admin, Autor bei ERNSTSON CLAUDIN IMPAKTSTRUKTUREN - METEORITENKRATER

Impakt-Spallation: in der Natur und im Experiment:

Spallation (aus dem Englischen eingedeutscht) ist ein wohlbekannter Prozeß in der Bruchmechanik wie auch bei der Impakt-Kraterbildung, und sie ist von vielen Forschern theoretisch und experimentell untersucht worden. Leider ist wenig bekannt, daß Spallation auch in der Natur als real existierendes geologisches Phänomen beobachtet werden kann, und zwar in Impaktstrukturen und ihrer Umgebung. Dieses neue BILD DER WOCHE zeigt bereits bekannte Spallationsmerkmale in Konglomeraten, die um die Azuara/Rubielos de la Cérida-Impaktstrukturen herum anstehen. Für Azuara und Rubielos de la Cérida steht mittlerweile fest, daß sie Teil einer 120 km langen Impakt-Kraterkette in Spanien sind (siehe Ernstson, K., Claudin, F., Schüssler, U. & Hradil, K. (2002): The mid-Tertiary Azuara and Rubielos de la Cérida paired impact structures (Spain). – Treb. Mus. Geol. Barcelona, 11, 5-65 – Vollständigen Artikel hier KLICKEN; und Ernstson, K., Schüssler, U., Claudin, F. & Ernstson, T. (2003): An Impact Crater Chain in Northern Spain. – Meteorite, 9/3, 35-39 – Artikel hier KLICKEN). Wir zeigen ferner bemerkenswerte Spallationsbrüche, die wir erst kürzlich in Ejekta (Pelarda-Formation) dieser Kraterkette entdeckt haben.Spallation tritt auf, wenn ein Schockimpuls auf eine freie Oberfläche oder eine Grenzfläche triftt, hinter der das Material eine geringere Impedanz (= Produkt aus Dichte und Schallgeschwindigkeit) besitzt. Hier wird der Druckimpuls als Zugimpuls reflektiert, was wegen der auftretenden Zugspannungen zu offenen Rissen und/oder zu einem Abplatzen führen kann.

Bemerkenswerte und unübersehbare Spallationseffekte kennen wir aus autochthonen geschockten Buntsandstein-Konglomeraten, die um die Azuara/Rubielos de la Cérida-Impaktstrukturen herum anstehen. Einzelheiten zu diesen geologischen Spallationsmerkmalen sind in Ernstson, K., Rampino, M.R., and Hiltl, M. (2001): Cratered cobbles in Triassic Buntsandstein conglomerates in northeastern Spain: An indicator of shock deformation in the vicinity of large impacts. Geology, 29, 11-14 beschrieben, können aber auch unter https://www.impaktstrukturen.de/spain/schock-deformationen-in-trias-konglomeraten-buntsandstein-in-spanien/ gefunden werden.

Bild A. Subparallele offene Spallationsbrüche in einem geschockten Quarzit-Geröll aus Buntsandstein-Konglomeraten

Bild B. Spallationskrater in einem geschockten Quarzit-Geröll aus Buntsandstein-Konglomeraten

Bild C. Schock-Experiment an einem künstlichen „Konglomerat“.

Bild D

Bild E

Bilder D, E. Konkave Spallation-Bruchflächen in Quarzitblöcken aus der Pelarda-Formation

Die Bilder A und B zeigen typische schock-produzierte Spallationsstrukturen in diesen Quarzitgeröllen aus dem Buntsandstein: subparallele offenen Spallationsbrüche (Bild A) „Impakt-Spallation: in der Natur und im Experiment:“ weiterlesen

An Impact Crater Chain in Northern Spain:

So heißt der Titel eines Artikels, der in METEORITE, The International Quarterly of Meteorites and Meteorite Science, erschienen ist. Für die Leser von METEORITE (aber auch für andere) zeigen wir die SW-Abbildungen des Artikels hier original in Farbe.	Fig. 1. Location map for the Azuara – Rubielos de la Cérida impact crater chain (frame in Fig. 2) and suspected impact locations (A, B, C).
Fig. 2. The topography of the Azuara/Rubielos de la Cérida crater chain (from the digital map of Spain, 1 : 250,000; provided by Manuel Cabedo).	Fig. 3. Photomicrograph of strongly shocked quartz from the Rubielos de la Cérida basin.
Fig. 4. Part of the central uplift chain emerging from the Rubielos de la Cérida impact basin.
Fig. 5. The crater rim in the southern part of the impact chain.	Fig. 6. Megabreccia and polished friction plane in the southern part of the central-uplift chain.
Fig. 7. Impact breccia (suevite) exposed in the southern part of the central-uplift chain.	Fig. 8. Probable impact ejecta near Peñacerrada (location B in Fig. 1).

Ries-Impaktstruktur: Bunte Breccie über Malm-Kalksteinen mit großer Schliffläche

Der 15 Mill. Jahre alte Ries-Krater mit einem Durchmesser von 26 km gehört zu den wenigen großen irdischen Impaktstrukturen, die eine gut erhaltene Decke aus Auswurfmassen besitzen. Der Name der „Bunte Breccie“ genannten Ejekta leitet sich aus dem lebhaften Farbspektrum von intensiv miteinander vermengten Breccienkomponenten aus grünen, dunkelgrauen, violetten, roten und gelblichen Tonen, weißen Kalksteinen, Sandsteinen unterschiedlichster Farbe, Gesteinen des kristallinen Grundgebirges und sogar organischem Material (Holzkohle; vermutlich aus lokalem Material bei der Landung untergemischt). Die Bunte Breccie spiegelt den Hauptanteil des aus dem Krater ausgeräumten Material wider und stellt mehr als 90 % der Ejekta außerhalb der Kraterrandes dar.
A	B
Bild A zeigt das typische Aussehen der Bunten Breccie im Steinbruch Gundelsheim, der etwa 20 km vom Kraterzentrum entfernt liegt. In diesem Steinbruch wird die Bunte Breccie als Abraum nach und nach beseitigt, um Malmkalkblöcke abbauen zu können. Dabei werden eindrucksvolle Schlifflächen freigelegt (Bild B), die bei der ballistischen Landung der Bunte Breccie-Ejekta den kompetenten Malm-Kalksteinen aufgeprägt wurden. Ähnliche Schliffe findet man um den ganzen Krater herum, und eine statistische Auswertung ihrer Streichrichtungen zeigt, daß sie radial vom Kraterzentrum nach außen weisen. (Mehr zur Rolle des ballistischen Auswurfs steht bei Hörz, F.(1982) Ejecta of the Ries Crater, Germany. – Geol. Soc. Am. Special Paper 190, 39-55.)

Azuara-Impaktstruktur (Spanien): Anzeichen einer Schock-Verflüssigung kompetenter Kalksteine

Schock-Verflüssigung Azuara-Impakt Spanien Bild A: Fragmentierte Kieselknolle in Muschelkalk-Kalkstein

Azuara Impakt Spanien Schock-Verflüssigung Bild B: Fließlinien aus weißen Kieselsplittern.

Nahe der Ortschaft Monforte de Moyuela am SSW-Rand der Azuara Struktur zeigen in Kalksteine des Muschelkalk eingebettete Kieselknollen sehr auffällige Deformationen. Die Knollen sind intensiv zerbrochen mit Fragmenten bis hinunter zu Millimetergröße und teilweise pulverisiert (Bild A). Von diesen „zermahlenen“ Knollen erstrecken sich Fließlinien aus winzigen Kieselsplittern in den Kalkstein, wie es Bild B und – zur Verdeutlichung – die Zeichnung in Bild C zeigen. Die Fläche, die derart mit diesen Fließlinien durchsetzt ist, hat die Größe von einigen 100 m². Eine statistische Aufnahme der Streichrichtungen der Fließlinien ergibt ein ausgeprägtes Maximum in Richtung auf das Zentrum der Impaktstruktur (Bild D).

Schockverflüssigung Silexknollen in Muschelkalk
Bild C: Fließgefüge von Muschelkalk und Kieselmaterial (schematisch).

Schockverflüssigung Kieselknollen Azuara
Bild D: Der Mittelpunkt der Streichrichtungsrose für die Fließlinien ist gleichzeitig die Aufschlusslokalität bei Monforte de Moyuela.

Ein diagenetischer Ursprung dieses eigenartigen Gefüges kann mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Nach unserer Ansicht handelt es sich um eine kurzzeitige Schockdeformation mit Zerbrechen und einer Art Verflüssigung des Muschelkalk-Kalksteines und der eingeschlossenen Kieselknollen. Dabei mag ein Zusammenhang mit der sogenannten akustischen Verflüssigung (acoustic fluidization) gegeben sein, wie sie von H. J. Melosh (1989, Impact Cratering. A Geologic Process) als möglicher Mechanismus beim Kraterkollaps in der Modifikationsphase angesehen wird.

Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur (Spanien) : interne Schliffflächen in Impakt-Megabreccien

Bild A zeigt Teil einer ausgedehnten Megabreccie im Bereich des südlichen Zentralberges der Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur. Innerhalb einer chaotischen Anhäufung von Kalksteinblöcken und -fragmenten hat sich lokal eine große Schlifffläche mit ausgeprägter Striemung und Spiegelpolitur gebildet. Hammerlänge 40 cm. Eine Beziehung zu irgendwelchen tektonischen Strukturen gibt es nicht. Es wird angenommen, daß diese besondere Deformation unter extrem hohem Druck bei der Entwicklung des Zentralberges (Modifikationsphase der Kraterbildung) entstand.

Ähnliche interne Schliffflächen werden vielfach in den stark brecciierten Bereichen der Rubielos de la Cérida-Struktur beobachtet. Bild B zeigt eine Fläche mit Spiegelpolitur in einer völlig vergriesten Kalksteinscholle innerhalb der Megabreccie von Barrachina.

AZUARA-IMPAKTSTRUKTUR (SPANIEN) GEKRÜMMTE KLUFTSCHAREN: ANZEICHEN FÜR IMPAKT-INDUZIERTE BRUCHBILDUNG

Die Typlokalität für das bemerkenswerte Kluftmuster (Bilder A, B) fand H. Müller im Rahmen der Kartierungen zu seiner Diplomarbeit im südwestlichen Ringareal der Azuara-Impaktstruktur (UTM 684500/4555400; nahe Moneva), grob 15 km vom Zentrum entfernt. Der Aufschluß besteht aus fossilreichen, stark beanspruchten Dogger-Kalksteinen. Das zur Diskussion stehende Kluftmuster fällt sofort durch die ausgeprägte Krümmung der Klüfte auf.. Offensichtlich sind zwei konjugierte Scharen ausgebildet, die ein System mit einheitlichem Streichen bilden. Das System ist etwa symmetrisch zur Vertikalen ausgebildet und zerlegt das Gestein in annähernd rhombische Blöcke. Vielfach führt das zu einer Rhomboid-in-Rhomboid-Struktur. Geringe Versätze im Zentimeterbereich mit Striemung in Fallrichtung können beobachtet werden.
A	B
Im Zuge weiterer Geländeaufnahmen wurden noch mehr dieser Kluftscharen mit ganz ähnlicher Ausbildung im Ringbereich der Azuara-Struktur gefunden. Anders als bei den Scharen im Bild A, sind die Krümmungen der Kluftscharen im Bild C (südlich von Belchite) entgegengesetzt konvex, und Bild D (bei Almonacid de la Cuba) zeigt das Phänomen in kleinerem Maßstab bei unregelmäßigerer Struktur.
C	D
	Im Bild E sind die bisher bearbeiteten Vorkommen mit den eingemessenen Streichrichtungen eingezeichnet. Obwohl statistisch nicht besonders gut belegt, erkennt man einen Trend zu radialem Streichen in Bezug auf das Zentrum der Impakt-Struktur.
Diskussion. – Im Gegensatz zu wohlbekannten rhomboiden Strukturen in Verbindung mit linearen Kluftsystemen, sind stark gekrümmte konjugierte Kluftscharen mit Rhomboid-in-Rhomboid-Gefüge in der Strukturgeologie ganz offensichtlich unbekannt. In einer Proceedings-Publikation, pp. 257-263 (Bild F), zeigen Müller und Ernstson, daß Beziehungen zu listrischen Verwerfungen sowie eine Bildung durch sedimentäre und diagenetische Prozesse ausgeschlossen werden können. In der Publikation schlagen sie das Modell einer dynamischen Bildung mit der Modulation laufender Brüche während des Impaktprozesses vor. Nach diesem Modell überlagert sich in der Exkavationphase das Bewegungsfeld der schock-initiierten Gesteinsbewegung mit dem wachsenden Impuls der Entlastungswellen. Daraus resultiert ein zeitlich veränderliches Spannungsfeld, was zur Folge hat, daß fortschreitende Brüche auf gekrümmten Bahnen geführt werden können. Einen solchen Prozeß kennt man sehr gut aus der experimentellen Bruchmechanik: Durch eine Modulation laufender Brüche mit Ultraschall-Wellen kann man wellige Bruchflächen in Glas oder anderen Materialien erzeugen.In der Veröffentlichung berechnen und zeigen wir, daß im frühen Stadium des Kraterbildungsprozesses (Exkavation) während einer kurzen Zeit und in bestimmten Bereichen sich genau die Bedingungen für die Bildung gekrümmter konjugierter Kluftscharen einstellen können.Dieses Model ist nicht nur verträglich mit den Geländebeobachtungen in der Azuara-Struktur (radiales Streichen in Bezug auf das Impaktzentrum, konvexe und konkave Krümmung, unterschiedliche Krümmungsradien, Rhomboid-in-Rhomboid-Gefüge), sondern es verlangt auch, daß Systeme mit gekrümmten Kluftscharen zum normalen strukturellen Inventar von Impakt-Kratern gehören sollten.

Azuara-Impaktstruktur (Spanien), Impaktstruktur Nördlinger Ries (Deutschland): Impakt als geologischer Prozeß

Einige Kilometer außerhalb des nördlichen Ringes der Azuara-Impaktstruktur ragen bei Belchite eine Handvoll großer isolierter Schollen jurassischer Kalksteine aus den jungtertiären Post-Impakt-Sedimenten des Ebro-Beckens hervor. In diesen Schollen sind mehrere Steinbrüche angelegt. Sie gewähren einen lehrreichen Einblick in die drastischen Deformationen, die riesige Gesteinsvolumina beim Impakt erfahren haben.
A	B
Bild A zeigt einen Ausschnitt eines großen Steinbruches (UTM-Koordinaten 0687000, 4583000), wobei die sichtbare Länge grob 300 m beträgt. Die Kalksteine sind durch und durch zertrümmert, und es hat sich eine mehr oder weniger durchhaltende Brekzie mit Vergriesung und Mörteltextur gebildet (siehe die Bilder B bis E).	C
D	E
Vergleichbare drastische und durchhaltende Zertrümmerungen (Bilder F und G) sind in einem weiteren Steinbruch in einer anderen Scholle (UTM-Koordinaten 0683000, 4583000) aufgeschlossen.
F	G
H und I Impaktstruktur Nördlinger Ries; Steinbruch Iggenhausen
H	I
Anmerkungen: Das Gebiet der Azuara-Struktur und die jurassischen Kalksteine haben die alpidische Gebirgsbildung mit Faltung und Bruchtektonik erlebt, aber wir weisen ausdrücklich darauf hin, dass diese durchgehenden gewaltigen Zertrümmerungen über hunderte von Metern unmöglich mit einer alpidischen Tektonik zusammenhängen können. Der einzige Prozess, der vernünftigerweise für dieses eindrucksvolle geologische Szenario in Frage kommt, ist ein Impakt durch einen extraterrestrischen Körper. Es überrascht deshalb nicht, wenn Deformationen genau dieser Art sehr gut vom Ries-Krater (Nördlinger Ries) bekannt sind. Sie treten in riesigen allochthonen Schollen auf, die aus diesem 25 km messenden Krater ausgeworfen wurden (Bilder H, J; Steinbruch Iggenhausen).Wir schlagen vor, dass die Geologen von der Universität Zaragoza und vom Zentrum für Astrobiologie (Madrid), die den Azuara-Impakt immer noch vehement bekriegen, einmal diese eindrucksvollen Aufschlüsse besuchen. Da sie gerne Azuara mit dem Ries vergleichen (siehe ihre Publikation in MAPS, über die mehr auf der Seite „Die Kontroverse“ zu lesen ist), werden sie eine Menge Anschauungsmaterial vorfinden.Ein weiterer Punkt ist noch wichtig. Wie bereits gesagt, ist ein Impakt der einzig in Frage kommende geologische Prozess, der diese ungeheuren und voluminösen Zertrümmerungen erklären kann. Mit anderen Worten: Um Azuara als eine Impaktstruktur zu definieren, bedarf es gar nicht der in vielen polymikten Brekzien nachgewiesenen Schockeffekte (siehe dazu weiter unten in Impakt-Highlights und unter https://www.impaktstrukturen.de/spain/die-azuara-impaktstruktur/schockmetamorphose/). Die hier beschriebenen Aufschlüsse sind als gleichermaßen aussagekräftige Beweise einzustufen. Gewöhnlich ist es so, dass eine Impaktstruktur als solche anerkannt wird, wenn man Effekte einer Stoßwellenmetamorphose nachweisen kann. Dabei wird vernünftigerweise argumentiert, dass keine endogenen Prozesse bekannt sind, bei denen sich z.B. diaplektisches Glas bildet oder sich planare Deformationsstrukturen (PDFs) in Quarz entwickeln. Ganz genauso argumentieren wir, dass keine endogenen geologischen Prozesse bekannt sind, die auf diese katastrophale Weise die jurassischen Kalksteine bei Belchite zerstört haben. Deshalb sollten sich Geologen ihrer Kompetenz bewusst sein, in manchen Fällen aufgrund reiner Geländebefunde die Impaktnatur einer bestimmten Struktur zu beweisen. Es scheint höchste Zeit, die ziemlich beschränkte Sichtweise einiger Impaktforscher aufzugeben, nach der allein TEM-Analysen von PDF oder geochemisch nachgewiesene Spuren des Projektils den letzten Beweis für einen Impakt liefern.

Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur (Spanien): Impakt-Schmelzglas vom Zentralberg

A	B
Das in den Bildern A und B (Bildbreite in B 14 mm) gezeigte Glas überzieht einen Sandstein, der im Zentralberg der Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur ansteht. Das Glas ist durchsichtig bis milchig trüb bei grünlicher bis weißlicher Farbe. Im Dünnschliff (C, D (xx Nicols) – Bildbreite 6 mm) zeigt sich der Sandstein extrem beansprucht. Man beobachtet kataklastisches Fließgefüge, das in das Glas übergeht. Die Quarzkörner sind in höchstem Maße zerbrochen; vielfach treten multiple Scharen planarer Deformationsstrukturen (PDFs) sowie planarer Brüche (PFs) auf.
C	D
Interpretation: Trotz der beobachteten Schockeffekte hat sich das Glas wahrscheinlich nicht als Schockschmelze gebildet. Wir denken stattdessen an eine Reibungsschmelze (Pseudotachylit), die sich durch extreme dynamische Metamorphose während des Impaktprozesses (in der Exkavationsphase oder – wahrscheinlicher – in der Modifikationsphase im Zuge der Entstehung des Zentralberges) gebildet hat. Für eine Homogenisierung dieses Schmelzglases waren vermutlich mehr als 2000 °C nötig (David Griscom; pers. Mitt.).Den Ort dieses spektakulären Aufschlusses wollen wir vorerst nicht bekannt geben, um ihn nicht einer Zerstörung durch Mineralien-/Gesteinssammler auszusetzen.

Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur, Spanien: am Kraterboden

Diese bemerkenswerte Falte ist in einem Bereich ausgedehnter Megabrekziierung in der Nähe des Dorfes Barrachina in der Rubielos de la Cérida-Impaktstruktur aufgeschlossen. Die Falte wird von einer kompetenten, allerdings extrem brekziierten Bank alttertiärer Kalksteine nachgezeichnet. Der Kern der Falte ist ein Brei nahezu pulverisierter Karbonatgesteine ohne jegliche interne Struktur. Allein einige Kalksteinfragmente haben sich erhalten.

Interpretation: Es wird angenommen, daß sich der Aufschluß am Kraterboden oder in seiner Nähe befindet

(mehr dazu unter:

Fieldguide – Stages of Crater

Fieldguide – Stop 7

rubielos,

wo im Zuge der Kraterbildung (Exkavations- und Modifikationsphase) die Bewegung gewaltiger Gesteinsmassen zur Bildung der Megabrekzie führte, die heute durch die Erosion freigelegt ist. Die Falte kann dadurch entstanden sein, daß extrem brekziiertes Material in einem hochenergetischen Prozeß nach oben gepreßt wurde. Ein tektonischer Ursprung dieser eigenartigen Falte ist kaum nachzuvollziehen. Nach Ansicht örtlicher Geologen (von der Universität Zaragoza und dem Zentrum für Astrobiologie, Madrid) hat sich die Megabrekzie als Folge einer Gipslösung durch Kollaps gebildet, was hier nicht weiter kommentiert werden soll.

Azuara-Impaktstruktur (Spanien) – Ries-Impaktstruktur (Deutschland)

Kurz nach dem Impakt … A
Der Aufschluß im Bild A (Detailansichten in B, C) ist durch die Konstruktion eines Bewässerungskanals bei der Ortschaft Blesa, etwa 14 km vom Zentrum der Azuara-Impaktstruktur entfernt, entstanden.
B Der Kanal durchschneidet stark zerbrochene und brecciierte Kalkstein-Megablöcke des Lias in einem scharfen und steilstehenden Kontakt mit gutgeschichteten tertiären Sanden. Nahe der Kontakte schwimmen auseinandergebrochene Kalksteinblöcke in den Sanden. Die Sande sind hauptsächlich aus Calcit- und Quarzkörnern zusammengesetzt; untergeordnet treten verwitterte Glaspartikel auf. Im Dünnschliff (D; paralleles Licht, Bildbreite 1 cm) zeigen sich die Quarzkörner meist als sehr scharfkantig, was auf Zerbrechen und kurzen Transport weist.	C D Viele Quarzkörner zeigen Schockmetamorphismus in Form multipler Scharen planarer Brüche (planar fractures, PFs) und planarer Deformationsstrukturen (planar deformation features, PDFs).
Interpretation: Der bemerkenswerte Kontakt zwischen den Sanden und den überhängenden, stark brecciierten Gesteinen dokumentiert einen plötzlich einsetzenden, kurzzeitigen Ablagerungsprozeß. Andernfalls hätten die z.T. frei überhängenden, stark brecciierten Flanken der Kalksteinblöcke einen merklichen Zeitraum nicht überlebt; und Verwerfungen können grundsätzlich ausgeschlossen werden. Wir nehmen daher an, daß der Aufschluß die allererste Phase der Sedimentation am Kraterboden unmittelbar nach dem Impakt widerspiegelt. In mancherlei Hinsicht kann diese sandige Einheit mit der sogenannten „Gradierten Einheit“ aus der Ries-Impaktstruktur (Deutschland) verglichen werden. Man hat diese Einheit als 17 m langen Kernabschnitt in der Forschungsbohrung Nördlingen 1973 angetroffen. Sie folgt unmittelbar dem Becken-Suevit mit aquatisch abgelagerten Sedimenten im Hangenden, und man betrachtet sie als das Ergebnis eines einphasigen Sedimentationsprozesses. Als Entstehung kommen ein Rückfall aus ausgeworfenem Material, aber auch Suspensionsströme in Wasser oder Dampf in Frage. Beide Deutungen stellen mögliche Erklärungen für den Ursprung der sandigen Einheit im Bewässerungskanal von Blesa dar, die gegenwärtig genauer untersucht wird.