.012 |
0.008 |
0.007 |
|
Ca |
0.031 |
0.022 |
0.036 |
0.039 |
0.030 |
0.017 |
0.031 |
0.037 |
|
Mn |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.000 |
0.004 |
0.003 |
0.000 |
|
Fe |
0.016 |
0.037 |
0.006 |
0.010 |
0.022 |
0.027 |
0.023 |
0.026 |
|
Na |
0.558 |
0.502 |
0.570 |
0.570 |
0.574 |
0.567 |
0.443 |
0.506 |
|
K |
0.239 |
0.300 |
0.302 |
0.295 |
0.296 |
0.292 |
0.415 |
0.410 |
|
Summe |
0.849 |
0.876 |
0.914 |
0.914 |
0.938 |
0.919 |
0.923 |
0.986 |
|
Summe |
4.864 |
4.892 |
4.934 |
4.929 |
4.955 |
4.932 |
4.933 |
4.983 |
|
Probe 004-1, verglaste Bereiche im Gestein, dunkle Bereiche |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gew.% |
0 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
|
SiO2 |
58.60 |
58.58 |
58.85 |
59.63 |
55.61 |
50.71 |
59.67 |
58.15 |
|
TiO2 |
1.24 |
1.29 |
1.05 |
0.90 |
0.00 |
0.00 |
1.02 |
0.20 |
|
Al2O3 |
16.97 |
17.34 |
18.08 |
17.93 |
22.43 |
28.06 |
17.41 |
17.33 |
|
MgO |
2.22 |
1.83 |
2.01 |
1.87 |
1.89 |
3.27 |
1.71 |
1.39 |
|
CaO |
1.80 |
1.67 |
1.60 |
1.61 |
1.33 |
0.62 |
2.18 |
2.18 |
|
MnO |
0.31 |
0.23 |
0.23 |
0.18 |
0.81 |
0.47 |
0.15 |
0.69 |
|
FeO |
10.00 |
9.31 |
8.83 |
7.80 |
7.20 |
6.82 |
6.83 |
7.69 |
|
Na2O |
4.80 |
5.05 |
5.15 |
5.46 |
6.32 |
5.47 |
4.83 |
4.86 |
|
K2O |
2.87 |
2.90 |
3.17 |
2.88 |
2.92 |
3.69 |
4.98 |
4.68 |
|
Summe |
98.81 |
98.20 |
98.97 |
98.26 |
98.51 |
99.11 |
98.78 |
97.17 |
|
004-1 und 004-4 Schmelzklecks, rekristallisierte Feldspatleistchen |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
Gew.% |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-4-B |
004-4-B |
004-4-B |
004-4-B |
|
SiO2 |
53.82 |
54.45 |
52.89 |
58.11 |
59.75 |
57.64 |
58.55 |
|
Al2O3 |
26.71 |
25.98 |
26.84 |
24.93 |
25.38 |
25.27 |
25.46 |
|
MgO |
0.27 |
0.18 |
0.13 |
0.09 |
0.09 |
0.09 |
0.10 |
|
CaO |
10.94 |
10.36 |
11.27 |
7.89 |
7.90 |
8.24 |
8.23 |
|
FeO |
1.67 |
1.60 |
1.57 |
1.04 |
0.99 |
1.07 |
1.00 |
|
Na2O |
4.64 |
5.11 |
4.69 |
6.69 |
7.16 |
6.66 |
7.07 |
|
K2O |
0.19 |
0.22 |
0.18 |
0.12 |
0.12 |
0.16 |
0.10 |
|
Summe |
98.24 |
97.90 |
97.57 |
98.87 |
101.39 |
99.13 |
100.51 |
|
Feldspatformel auf der Sauerstoffbasis 8 |
|
||||||
|
Si |
2.489 |
2.523 |
2.467 |
2.637 |
2.643 |
2.615 |
2.619 |
|
Al |
1.456 |
1.419 |
1.475 |
1.333 |
1.324 |
1.351 |
1.343 |
|
Summe |
3.945 |
3.942 |
3.942 |
3.970 |
3.967 |
3.966 |
3.962 |
|
Mg |
0.019 |
0.013 |
0.009 |
0.006 |
0.006 |
0.006 |
0.007 |
|
Ca |
0.542 |
0.514 |
0.563 |
0.384 |
0.374 |
0.400 |
0.394 |
|
Fe |
0.064 |
0.062 |
0.061 |
0.040 |
0.037 |
0.041 |
0.037 |
|
Na |
0.416 |
0.460 |
0.425 |
0.588 |
0.615 |
0.586 |
0.613 |
|
K |
0.011 |
0.013 |
0.011 |
0.007 |
0.007 |
0.009 |
0.006 |
|
Summe |
1.052 |
1.062 |
1.069 |
1.025 |
1.039 |
1.042 |
1.057 |
|
Summe |
4.997 |
5.004 |
5.011 |
4.995 |
5.006 |
5.008 |
5.019 |
|
004-1 Schmelzklecks, Magnetit |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|||||||
|
Gew.% |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
004-1 |
|
SiO2 |
0.20 |
0.09 |
0.12 |
0.15 |
0.16 |
0.17 |
0.18 |
0.10 |
|
TiO2 |
10.66 |
10.42 |
4.57 |
10.77 |
9.72 |
12.00 |
14.22 |
14.70 |
|
Al2O3 |
2.39 |
1.95 |
3.47 |
3.41 |
1.92 |
1.71 |
2.61 |
1.87 |
|
Cr2O3 |
0.71 |
0.23 |
0.11 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
Fe2O3 |
55.94 |
58.98 |
64.68 |
55.20 |
58.68 | |||