Magnetische Eigenschaften und Mikrogefüge von geschockten Mineralen und deren Auswirkungen auf die magnetischen Anomalien der Ries, Vredefort und Manicouagan Impaktstrukturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei der Bildung großer Impaktstrukturen sind die Target-Gesteine hohen Spannungen, Verformungsraten und Temperaturen ausgesetzt, die die Minerale in ihnen dauerhaft verändern. Diese Schockeffekte wirken sich auf die magnetischen Eigenschaften ferrimagnetischer Minerale aus, wodurch die Impaktstrukturen magnetische Anomalien ausbilden. Unser Projekt kombinierte Kompetenzen in Petrographie und Magnetismus, um zu entschlüsseln, wie die Bedingungen die Target-Gesteine prägen, wobei der Schwerpunkt auf Fe-Ti-Oxide gelegt wurde. Drei Impaktstrukturen wurden untersucht: Ries (Deutschland), Vredefort (Südafrika) und Manicouagan (Kanada). 1) Die schmelzfreien lithischen Brekzien und der überlagernde Suevite der Ries-Impakstruktur zeigen eindeutige Unterschiede in den magnetischen Eigenschaften und der Schockgeschichte. Ein dreistufiges Modell erklärt die thermische und strukturelle Bildung der Impaktejekta. In Grundgebirgsklasten deuten kristallografische Beziehungen von Ilmenitkörnern mit Schaumgefüge auf eine Rücktransformation von Schockdrücken >16 GPa hin. Fe-Ti-Oxide helfen, die lokalen Spannungen, Temperaturen und Sauerstofffugazitäten abzuschätzen. 2) Die Vredefort-Impaktstruktur weist zwei negative magnetische Anomalien auf: eine im Zentrum, in dem Grundgebirgsgneise aufgeschlossen sind, und eine in den umgebenden Metasedimentgesteinen des sogenannten collars. In den Gneisen fanden wir zwei Magnetitpopulationen – eine, die vor dem Einschlag und eine, die durch den Einschlag entstanden ist. Wir schließen daraus, dass die durch den Einschlag verursachte Fragmentierung die Remanenz der bereits vorhandenen Magnetite erhöhte und der neu gebildete Magnetit die remanente Magnetisierung des Wirtsgesteins weiter verstärkte. Beides trug zu den stark negativen Anomalien des Zentrums der Impaktstruktur bei. Durch die Messung von Profilen mit einem auf einem Mountainbike montierten fluxgate-Magnetometer lokalisierten wir die Gesteine, die für die negativen Anomalien der collar-Region verantwortlich sind: 10-100 m mächtige gebänderte Eisenformationen (BIFs). Sowohl die negativen magnetischen Anomalien in der collar-Region als auch im Zentrum des Kraters entstanden direkt bei der Kraterbildung. Die Gesteine befanden sich ursprünglich bei Bedingungen oberhalb der Curie-Temperatur von Magnetit (580°C), bis sie bei der Kraterbildung schnell gehoben wurden, wodurch der Magnetit abkühlte und eine thermische Remanenz im 2-Ga-Feld entwickelte. 3) Untersuchungen von Bohrkernen, die Grundgebirgsgesteine der Manicouagan Impaktstruktur beproben, zeigt, dass die magnetischsten Gesteine hydrothermal umgewandelte Granate mit Magnetit Einschlüssen und die von Magnetit umgeben sind, enthalten. Wir vermuten, dass der Magnetit durch die Einwirkung heißer Fluide gebildet wurde, die zusammen mit differenzierten Impaktschmelzen die auffällige positive Anomalie erzeugt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ilmenite and magnetite microfabrics in shocked gneisses from the Vredefort impact structure, South Africa. Contributions to Mineralogy and Petrology, 177(9).
Dellefant, Fabian; Trepmann, Claudia A.; Gilder, Stuart A.; Sleptsova, Iuliia V.; Kaliwoda, Melanie & Weiss, Benjamin P.
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Emplacement of shocked basement clasts during crater excavation in the Ries impact structure. International Journal of Earth Sciences, 113(4), 951-971.
Dellefant, Fabian; Seybold, Lina; Trepmann, Claudia A.; Gilder, Stuart A.; Sleptsova, Iuliia V.; Hölzl, Stefan & Kaliwoda, Melanie
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Ilmenite phase transformations in suevite from the Ries impact structure (Germany) record evolution in pressure, temperature, and oxygen fugacity conditions. American Mineralogist, 109(6), 1005-1023.
Dellefant, Fabian; Trepmann, Claudia A.; Schmahl, Wolfang W.; Gilder, Stuart A.; Sleptsova, Iuliia V. & Kaliwoda, Melanie
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Thermal and Structural History of Impact Ejecta Deposits, Ries Impact Structure, Germany. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129(1).
Sleptsova, Iuliia V.; Gilder, Stuart A.; Dellefant, Fabian; Trepmann, Claudia A.; Ahanin, Nastaran & Pohl, Jean
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Origin of the intensely negative magnetic anomalies in Witwatersrand strata, Vredefort impact structure, South Africa. Geophysical Journal International, 243(1).
Sleptsova, Iuliia V.; Gilder, Stuart A.; Le Goff, Maxime; Dellefant, Fabian; Trepmann, Claudia A.; Lhuillier, Florian & Webb, Susan J.
