Impaktexperimente mit synthetischen Konglomeraten
Um mehr zu erfahren, was bei Impakt-Deformationen in Konglomeraten geschieht, wurden von uns Schockexperimente konzipiert und am Ernst-Mach-Institut in Freiburg durchgeführt (M. Hiltl). In einer einstufigen Pulverkanone wurden C45-Stahl-Projektile in Form von Kegelstümpfen beschleunigt, und als synthetische Konglomerate dienten jeweils zwei Quarzkugeln aus Bergkristall (14 mm), die in eine Epoxy-Matrix eingegossen wurden.
Nach dem Schuß (Nr.4): eine Hälfte der durch die Mittelpunkte der beiden Quarzkugeln gesägten Probe.
Insgesamt wurden fünf Schüsse durchgeführt mit Impakt-Geschwindigkeiten zwischen 25 und 115 m/s, was Aufschlagdrücken zwischen 0.55 und 2.5 GPa entspricht. Die aufgefangenen Proben wurden durch die Mittelpunkte der beiden Kugeln in zwei Hälften gesägt und Dünnschliffe jeweils in der Schnittebene hergestellt. Aus der Analyse der zersägten Proben und der Dünnschliffe resultieren die nachfolgenden Zeichnungen mit den wichtigsten Merkmalen der Schüsse 1 und 4.
Schuß 1 (36 m/s; 0.8 GPa) führte zum Verlust des oberen Teils der direkt beschossenen Kugel. In der unteren Hälfte der Kugel haben sich zwei Bruchscharen entwickelt, die etwa senkrecht aufeinander stehen. Die zuerst entstandene Schar verläuft parallel zur Impakt-Richtung, während die zweite Schar mit offenen Brüchen senkrecht zum Impakt orientiert ist. Nahe der Achse der oberen Kugel erkennen wir eine scharf definierte Zone sehr starker Deformationen. Sie ist gekennzeichnet durch planare Brüche (Spaltbarkeit) und eine Mikrobrecciierung bis in den submikroskopischen Bereich. Die untere Kugel wurde deutlich weniger deformiert. Aber ein einziger Impakt genügte offenbar, um mindestens fünf Spallationsbrüche an der Oberfläche der nicht einmal direkt getroffenen Quarzkugel zu erzeugen.
Die Kugeln vom Schuß 4 (53 m/s; 1.2 GPa) sind nahezu vollständig erhalten, obgleich in ihrem Innern starke Zerstörungen auftreten. Überraschenderweise ist aber die unmittelbar vom Projektil getroffene Zone weitgehend unbeschädigt. Dort hat sich ein kegelsstumpf-förmiger Körper durch Spallation abgelöst; in einem Ringraum ist das Material verschwunden. Eine ähnliche Struktur hat sich im Kontaktbereich zur unteren Kugel gebildet. Extreme Zerstörungen treten lokal im Inneren auf. In einer trichterförmigen (Y-förmig in 2D) Zone ist der Quarz mikrobrecciiert, hat stark reduzierten Brechungsindex und zeigt multiple Scharen planarer Brüche (Spaltbarkeit) sowie Mosaizismus. Kleine isotrope Flecken von diaplektischem Quarz (ungefähr 100 µm groß) werden beobachtet, desgleichen wenige schwache Spuren von planaren Deformationsstrukturen (PDF). Darüber hinaus hat sich ein Bruchsystem herausgebildet, wie es für den Schuß 1 erörtert wurde.
Oben: Dünnschliff-Aufnahme von einer Quarzkugel aus den Impakt-Experimenten (Schuß 2; xx Nicols; Bildweite 7 mm). Unten: Dünnschliff-Aufnahme vom Bereich unter einem Krater eines natürlich impaktierten Buntsandstein-Gerölls (ungekreuzte Nicols; Bildweite 15 mm). Man beachte die sehr ähnlichen Bruchmuster, insbesondere die trichterförmigen (Y-förmig in 2D) Zonen starker Zerstörung. Bemerkenswert in der Quarzkugel ist auch die weitgehend unbeschädigte Zone unmittelbar unter dem Aufschlagpunkt. Sie erinnert fraglos an die Zentralberg-Morphologie der Geröllkrater.