PDFs sind planare Deformationsstrukturen in Mineralen (von besonderer Bedeutung in Quarz) in Form von engabständigen optisch isotropen Lamellen, die kristallgraphischen Richtungen folgen (Abb. 1). Sie können mit Flüssigkeits- oder Mineraleinschlüssen dekoriert sein.
Abb.1. Planare Deformationsstrukturen in Quarz; Ries-Impaktstruktur (Nördlinger Ries). Dünnschliffaufnahme, xx Polarisatoren; Aufnahmebreite 460 µm.
Gemäß dem gegenwärtigen Kenntnisstand können PDFs nicht in endogenen geologischen Prozessen entstehen. Deswegen spielt das Auftreten von PDFs eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, den Impaktcharakter einer Struktur zu dokumentieren. Und hier ist ein Problem. In der Vergangenheit ist wiederholt behauptet worden, daß PDFs gerade bzw. plan sein müssen und gebogene Deformationslamellen einen tektonischen oder anderen nicht-impaktbezogenen Ursprung hätten, und wir verweisen z.B. auf einen Artikel von Reimold, W.U. & Koeberl, C. (2000): Critical Comment on: A.J. Mory et al. ‚Woodleigh, Carnavon Basin, Western Australia: A New 120 km Diameter Impact Structure. Earth Planet. Sci. Let., v. 184, pp. 353-357). In diesem Artikel liest man: „However, ‚planar‘ and ‚locally curved‘ represent a contradiction. There are several papers in the literature (e.g. [2,3]) that demonstrate that non-planar lamellae are not shock-diagnostic evidence.“ [„Jedoch, ‚planar‘ und ‚örtlich gekrümmt‘ sind ein Widerspruch in sich. Es gibt mehrere Artikel in der Literatur (z.B. [2,3]), die zeigen, daß nicht-planare Lamellen nicht schockdiagnostisch sind.“]
Was sind die Fakten? Im allgemeinen sind PDFs in Quarz tatsächlich plan und parallel (Abb.1) gemäß den kristallographischen Ebenen in einem nicht deformierten Kristallgitter. Aber es ist auch sehr wohl bekannt, daß Quarzkristalle plastisch deformiert werden können, was zu einer Verformung des Gitters führt. Im Dünnschliff kann man solche Deformationen sehr leicht an einer undulösen Auslöschung sehen, wenn man den Tisch des Polarisationsmikroskops rotiert. Offensichtlich sind die kristallographischen „Ebenen“ im Kristall nicht mehr eben.
Was geschieht nun, wenn eine Schockwelle auf ein bereits plastisch verformtes Quarzkorn trifft, um darin PDFs zu erzeugen? Wir meinen, daß die PDFs gemäß der Definition dem verformten Gitter folgen. Die Konsequenz: Sie müssen gebogen sein.
Was geschieht, wenn eine Schockwelle auf ein undeformiertes Quarzkorn trifft, darin schöne ebene und parallele PDFs erzeugt, und wenn dieses Quarzkorn anschließend plastisch verformt wird? Gemäß den Kritikern gebogener PDFs wird zwar auch das Gitter verformt, was zu undulöser Auslöschung führt, aber die PDFs müßten dabei natürlich plan bleiben. Da die PDFs nun aber nicht mehr den kristallographischen Flächen des Gitters folgen, sind diese PDFs keine PDFs. Alles klar soweit? Wir sehen die Dinge allerdings etwas einfacher und prognostizieren gebogene PDFs als Ausdruck des verbogenen Kristallgitters.
Da ein Impakt ein tektonisch bereits überprägtes Gebiet betreffen kann, dürfen gebogene PDFs in zuvor (also vor dem Schock) plastisch deformierten Quarzen nicht überraschen. Andererseits können gebogene PDFs dann erwartet werden, wenn nach dem Schock im weiter ablaufenden Kraterbildungsprozess (Exkavations- und Modifikationsstadium) plastische Verformungen der Quarze auftreten und sogar wahrscheinlich sind. Und wenn dann eine spätere tektonische Überprägung hinzukommt, kann es weitere PDF-Verbiegungen geben.
Abb. 2. Zwei Scharen leicht gebogener PDFs in Quarz. Dünnschliffaufnahme, xx Polarisatoren; Aufnahmebreite ca. 1,5 mm. – Geschocktes Quarzitgeröll vom Krater 004 im Verbreitungsgebiet des Chiemgau-Impaktes (siehe www.chiemgau-impakt.de).
Wir folgern und betonen (was wir seit vielen Jahren getan haben), daß gebogene PDFs (Abb. 2) zum Schock-Inventar von Impaktstrukturen gehören und daß sie sogar diagnostisch sein können, wenn die Krümmungen mit einer undulösen Auslöschung einhergehen und so eine kristallographische Orientierung beweisen. In Abb. 3 zeigen wir eine Folge von Dünnschliffaufnahmen (xx Polarisatoren) bei der Rotation des Mikroskoptisches, und man erkennt sehr deutlich, wie die Krümmung der PDFs mit der wandernden, undulösen Auslöschung korrespondiert.
Abb. 3. Gebogene PDFs korrespondieren mit der undulösen Auslöschung eines Quarzkorns. Dünnschliffaufnahmen bei stufenweiser Drehung des Mikroskoptisches. Dasselbe Quarzitgeröll wie in Abb.2.
Im März und April 2000 führte Dr. Ann Therriault (Geological Survey of Canadaund Mitarbeiterin von Dr. R.A.F. Grieve) eine sehr gründliche PDF-Analyse an Proben sedimentärer Gesteine aus der Azuara-Impaktstruktur in Spanien durch. Sie untersuchte Quarze aus einer stark geschockten Komponente einer polymikten Gangbreccie und aus Komponenten von Auswurfmassen (Pelarda-Fm.-Ejekta). Von den 48 gemessenen Scharen von PDFs waren 9.3 % basale PDFs, 40.7 % folgten ω, 12.9 % π, 12.9 % ζ, 7.4 % r,z, und untergeordnet fanden sich s, c und m PDFs. Und zu diesen PDFs konstatierte Dr. Therriault in ihrem Bericht ausdrücklich „… many curved PDFs!!“ (viele gebogene PDFs!!) (siehe dazu Abb. 4; das PDF-Histogramm der Analyse findet man hier: https://www.impaktstrukturen.de/spain/die-azuara-impaktstruktur/schockmetamorphose/
Abb. 4. Scharen gebogener PDFs in Quarz; Quarzit-Gerölle aus den Ejekta der Azuara-Impaktstruktur (Pelarda-Fm.) in Spanien.
Wir möchten hinzufügen, daß sich mittlerweile auch andere Impaktforscher mit besonderen Post-Schock-Prozessen in Impaktgesteinen beschäftigen, und wir verweisen insbesondere auf einen Abstract-Artikel (LPSC XXXV, 2004) (http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2004/pdf/1730.pdf) über die Charlevoix-Impaktstruktur. In Abb.1 dieses Artikels werden wunderbar gebogene PDFs parallel zur Basis {0001} gezeigt (wiedergegeben in unserer Abb. 5), und wir zitieren aus dem Text: „Bent planar deformation features (PDFs) can reflect the continuous bending of the crystal lattice (Fig. 1).“ [„Gebogene planare Deformationsstrukturen (PDFs) können die kontinuierliche Verbiegung des Kristallgitters widerspiegeln (Abb.1).“
Abb. 5. Gebogene planare Deformationsstrukturen (PDFs) in Quarz aus der Charlevoix-Impaktstruktur (aus Trepmann & Spray 2004).