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Schweremessungen (Gravimetrie) auf dem 2017 erschienenen Blatt 7229 Bissingen der Geologischen Karte von Bayern 1 : 25 000 (Bayerisches Landesamt für Umwelt LfU)

Kord Ernstson, Nov. 2019

Zusammenfassung:  Im Rahmen eines Projektes zur Untergrunderkundung wurden im Nördlinger Ries in der südlichen Zone des Gürtels aus Auswurfmassen auf einer Fläche von rund 20 km² Schweremessungen (Gravimetrie) durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war die Erfassung der Ablagerungsstruktur der Bunten Trümmermassen/Bunten Brekzie im Raum Bissingen. Ergebnis ist der Nachweis einer großen muldenartigen Struktur mächtiger Ejekta-Füllung , die mit einem enormen „secondary cratering“ oder einem kleineren begleitenden „primary cratering“ erklärt wird. Zur selben Zeit der Schweremessungen fanden Geländearbeiten des Bayerischen Landesamtes für Umwelt (LfU) für die neue geologische Karte Blatt Bissingen statt, die jüngst mit Erläuterungen im Druck erschienen ist. Obgleich dem kartierenden Geologen vom LfU die bemerkenswerten Resultate der Gravimetrie bekannt waren und diese auch gemeinsam diskutiert wurden, findet sich in den Erläuterungen zu Blatt Bissingen kein Wort darüber. Der Wert der an sich sehr guten Geländeaufnahme der Karte wird zudem geschmälert durch eigenartige, erfundene und durch nichts belegte strukturelle Impakt-Konstrukte unter den verhüllenden Bunten Trümmermassen, was der Ries-Geologie und der Ries-Forschung generell einen Bärendienst erweist

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1 Einführung

Das Nördlinger Ries (oder der Ries-Krater) muss an dieser Stelle nicht weiter beschrieben werden (obgleich es ehrwürdige Professoren der Geologie/Paläontologie in Deutschland gibt, die bis auf den heutigen Tag noch nie in dieser geologischen Ausnahme-Struktur waren). Der Verf. ist wissenschaftlich sozusagen mit dem Ries groß geworden. Seiner Diplomarbeit mit Arbeiten im Krater folgte 1972 eine erste Publikation in einer wissenschaftlichen Zeitschrift, der 1974 die Dissertation mit einem Ries-Thema folgte. In der Zwischenzeit fand 1973 die bekannte ca. 1200 m-Tiefbohrung im Inneren der Struktur statt, an der der Verf. begleitend und mit Auswertungen und Publikationen beteiligt war. Später in der Lehre folgten Geländemessungen in Studenten-Praktika und über viele Jahre regelmäßige geologische Exkursionen zu den „spannendsten“ geologischen Aufschlüssen.

Das wird hier vorangestellt, weil das Ries, später dann sozusagen vor der Haustür, die weiteren wissenschaftlichen Arbeiten des Verf. zu Impaktstrukturen in Frankreich, Spanien, Türkei/Griechenland aber auch im Schwester/Bruder-Krater des Steinheimer Beckens und in dem seit einiger Zeit etablierten Chiemgau-Impaktstreufeld (Ernstson et. al 2010, Rappenglück et al 2018), begleitete und neue Publikationen über das Ries sorgfältig zur Kenntnis genommen wurden.

Deshalb wurden die Geländearbeiten von D. Jung vom Bayerischen Landesamt für Umwelt (LfU) zur Erstellung der neuen geologischen Karte  1: 25 000 Blatt Bissingen im Bereich der Ries-Auswurfmassen mit großer Neugier zur Kenntnis genommen, zumal zur selben Zeit die Schweremessungen des Verf. mitten auf Blatt Bissingen stattfanden, und die Freude war zunächst groß, als das Blatt dann vor zwei Jahren im Druck erschienen war. Hier berichtet der Verf. über dieses Gravimetrie-Projekt und nutzt dies, um auf spezielle Ries-bezogene „Eigentümlichkeiten“ der Erläuterungen zur Karte von D. Jung einzugehen.

2 Die Gravimetrie im Raum Bissingen

Im folgenden wird es eine relativ kurze Zusammenstellung der Messungen und ihrer Resultate geben und vorausgesetzt, dass der Leser mit den Grundzügen dieses wichtigen geophysikalischen Verfahrens einigermaßen vertraut ist. Grundlage dafür, dass die Gravimetrie bestens geeignet ist, die Mächtigkeit der Bunten Trümmermassen/Bunten Brekzie zu ermitteln, ist ein anzunehmender erheblicher Dichteunterschied zwischen den Auswurfmassen und dem Autochthon des Malm vorwiegend in Kalkstein- und Dolomit-Fazies, was die Messungen dann eindrucksvoll bestätigt haben.

Abb. 1 zeigt zur Orientierung einen Ausschnitt der geologischen Übersichtskarte des Rieses, in die der Blattrahmen der geologischen Karte Bissingen markiert ist und in der der Pfeil auf das Untersuchungsareal der Gravimetrie weist.

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Abb. 1 . Ausschnitt der geologischen Übersichtkarte des Ries-Kraters mit der Lage des Untersuchungsgebietes (Pfeil) im Kartenblatt 7229 Bissingen der geologischen Karte von Bayern 1 :  25 000 in der Zone der Auswurfmassen des Impaktes. Quelle: früheres Bayer. Geol. LA.

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Abb. 2. Karte der gemessenen Gravimeterstationen.

Die mehr als 200 gravimetrischen Messpunkte sind in die Karte in Abb. 2 eingetragen mit einer zentralen stärkeren Konzentration und größeren randliche Abständen, um regionale Schwereänderungen beurteilen zu können.

Die Auswertung erfolgte mit den bekannten üblichen Reduktionen der Messwerte, was in der Konstruktion der BOUGUER-Schwerekarte in Abb. 3 resultierte. Unübersehbar ist ein in diesem Ausmaß nicht erwartetes muldenartiges Schwereminimum, das in einer 3D-Darstellung der Schwerefläche besonders zum Ausdruck kommt und eine merkliche Strukturierung zeigt

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Abb. 3. BOUGUER-Schwerekarte mit Gravimeter-Stationen und Profilstrecke für Modellierung.

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Abb. 4. BOUGUER-Schwerekarte in einer Pseudo-3D-Darstellung. Sie vermittelt ein stark ausgeprägtes Relief der geologischen Untergrundstrukturen. Blickrichtung NE.

Eine erste einleuchtende qualitative Interpretation sagt sofort, dass in diesem Bereich die Mächtigkeit der Trümmermassen geringer Dichte besonders groß sein muss. Wieviel das ist, liefern einfache Modellierungen für ein Schwereprofil, das in die BOUGUER-Karte der Abb. 3 eingetragen ist.

Das Ergebnis einer 2,5D-Modellierung bringt die Abb.5 mit einem zunächst sehr einfachen Modell für eine Grenzfläche zwischen zwei Dichte-Körpern, die den Trümmermassen und dem liegenden Autochthon zugeordnet werden. Als Dichtedifferenz wurde für die Modellierung -0,25 g/cm³ angenommen, was nicht völlig falsch sein dürfte und mit bekannten Dichten der beteiligten lithologischen Einheiten korrespondiert. Geringere Dichtedifferenzen führen bei der Modellierung zu größeren, stärkere Dichteunterschiede zu reduzierten Mächtigkeiten der Trümmermassen.

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Abb. 5. Schwereprofil für die Strecke in Abb. 3 und 2.5D-Modellierung der Basis Ries-Trümmermassen gegen autochthonen Malm.

Für eine pauschalere Betrachtungsweise verwendet die Modellierung in Abb. 6 das stark geglättete Schwereprofil der Abb.3 mit einer entsprechenden einfacheren Modellierung und einem zugehörigen einfachen gro0en muldenförmigen Störkörper. Hier lässt sich am einfachsten „plakativ“ ablesen, dass die Mächtigkeit der Auswurfmassen bei der als vernünftig angenommenem Dichtedifferenz zwischen 150 m und 200 m betragen dürfte, aber bei etwas geringeren Dichtdifferenzen auch bis zu 200 m erreichen könnte, und das bei einer NW-SE-Schüsselweite  von ganz grob 5 km.

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Abb. 6. Pauschale 2,5D-Modellrechnung für das stark tiefpass-gefilterte Profil der Abb. 5.

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Abb. 7. Variierte Modellierung vom Schwereprofil 2 in Abb. 5. Dichtedifferenzen in g/cm³.

Nimmt man außer der pauschalen glatten Schüssel-Anomalie auch das unruhige überlagernde Schwere-Relief ins Visier, so kann eine detailliertere Modellierung auch zu einer Anpassung zwischen Messung und Berechnung kommen, wenn, wie in Abb. 7 vermittelt, die Schwereunruhe zwanglos durch in die Bunte Brekzie einschalteten größere Fremdschollen aus Malm-Kalksteinen nachgebildet wird.

3 Zusammenfassung der Schweremessungen und ihrer Ergebnisse – impakt-relevante Interpretation

Das zunächst überraschende Ergebnis ist die unerwartet hohe Mächtigkeit der Auswurfmassen, die eine kilometergroße schüsselförmige Einmuldung je nach Dichtedifferenz von bis zu 200 m füllen könnten. Von Bohrungen ist eine solche durchbohrte Mächtigkeit nicht bekannt, die im Mittel zwischen 30 und 50 m beträgt, gelegentlich über 100 m groß werden kann und in der Bohrung Monheim 140 m erreichte (Birzer 1969). Dass solche Mächtigkeiten aber andernorts vorkommen können, haben seismische und geoelektrische Messungen im Vorries gezeigt, die von damaligen Bayerischen Landesamt für Geologie durchgeführt wurden und partiell auch auf bis zu 200 m mächtige Auswurfmassen gekommen sind (Bader & Schmidt-Kaler 1977). Empirische Umrechnungen der dort gemessenen seismischen Geschwindigkeiten in Dichten vom Malm und von der Bunten Brekzie nach der sog. Gardner-Gleichung ergeben Werte, die sich für die hier gemachten Modellierungen als vernünftig erweisen. Die Frage, die sich anschließt, lautet: Wie ist die Hohlform entstanden? Eine sich auf derart kurzer Strecke von NW derart plötzlich eintiefende prä-riesische Erosionsrinnen, die auch keinen  echten Abfluss hat, dürfte ausscheiden. Es bleibt die Erklärung, dass Eintiefung und anschließende Auffüllung beim Ries-Ereignis selbst entstanden. Ein Erklärungsmodell ist das sogenannte „ballistic erosion“ und  „secondary cratering“ (Oberbeck 1975, Morrison & Oberbeck 1978), und aus der Arbeit Hörz (1982), die die Bohrungen westlich von Bissingen beschreibt, lässt sich (übersetzt) zitieren: „Die Ablagerungen [der Bunten Breccie] verhüllen nicht das präexistente Relief und zeichnen es nicht nach, wie man früher geglaubt hat (Hüttner 1969). Stattdessen haben sie das Relief erheblich modifiziert, und zwar in vertikalen Maßstäben der Größenordnung von 50 – 100 m durch das „secondary cratering“ und die nachfolgenden turbulenten Trümmerwogen (debris surge)„. Um einen solchen, offenbar noch tiefer reichenden „sekundären Krater“, der durch die ballistische Erosion der mit extremer Geschwindigkeit von über 500 m/s landenden Trümmermassen (Hörz 1982) ausgeschürft wurde, dürfte es sich im Fall Bissingen handeln. Die in der Gravimetrie sichtbaren Apophysen können dann den sekundären erodierenden „debris surges“ zugeordnet werden, insbesondere die sich nach Südwesten öffnende Eintiefung als Reaktion auf den von Norden kommenden „sekundären Einschlag“. Nicht völlig auszuschließen und bisher für die Riesumgebung nicht erörtert, ist ein direkter Einschlag eines zuvor vom Haupt-Einschlagkörper abgetrennten kleinen Projektils, das bei einem Durchmesser der Größenordnung 100-200 m einen eigenständigen Bissinger Krater erzeugt hat, der unmittelbar darauf von den aus dem Hauptkrater stammenden Trümmermassen aufgefüllt wurde. Das könnte die rundliche Form vielleicht besser erklären.

4 Die Geologische Kartierung Blatt Bissingen

Zur Kartierung von D. Jung muss ohne Umschweife gesagt werden, dass die Karte einen ganz hervorragen Eindruck macht und von einer sehr gründlichen, fast peniblen Aufnahme über das gesamte Blatt zeugt. Sie vermittelt, dass sich Jung offensichtlich sehr gut in der Jura-Stratigraphie auskennt, was sich in der Indizierung der unübersehbar vielen Fremdschollen aus Malmkalk dokumentiert (Beispiel-Ausschnitt Abb. 9).

Viel mehr ist zu dieser überzeugenden Leistung nicht zu sagen, die auch neue Überlegungen zum Ries-Auswurfvorgang initiieren könnte, wenn der – so muss es hier gesagt werden – unsägliche Profilschnitt unter der Karte und die in den Erläuterungen gebrachten Ausführungen zur strukturellen Interpretation, insbesondere seine Abb. 17, nicht wären.

Was zu bemängeln ist, soll an dem vereinfachten Profilabschnitt der Abb. 8 erläutert werden. Das Geofantasie-Dilemma von Jung beginnt im Jahr 1957, als das Ries noch ein Vulkan war. Damals hat Schalk (1957) im Steinbruch südsüdöstlich von Burgmagerbein (siehe Abb. 9) die Grenze „Weißjura Gamma/Delta)“ bei ca. 430 m NHN ermittelt, was Jung dann in eine Tiefe der Malm/Dogger Grenze bei diesem Steinbruch zu 300 m NHN umrechnet, derselbe Wert, den Jung auch für die Bohrung Forheim, immerhin ca. 12 km entfernt, nach Schmidt-Kaler (1994) zitiert.

Dass in einem Areal, das nur ein paar 100 m entfernt übersät ist mit gleichgroßen und gleichartig unregelmäßig geformten allochthonen Fremdschollen (Abb. 9), plötzlich ein rundum durch Verwerfungen gegen den autochthonen Malm abgegrenzter kleiner Malmblock um 140 m am Autochthon und auf der Ries-abgewandten Seite fahrstuhlartig hochgeschrammt sein soll, dürfte aus der geologischen Märchenstunde kommen.  Die einfachste Lösung: Auch der stratigraphisch-datierte isolierte Block ist nicht mit dem Fahrstuhl 140 m nach oben gekommen sondern mit den Ries-Ejekta wie alle anderen direkt benachbarten Fremdschollen aus dem Krater selbst geschleudert worden.

Auch wenn wir das der Freiheit der geologischen Kartier-Interpretation von Jung durchgehen lassen, beginnt damit erst recht eine Geofantasie. Aus diesem einzigen (!) kleinen Befund aus dem Jahr 1957 konstruiert Jung ein Riesereignis-Strukturgebäude, das in vereinfachter Form in Abb. 10 nachgezeichnet wurde. Zwar mit Fragezeichen versehen, entsteht aus einer einzigen fragwürdigen Punkt-Interpretation ein strukturelles System aus Gräben und Horsten, die unter einer Überdeckung aus bis zu mehr als 100 m Bunter Brekzie (Abb. 10, Abb. 8) noch nie jemand verifiziert hat. Verblüffend auch die in Abb. 8, 10 eingezeichnete Horststruktur, die nach der erbohrten Dogger/Malm Grenze 9 m abgesenkt (!) gegen die angrenzende Grabenstruktur (Bohrdaten Abb. 10) liegen soll.

Vermutete tektonische Strukturen (Verwerfungen) gehören gemeinhin in das Inventar geologischer Karten, wenn es begründete Geländebefunde in Verlängerung kartierter Störungen oder lokal geringmächtig überdeckte, sonst aber nachgewiesene stratigraphische Versätze gibt. Aber hier, bei Bissingen, gibt es solche Befunde nicht, und auch die gestrichelt in Abb. 8 und 10 eingetragenen Gräben und Horst besitzen nicht den Hauch einer Ahnung solcher Störungen.

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Abb. 8. Abgeänderter und vereinfachter Profil-Abschnitt aus der geologischen Karte Blatt Bissingen.

In den Erläuterungen zur geologischen Karte rechtfertigt Jung diese Konstruktion mit dem Verweis auf 1912 (!) durchgeführte sprengtechnische Experimente in Ostsee-Sanddünen zum seinerzeit vulkanischen (!) Krater durch Kranz (1912) mit entstandenen Blockzerlegungen, mit theoretisch-statistischen mathematischen Modellen aus den Jahren 1964 und 1965 einzig zu Geländehöhen (Johnson et al. 1964, Johnson 1965) und mit Forderungen von Preuss (1969) nach der Existenz von „radialen Zerreißungen und konzentrischen Sprüngen“ gemäß eines Vergleichs mit Mondkratern. Auch eine von Hüttner (1977) vermutete Heraushebung des südlichen Kraterrandes, ähnlich einer solchen Kraterand-Hebung beim Haughton-Krater in Kanada und einem „rim uplift“ bei Mond und Marskratern, rechtfertigt nicht in Ansätzen die von Jung gezeichneten Horst-Graben-Struktur, von der Jung selbst behauptet, dass sie Teil eines Störungssystems ist, das den gesamten Rieskrater umgibt aber nirgends identifiziert werden kann.

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Abb. 9. Abgeänderter und vereinfachter Ausschnitt aus der Geologischen Karte 1 : 25 000 Blatt Bissingen.

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Abb. 10. Stark vereinfachte Nachzeichnung der Abb. 17 in den Erläuterungen von Jung.

Die Frage stellt sich, warum Jung dieses nie gesehene und allenfalls aus Analogieschlüssen dorthin konstruierte Graben-Horst-System platziert (Abb. 8), das in der Karte selbst ja auch überhaupt nicht in Erscheinung tritt.

Der Lösung des Rätsels kommt man vielleicht näher im Kapitel 10 Geophysik der Erläuterungen, wenn auf S. 89 geoelektrische Profile im Kesseltal zwischen Bissingen und dem 2 km entfernten Göllingen erwähnt werden und Zahlen zu den spezifischen Widerstanden der gemessenen Lithologien genannt werden, wobei Werte über 1000 Ohm*m auf autochthone Malm-Massenkalke zurückgeführt werden. Wenn man jetzt erwarten würde, dass Ergebnisse der Geoelektrik zu den Lagerungen der geologischen Einheiten, vielleicht mit einigen Profilschnitten, gebracht werden, wird man enttäuscht. Stattdessen rätselhaft wiederum die Anmerkungen von Jung zum „auffällig abrupten Aussetzen der Weißjura-Oberfläche an mehreren Stellen“; und: „Hier scheint die Bunte Breccie bis in größere Tiefen zu reichen. Es handelt sich um Strukturen, die auf das bereits erwähnte konzentrische Störungssystem im Vorries zurückzuführen sind. Dadurch erfolgte eine Blockzerlegung des Weißjura, wobei einzelnen Weißjura-Aufragungen durch Grabenstrukturen („Horst-Graben-Strukturen“) voneinander getrennt sind. Die Gräben sind mit Bunter Breccie verfüllt.“

Was für Jung auffällig abrupt ist, (offenbar nach der Geoelektrik, deren Ergebnisse man nicht sieht), sollte die Kante eine der vielen Weißjura-Fremdschollen in der Bunten Brekzie sein, die dort nach der Gravimetrie noch ziemlich mächtig sein dürfte. Und wie soll das „Hier“ interpretiert werden, wenn nicht am Ort des abrupt aussetzenden Malm? Und woraus ist dann zu schließen, dass hier an der Grenze die Trümmermassen bis in größere Tiefen reichen. Wenn das aus der Geoelektrik kommt, sollte genau das hier zu lesen sein, was nicht der Fall ist. Der Aufwand für eine Geoelektrik, um in diesen Tiefenbereich zu kommen, wäre auch ganz enorm.

Also ist das Spekulation, möglicherweise mit Methode, was uns zur Abb. 8 mit dem Profilabschnitt der geologischen Karte führt. Dort wächst bei Bissingen die Mächtigkeit der Trümmermassen muldenförmig auf weit über 100 m an, wofür Jung aber keinen Beleg anführt. Eigenartigerweise ist hier aber nach der Gravimetrie auch eine große Einmuldung mit einer mächtigen Füllung aus Bunten Trümmermassen (siehe oben). Diese Gravimetrie, die und deren Ergebnisse Jung kennt, werden hier aber verschwiegen, und in einem Umkehrschluss konstruiert Jung seine völlig unbewiesene Mulde, um indirekt sein Horst-Graben-System, das ebenfalls völlig unbewiesen ist, zu konstruieren.

Hier soll ergänzt werden, dass am Anfang zum Kapitel 3.2.3 Ries-Auswurfmassen der Erläuterungen von Jung der Untertitel erscheint „Mächtigkeit: bis über 200 m“. Wo auf seinem Blatt Bissingen diese genannte Mächtigkeit angetroffen wurde, sucht der Leser vergebens. Kurioserweise ist das eine Zahl, die gut zur Gravimetrie bei Bissingen passen würde, die Jung verschweigt.

5 Zusammenfassende Schlussfolgerungen

Aus einem zufälligen Zusammentreffen einer Gravimetrie-Kampagne in der südlichen Zone der Ries-Impakt-Ejekta auf dem geologischen Kartenblatt Bissingen mit den Kartierarbeiten des Bayerischen Landesamtes für Umwelt (LfU) auf genau diesem Kartenblatt, das mittlerweile im Druck erschienen ist, ergibt sich eine Konstellation mit zwei ganz unterschiedlichen Aspekten. Für die Riesforschung sind sie nicht ganz unerheblich.

Die Messungen der Gravimetrie im Raum Bissingen ergeben, nicht unbedingt erwartet, eine relativ isolierte, muldenartige Untergrundstruktur im autochthonen Weißjura, die mit Bunten Trümmermassen bis zu 200 m Mächtigkeit gefüllt sein kann (abhängig von den gewählten Dichteunterschieden). Das ist eine ganz erhebliche Mächtigkeit, die schwerlich mit einer beim Impakt aufgefüllten präriesischen Erosionsstruktur erklärt werden kann. Hier angeführte Deutungsmöglichkeiten betrachten das Modell des sogenannten „secondary cratering“ als das Ergebnis eines gewaltigen Ausschürfens des Autochthons der mit extremer Energie landenden Ejekta. Als zweite Möglichkeit wird auch ein „primary cratering“ erwogen, womit gemeint ist, dass neben dem Haupteinschlag des Ries-Kraters bei der Annäherung vom Projektil eine vorher abgetrennte kleinere Masse des Impaktors einen eigenständigen kleineren Krater erzeugt hat, der dann mit den Hauptauswurfmassen gefüllt wurde.

Diese für die Ries-Forschung nicht uninteressanten Resultate werden vom LfU verschwiegen, obgleich dem kartierenden Geologen D. Jung die Gravimetrie-Messungen und deren Resultate mit der großen Muldenstruktur auf „seinem“ Kartenblatt  sehr wohl bekannt waren und mit dem Verf. diskutiert wurden.

Was das LfU hier praktiziert, ist fern jeglicher wissenschaftlichen Seriosität, was umso betrüblicher ist, als die Kartierung von D. Jung als ganz hervorragend charakterisiert werden muss, und es wäre klug gewesen, hätte er in den Erläuterungen zur Karte keine geologischen und impaktbezogenen Fantasie-Gebäude ohne wissenschaftliche Substanz errichtet. Und an die Adresse des LfU: Wenn in einer offiziellen Publikation des Amtes über 100 Jahre alte Experimente in Ostsee-Dünensanden zur vulkanischen Ries-Entstehung als Modell für den Ries-Impakt herangezogen werden, kann das nur als peinlich bezeichnet werden.