Fachbereich VI: Geographie und Geowissenschaften Studiengang: Angewandte Umweltwissenschaften
Diplomarbeit Thema:
A n alys al yse e ei n es m ögli gl i che ch en M eteo teor i ten ten i mpak mpak ts i m Be B er ei ch der Pri Pr i ms (Nal (N alb bach ach , Saarl ar l an d) Erstprüfer: Prof. Dr. Jean-Frank Wagner
Dipl.-Geologe. Friedwalt Weber Zweitprüfer: Dr. rer. nat. Dipl.-Geologe.
Eingereicht am 14.02.2014 Vorgelegt von: Nico Berger Neuhäuselerstraße 74, 66386 St. Ingbert-Hassel
Erklärung zur Diplomarbeit
Hiermit erkläre ich, dass ich die Diplomarbeit selbstständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und die aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken als solche kenntlich gemacht habe. Die Diplomarbeit habe ich bisher keinem anderen Prüfungsamt in gleicher oder vergleichbarer vergleichbarer Form vorgelegt. Sie wurde bisher auch nicht veröffentlich.
_____________________ _____________________
_____________________ _____________________
Ort, Datum
Unterschrift
Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung ........................................................................................... 1 2. meteoritische meteoritische Einschläge (Impakte)............................................... 2 3. Untersuchungsgebiet Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen)............................... 4 4. Material und Methoden .................................................................. 8
4.1 Beschreibung der Proben .................. ............................ ................... ................... ................... ................... ................... ............. 8 4.2 Beschreibung der angewendeten Methoden ......................... ................................... ................... ............. 19 4.2.1 Rasterelektronenmikroskop (REM) .......................................... ................................................................. ................................ ......... 19 4.2.2 Röntgendiffraktometrie (XRD) .............................. ..................................................... ............................................. ............................ ...... 21 4.2.3 Elementaranalyzer (Kohlenstoff und Schwefel) ......................................... ....................................................... .............. 24 3.2.4 Glühverlust (Loss of ignition) ....................................... ............................................................. ........................................... ..................... 25 4.2.5 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) ....................... ............................................. ............................................. ......................... .. 25 4.2.6 Dünnschliffe ............................................ .................................................................. ............................................ ........................................... ..................... 28
5. Ergebnisse ....................................................................................... 29
5.1 Rasterelektronenmikroskop...... Rasterelektronenmikroskop............... ................... ................... ................... ................... .................. ................... .......... 29 5.2 Röntgendiffraktometer ................... ............................ ................... ................... ................... ................... ................... ............. ... 33 5.3 Glühverlust ................................................................................................. 36 5.4 Kohlenstoff- und Schwefelanalysator .......... .................... ................... ................... ................... ................. ........ 38 5.5 Atomabsorptionsspektrometer .................. ........................... ................... ................... ................... .................... ............ 40 5.6 Dünnschliffe ............................................................................................... 44 5.6.1 Schockeffekte in Dünnschliffen .................................................... .......................................................................... ............................ ...... 44
5.6.1.1 Diaplektisches Glas ......................................................................................... ....................................................................................................... .............. 45 5.6.1.2 Ballenstrukturen ............................................................................................................ ............................................................................................................ 49 5.6.1.3 planare Brüche(PFs, planar fractures) ........................................................................... 54 5.6.1.4 planare Deformationsstrukturen Deformationsstrukturen (PDFs, planar deformation features)........................ 57 5.6.1.5 unregelmäßige Brüche im Quarz .......................................................... ................................................................................... ......................... 60 5.6.1.6 Spallation ............................................................ ....................................................................................................................... ........................................................... 62 5.6.1.7 Knickbänderung in Glimmern .............................................................. ....................................................................................... ......................... 65 5.6.2 Gläser...................................................... ............................................................................ ............................................ ........................................... ..................... 71
5.6.2.1 Gläser vom Fundort ................................................................... ....................................................................................................... .................................... 71 5.6.2.2 Referenzglas Industrie ................................................................................................... ................................................................................................... 77
6. Diskussion und Schlussfolgerungen Schlussfolgerungen ............................................. 79 7. Fazit und Ausblick ......................................................................... 83 8. Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis .................................................................. 84 9. Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis ....................................................................... 86 10. Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis .................................................................... 86 11. Anhang .......................................................................................... 89
1.Einleitung
1.Einleitung Als der Hobbyarchäologe Werner Müller aus Nalbach bei Geländebegehungen Geländebegehungen im Jahre 2009 auf zahlreiche grünlich-bläulich-blauschwarze Glasbruchstücke stieß, konnte er dieses Material nicht mit den regionalen Gegebenheiten Gegebenheiten in Einklang Einklang bringen. bringen. Sein erster Verdacht Verdacht fiel auf römisch-keltische Glasherstellung, doch der partiell erhebliche Magnetismus sowie Glasfunde mit größeren metallischen rostfreien Einschlüssen ließen eine anthropogene Bildung fraglich erscheinen. Daraufhin erwog W. Müller die Möglichkeit einer extraterrestrischen Herkunft der Gläser, kontaktierte verschiedene Institute (Hamburg, Heidelberg) und verschickte Probenmaterial, das von den zuständigen Wissenschaftlern ohne jede Analyse als menschliches Produkt eingestuft wurde. Unzufrieden mit dieser Einschätzung führte W. Müller weitere gründliche Geländeuntersuchungen durch und fand dabei mehr fremdartiges Materials, darunter deformierte Gesteine, die Anzeichen extremer Temperatureinwirkungen aufwiesen. Archäologische Bezüge sowie geologische Prozesse, z.B. Regional- oder Kontaktmetamorphose, schienen mehr als fraglich (Müller, 2011). Kontakte zu den Geologen M. Schmieder und E. Buchner von der Universität Stuttgart führten zum ersten Mal zu detaillierteren Analysen, mit denen Ballen-Cristobalit und Ballenquarze als deutlicher Hinweis auf Schockeffekte sowie ein beachtlicher Nickelgehalt (bis zu > 10%) in den metallischen Einschlüssen der schwarzen und blauen Gläser nachgewiesen wurde (Buchner et al. 2011). Ein Vergleich der Gläser von W. Müller mit Impaktgläsern von den Wabar-Meteoritenkratern in Saudi-Arabien erbrachte überraschende Ähnlichkeiten (Schmieder et al., 2011). Grundsätzlich hielten (Buchner et al., 2011) und (Schmieder et al., 2011) ein meteoritisches Impaktereignis für möglich und angesichts fehlender Impaktkrater einen Airburst, also ein explosionsartiges Auseinanderbrechen eines Himmelskörpers (Asteroid, Komet) in der Atmosphäre, als Ursache der Schmelzgläser für denkbar. In der Folge gerieten die Stuttgarter Untersuchungen ins Stocken; gleichzeitig stieß W. Müller auf Publikationen zu einem jungen, holozänen Impaktereignis im Chiemgau (Ernstson et al, 2010) mit verblüffend ähnlichen Funden und Befunden, was zu einer gemeinsamen Bearbeitung des Primstal-Materials Primstal-Materials mit Prof. Ernstson führte (Müller, 2011; Müller, 2012). Die vorliegende Arbeit baut auf diesem Kenntnisstand auf und versucht, über bisher noch unterbliebene geochemische Untersuchungen und Dünnschliff-Analysen einen Beitrag zur grundsätzlichen Frage zu liefern, ob sich die Vorstellungen zu einem kosmischen Ereignis mit 1|Seite
2. meteoritische Einschläge (Impakte)
einem Impakt im Raum Nalbach/Primstal erhärten lassen. Wichtige Aspekte dabei sind die Einordnung der Funde in den regionalen geologischen Rahmen und insbesondere die Frage der Verwechslung mit anthropogenem Material, zum Beispiel mit Gläsern der Industrie, eine Frage, die sich angesichts der weit zurückreichenden zurückreichenden Besiedlung sowie eines weit verbreiteten Verhüttungswesens Verhüttungswesens und einer intensiven Glasproduktion in der Region aufdrängt.
2. meteoritische Einschläge (Impakte) Ein Meteoritenimpakt beschreibt ein Ereignis, bei dem ein Himmelskörper (Impaktor) auf die Oberfläche von Planeten oder ihrer Monde mit sehr hoher Geschwindigkeit aufschlägt. Die ursprüngliche kinetische Energie des herabstürzenden kosmischen Projektils wandelt sich beim Aufprall fast augenblicklich in mechanische mechanische und thermische Energie von Schockwellen um, die zu extremen Drücken (bis in den Bereich von Megabar) und, bei Druckentlastung, zu extremen Temperaturen (bis zu 10 000 Grad und mehr) im Projektil und im Untergrund führen. Als Folge der Schockausbreitung verdampft das Projektil mehr oder weniger vollständig. Dasselbe geschieht in Form einer gewaltigen Explosion mit einem vergleichbar großen Volumen des Untergrundes, an das sich bei abnehmender Schockintensität eine Zone des Gesteinsschmelzens Gesteinsschmelzens und bei noch weiter abnehmender Intensität nur noch Zertrümmerung (Brekziierung) anschließen. Mit dem Fortschreiten der sich halbkugelförmig in den Untergrund ausbreitenden Schockfront, werden die betroffenen geschmolzenen und zertrümmerten Gesteine nach unten und seitwärts beschleunigt, was im Zusammenwirken Zusammenwirken mit an der Erdoberfläche reflektierten Entlastungswellen zu einem wachsenden Krater mit Ringwall und sich daran anschließendem Schleier aus Auswurfmassen (Ejekta) führt. An diese Phase der Exkavation schließt sich eine Modifikationsphase an, in der sehr große Krater kollabieren und im Zuge einer weitgehenden Wiederauffüllung Zentralberge und innere Ringe bilden können. können. Kleinere Krater verbleiben verbleiben dagegen schüsselförmig. schüsselförmig. Im Zuge der Kraterbildung hinterlassen die Schockwellen in Gesteinen und Mineralen charakteristische Veränderungen Veränderungen (Schockeffekte, Schockmetamorphose), Schockmetamorphose), die diagnostisch für einen
meteoritischen
Einschlag
sein
können.
Dazu
gehören
z.B.
planare
Deformationsstrukturen Deformationsstrukturen (PDFs, planar deformation features) in Quarz und anderen Mineralen (10 – 25 25 GPa=Gigapascal) sowie diaplektische Glasphasen (30 – 50 GPa). In neuerer Zeit werden auch multiple Scharen planarer Brüche (PFs, planar fractures , Spaltbarkeit) in Quarz als ein Impakt belegendes Merkmal angesehen (French & Koeberl, 2010, S. S . 134). Typisch bei einem Impakt und als Folge des Schocks, aber nicht zwingend diagnostisch, entstehen 2|Seite
2. meteoritische Einschläge (Impakte)
Mineral-Hochdruckmodifikationen (z.B. die SiO 2-Polymorphe Coesit 3 GPa und Shishovit 7 GPa), unregelmäßige Brüche in Quarz, Knickbänder in Glimmern und Spallationsbrüche. Auf der Erde kennen wir mittlerweile grob 200 solcher Impaktereignisse, wobei manche Krater aufgrund von Erosions- und Verwitterungsabläufen schon völlig überprägt sind. Einer der bekanntesten Einschläge vollzog sich vor rund 65 Millionen (Mio.) Jahren auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko und und schuf eine heute nur durch Bohrungen Bohrungen und Geophysik Geophysik in großer Tiefe erschlossene Impaktstruktur mit einem Durchmesser von etwa 200 km. Die Auswirkungen dieses Impaktes am Übergang von der Kreide zum Tertiär werden heute noch kontrovers diskutiert. Den vom Umfang her größten nachgewiesenen Krater verzeichnet jedoch der afrikanische Kontinent in Form des 2-3,4 Milliarden (Ma) Jahre alten und ursprünglich über 300 km messenden Vredefort-Kraters in Südafrika. In Deutschland bildet das Nördlinger Ries mit einem Durchmesser von 25 km die populärste Impaktstruktur. Dieses Einschlagsereignis fand mit dem des kleineren Steinheimer Beckens 3,4 km Durchmesser und nach jüngeren Angaben etwa 7 km (Ernstson, 1984), vermutlich zeitgleich vor etwa 15 Mio. Jahren statt, wobei die Gleichzeitigkeit bisher aber nur paläontologisch paläontologisch mit Fossilien des Steinheimer Steinheimer Beckens Beckens datiert ist Auch aus dem jüngsten Zeitabschnitt der Erdgeschichte (Holozän ), der vor etwa 11.000 Jahren begann, sind mehrere Impaktereignisse bekannt, darunter Campo del Cielo in Argentinien vor 400-5000 Jahren, Henbury in Australien vor etwa 5000 Jahren und Kaalijärvi in Estland vor ca. 3500-3900 Jahren (Heide & Wlotzka, 1995). Der Wabar-Krater in SaudiArabien wird nach (Heide & Wlotzka, 1995) in einen ähnlichen Zeitraum vor etwa 6400 Jahren eingeordnet, soll jedoch nach neueren Untersuchungen (Prescott et al., 2004) nicht älter als 260 Jahre sein. Das jüngste Impaktphänomen konnte man jedoch vor etwa einem Jahr im Februar 2013 in Russland (Tscheljabinsk) beobachten, bei dem Forscher ein etwas größeres Teil eines Meteoriten nach einem explosionsartigen Auseinanderbrechen in der Atmosphäre bergen konnten. Zu den holozänen Einschlägen zählt auch der seit etwa 10 Jahren untersuchte ChiemgauImpakt mit einem großen Kraterstreufeld (Ernstson et al, 2010), der heute trotz eindeutig diagnostischer diagnostischer Schockbefunde Schockbefunde (PDFs, diaplektische diaplektische Gläser) immer noch noch in der Diskussion Diskussion steht.
3|Seite
3. Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen)
3. Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen) Das Untersuchungsgebiet im Saarland nahe der französischen Grenze (Abb. 1) erstreckt sich von Nalbach in Richtung Diefflen rechtsseitig der Prims über mehrere hundert Meter.
Abb. 1: Übersichtslageplan für das Untersuchungsgebiet Untersuchungsgebiet
Geologisch übersichtsmäßig dominieren quartäre Ablagerungen (Terassensande/-kiese, Lehme, Hangschutt), die die Talsohlen der Prims bedecken und neben Sedimenten des unteren Rotliegend (ru) und des mittleren mit tleren Buntsandsteins (sm) vorherrschen (Müller, 2012). Prägnant ist zudem die im Norden herausragende Erhebung des Litermonts (414 m), die jedoch außerhalb von Abb.2 liegt. Im Zeitalter des Perms vor ungefähr 270 Mio. Jahren verzeichnete der Litermont einen aktiven Vulkanismus, aus dem Rhyolith als magmatisches Gestein hervorging (Konzan et al., 1981). An Tektonik ist die weitgespannte Primsmulde. mit herzynisch streichenden Störungen zu nennen, von denen eine am rechten oberen Bildrand in Abb. 2 eingetragen ist
4|Seite
3. Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen)
Abb. 2: geologische Karte des Saarlandes/ Raum Nalbach mit Fundstelle der Proben (Erdbaulaboratorium Saar, 2013)
5|Seite
3. Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen)
Für die Diskussion der in der Arbeit beschriebenen Gesteinsveränderungen ist diese relativ unbedeutende unbedeutende tektonische Überprägung der Region erwähnenswert. Im Detail bringt Abb.2 eine geologische Karte des Raumes Nalbach dar, die vom Erdbaulaboratorium Saar (ELS) in Riegelsberg angefertigt wurde. Hierbei ist zu berücksichtigen, berücksichtigen, dass die Legende der Karte sich auf den gesamten geologischen geologischen Raum des Saarlandes bezieht und die meisten Einheiten auf dieser Karte nicht vertreten sind. Speziell gliedert sich im Gebiet der sm in zwei Schichten, die Trifels- und die Rehbergschichten. Die Trifelsschichten (kräftige rote Farbe in der Karte) setzen sich aus Konglomeraten mit zwischengeschalteten zwischengeschalteten feldspathaltigen Sandsteinlagen zusammen. Darauf folgen die jüngeren Rehbergschichten (blasses Rot) mit verkieselten Sandsteinbänken und teilweise mit tonigen Lagen versehen (Schneider, 1991). Rotliegend-Sedimente sind in diesem Kartenabschnitt nicht vertreten. Die Ablagerungen der Talauen (hellblaue Farbe), wie auch der eigentliche Verlauf der Prims zeigen, dass das Gewässer früher stark mäandrierte und womöglich auf das Fundgebiet Einfluss (z. B. Erosion) genommen hat (Abb. 3). Im Hinblick auf das Auffinden der untersuchten Proben und ihre Ansprache sind die frühe Besiedelung der Region und rasche Industrialisierung mit merklicher anthropogener Überprägung ein wichtiger Punkt. Künstliche Aufschüttungen, darunter Auffüllungen von Bombenkratern des zweiten Weltkrieges, sind weit verbreitet, und die Unterscheidungen von geologischem
Material
und
solchem
aus
der
Industrie
nicht
immer
einfach.
6|Seite
3. Untersuchungsgebiet (geologischer Rahmen)
Abb. 3: Der Primslauf von 1800-1830 mit Markierung der Fundstelle der Proben (Hein, 2010). Violette Linien stellen Grenzen zu den ehemaligen Wohngebieten dar.
7|Seite
4. Material und Methoden
4. Material und Methoden 4.1 Beschreibung der Proben Das im Rahmen der Arbeit untersuchte Probenmaterial umfasst insgesamt 24 Proben aus dem Untersuchungsgebiet von W. Müller sowie zwei Proben als Vergleichsmaterial aus der Industrie. Die erste Probe (Probe Nr. 1,Abb. 4) beschreibt ein extrem poröses schwarzes Material, das an zerkleinerten offenen Oberflächen einen gewissen Glasglanz aufweist.
Abb. 4. Probe 1: schwarzes extrem poröses kohleartiges Material (Chiemit)
Auf den ersten Blick würde man zu einem kohleähnlichen Material tendieren, jedoch wird es mit einem parallel in Südost-Bayern auftretenden auftretenden Stoff in Verbindung gebracht. gebracht. Aufgrund des Fundortes im Chiemgau wird er dort als Chiemit bezeichnet und nach gegenwärtigem Stand der Forschung als neues Impaktgestein betrachtet (Müller, 2012). Seine Entstehung geht dabei auf extreme Temperaturen und Drücke zurück (Shumilova et al., 2012). In der vorliegenden Arbeit wird für die Probe 1 und entsprechende Funde in Gesteinen, angesichts der verblüffenden Ähnlichkeit mit den Entdeckungen im Chiemgau, der Name Chiemit übernommen. 8|Seite
4. Material und Methoden
Die Proben Nr.2, 3 und 4 (Abb. 5, Abb. 6) sind unterschiedlich blau, grün und schwarz gefärbte Gläser mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen. Teilweise sind fließende Farbübergänge zu beobachten, was mit unterschiedlichem Chemismus (2- und 3-wertiges Eisen) zusammenhängen dürfte.
Abb. 5. links Probe 2: blaues Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen; rechts Probe 4: schwarzes Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen
Abb. 6. Probe 3 ( links): grünes Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen Einschlüssen
9|Seite
4. Material und Methoden
Probe Nr. 5 und Nr. 6 stammen als blaue und schwarze Glasschlacke von der ehemaligen Glashütte in St. Ingbert (Saarland). Mit Hilfe dieser beiden Referenzmaterialien soll festgestellt werden, ob sich die im Gelände gesammelten Gläser und die Industriegläser charakteristisch unterscheiden.
Abb. 7. Probe 6: schwarze Glasschlacke aus ehemaliger Glashütte St. Ingbert; stellvertretend stellvertretend für ähnliche Probe 5: blaue Glasschlacke
Von 23 Proben aus dem Untersuchungsgebiet wurden Dünnschliffe angefertigt, dazu ein weiterer Schliff von einer Glasprobe aus der Industrie als Referenzmaterial (Probe 6: schwarze Glasschlacke, Glasschlacke, Abb. 7). Die Schliffe 7-11 sowie die Schliffe 16-18 stammen von verschiedenen hellen QuarzitGeröllen, die im Gelände wegen ihrer meist vollkommen ummantelten Glashaut auffallen. Nach dem Aufsägen und teilweise polieren polieren zeigt sich, dass das Glas auch in sich zum Inneren hin öffnende Zugrisse gewandert ist (Abb. 8; stellvertretend für ähnliche Proben 7-11, 16 und 17).
10 | S e i t e
4. Material und Methoden
Abb. 8. Beispiel für eine glasummantelte Quarzit-Probe mit glasgefüllten Rissen, Schliffprobe 18, ähnliche Schliffproben 7-11, 16 und 17
Der Schliff 21 zeigt einen mit Glas überzogenen Sandstein mit teilweise bunten Schlieren in der Glashaut (Abb. 9).
Abb. 9. glasierter Sandstein mit teilweise bunten Schlieren in der Glashaut; Schliffprobe 21
11 | S e i t e
4. Material und Methoden
Von Proben mit Brekziengefüge und Glas- oder klastischer Matrix stammen die Schliffe 1315 und 26 (Abb. 10, Abb. 11). Dabei wird zwischen monomikten Brekzien (aus einem Ausgangsgestein entstanden) und polymikten Brekzien (aus mehreren Ausgangsgesteinen gebildet) unterschieden. Die Schliffe 13 und 14 sind Beispiele für eine monomikte Brekzie mit Glasmatrix im Verband mit schwarzem Glas. Die Komponenten setzen sich zusammen aus Gesteins- (quarzitisch) und Glaspartikeln sowie teilweise eingebackener eingebackener Chiemit (Abb. 10 Schliffprobe 14 untere Seite). Da die Probenaufnahmen vor dem Anfertigen der Dünnschliffe gemacht wurden, sind auf den Gesteinen in Abb. 9 noch Markierungen (schwarze Kreuze) zu erkennen. Abb. 10 zeigt eine polymikte Brekzie (stellvertretend für ähnliche Schliffprobe 26) mit Gesteins- und Glasfragmenten in einer dominierenden sandigen Matrix, wobei nach (Müller, 2011), die eingeregelten Partikel eine Fließstruktur nachzeichnen. Die rötlichen Fragmente deuten dabei auf Glimmer (Biotite) hin.
12 | S e i t e
4. Material und Methoden
Abb. 8. monomikte Brekzien im Verband mit schwarzem Glas und vermutlich Chiemit (rechte Abbildung)eingebacken links Schliffprobe 13 und rechts Schliffprobe 14
Abb. 9. polymikte Brekzie mit Glas- und Gesteinsfragmenten Gesteinsfragmenten in sandiger Matrix; Schliffprobe 26; ähnlich Schliffprobe 15
13 | S e i t e
4. Material und Methoden
Einen Sandstein mit glimmernden Partikeln in einer dunklen Glasmatrix zeigt Abb. 12. Weiterhin ist in das Gefüge noch ein helles Sandsteinfragment eingebacken, das rötliche Einsprenglinge besitzt.
Abb. 10. Sandstein mit Glimmern in einer Glasmatrix und eingebackenem Sandsteinfragment Sandsteinfragment (hell); Schliffprobe 20
Die Schliffproben 23 und 24 (Abb. 13) gehen ebenfalls aus einem Sandstein mit Glimmern hervor, aber unterscheiden sich von Schliffprobe 20 deutlich. Das Material scheint keine Glaspartikel zu enthalten, noch von einer Glashaut ummantelt zu sein und ist deutlich feiner strukturiert.
In mehreren Proben bildet Glas den Hauptbestandteil, in dem Einschlüsse untergeordnet auftreten (im Gegensatz zu den Brekzien in der Glasmatrix). Die Einschlüsse bestehen aus metallischen,
kugelförmigen
Komponenten
(Abb.
5,
Abb.
6)
und
eckigen
Gesteinsfragmenten, die sich aus rötlichen Sandsteinbruchstücken sowie weißen, quarzitischen Partikeln zusammensetzen (Abb. 14.).
14 | S e i t e
4. Material und Methoden
Abb. 11. feiner Sandstein mit Glimmer; links Schliffprobe 23, rechts Schliffprobe 24
Abb. 12. blaues Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen; Einschlüssen; Schliffprobe 12; ähnliche Schliffproben Schliffproben 2-4, 22 und 25
15 | S e i t e
4. Material und Methoden
Zur Übersicht werden in der folgenden Tabelle noch einmal alle Proben und die angewendeten Methoden aufgelistet. Da für die Proben 1 (Chiemit) und 5 (blaue Glasschlacke) keine Dünnschliffe angefertigt wurden, werden sie bei der Nummerierung der Schliffe nicht berücksichtigt.
Tab. 1: Übersicht der Proben/Schliffe Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 1)
Bezeichnung
Nummer
makroskopisches Aussehen
REM
XRD
Cges + S
GV
AAS
DS
Probe
1
Chiemit; schwarz bis gräuliche Farbe, feinstrukturiert und porös
x
x
x
x
x
_
x
x
x
x
x
x
Probe/ Schliff
2
blaues Glas mit großem Anteil dunkler Matrix, Gesteins- und metallische Einschlüsse, Hohlräume
Probe/ Schliff
3
grünes Glas mit Gesteinsund metallischen Einschlüssen, Hohlräume
x
x
x
x
x
x
Probe/ Schliff
4
schwarzes Glas mit Gesteinsund metallischen Einschlüssen, Hohlräume
x
x
x
x
x
x
Probe
5
Glasschlacke (blau); diche schlierige Matrix
x
x
x
x
x
_
Probe/ Schliff
6
Glasschlacke (schwarz); dichte schlierige Matrix
x
x
x
x
x
x
Abkürzungen:
REM = Rasterelektronenmikroskopie Rasterelektronenmikroskopie
XRD = Röntgendiffraktometrie
Cges + S = Kohlenstoff- und Schwefelanalysator Schwefelanalysator
GV = Glühverlust
AAS = Atomabsorptionsspektrometrie Atomabsorptionsspektrometrie
DS = Dünnschliff 16 | S e i t e
4. Material und Methoden
Tab. 2 Übersicht der Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 2)
Bezeichnung
REM
XRD
Cges + S
GV
AAS
DS
7
Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen
_
_
_
_
_
x
8
Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen
_
_
_
_
_
x
Schliff
9
Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen
_
_
_
_
_
x
Schliff
10
Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen
_
_
_
_
_
x
Schliff
11
Quarzit mit Glashaut überzogen
_
_
_
_
_
x
12
dunkelblaues Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen, Hohlräume
_
_
_
_
_
x
13
monomikte Brekzie mit Glasmatrix, Quarz- und Sandsteinfragmente
_
_
_
_
_
x
14
monomikte Brekzie mit Glasmatrix im Verband mit Chiemit und schwarzem Glas
_
_
_
_
_
x
Schliff
15
polymikte Brekzie mit Gesteins- und Glasfragmenten, sandige Matrix
_
_
_
_
_
x
Schliff
16
_
_
_
_
_
x
Schliff
17
_
_
_
_
_
x
Schliff
18
_
_
_
_
_
x
Schliff
Schliff
Schliff
Schliff
Schliff
Nummer
makroskopisches Aussehen
Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Zugrissen
17 | S e i t e
4. Material und Methoden
Tab. 3 Übersicht der Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 3)
Bezeichnung
Nummer
Schliff
19
Schliff
20
Schliff
21
Schliff
22
Schliff
23
Schliff
24
Schliff
25
Schliff
26
makroskopisches Aussehen grünes Glas mit Löchern und metallischen Einschlüssen Sandstein mit Glimmer und dunkler Glasmatrix mit hellem Sandsteinfragment eingebacken buntes glasiertes Sandsteingeröll, teils quarzitisch schwarzes Glas, viele kleine Löcher und weiße Einschlüsse homogene Matrix, winzige Löcher, durchgehend hellglimmernd homogene Matrix, winzige Löcher, durchgehend hellglimmernd grünes Glas, löchrig und rissig, enorme metallische Einschlüsse teils rötlich polymikte Brekzie mit Gesteins- und Glasfragmenten, sandige Matrix
REM
XRD
Cges + S
GV
AAS
DS
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
_
_
_
_
_
x
18 | S e i t e
4. Material und Methoden
4.2 Beschreibung der angewendeten Methoden
4.2.1 Rasterelektronenmikroskop (REM) Die Rasterelektronenmikroskopie stellt ein Analyseverfahren dar, mit dem die Struktur und auch Morphologie kleinster Komponenten inspiziert wird. Im Vergleich zu anderen Mikroskopen, besitzt das REM eine bessere Auflösung sowie Vergrößerung und erzielt darüber hinaus eine beträchtliche Tiefenschärfe (Hiltmann & Stribrny, 1998). Das Gerät wird überwiegend benutzt um pflanzliche oder biogene Partikel zu erforschen, aber auch amorphes (Glas) oder kristallines abiogenes Material kann mit dieser Methode analysiert werden. Zunächst werden durch thermische Energiezufuhr eines Wolframdrahtes (Kathode) Elektronen ausgesendet und in einem Steuerzylinder (Wehnelt-Zylinder) konzentriert. Nebenher werden die Elektronen im luftleeren Raum mittels einer aufgebauten aufgebauten Spannung von 5 bis maximal 60 keV beschleunigt und in der Folge in einem elektromagnetischen Linsensystem (Kondensoren, Endlinse) ein Elektronenstrahl erzeugt, der die Oberfläche der Probe erreicht. Im Zuge des auftreffenden Elektronenstrahls kommt es sowohl zur partiellen Rückstreuung von Primärelektronen (back-scattered electrons=BSE), als auch zur Emission von Sekundärelektronen (secondary electrons=SE) der infiltrierenden Elektronen. Letztere beschreiben dabei freigesetzte Elektronen aus einem Atomverband als Folge der Wechselwirkung zwischen Primärstrahlung und durchdrungener Materie und werden mittels eines Detektors aufgezeichnet. Mit dem Abtasten der Probenoberfläche durch den Elektronenstrahl, geht die Erfassung der Sekundär- und auch Rückstreuelektronen in jedem einzelnen Punkt einher. Die so erzeugten Signale werden intensiviert, in digitale Werte transformiert und das Bild im Speicher eines Computers aus den einzelnen Bildpunkten gestaltet. Dieses so entstandene Foto ist geprägt durch einen hohen Kontrast wie auch eine hohe Tiefenschärfe und ist zudem aus zahlreichen Einzelpunkten aufgebaut. Darüber hinaus kann man die REM-Analyse mit einem energiedispersiven Röntgendetektor (EDX) verknüpfen, um die chemische Zusammensetzung der untersuchten Proben zu ermitteln (Hiltmann & Stribrny, 1998).
19 | S e i t e
4. Material und Methoden
Probenpräparation: Zunächst ist es bei Proben die für das REM eingesetzt werden unbedingt notwendig, elektrisch leitendes Verhalten aufzuweisen. Daher werden nicht leitende Proben wie Kunststoff, Minerale, oder auch Glas mit einer Schicht überzogen, die diese Eigenschaft haben. Damit die Probe bei der rasterelektronischen Untersuchung im Vakuum frei bewegt werden kann, wird sie mit einer Edelmetallschicht versehen, in unserem Fall mit Argon bedampft. Dabei Dabei muss die Durchführung Durchführung gleichermaßen gleichermaßen im Vakuum erfolgen. erfolgen.
20 | S e i t e
4. Material und Methoden
4.2.2 Röntgendiffraktometrie (XRD) Als Röntgenstrahlen bezeichnet man den Teil des elektromagnetischen Spektrums, der sich von etwa 10 -3 bis 10nm erstreckt. Sie werden durch rasches Abbremsen der sich schnell bewegenden bewegenden Elektronen, wenn diese auf die Materie aufprallen, erzeugt (Klug & Alexander, 1974). Zur Generierung der Röntgenstrahlen benutzt man eine evakuierte Röntgenröhre, bestehend aus einem Wolframglühdraht Wolframglühdraht als Kathode und einer metallischen Auffangelektrode (Chrom (Cr), Fe, Kupfer (Cu)) als Anode (Allmann, 2008). In dieser Röhre werden nun die aus der Kathode hervorgehenden Elektronen mittels einer angelegten Spannung von 20-60kV rasch in Bewegung gebracht und auf die Anode geschleudert, wo durch das Auftreffen Röntgenstrahlen Röntgenstrahlen entstehen. Bei der Röntgendiffraktometrie
bedient man sich monochromatischer monochromatischer Strahlung. Strahlung. Diese
intensive Röntgenstrahlung entsteht, wenn die Elektronen eine höhere Energie aufweisen, als die Ionisierungsenergie der Anodenatome auf den tiefer liegenden Elektronenschalen. Tritt dieser Zustand ein, so werden die Atome ionisiert und damit einhergehend die Elektronen aus den tiefer liegenden Schalen verdrängt. Damit die Atome nicht in einem unbeständigen Zustand verweilen, fallen Elektronen aus höheren Schalen auf die tiefe ionisierte Schale zurück (Allmann, 2008). Im Zuge dieses Vorgangs kommt es zur Freisetzung elektromagnetischer Quanten in einem spezifischen Wellenlängenbereich, die sich als charakteristische Röntgenstrahlung Röntgenstrahlung definieren lassen (Ulery ( Ulery & Drees, 2008). In einem Röntgendiffraktometer wird nun in der Röntgenröhre ein monochromatischer hochenergetischer Röntgenstrahl erzeugt und auf das Probenmaterial gerichtet. Daraufhin wird der Strahl in einem definierten Winkelbereich an den Netzebenen der einzelnen Kristallgitter gebrochen und mittels eines photoelektrischen Detektors (Szintillationszähler) die Intensität des reflektierten Strahlenbündels erfasst. Dabei zirkuliert der Detektor um die zentral platzierte Probe mit mi t doppelter Winkelgeschwindigkeit. Im Rahmen der Arbeit wurde die Röntgenpulverdiffraktometrie eingesetzt, bei der die Gitternetzabstände mit Hilfe der Braggschen Gleichung berechnet werden. Die Wellenlänge λ der Röntgenstrahlen ist hierbei ohnehin bekannt, während der Winkel θ der einzelnen Reflexe
am Kristallgitter gemessen wird. Die Braggsche Gleichung lautet: n*λ=2d*sin θ
21 | S e i t e
4. Material und Methoden
wobei:
d= Abstand zwischen parallelen Gitterebenen
λ= Wellenlänge der Röntgenstrahlen
θ= Winkel zwischen Röntgenstrahl und Gitterebene (Glanz -, Braggwinkel)
n= natürliche Zahl, die die Beugungsordnung Beugungsordnung beschreibt.
Da die einzelnen Kristalle in der Probe zufällig ausgerichtet sind, wird die Röntgenstrahlung an einer bestimmten Netzebene reflektiert und somit für ausreichend Kristalle unter einem definierten Braggwinkel θ die Braggsche Gleichung befolgt (Allmann, 2008). Jede
Röntgenbeugung an den einzelnen Gitterebenen zeichnet das Gerät im Diffraktogramm in Form eines Peaks auf. Das fertiggestellte Diffraktogramm gilt es anschließend auszuwerten, wobei sich an der Universität Trier zwei Möglichkeiten bieten. Die erste Methode beruht dabei auf einem computergestützten Programm, das die Peaks der in der Datenbank vorhandenen Minerale nacheinander aufruft und über das eigene Diffraktogramm legt. Stimmen die Peaks des Diffraktogramms mit denen des verwendeten Minerals überein, ist dieses sicher in der untersuchten Probe enthalten. Die andere Möglichkeit besteht darin, die genauen Gitternetzabstände im Diffraktogramm anzuschauen und in einschlägiger Literatur nachzuschlagen, für welche Minerale diese zutreffen. Diese vorgeschlagenen Minerale werden daraufhin wiederum dem Diffraktogramm der Probe überlagert, bis eines sich mit den Gitternetzabständen der Probe deckt. Mittels der beiden beschriebenen Methoden werden somit allmählich Röntgendiffraktogramme analysiert. Die Ergebnisse Er gebnisse der vorliegenden Arbeit werden im nächsten Kapitel vorgestellt.
22 | S e i t e
4. Material und Methoden
Probenvorbereitung Die Proben werden in einem Backenbrecher Backenbrecher (Fritsch, Pulverisette Typ 09003, Idar-Oberstein) zwei bis drei Minuten auf Staubgröße zermahlen. Bei manchen Proben musste der Vorgang wiederholt werden, bis keine Schichtung der pulverisierten Substanz mehr zu erkennen war und das Maximum der Korngrößenverteilung etwa zwischen 5 und 20µm lag. Anschließend werden nacheinander nacheinander Präparatträger mit dem jeweiligen zerkleinerten Material befüllt und mit einem Deckglas abgedichtet, sodass sich die Oberfläche der Proben mit den Begrenzungen des Trägers auf einer horizontalen Ebene befinden. Ein weiterer Effekt den das Abdecken des Präparatträgers mit sich bringt, ist die Ausrichtung der Mineralkörner in bevorzugte Raumlagen, welche vom Habitus der beteiligten Kristalle abhängt. Durch wiederholtes seitliches Aufklopfen des Behälters wird der auftretende Textureffekt unterbunden. Dabei sind das Befüllen des Präparatträgers sowie das seitliche Aufklopfen mehrmals durchzuführen, durchzuführen, bis sich schließlich eine homogene Substanz gebildet hat.
23 | S e i t e
4. Material und Methoden
4.2.3 Elementaranalyzer (Kohlenstoff und Schwefel)
Mit einem besonderen Infrarotspektrometer (Leco SC-144DR, Mönchengladbach), dessen Messzellen einzig die Wellenlänge des Kohlenstoffdioxid (CO 2) abdeckt, wird der Anteil an Kohlenstoff (C) ermittelt. Zunächst wird das Probenmaterial in einem Verbrennungsrohr platziert und dort durch stetige thermische Energiezufuhr bis mindestens 900°C aus seinen Verbindungen gelöst. Daraufhin leitet ein Trägergasstrom wie etwa Sauerstoff die Probe durch die Infrarotzelle, wo der freigelassene Kohlenstoff zu CO 2 oxidiert. Benutzt man anstelle des Sauerstoffs (O 2) Stickstoff (N) als Trägergas, wird ausschließlich die Verbindung an Kohlenstoff bestimmt, die sich zuvor als Carbonat in der Probe befindet. Somit kann der Gesamtkohlenstoff und der Anteil an anorganischem Kohlenstoff differenziert werden. Um schließlich den organischen Anteil an Kohlenstoff zu erhalten, wird der anorganische Gehalt vom Gesamtkohlenstoff abgezogen. abgezogen. Analog zur Kohlenstoffmessung wird auch ein Infrarotspektrometer zur Analyse von Schwefel verwendet. Der Wellenlängenbereich ist auf das zu untersuchende Element angepasst
und
die
Verbindungen
werden
wiederum
mittels
kontinuierlicher
Temperaturerhöhung aufgebrochen. Jetzt folgt der gleiche Vorgang wie bei der Kohlenstoffmessung, indem der Schwefel sich an das Trägergas Sauerstoff bindet und als Schwefeldioxid (SO 2) durch die Messzelle bewegt wird. Allerdings muss eine stärkere Erhitzung von wenigstens 1350°C stattfinden, um den Schwefel aus seinen sulfatischen Verbindungen zu lösen.
24 | S e i t e
4. Material und Methoden
3.2.4 Glühverlust (Loss of ignition)
Der Glühverlust (in %) stellt ein Parameter dar, mit dessen Hilfe der organische Anteil einer Probe festgestellt wird. Bei der vorliegenden Arbeit wurde zunächst das Leergewicht der Tiegel bestimmt und daraufhin jeweils 2g der Probe eingewogen. Als nächstes wurden die Tiegel samt Inhalt Inhalt in einem Muffelofen Muffelofen (Haereus M110, Hanau) Hanau) untergebracht, untergebracht, wo sie bei bei 1050°C geglüht werden, bis keine Veränderung des Gewichtes mehr zu registrieren ist. Bei diesem Vorgang Vorgang entweicht der der Kohlenstoff in Form von CO 2. Bei Tonmineralen und großen Gewichtsverlusten kann auch chemisch gebundenes Wasser verloren gehen. Zuletzt addiert man die jeweils 2g der Probe zum Leergewicht der Tiegel und zieht diese Summe vom Glührückstand ab. Das Resultat bildet den Glühverlust.
4.2.5 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)
Die AAS stellt eine schnelle Methode zur quantitativen und qualitativen Ermittlung von Elementen dar. Dabei wird zunächst eine wässrige Lösung in einer Gasflamme (Luft/Acetylen, Lachgas-Acetylen) durch thermische Energiezufuhr atomisiert (Heinrichs & Herrmann, 1990). 1990). Die freien Atome im Grundzustand Grundzustand haben nun die Eigenschaft Eigenschaft Strahlung bestimmter Wellenlänge für jedes Element zu absorbieren. Sie nehmen Strahlungsenergie in Form von Lichtquanten (h*v) auf und werden somit in einen angeregten Zustand überführt (Welz, 1983). Nach kurzer Zeit jedoch kehren die angeregten Atome in ihren Ausgangszustand zurück und geben die gleiche Energiedifferenz die zuvor emittiert wurde wieder ab. Man nennt diesen Vorgang Atomfluoreszenz. Probenvorbereitung: Reagenzien:
Borsäure (H3BO3)
Lithiumnitrat (LiNO3)
Spectroflux (LiBO4 = 47%; Li 2CO3 = 36,67%; La 2O3 = 16,33%)
Probenmaterial Salzsäure (HCl, 1N, 2N)
25 | S e i t e
4. Material und Methoden
Geräte:
Platintiegel
Platinzange
Bunsenbrenner
elektronischer elektronischer Rührer
Durchführung : Zunächst werden mit einer Einwaage (Sartorius, Leco-250) 50 mg des Probenmaterials, 50 mg LiNO3 sowie 50 mg H 3BO3 abgestimmt und mit 600 mg des Spectroflux in einen Platintiegel gegeben. Mittels Spatel wird der Inhalt des Tiegels vorsichtig durchmischt. Im Zuge der nun folgenden Erhitzung des Platintiegels auf 1200°C geht das Gemisch vollständig in einen flüssigen Zustand über. Tröpfchen, die sich am Rand absetzen werden durch vorsichtiges Drehen des Tiegels mit der Platinzange wieder eingefangen. Danach wird die Lösung 15min über der Flamme gelassen. Nach Ablauf der Zeit nimmt man den Tiegel vorsichtig von der Flamme. Durch das rasche Abkühlen bildet sich aus der Flüssigkeit eine Glasperle. Daraufhin bringt man die Perle durch leichtes Aufklopfen zu Bruch und gibt die Bruchstücke in ein Becherglas. Ein elektronischer Rührer (H+P, Variomag, Multipoint HP15, Oberschleißheim) unterstützt die Auflösung der Glasfragmente, welche durch Zugabe von 40 ml HCl (1N) eingeleitet wird. Hat sich die Suspension schließlich vollends zersetzt, wird sie in einen Messkolben gegeben und zuletzt mit demineralisiertem Wasser (Aqua demin) auf 100 ml aufgefüllt und durchmischt. Neben den mit Probenmaterial hergestellten wässrigen Lösungen wird zusätzlich ein Blindwert hergestellt, der zur späteren Kalibrierung der AAS notwendig ist. Statt der oben verwendeten Konzentration wird dabei die doppelte Menge der Reagenzien verwendet (100mg LiNO 3, 100mg H3BO3, 1200mg Spectroflux) und die Zugabe des zu untersuchenden Stoffes entfällt. Die Schritte zur Generierung des Blindwertes bleiben hierbei die gleichen, nur dass bei der Auflösung der Schmelzperle eine 2N HCl gleicher Konzentration hinzugefügt wird. Schließlich benötigt man zwei Standards, die in gleichem Verhältnis wie das Probenmaterial und seine Beimengungen in eine wässrige Lösung gebracht werden. Standards lassen sich beschre iben als „Gesteine und Minerale, deren chemische Zusammensetzung hinsichtlich Richtigkeit (accuracy) der Konzentrationen durch die statistische Auswertung einer Vielzahl von Einzelmessungen gut bekannt ist.“ (Heinrichs & Herrmann, 1990). Es handelt sich bei den Standards um den JP-1 (Peridotit) und den GXR-3a.
26 | S e i t e
4. Material und Methoden
Messung: Die Messung erfolgt mit dem Atomabsorptionsspektrometer (Varian, SpactrAA 220), mit dem hier zehn der Hauptelemente des Periodensystems gemessen werden. Als Strahlungsquelle dient dabei eine Hohlkathodenlampe (HKL), die aus einem Glaszylinder aufgebaut ist, in den zwei Elektroden eingeschaltet sind. In diesem Glaszylinder befindet sich Argon oder Neon und es herrscht ein Druck von wenigen hundert Pascal (Heinrichs & Herrmann, 1990). Die Anode hat die Form Form eines Drahtes und und enthält Wolfram oder Nickel, Nickel, während die Kathode einem Hohlzylinder gleicht und das zu interessierende Element birgt. Die Hohlkathodenlampen müssen vor jedem Messvorgang etwa 30 min leuchten, sodass sich die Lichtintensität auf dem höchsten Stand befindet. Außerdem werden die Lampen nach Beendigung des Messvorgangs Messvorgangs für jedes Element einzeln gewechselt. gewechselt. Bei der Behandlung mit dem Spektrometer stellt man zur quantitativen Ermittlung eines Elements eine Vergleichslösung her. Dafür wird eine Stammlösung mit bekannter Konzentration des zu bestimmenden Elements mit Säure behandelt und danach verdünnt. Dieser Schritt erwies sich hier als überflüssig, da solche Konzentrate für die zu bestimmenden Stoffe schon angesetzt wurden. Anschließend werden Bezugslösungen durch geeignetes Verdünnen aus der Stammlösung angefertigt, die bekannte Konzentrationen des zu ermittelnden Elementes verzeichnen. Ferner enthalten diese Bezugslösungen Bezugslösungen denselben Anteil an spektrochemischem Puffer, welcher auch der Probenlösung beigemischt ist, um weitgehend chemische Zusammensetzung sowie physikalische Eigenschaften anzugleichen und Messfehler zu vermeiden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Kalibrierung mit Hilfe des Additionsverfahrens vollzogen. Hierbei werden Bezugslösungen gleicher Volumina hergestellt und diesen das zu ermittelnde Element in abnehmender Konzentration zugeführt (Welz, 1983). Die zu untersuchenden zehn Elemente des Periodensystems erhalten jeweils zwei Bezugslösungen unterschiedlicher Verdünnung, wobei für Mangan (Mn) und Eisen (Fe) zwei Eichkurven erstellt wurden. Daraufhin extrapoliert man die Bezugsfunktion bis die Extinktion den Nullpunkt erreicht. Somit lässt sich die Konzentration der unbekannten Probenlösung bestimmen und graphisch auswerten.
27 | S e i t e
4. Material und Methoden
4.2.6 Dünnschliffe Bei Dünnschliffen handelt es sich um ein Verfahren, mit dessen Hilfe Details in Gesteinen, Böden oder der Keramik unter einem Mikroskop sichtbar gemacht werden, die mit dem bloßen Auge nicht wahrzunehmen sind. Bei diesem Prinzip wird die Gesteinsprobe Gesteinsprobe mit einer Diamantsäge geschnitten, poliert und anschließend auf einem gläsernen Objektträger einer Größe von 48x28 mm angebracht. Zur Befestigung des Präparats wird ein Kunstharz verwendet. Folglich wird nun das angeklebte Gesteinsbruchstück unter Verwendung von rotierenden Schleifscheiben grobgeschliffen grobgeschliffen und daraufhin auf Glasplatten mit Siliziumcarbid verfeinert, bis es eine Dicke von etwa 30µm erreicht hat (Humphries, 1994). Durch die Interferenzfarbe von Quarz, bzw. einem anderen leicht zu bestimmenden Mineral, wird die Schliffdicke unter dem Polarisationsmikroskop festgestellt.. Als Polarisationsmikroskop bezeichnet man ein spezielles Lichtmikroskop, das das linear polarisierte Licht zur Analyse von Mikrogefügen Mikrogefügen (z. B. Gesteine) Gesteine) verwendet. In der vorliegenden Arbeit traten bei den benutzten Gesteinsfragmenten Gesteinsfragmenten aufgrund ihres harten und spröden Charakters Schwierigkeiten auf. Die Einschlüsse, besonders Metalleinschlüsse, weisen meist eine relativ schwache Bindung zur umgebenden Matrix auf. Wegen der daraus resultierenden Gefahr von Kornausbrüchen beim Schleifen ist eine besondere, von der üblichen Dünnschliffpräparation etwas abweichende Verarbeitung erforderlich. Die in den meisten Proben vorhandenen Poren, Blasen und Risse werden mit Kunstharz aufgefüllt, um ein Einfangen von Schleifabrieb und Schleifkorn (Diamant) zu verhindern. Man bezeichnet diesen Vorgang als Imprägnation. Die normale Schliffdicke von petrologischen Dünnschliffen Dünnschliffen beträgt ca. 25µm. Bei dieser Dicke zeigen Quarzkörner, sofern sie enthalten sind, im orthoskopischen Strahlengang des Polarisationsmikroskops mit gekreuzten Polarisatoren bei maximaler Doppelbrechung in Strahlrichtung das Grauweiß der ersten Interferenzordnung. Da Gläser jedoch in der Regel isotrop sind, entfällt die Möglichkeit der Dickenbestimmung mit Hilfe der Interferenzfarbe und sie muss mikrometrisch gemessen werden. Wegen der genannten Empfindlichkeit solcher Proben bezüglich Kornausbrüchen, sollte in Fällen, in denen dies die Untersuchung nicht stört, nicht bis 25µm heruntergeschliffen, sondern der Schliff etwas dicker belassen werden (etwa 40µm). Zur Materialschonung bzw. Strukturerhaltung, d.h. um die Abtragkräfte beim Schleifen zu verringern, findet Öl als Suspensionsflüssigkeit Suspensionsflüssigkeit bzw. Kühlmittel Verwendung.
28 | S e i t e
5. Ergebnisse
5. Ergebnisse 5.1 Rasterelektronenmikroskop Rasterelektronenmikroskop Bei dieser Analysetechnik werden in der vorliegenden Arbeit nur sechs Proben verwendet, jedoch aufgrund ihrer ähnlichen Mikrostruktur nur vier davon dargestellt. Dabei handelt es sich um den Chiemit (Probe1), das blaue und das grüne Glas (Proben2 und 3) und schließlich als Referenzmaterial R eferenzmaterial die schwarze Glasschlacke Glasschlacke (Probe 6).
Abb. 13. REM-Aufnahme der Probe 1 (Chiemit)
Wie bereits in der Beschreibung der Materialien erwähnt, wird in Abb. 15 das f aserige Gefüge des Chiemits deutlich dargestellt. Die REM-Aufnahme zeigt seine poröse und löchrige Struktur, in die kleinste Einsprenglinge unbekannter unbekannter Natur mit eingelagert sind.
29 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 14. REM-Darstellung des blauen Glases
Das blaue Glas zeigt unter dem REM eine stark reliefierte Matrix mit unterschiedlich großen Blasenhohlräumen Blasenhohlräumen (Abb. 16). Weiterhin lassen die, über die gesamte Fläche verteilten, runden r unden Aggregate auf Sphärulen hindeuten. Dabei handelt es sich um millimetergroße Schmelzkügelchen, welche sich zum einen beim Eintreten eines Meteoriten in die Erdatmosphäre von diesem lösen, oder aber sich auch unter besonderen Bedingungen schon als kosmische Sphärulen im Universum bilden. Solche Gegebenheiten herrschen durch immer wieder auftretende Einschläge und das Abspalten kleinster Partikel in einem atmosphärenfreien atmosphärenfreien Milieu vor und wird anhand charakteristischer Funde von Sphärulen in der Mondmaterie belegt (French, 1998). Abb. 17 stellt eine Nahaufnahme einer solchen vermuteten Sphärule dar, die in der Glasmatrix schwimmt und winzigste Bruchstücke verschiedener verschiedener Aggregate enthält.
30 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 15. Nahaufnahme einer Sphärule des blauen Glases unterm REM
Abb. 17. REM-Aufnahme der Probe 3 (grünes Glas) mit mehreren Sphärulen in der Matrix
Abb. 17. REM-Darstellung der Probe 3 (grünes Glas) mit großer Sphärule im Vordergrund
Die Abbildungen 18 und 19 unterstreichen die schon bei dem blauen Glas angebrachten Aussagen. Auch hier hat die Glasmatrix Sphärulen zu verzeichnen, die sich von kleinsten bis hin zu größeren Körpern erstrecken. In Abb. 18 sind auch hier deutlich die Fragmente innerhalb der oberen mittigen Schmelzkügelchen zu erkennen. Wegen der Ähnlichket der Struktur wurde auf die Abbildung des schwarzen Glases hier verzichtet und diese im Anhang nachgereicht. 31 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 18. REM-Aufnahme der Probe 6 (schwarze Glasschlacke) als Referenz, stellvertretend für blaue Glasschlacke
Schließlich wird mit der schwarzen Glasschlacke (Probe 6) das Industrieprodukt als Vergleichsprobe herangezogen. Im Gegensatz zu den vermuteten Impaktgläsern weist sie ein dichtes, sehr homogenes Gefüge auf. Zudem enthält sie keine größeren Einschlüsse von Gesteinen oder metallischen Komponenten. Die blaue Glasschlacke (Probe 5) wurde aufgrund identischer Eigenschaften nur im Anhang aufgeführt. In dem später unter 5.6.2 folgenden Abschnitt „Gläser“, wird der Unterschied der Glasschlacke zu den mutmaßlichen
Impaktgläsern noch deutlicher zum Ausdruck gebracht.
32 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.2 Röntgendiffraktometer Röntgendiffraktometer Da von den sechs mittels XRD-Messungen bearbeiteten Proben fünf einen amorphen Charakter aufweisen, sind die Ergebnisse, die hier erzielt wurden, nicht von großem Nutzen zur Klärung der Forschungsfrage. Dennoch werden die Ergebnisse im Folgenden aufgelistet. Aufgrund der Ähnlichkeit der Röntgendiffraktogramme bei den Proben 2-6 wird nur eines der Gläser kurz beschrieben und die anderen Materialien im Anhang dokumentiert.
Abb. 19. Röntgendiffraktogramm der Probe 1 (Chiemit) unbearbeitet
33 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 20. Röntgendiffraktogramm der Probe 1 (Chiemit) bearbeitet; rote Linien= Kalzit (CaCO 3); blaue Linien= Lignit (CSiO2)
Abbildung 22 zeigt das Röntgendiffraktogramm des Chiemits. Der Name über dem Diffraktogramm bezeichnet dabei die Probe, lässt sich also noch nicht mit der verknüpften Datenbank zur Mineralanalyse auswählen. Anhand des bearbeiteten Diffraktogramms ist zu sehen, dass Kalziumkarbonat (CaCO 3) mit den auftretenden Peaks gut korreliert. Darüber hinaus passen die Werte von Lignit (C-SiO 2) auf die größten Peaks der Gitternetzabstände im Diffraktogramm zusammen. Lignit entsteht durch den Inkohlungsprozess aus Holz-, oder Pflanzenmaterial, weist deutliche Holzstrukturen auf und kann sich in Braun-, Steinkohle, Anthrazit bis hin zu Graphit umwandeln. Beim Aufprall bzw. Airburst eines Meteoriten herrschen hohe Temperaturen und Drücke vor, welche den Inkohlungsprozess fördern und die Umwandlung von pflanzlicher Materie in ein kohlenstoffhaltiges Material gestatten (Shumilova et al., 2011; Bauer et al.,2013).
34 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 21. Röntgendiffraktogramm der Probe 2 (blaues Glas); unbearbeitet
Die restlichen fünf Proben zeigen aufgrund ihres amorphen Charakters keine eindeutig zuzuweisenden Gitternetzabstände an. Die Atome verfügen also über keinen geordneten strukturellen Aufbau und sind deshalb für mineralogische Zusammensetzungen ungeeignet. Hier soll trotzdem noch das Diffraktogramm des blauen Glases (Abb. 23) gezeigt werden. Als charakteristisch für Glasform wird der kleine Buckel auf der linken Seite angesehen. Die übrigen nicht gezeigten Proben sind im Anhang aufgereiht.
35 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.3 Glühverlust In der vorliegenden Arbeit wird der Glühverlust anhand von insgesamt sechs Proben (Probe 1-6) durchgeführt. Dabei handelt es sich bei Probe 1 um den Chiemit, während die Proben 2-4 die verschiedenen Gläser des Fundortes bilden. Abschließend werden die beiden Glasschlacken Glasschlacken aus St. Ingbert untersucht, die als Referenzproben dienen. Tab. 4: Glühverlust der Proben (Einheit aller Spalten in Gramm (g)
Name (1) Chiemit (2) blaues Glas (3) grünes Glas (4) schwarzes Glas (5) blaue Glasschlacke (6) schwarze Glasschlacke
Leergewicht
Probe
LG +Inhalt
19,934 21,3284 20,4428 21,4922 20,7186 20,9878
2,0001 2,0006 2,0001 2,0008 2,0004 2,0005
21,9341 23,329 22,4429 23,493 22,719 22,9883
nach brennen Glühverlust 20,6348 23,3483 22,4642 23,5096 22,7281 23,0039
1,2993 -0,0193 -0,0213 -0,0166 -0,0091 -0,0156
In Tab. 4 sind die einzelnen Glühverluste der sechs Proben dokumentiert. Auffällig sind die negativen Vorzeichen bei fünf der sechs behandelten Proben. Dies bedeutet, dass bis auf eine Probe alle Komponenten an Gewicht zunehmen. Aufgrund dieser Umstände wurde der Glühverlust für alle Proben neu bestimmt. Die Gewichtszunahme wurde bei den gleichen fünf Proben allerdings bestätigt. Möglicherweise gibt es also eine andere Erklärung für die Gewichtszunahme. Betrachtet man die Ergebnisse der Atomabsorptionsspektrometrie (nächster Abschnitt) so erkennt man dass die mutmaßlichen Impaktgläser einen hohen Eisengehalt haben und auch die Referenzproben und der Chiemit kleinere Gehalte aufweisen. Das Eisen liegt hierbei vermutlich als Eisen(II)-Oxid vor, welches unter dem Namen Wüstit (FeO) bekannt ist. Mit der im Muffelofen erfolgenden Verbrennung bei 1050°C, reagiert der Wüstit mit den Sauerstoffmolekülen der Luft und oxidiert zu Fe 2O3, welches die Minerale Hämatit und Maghemit bildet. Darüber hinaus und das ist das Entscheidende, bringt die Umwandlung in Eisen(III)-Oxid eine Gewichtszunahme mit sich. Da alle behandelten Proben Eisen enthalten, könnte diese Stoffumwandlung das erbrachte Resultat rechtfertigen. Dass der Chiemit dennoch fast 1,3 g an Masse verliert, deutet daraufhin, dass eine weitere Reaktion abgelaufen sein muss. Aus der schon zuvor erläuterten röntgendiffraktometrischen Analyse, ergibt sich für die Probe ein Hauptbestandteil an Kalzit (CaCO 3). Unter einer Wärmezufuhr von 1000°C, wie sie auch im Muffelofen vorherrscht, reagiert der Kalzit zu Calciumoxid
36 | S e i t e
5. Ergebnisse
(CaO) und Kohlenstoffdioxid CO2 (Eisner et al., 1995). Die Reaktion beschreibt folgende Gleichung: CaCO3 CaO + CO2 (bei 1000°C Erhitzung) Man bezeichnet diesen Prozess als Kalkbrennen, bei dem ein enormer Teil an CO 2 entweicht und somit eine Gewichtsabnahme des mutmaßlichen Chiemits bewirkt. Außerdem wären auch Messfehler der Waage in Betracht zu ziehen, die bei einer Abweichung im Tausendstel-Bereich durchaus vertretbar erscheinen.
37 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.4 Kohlenstoff- und Schwefelanalysator Schwefelanalysator Für die Kohlenstoff- und Schwefelgehaltmessung werden dieselben sechs Proben verwendet mit denen der Glühverlust bestimmt wurde. In der folgenden Tabelle sind die Werte für die einzelnen Werte aufgelistet. Tab. 5: Kohlenstoff- und Schwefelgehalte Schwefelgehalte der Proben
Nr/Name
Kohlenstoff Schwefel Gewicht
Nr/Name
Kohlenstoff Schwefel Gewicht
(2) blaue Gläser
0,297
0,073
0,025
(6) schwarze Glasschlacke
0,883
0,681
0,025
(2) blaue Gläser
0,08
0,03
0,303
(6) schwarze Glasschlacke
0
0,617
0,31
Mittelwert
0,188
0,051
Mittelwert
0,441
0,649
Stabw.
0,153
0,031
Stabw.
0,624
0,045
(5 )blaue Glasschlacke
1,281
0,812
0,02
(4) schwarze Gläser
0,071
0,338
0,025
(5) blaue Glasschlacke
1,368
0,737
0,021
(4) schwarze Gläser
0,619
0,115
0,027
(5) blaue Glasschlacke
0,546
0,767
0,02
(4) schwarze Gläser
7,035
0,717
0,022
Mittelwert
1,065
0,772
(4) schwarze Gläser
0
0,408
0,021
Stabw.
0,452
0,038
Mittelwert
1,931
0,394
3,41
0,248
Stabw. Blank
-0,219
-0,33
0,1
(3) grüne Gläser
0,403
0,115 0,115
0,021
CaCO3
11,924
-0,014
0,025
(3) grüne Gläser
-0,295
-0,006
0,035
CaCO3
12,065
-0,007
0,026
Mittelwert
0,054
0,054
Mittelwert
11,994
-0,011
Stabw.
0,494
0,086
Stabw.
0,099
0,005
(1) Chiemit
51,341
0,571
0,025
(1) Chiemit
51,811
0,291
0,022
Mittelwert
51,576
0,431
Stabw.
0,332
0,198
Sowohl für die Kohlenstoffbestimmung als auch für Schwefel werden, wie in Tab. 5 ersichtlich, für alle Proben Mehrfachbestimmungen (mindestens zwei Messungen) von der gleichen Probe durchgeführt und der Mittelwert bestimmt. Die vermuteten Impaktgläser (blaue, grüne und schwarze Gläser) unterscheiden sich bzgl. Kohlenstoff- und Schwefelanteil deutlich. Dies ist zurückzuführen auf die Mehrfachmessungen für die jeweils einzelnen Proben zur Bestimmung des Mittelwertes, da diese teilweise sehr stark voneinander abweichen. Ein Extrembeispiel verzeichnen die vier Messungen der schwarzen Gläser. Neben zwei recht ähnlichen Werten weichen zwei Proben deutlich ab. Auch bei den Referenzproben (schwarze und blaue Glasschlacke) sind Varietäten der Resultate erkennbar.Vor der Messung des Chiemits wird das Gerät mit einer 12%-igen CaCO 3 Standardlösung erneut kalibriert. 38 | S e i t e
5. Ergebnisse
Daraufhin ergibt sich nach zwei Messungen ein Mittelwert für Chiemit von über 51%. Aufgrund der schon zuvor erläuterten Bestandteile der Probe sowie anderen Voruntersuchungen (Shumilova et al., 2011) wurde dieser Wert jedoch deutlich höher erwartet.
Möglicherweise
variiert
der
Chiemit
aus
Nalbach
hinsichtlich
seiner
Kohlenstoffgehalte Kohlenstoffgehalte deutlich.
39 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.5 Atomabsorptionsspektromet Atomabsorptionsspektrometer er Zunächst haben neben den für die Analyse verwendeten Proben die Gesteinsstandards die Aufgabe, eine zweckmäßige Kalibrierung des Spektrometers zu erzielen. Dabei wird anhand referenzierter Daten überprüft, ob die benutzten Standards zur Kalibration geeignet sind. In Tab. 6 sind sechs verschiedene Standards dargestellt, wobei sie teilweise nur für höchstens zwei Elementuntersuchungen dienen.
Tab. 6: Ergebnisse der AAS-Analyse für verschiedene Standards und die verwendeten Proben in %Oxid
Nr/Sample
Si
Ti
Al
Fe
1,25
17,56
Fe
Mn
Mn
Mg
Ca
Na
K
Ni
%Oxid JP - 1
41,34 0,12
GXR - 3
12,33 0,16 29,01
0,00
0,12
0,52
0,31
0,00 0,00 2,86 1,39 17,95 2,02 1,66 0,00
JSD-3 norm. Aufschl.
0,00
0,58
0,00
17,64
0,00 0,00 0,00 2,23
0,00
0,00 8,39 0,00
JA-2 norm.Aufschl
0,00
0,82
0,00
25,34 0,00 0,00 0,00 0,00
0,00
0,00 0,00 0,00
MRG-1 norm.Aufschl. (1) Chiemit
0,00 7,88
0,28
8,96
-0,18
0,83 0,03 0,00 0,18 19,46 1,85 0,87 0,02
(2) blaues Glas
57,74 0,36 14,39 19,86 0,00 0,00 1,91 0,92 13,15 0,58 6,74 0,03
(3) grünes Glas
58,85 0,38 13,91 24,32 0,00 0,00 1,94 0,73 10,58 0,71 6,76 0,03
(4) schwarzes Glas
52,85 0,46 15,25 17,36 0,00 0,00 1,77 1,73 14,66 0,99 5,79 0,03
(5) Glasschlacke (blau)
42,34
(6) Glasschlacke (schwarz)
41,10 0,48
0,50 23,60 25,77
-0,13
0,92 0,00 1,80 3,79 31,01
0,02
1,06 0,00 1,11 3,06 34,45 0,52 3,20 0,03
NIM - S
0,75 0,75
3,79 3,79 0,02
2,87
Nachdem die Standards durchgelaufen und für die einzelnen Elemente die Eichkurven konstruiert sind, werden die Proben auf den Inhalt des jeweiligen Elementes bestimmt. Dabei wird bei allen Vorgängen die Hohlkathodenlampe mit dem nächsten interessierenden Stoff ausgetauscht. ausgetauscht. Die Werte sind in Tab. 6 dargestellt. Auffällig ist der hohe Gehalt an Silizium (Si) der vermuteten Impakt- sowie der Referenzgläser gegenüber dem mutmaßlichen Chiemit. Dies hängt damit zusammen, dass der Chiemit hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht und nur Teile des Siliziums möglicherweise als Lignit (C-SiO2) (vgl. Ergebnisse Röntgendiffraktometer) an den Kohlenstoff gebunden sind. Dagegen umfassen sowohl die Impaktgläser als auch die Glasschlacken industrieller Herkunft einen überwiegenden Anteil an Silizium, welcher in Form von Siliziumdioxid (SiO2) vorliegt.
40 | S e i t e
5. Ergebnisse
Die Werte an Titan (Ti) unterscheiden sich nur geringfügig, wobei Chiemit mit 0,28 %Oxid noch über den niedrigsten Wert verfügt. Die Referenzproben aus der Industrie beinhalten den größten Anteil an Aluminium (Al) nämlich 23-25%Oxid und differenzieren sich somit leicht von den vermuteten Impaktgläsern, die Werte um die 15%Oxid aufweisen. Wiederum der Chiemit hat mit etwa 9 %Oxid noch kleinere Werte an Al. Den größten Kontrast bilden jedoch die Eisengehalte der einzelnen Proben. Sowohl für den Chiemit, als auch für die Industriegläser Industriegläser muss eine weitere Eichkurve mit höherkonzentrierter Lösung erstellt werden. Die Eisenwerte bleiben dennoch sehr gering, wohingegen die der Impaktgläser mit 17-24% deutlich höher liegen. Wie schon in der Beschreibung der Materialien angesprochen, bergen die Impaktgläser augenscheinlich metallische Einschlüsse, die vermutlich viel Eisen enthalten. Weiterhin variiert der Anteil an Mangan (Mn) zwischen den Impakt- und Industriegläsern unwesentlich. Lediglich der Chiemit weicht deutlich mit minimalsten Gehalten von 0,03%Oxid von den anderen Proben ab, weshalb erneut eine weitere Eichkurve aus einer höher konzentrierten Lösung erstellt wird. Gleichermaßen verhält sich der Anteil an Magnesium (Mg) wie auch Kalium, die beide im mutmaßlichen Chiemit am wenigsten vorhanden sind. Die Werte der Impaktgläser gegenüber den Industriegläsern verzeichnen dabei im Falle des Mg kleinere Werte und bei K etwas höhere. Diese Elemente lassen sich genau wie Titan und Mangan jedoch nicht klar deuten, weshalb sie nur am Rande thematisiert werden. Der Chiemit zeigt einen enormen Gehalt an Calcium (Ca) auf, der die Impaktgläser mit 19%Oxid merklich übertrifft. Diese reichliche Menge lässt sich vermutlich damit in Einklang bringen, dass als einer der Hauptbestandteile Hauptbestandteile Kalzit vorliegt und aufgrund dessen viel Ca vorhanden ist. Einzig die Glasschlacken bereiten mit über 31%Oxid noch beträchtlich höhere Anteile an Ca. Ansonsten verfügt der mutmaßliche Chiemit in Bezug auf Natrium (Na) mit 2%Oxid über den größten Gehalt, während die Gläser sich von 0,5-1% verteilen. Schließlich ist in allen Proben Spurenanteile von Nickel enthalten, was jedoch im Zusammenhang Zusammenhang mit kosmischer Herkunft sich als wenig aussagekräftig erweist. Dennoch zeigen die hohen Eisengehalte eine erste Tendenz hinsichtlich eines Schockereignisses Schockereignisses an, jedoch keine konkreten Befunde.
41 | S e i t e
5. Ergebnisse
Tab. 7: Endergebnis der AAS unter Einberechnung von Cges; S; und Glühverlust in %
Standards + Proben Nummer der Proben
Infrarotspektrometer
Canorg
Corg
Summe_AAS (+C+S)
Glühverlust (1050°C)
Summe AAS (+C+S+Glühverlust)
ENDSUMME (AAS)
Summe_AAS
Cges
S
%
%
%
%
%
%
%
%
%
48,23
3,35
92,18
1,30
93,48
41,90
JP - 1
61,22
GXR - 3
67,37
JSD-3 norm. Aufschl.
28,84
JA-2 norm.Aufschl
26,16
MRG-1 norm.Aufschl.
0,00
(1) Chiemit
40,17
51,58
0,43
(2) blaues Glas
115,68
0,19
0,05
115,92
-0,02
115,90
115,71
(3) grünes Glas
118,20
0,05
0,05
118,31
-0,02
118,29
118,24
(4) schwarzes Glas
110,88
1,93
0,39
113,21
-0,02
113,19
111,26
(5) Glasschlacke (blau)
108,39
1,07
0,77
110,23
-0,01
110,22
109,16
(6) Glasschlacke (schwarz)
110,81
0,44
0,65
111,90
-0,02
111,88
111,44
42 | S e i t e
5. Ergebnisse
Tab. 7 zeigt die Endberechnung der AAS-Analyse mit allen einzelnen zu berücksichtigenden Faktoren. Die erste Spalte stellt die gesamten %Oxid-Werte für die zehn gemessenen Elemente aufsummiert dar. Obendrein werden in der sechsten Spalte die schon zuvor behandelten Parameter der Kohlenstoff- und Schwefelanalyse Schwefelanalyse mit einbezogen und zu den aufsummierten %Oxid-Werten addiert. Weiterhin wird auch der Glühverlust beachtet und in der achten Spalte hinzugerechnet. Da der Gesamtkohlenstoff (Cges) ein Teil des Glühverlustes darstellt und deswegen nicht doppelt berücksichtigt werden soll, subtrahiert man diesen schließlich vom Endresultat. Vergleicht man die letzten beiden Spalten von Tab. 7, fallen sofort die abweichenden Werte des Chiemits auf. Während alle Glasproben über 100% erreichen, weist der Chiemit in der Endsumme einen Prozentsatz von etwa 42% auf. Dies ist wiederum auf den enormen CgesGehalt des Chiemits zurückzuführen, der über 50% liegt, wohingegen die Gläser im höchsten Fall knapp 2% Cges verzeichnen. Der hohe Kohlenstoffanteil ist vermutlich in die, wie auch im Rötgendiffraktogramm dargestellten, vermuteten Hauptkomponenten Kalzit und Lignit eingebunden.
43 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6 Dünnschliffe Dünnschliffe 5.6.1 Schockeffekte in Dünnschliffen
Schockeffekte oder auch Schockmetamorphose Schockmetamorphose zeigen sich in der Veränderung von Gesteinen und Mineralen durch das Einwirken von stoßweise auftretenden Schockwellen. Schockwellen können anthropogen durch Laborexperimente oder bei Atombombenexplosionen erzeugt werden, während auf natürlichem Wege Schockwellen einzig bei einem Impaktereignis entstehen (Ferrière et al., 2009). Wenn ein großer extraterrestrischer Körper (Asteroid, Komet) mit der Erdoberfläche zusammenstößt, bilden sich Schockwellen, die sich in den Impaktor sowie den Untergrund ausbreiten. In der Schockfront entstehen extreme Drücke bis in den Bereich von Megabar und - bei Druckentlastung - Temperaturen bis zu 10.000° C, wobei diese Temperaturen genügen, das kosmische Objekt sowie ein vergleichbar großes Volumen des Bodens zu verdampfen. Beim Fortschreiten der Schockwellen in die Gesteine nehmen Energie und damit die Drücke und Temperaturen stark ab. Somit schließt sich der Verdampfungszone eine Zone des Gesteinsschmelzens an, bis schließlich das Gestein bei weiterer Energieabnahme nur noch mechanisch verändert, deformiert und zerbrochen (brekziiert) wird. Außer der Bildung von Schockschmelze, auf die im Kapitel über die mutmaßlichen Impaktgläser eingegangen wird, treten im Zuge dieser Deformation Schockeffekte unterschiedlicher Intensität in Mineralen auf, die, sofern sie in den untersuchten Proben auftreten, nachfolgend beschrieben werden.
44 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.1.1 Diaplektisches Glas
Bei hohen Schockdrücken (30-50 GPa) (French & Koeberl, 2010), gehen Minerale optisch vollständig in ein Glas über, ohne ihre strukturellen Eigenschaften wie Brüche und Korngrenzen zu verlieren. Diese isotropisierten Minerale bezeichnet man als diaplektische Gläser, die im Gegensatz zu herkömmlichem Glas keine Schmelz- oder Fließphasen durchlaufen haben, sondern durch Schockzerstörung entstehen (French, 1998). Formen sich die Minerale aufgrund geringerer Drücke nur teilweise um, so werden sie als diaplektische Kristalle bezeichnet. Nach gegenwärtigem Kenntnisstand können diaplektische Glasphasen nicht durch endogene Prozesse entstehen, weshalb sie als diagnostisch für Schockereignisse angesehen angesehen werden (French & Koeberl, 2010, S. 131). In den von W. Müller bei Nalbach gesammelten Proben ist diaplektisches Glas ungemein stark verbreitet. So sind sämtliche mit Schliffen beprobte Quarzite, die eine Glashaut und mit Glas gefüllte Risse besitzen, praktisch vollständig optisch isotrop und damit zu einem diaplektischen Glas geworden. Als Beispiel zeigt Abb. 24 den Schliff 7 in voller Größe unter gekreuzten Polarisatoren, bei dem die Quarzkörner einheitlich dunkel erscheinen. Im helleren Bereich hat bei den diaplektischen Quarzkörnern Rekristallisation mit der Bildung von Ballenstrukturen eingesetzt, was im nächsten Abschnitt 5.6.1.2 beschrieben wird. Zum Vergleich zeigt Abb.24 einen Schliff in voller Größe (gekreuzte Polarisatoren) von einem ganz gewöhnlichen Quarzit, der das bekannte Muster der unterschiedlich angeschnittenen angeschnittenen und unterschiedlich auslöschenden auslöschenden Quarzkörner zeigt.
45 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 22: oben Schliff von einem gewöhnlichen Quarzit (alpines Geröll; unten Schliff 7: Quarzit diaplektisch umgewandelt; beides beides gekreuzte Polarisatoren (xx); Bildbreite 48mm. Bei den schwarzen Linien handelt es sich um mit
In einer Ausschnittsvergrößerung zeigen die Abb. 25 und 26 das diaplektische Glasgefüge einer anderen Quarzitprobe (Schliff 11) sowohl im planparallelen Licht als auch unter gekreuzten Polarisatoren, und man erkennt die durchgehend erhaltenen Korngrenzen ohne jegliche Fließstrukturen eines Schmelzglases. Bei den hellen Mineralkörnern Mi neralkörnern handelt es sich um wenige Quarze, die offensichtlich der Schockumwandlung entgangen entgangen sind. 46 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 24.Schliff 11: Quarzit mit diaplektischem Quarzkorngefüge; Quarzkorngefüge; linear polarisiertes Licht (II); Bildbreite 560µm
Abb. 24. Schliff 11: Quarzit mit diaplektischem Quarzkorngefüge; gekreuzte Polarisatoren (xx); Bildbreite 560µm
47 | S e i t e
5. Ergebnisse
Nicht nur der Quarzit von Schliff 7 ist vollständig isotropisiert worden. Auch die in ihn eingebetteten, als Sanidine angesprochenen länglichen Mineralkörner sind sämtlich zu diaplektischem Glas umgewandelt worden (Abb. 27), wobei Korngrenzen sowie Brüche erhalten geblieben sind.
Abb. 25.Schliff 7: oben diaplektische Sanidin-kristalle im Quarzit links bei II und rechts bei xx; Bildbreite 560µm unten Nahaufnahme eines diaplektischen Sanidin-kristalls Sanidin-kristalls links ll und rechts xx;
Hellere Partien im Schliff bei gekreuzten Polarisatoren vermitteln sphärulitische Rekristallisation, z.T. aber auch wenige offenbar schwächer geschockte Quarzkörner. Die Sanidin-Kristalle entstammen vermutlich aus der Geologie des Rotliegend, durch die der Fundort geprägt ist.
48 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 26: Ein z u einem diaplektischen Glas umgewandeltes Sandsteinfragmentin einer stark geschockten polymikten Brekzie aus der Azuara-Impaktstruktur (Spanien). Links ll, rechts xx, Bildbreite 600µm. Aus (Ernstson et al., 2002); farbiges Bild aus http://www.impaktstrukturen.de/seit http://www.impaktstrukturen.de/seite-schock-metamorpho e-schock-metamorphose/ se/
Einen Vergleich mit einem ähnlich zu diaplektischem Glas umgewandelten Quarzgestein zeigt Abb. 28. Ein Sandsteinfragment in einer stark geschockten Brekzie aus der AzuaraImpaktstruktur (Spanien), besteht aus isotropisierten Quarzkörnern in einer partiell rekristallisierten Silikatschmelze . 5.6.1.2 Ballenstrukturen Ballenstrukturen
Quarz ist ein sehr wandlungsfähiges Mineral, das unter verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen in viele SiO 2-Polymorphe übergehen kann. Dazu gehören neben den Hochdruckmodifikationen Hochdruckmodifikationen Coesit und und Stishovit, Stishovit, auch auch die Hochtemperaturmodifikationen Hochtemperaturmodifikationen Tridymit und Cristobalit. Letzterer Letzterer ist ein seltenes seltenes Mineral und aus aus Vulkaniten bekannt. bekannt. Im Rahmen einer Schockmetamorphose bildet er sich bei Temperaturen um 1700° C aus diaplektischem Glas oder dem Kieselglas Lechatelierit, (amorphes SiO 2) (Ferrière et al., 2009). Ein fundamentales Merkmal für den Übergang von Quarz zu Cristobalit stellt die Ausbildung eines ballenartigen Gefüges dar, das runde, oval geformte Bündel darstellt, die aus Aggregaten gestreckter Lamellen bestehen. Eine solche dachziegelartige Ballenstruktur gilt nach neueren Untersuchungen (Ferrière et al., 2009) als diagnostisch für Impaktereignisse. 49 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 27: Schliff 12 blaues Glas) mit Ballenstruktur; linear polarisiertes Licht und gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 560 µm
50 | S e i t e
5. Ergebnisse
Als sehr charakteristisches Beispiel zeigt Abb. 29 Ballenstrukturen im Schliff 12 eines blauen Glases. Die vielen, möglicherweise Flüssigkeitseinschlüsse Flüssigkeitseinschlüsse und und Rekristallisation, sorgen dafür, dass die Ballenstrukturen unter gekreuzten Polarisatoren undeutlich werden, was von Ballenstrukturen in anderen Impaktgesteinen bekannt bekannt ist (Ferrière et al, 2009). Zum Vergleich zeigt Abb. 30 Ballenstrukturen aus den Impaktstrukturen Bosumtwi (Ghana) und Mien (Schweden).
Abb. 28. Ballenstrukturen in Cristobalit aus dem Suevit der Bosumtwi-Impaktstruktur (Ghana) (a) und Ballenquarz in einem Impaktgestein der Mien-Impaktstruktur Mien-Impaktstruktur (Schweden) (b). Aus (Ferrière et al., 2009)
Ballenstrukturen in dieser oder sehr ähnlicher Ausbildungen konnten in insgesamt 13 der untersuchten 23 Schliffe nachgewiesen werden, darunter außer in den Gläsern auch in den diaplektischen Quarziten und den Gläsern mit Brekziengefüge. Außer dem Ballenstrukturen bildenden Cristobalit konnte in einigen Schliffen auch die SiO 2-Hochtemperaturmodifikation Tridymit nachgewiesen werden. Im Schliff Schliff
14 (Abb. (Abb. 25) tritt er im Kontakt Kontakt mit
Ballenstrukturen auf und ist an der sehr niedrigen Doppelbrechung und den typischen keilförmigen Verzwilligungen (MacKenzie & Guilford, 1981) zu erkennen. Der unmittelbare Übergang von Ballen-Cristobalit in Tridymit kann mit unterschiedlicher Schock-Erhitzung
oder
Abkühlung
des
Quarzkornes
erklärt
werden.
51 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 29. Schliff 14: Cristobalit übergehend in Tridymit; gekreuzte Polarisatoren und ganz leicht gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 1,4 mm
52 | S e i t e
5. Ergebnisse
Ein weiteres Schockmerkmal in den Schliffen sind Quarze mit grieseligem Bild und Braunfärbung. Man spricht von einem „getoasteten Quarz“ (engl. „toasted quartz“), der nach derzeitigen wissenschaftlichen Erkenntnissen als Schockeffekt anzusehen ist (Ferrière, et al., 2009). Zuerst wurde getoasteter Quarz in geschockten Gesteinen des Manson-Impaktkraters in Iowa beschrieben (Short & Gold, 1996), später auch in vielen anderen Impaktstrukturen identifiziert.
Abb. 30. Schliff 17: getoasteter Ballenquarz; Ballenquarz; II; Bildbreite 560µm
Schliff 17 (Abb. 32) von einem Quarzit mit Glashaut und glasgefüllten Rissen zeigt einen solchen getoasteten Quarz, der zudem die typischen Ballenstrukturen aufweist. Man erkennt unzählige winzigste rote Einsprenglinge, die als Flüssigkeitseinschlüsse gedeutet werden und nach mehrerer Autoren (Short & Gold, 1996); (Whitehead et al., 2002) für die Toast-Struktur des Quarzes verantwortlich sind. Sie bilden sich während einer Rekristallisationsphase durch das Entmischen Wassers von Glas (Whitehead et al., 2002). 53 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.1.3 planare Brüche(PFs, planar fractures) fractures)
Grundsätzlich verfügt verfügt Quarz über keine Spaltbarkeit, Spaltbarkeit, wie fast durchgehend durchgehend in der Literatur und auch im Internet zu lesen ist. Ganz Ganz selten wird eine einfache Spaltbarkeit nach nach dem Rhomboeder berichtet (Floerke et al., 1981). Dagegen gehört Spaltbarkeit in Quarz zum regelmäßigen Inventar der Schockmetamorphose und entwickelt sich bereits bei Schockdrücken <10 GPa (French & Koeberl, 2010). Der gegenwärtige Stand der Impaktforschung besagt: „Multiple PF sets are definitely the product of impact -generated shock waves; they are developed in the rocks of established impact structures …” (French &
Koeberl, 2010, S. 134), was sinngemäß bedeutet, dass multiple Scharen von PFs als diagnostisch für ein Schock- und Impaktereignis beurteilt werden. Abb. 33 zeigt im Schliff 15 ein Quarzkorn mit multiplen Scharen von PFs, deren unterschiedliche Richtungen farblich markiert sind.
Abb. 31. Schliff 15: Quarzkorn mit einer Vielzahl von Systemen planarer Brüche (PFs), bei denen einheitliche Richtungen Richtungen farblich einheitlich markiert sind; xx, Bildbreite 560 µm
54 | S e i t e
5. Ergebnisse
Zu einer Schockentstehung der PFs passen die unter gekreuzten Polarisatoren und bei rotiertem Mikroskoptisch auslöschenden Stellen als Anzeichen einer partiellen Isotropisierung im Quarzkorn, also die Umwandlung in diaplektisches Glas. Multiple Scharen von PFs PFs als Schockeffekte Schockeffekte sind in vielen Impaktstrukturen Impaktstrukturen nachgewiesen nachgewiesen worden. Abb. 34 stellt den Schliff eines geschockten Kreidesandsteins aus der AzuaraImpaktstruktur dar, der mehrere planare Brüche in Quarz verzeichnet
Abb. 32. Multiple Scharen planarer Brüche in Quarz aus einem geschockten Kreide-Sandstein der Azuara-Impaktstruktur, Spanien; Dünnschliffaufnahme; Dünnschliffaufnahme; xx; Bildbreite 800 µm Aus Ernstson & Claudin, http://www.impaktstrukturen.de, Original in (Ernstson, Claudin, Schüssler, & Hradil, 2002)
Dass das Quarzkorn von Abb. 34 mit den multiplen Scharen von PFs und Flecken diaplektischen Glases keinen Einzelfall darstellt, belegt Abb. 35 mit weiteren Quarzen aus demselben Schliff 15.
55 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 33. Zusammenstellung multipler Scharen von PFs und Flecken diaplektischen diaplektischen Glases in weiteren Quarzkörnern des Schliffes 15 ; xx; Bildbreite 560µm
56 | S e i t e
5. Ergebnisse
defor mation f eatur es 5.6.1.4 planare Deformationsstr Deformationsstrukturen ukturen (PDFs, (PDFs, planar defor )
Planare Deformationsstrukturen in Quarz lassen sich als mehrere, parallel eng nebeneinander laufende isotrope Lamellen charakterisieren. Sie orientieren sich nach kristallographischen Ebenen, entstehen bei Schockdrücken von 10-25 GPa. und gelten als diagnostisch für eine Schockbeanspruchung (French & Koeberl, 2010). Im Gegensatz zu den PFs sind PDFs keine offenen Risse (French, 1998) und unterscheiden sich durch ihren viel geringeren Abstand (≤ 1µm- 10µm) und ihre geringe Breite (≤ 1µm). Sind die Lamellen der PDFs mit winzigen Flüssigkeitseinschlüsse Flüssigkeitseinschlüsse belegt, spricht man von dekorierten PDFs (French & Koeberl, 2010). In den Schliffen 15 und 21 werden Scharen von planaren Elementen beobachtet, die bis auf den Nachweis der kristallographischen Orientierung die Merkmale von PDFs besitzen (Abb. 36, Abb. 37).
Abb. 34 Schliff 15: Vermutete PDFs (schwarzer Pfeil) und PFs (weißer Pfeil) in Quarz; xx
57 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 35 Schliff 15: Zwei Sets von vermuteten PDFs (weiße Pfeile) und PFs (schwarze Pfeile) in Quarz; xx
In beiden Schliffen treten die vermuteten PDFs zusammen mit PFs auf, eine Verbindung, auf die auch (French & Koeberl, 2010) mit mi t Blick auf geschockte geschockte Quarze hinweisen. Die Schar relativ kurzer planarer Elemente im rechten oberen Bereich des Quarzes von Abb. 37 ist möglicherweise kristallographisch orientiert, da sie unmittelbar mit einer streifenförmigen undulösen Auslöschung einhergeht. Undulöse Auslöschung bei gekreuzten Polarisatoren belegt eine plastische Verformung des Kristallgitters, die bei Quarz als Folge tektonischer Beanspruchung häufig auftritt. Da die planaren Elemente, die zudem leicht gebogen sind, der kristallographisch bedingten undulösen Auslöschung folgen (Trepmann & Spray, 2005), kann es sich bei ihnen i hnen um echte schockproduzierte PDFs handeln. Vermutlich handelt es sich dann eher um eine schwächere Schockbeansprung, da nur jeweils ein einziges System ausgebildet ist und mit zunehmenden Schockdrücken immer mehr sich kreuzende Scharen von PDFs auftreten, wie es z.B. die PDFs der Impaktstrukturen Rochechouart Rochechouart und Ries zeigen (Abb. 38, 39). 58 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 36 multiple Sets an PDFs dekoriert; Suevit-Brekzie von Rochechouart Rochechouart (Frankreich); xx; Maßstab 0,1 mm (French B. M., 1998)
Abb. 37 . multiple PDFs im Quarzkorn eines Suevits vom Ries-Krater; xx; Maßstab 0,1 mm (French B. M., 1998)
59 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.1.5 unregelmäßige Brüche im Quarz
Brüche können sich in Quarzen sowohl durch geringe tektonische Deformation, als auch durch leichte Schockwellen entwickeln (French & Koeberl, 2010). Quarz zeigt hierbei unregelmäßige, gerade bis gekrümmte und zufällig orientierte Frakturen, die sich auch in den umliegenden Körnern fortsetzen können. Da eine Unterscheidung tektonisch schockproduziert nicht möglich ist (French & Koeberl 2010), gehören hier unregelmäßige Brüche in Quarz zunächst zu vermuteten Schockeffekten. Etwas anders verhält es sich mit unregelmäßigen unregelmäßigen offenen Spallationsbrüchen, Spallationsbrüchen, die im i m nächsten Unterpunkt beschrieben werden.
Abb. 38. Schliff 13: nahezu pulverisiertes Korn; links ll, rechts xx; Bildbreite 600 µm
Bruchbeanspruchungen in Quarz treten in den Schliffen von Nalbach verbreitet in einer derartigen Intensität auf, dass es sehr schwer fällt, sie einer tektonischen Deformation zuzuschreiben. Abb. 40 zeigt den Ausschnitt einer Dünnschliffaufnahme mit einem extrem zertrümmerten Quarz, der in einer Glasmatrix eingebettet ist (Schliff 13). Die einheitliche Auslöschung aller Fragmente mit erhalten gebliebener "Passgenauigkeit" "Passgenauigkeit" an den Korngrenzen deutet auf Zugbrüche oder ein Zerbrechen unter sehr hohem, allseitig wirkendem Druck hin. Bei gerichtetem Druck mit Scherung wäre eine Rotation der Komponenten zu erwarten, was 60 | S e i t e
5. Ergebnisse
jedoch im Schliff nicht zu erkennen ist. i st. Da die Risse wegen der Auslöschung unter gekreuzt polarisiertem Licht glasgefüllt erscheinen, deutet die Deformation auf durchgehende Zugbeanspruchung, die mit Vorstellungen über eine tektonische Beanspruchung nicht verträglich ist. Ein vollständiges derart beanspruchtes Quarzkorn mit denselben Merkmalen der feinsten Zertrümmerung bei erhalten gebliebenem Zusammenhalt der Fragmente zeigt Abb. 41.
Abb. 39. Schliff 13: feinste Zertrümmerung eines Quarzkorns bei bestehendem Zusammenhalt der Fragmente; ll; Bildbreite 3mm
61 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.1.6 Spallation
Im Zuge eindringender Schockwellen tritt bei Impaktereignissen der Prozess der Spallation auf. Die Schockwellen durchlaufen als Druckwelle das heterogene Gestein und werden, wenn sie auf eine freie Oberfläche treffen, dort als Zugwelle gleicher Energie reflektiert (Ernstson, et al. 2001 ). Auch an Grenzflächen im Gestein, an denen es zu einem starken Rückgang der sogenannten Impedanz (Impedanz = Produkt aus Dichte und Schallgeschwindigkeit des Materials) kommt, wird ein beachtlicher Teil des Drucks in Form von Zug reflektiert. Es entstehen Zugbrüche, die zum Absplittern und Abplatzen (englisch: spallation) von Gesteinsfragmenten führen können (Ernstson et al., 2001 ). Geometrisch und durch die Zugbeanspruchung bedingt, stellen sich diese Spallationsbrüche oft als Spiegelbild der Kornoberflächen dar (Ernstson et al., 2001 ). Dem Prozess der Spallation kommt entgegen, dass im Allgemeinen die Zugfestigkeit aller Materialien, auch die der Gesteine, deutlich geringer ist als die Druckfestigkeit. Somit richten bei Impaktereignissen die reflektierten Entlastungswellen meist den weitaus größeren Schaden an, als der Druck der Schockwellen. Das Ausmaß der Spallation variiert dabei von Mikrostrukturen bis hin zur Deformation riesiger Gesteinskomplexe. Gesteinskomplexe.
Abb. 40.Schliff 21: Offene, glasgefüllte Spallationsbrüche in zwei Quarzen, die jeweils in drei größere Fragmente zerteilt wurden. xx, Bildbreite grob 0,8 mm Für jedes Fragment lässt sich grob eine Symmetrielinie Symmetrielinie zu den Umrissen aus Kornoberfläche Kornoberfläche und Spallationsrissen ziehen. Mehr im Text.
62 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 41: Quarzkorn mit wahrscheinlichen Spallationsrissen Spallationsrissen aus dem Chiemgau-Impakt; xx; Bildbreite = 0,8 mm (Ernstson et al., 2010)
Typische, als Spallationsbrüche gedeutete Brüche, zeigt Schliff 21 (Abb. 42) mit zwei derart beanspruchten beanspruchten Quarzkörnern, die in einer Glasmatrix schwimmen. Die oben bereits angesprochene Geometrie solcher Spallationsbrüche, die aus dem Reflexionsprozess an der freien Kornoberfläche resultiert, ist in beiden Körnern gut zu beobachten, was in Abb. 42 weiter verdeutlicht wird. Zuvor zeigt Abb. 43 zum Vergleich ein offenbar nahezu identisch deformiertes Quarzkorn mit glasgefüllten Rissen aus einem geschockten Gestein des Chiemgau-Impaktes. Auch hier lassen sich die charakteristischen Symmetrielinien innerhalb der Fragmente ziehen. Zudem wird Wert darauf gelegt, dass es sich in Abb. 42 nicht um einen Einzelbefund handelt, handelt, sondern dass sich die typische Spallaltionsgeometrie der offenen Risse regelmäßig in den Quarzkörnern identifizieren lässt, was Abb. 44 zeigt.
63 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 42: Zusammenstellung Zusammenstellung von durch Spallation betroffenen Quarzkörnern Quarzkörnern aus Schliff 21; xx; grob 1,2 mm; blau: einige markierte "Spalls“; rot: Symmetrielinien innerhalb von Spallationsfragmenten.
64 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.1.7 Knickbänderung in Glimmern
Knickbänder sind charakteristische Deformationsstrukturen, die häufig in geschockten Glimmern von Impaktgesteinen auftreten (Hörz, 1970). Sie formen sich bei geringen Schockdrücken durch Gleitungen und Rotationen im Kristall und verlaufen quer zur basalen Spaltbarkeit (Abb. 45).
Abb. 43: Entstehung von Knickbändern
Da Knickbänder jedoch auch in Gesteinen auftreten, die durch sehr starke tektonische Deformation beansprucht wurden, kann man sie nicht eindeutig einem Schockereignis zuordnen. Nach (Hörz, 1970, Schneider, 1972) unterscheiden sich schockbeanspruchte Knickbänder durch ihre hohe Anzahl im Korn, große Engständigkeit und die Asymmetrie der Knickwinkel von tektonisch deformierten. Zudem gehen geschockte Glimmer oft mit Scharen von PDFs einher (z. B. beim Ries-Krater, (Schneider, 1972)), ein Merkmal, das auf tektonisch beanspruchte beanspruchte Glimmer nach heutigem heutigem Kenntnisstand nicht nicht zutrifft.
Abb. 44 Schliff 26: Unregelmäßig eingebettete eingebettete Glimmer (Biotite) in polymikter Brekzie; ganzer Schliff; ll; Bildbreite 48mm
65 | S e i t e
5. Ergebnisse
Von den untersuchten Schliffen fällt Schliff 23 mit unregelmäßig eingebetteten Biotiten in einer polymikten Brekzie auf (Abb. 46). Die meisten dieser Glimmer weisen eine intensive Knickbänderung Knickbänderung und Scharen planarer Deformationsstrukturen (PDFs) auf (Abb. 47, 48,49)
Abb. 45. Schliff 26: Glimmerkorn (Biotit) mit intensiver Knickbänderung (NNW – SSE) quer zur Spaltbarkeit (SW – NE). xx, Bildbreite 750 µm.
66 | S e i t e
5. Ergebnisse
Zur Veranschaulichung, Veranschaulichung, wie das Modell in Abb. 47 im geknickten Glimmer realisiert ist, zeigt Abb. 48 einen stark vergrößerten Ausschnitt, in dem die wesentlichen Merkmale markiert und bezeichnet sind. sind.
Abb. 46: Beschreibung der Knickbandgeometrie in einem Biotit von Schliff 26; xx; Bildbreite 120 µm
In einem Vergleich zeigt Abb. 49 einen Biotit mit ebenfalls intensiver Knickbänderung, von der angenommen wird, dass sie das Resultat einer Schockdeformation in einem Impaktereignis (Chiemgau-Impakt) ist.
67 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 47. Ausgeprägte Knickbänder in Glimmer, die einen großen Winkel mit der Spaltbarkeit (001) bilden. Gneis, ChiemgauImpakt (Deutschland); Dünnschliff; xx; Bildbreite 650 µm (Ernstson & C laudin, http://www.impaktstrukturen.de) http://www.impaktstrukturen.de)
Eine Besonderheit bei den beanspruchten Glimmern mit Knickbänderung Knickbänderung von Nalbach ist das Auftreten weiterer Scharen von im allgemeinsten Sinne planaren Deformationsstrukturen (PDFs), bei denen nicht immer zu klären ist, ob es sich um äußerst schmale Knickbänder oder auch z.B. um Gittergleitungen handelt, wie für die Glimmer aus dem Rieskrater diskutiert wird (Schneider, 1972).
68 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 48. Zwei Glimmer aus Schliff 26 mit mehreren Scharen von PDFs, die die leicht erkennbare Spaltbarkeit queren. Gekreuzte Polarisatoren, Bildbreiten Bildbreiten oben 540 µm und unten 1,4 mm.
Schließlich wird die Vielfalt an Knickbändern und anderer planarer Deformatonsstrukturen in den Biotiten aus schliff 26 in einer kleinen Zusammenstellung zum Ausdruck gebracht (Abb. 51). 69 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 49: Zusammenstellung von Schliffbildern (Schliff 26), die die Vielfalt von planaren Deformationsstrukturen in Biotiten vermitteln. Die Bildbreiten liegen jew eils70 | S e i t e bei grob 0,5 mm.
5. Ergebnisse
5.6.2 Gläser
Der Reichtum an verschiedenfarbigen mutmaßlichen Impaktgläsern bildet ein Hauptmerkmal von W. Müllers Funden und soll deshalb hier unter einem eigenen Unterpunkt aufgeführt werden. Zunächst wird auf die charakteristischen Eigenschaften der bunten Gläser an sich eingegangen eingegangen und danach ein Vergleich mit einem industriellen Referenzprodukt angestellt. 5.6.2.1 Gläser vom Fundort
Die mutmaßlichen Impaktgläser besitzen ein Spektrum an grünen, blauen und schwarzen Farben, die vermutlich von Eisenoxiden herrühren und weisen Blasenhohlräume in einer Glasmatrix auf. Es bestehen fließende farbliche Übergänge, die sich in einer schlierenförmigen Bänderung über die gesamte Matrix fortsetzen. Über makroskopisch ähnliche Gläser aus der Zhamanshin-Impaktstruktur hat (Koeberl, 1988) berichtet. Abb. 52 zeigt ein blaues Glas Glas als Dünnschliff. Das gesamte Glas ist mit zahllosen zahllosen dunklen Einschlüssen, mit bis zu winzigsten Formaten angereichert.
Abb. 50. Schliff 12: Löcher und Einschlüsse in makroskopisch blauem Glas; II; Bildbreite 350µm
71 | S e i t e
5. Ergebnisse
Sie bilden möglicherweise Gas- oder Flüssigkeitseinschlüsse, können aber ohne genauere Untersuchungen Untersuchungen nicht weiter charakterisiert werden. Teilweise erscheinen sie undeutlich, was damit zusammenhängt, dass sie kleiner als die Schliffdicke sind (<30µm) und nicht einheitlich scharf gestellt werden können. Die weißen Kreise repräsentieren die Blasenhohlräume Blasenhohlräume des Glases. Außer als individuelle Glaskörper gibt es Gläser auch in den unterschiedlichsten Gesteinen des Untersuchungsareals. Dazu gehören die mit Glas ummantelten hellen Quarzit-Gerölle (Abb. 8), polymikte Brekzien mit gleichermaßen Gesteins- und Glaskomponenten (Abb. 10, Abb. 11) sowie Gesteine mit Glasmatrix und polymiktem Brekziengefüge (Abb. 5, 6, 14). Ein schwarzes Glas (Schliff 7-11; 16-18) füllt die offenen Risse in den hellen Quarzit-Geröllen (Abb. 8). Abb. 53. zeigt einen solchen mit Glas gefüllten Riss im Dünnschliff. Innerhalb des Risses setzt entlang der Hohlräume (schwarze Flächen) Rekristallisation ein. Bei den Mineralen könnte es sich um Hellglimmer handeln.
Abb. 51. Schliff 7: Glas gefüllter Riss im Quarzit; xx; Bildbreite 1,4mm
Weitere Rekristallisationserscheinungen treten vorwiegend entlang der Löcher in den offenen Rissen und an Blasenhohlräumen auch in weiteren Schliffen (Abb. 54) auf.
72 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 52. Schliff 13: Rekristallisation an Hohlraum in grünem Glas mit Schlierengefüge und metallischen Einschlüssen (dunkle Partikel); xx; Bildbreite 4mm
In mehreren Schliffen (2,19) sind verschiedene Glassorten im Kontakt zu beobachten. Abb. 55 zeigt in der oberen Hälfte die Glasmatrix des Gesteins mit scherbigem Gefüge. Die untere Hälfte wird von der andersartigen Glasmatrix einer Komponente eingenommen (Abb. 55). In ihr schwimmen quarzitische Partikel, die ein Fließgefüge im Glas zeigen und Ballenstrukturen als Schockindikator aufweisen (5.6.1.2 Ballenstrukturen). In beiden Glaskomponenten treten opake, vermutlich metallische Sphärulen auf, von denen die geschwänzten größeren im partikelreichen Glasfluss (untere Hälfte des Schliffs) eingeregelt erscheinen. Durch welchen Prozess die unterschiedlichen Glassorten und auch die ursprünglich wohl geschmolzenen opaken Sphärulen in den Proben zusammengefunden zusammengefunden haben, bleibt vorerst unklar.
73 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 53.Schliff 19: Kontakt zweier Glasfronten im grünen Glas mit opaken Sphärulen; ll; Bildbreite 1,4mm
Größere Glaskomponenten mit quarzitischen Komponenten können die dachziegelartige Ballenstruktur des Quarzes und die opaken Sphärulen mit der im schlierigen Glasfluss eingeregelten Schwänzung Schwänzung deutlicher zeigen (Abb. 56, Schliff 2).
74 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 54. Schliff 2: Glas mit Ballenstruktur und metallischen Sphärulen; Sphärulen; ll; Bildbreite 1,4mm
Ein großes opakes, metallisch erscheinendes Partikel in einem der Gläser zeigt Schliff 25 in Abb. 57, 58. Im selben selben Schliff treten neben den den schon bekannten bekannten Blasenhohlräumen Blasenhohlräumen mit beginnender beginnender Rekristallisation, opaken Sphärulen und winzigsten Einschlüssen unbekannter Natur auch feinere glasgefüllte Risse auf, die nach dem Erkalten und der Verfestigung der Glasmatrix entstanden sein müssen.
75 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 55. Schliff 25: Glasgefüllte Risse in Glasmatrix; ll; Bildbreite 6mm
Abb. 56. Schliff 25: Glasgefüllte Risse in Glasmatrix; xx; Bildbreite 6mm
76 | S e i t e
5. Ergebnisse
5.6.2.2 Referenzglas Industrie
Die Referenzprobe stammt aus der ehemaligen Glasverhüttungsanlage Glasverhüttungsanlage St. Ingbert im Saarland und ist ein schlackenähnliches Material aus gräulich schwarzen bis grünlichen Farbtönen (s. Abb. 7). Mit den mutmaßlichen Impaktgläsern hat dieses Glas wenig gemeinsam. Es hat ein dichtes, schlieriges, schlieriges, sonst aber aber sehr homogenes homogenes Gefüge (Abb. 59) mit nur nur ganz seltenen seltenen Blasenhohlräumen. Es gibt keine Gesteinsfragmente und keine größeren metallischen Einschlüsse.
Abb. 57. Schliff 6: dichtes schlieriges Gefüge des Industrieglases mit opaken (metallischen ?) Sphärulen (schwarze Partikel); ll; Bildbreite 4mm
Das Fehlen der quarzitischen Gesteinspartikel und der in den Impaktgläsern regelmäßig auftretenden Ballenstrukturen als diagnostischer Schockindikator sowie das Fehlen der Koexistenz verschiedener Glasformen (z.B. Abb. 55 und 56) machen den ganz wesentlichen Unterschied aus. Hinzu kommen weitere unterschiedliche Merkmale, wie z.B. eine durchgehende beginnende Rekristallisation des Industrieglases (Abb. 60) im Gegensatz zu einer nur sporadischen Rekristallisation an Blasenhohlräumen oder Rissen beim Gl as aus dem Untersuchungsgebiet. 77 | S e i t e
5. Ergebnisse
Abb. 58. Schliff 6: durchgehende Rekristallisation Rekristallisation des Industrieglases; xx; Bildbreite 350µm
In beiden Gläsern sind allerdings opake Sphärulen vorhanden, die beim Industrieglas strahlige Auswüchse einer Rekristallisation zeigen und durch eine dichte Aneinanderreihung Aneinanderreihung das streifige Gefüge in Abb. 59 verursachen. Ohne weitere chemische Analyse stellen sie kein Unterscheidungsmerkmal Unterscheidungsmerkmal dar. Wenn sich auch das im Gelände auftretende mutmaßliche Impaktglas und Industriegläser nicht immer auf Anhieb makroskopisch unterscheiden lassen, so dürfte in aller Regel eine mikroskopische Schliffuntersuchung in den meisten Fällen eine eindeutige Ansprache erlauben. Insbesondere Gläser mit silikatischen Einschlüssen, die Schockeffekte wie die regelmäßig auftretenden Ballenstrukturen belegen, schließen nach dem gegenwärtigen Stand der Kenntnisse eine anthropogene Bildung aus.
78 | S e i t e
6. Diskussion und Schlussfolgerungen
6. Diskussion und Schlussfolgerungen Aufgrund äußerer Umstände (Ausfall von Apparaturen) liegt ein Schwerpunkt der Arbeit auf der Untersuchung von Dünnschliffen. Die Analysen erbrachten den Nachweis einer Häufung von Mineralveränderungen, die nach heutigem Stand der Wissenschaft als diagnostisch für eine Schockbeanspruchung zu gelten haben. Das wichtigste Merkmal ist das Auftreten diaplektischer Gläser, die nicht bei endogenen Prozessen auftreten können (French & Koeberl, 2010). In den vorhandenen Dünnschliffproben weisen überwiegend die Quarze aber auch Sanidine (Abb. 18 Schliff 7) solch eine optische Isotropie auf, wobei ihre strukturellen Eigenschaften wie Korngrenzen und Brüche erhalten blieben. Die aufzubringenden Schockdrücke, um eine vollständige diaplektische Umwandlung der Minerale zu gestatten, betragen 30-45 GPa (French, 1998). Bei geringeren Drücken kann es auch zu partieller Isotropisierung mit fleckenhafter Auslöschung bei gekreuzten Polarisatoren kommen. Solche diaplektischen Quarzkristalle wurden ebenfalls beobachtet. Weiterhin gelten nach neueren Untersuchungen (Ferrière et al., 2009) Ballenstrukturen, die in sehr vielen Proben auftreten (Abb. 29-32, Schliffe 12, 14, 17; Abb. 55-56, Schliffe 19, 2) als eindeutiges Schockmerkmal. Das trifft auch für die multiplen Scharen Scharen planarer Brüche in Quarz zu, die in diversen Quarzen auftreten (siehe Abb. 35). Eine solche ausgeprägte Spaltbarkeit ist in Quarz unbekannt und nur im Zusammenhang mit Impaktereignissen zu beobachten (French & Koeberl, 2010, S. 134). Einfache planare Brüche sind in Ausnahmefällen aus tektonisch beanspruchten beanspruchten Gesteinen einer starken Regionalmetamorphose Regionalmetamorphose bekannt. Eine so starke Tektonik ist für das Untersuchungsgebiet Untersuchungsgebiet jedoch nicht gegeben. Andere in den Schliffen beobachtete Mineraldeformationen werden nicht als eindeutiger Beweis für eine Schockbeanspruchung angesehen, sind hier aber ebenfalls mit großer Wahrscheinlichkeit dazuzurechnen. Genannt werden planare Deformationsstrukturen (PDF) in Quarz, die in einer Ausbildung als isotrope Lamellen nach kristallographisch orientierten Flächen durchaus als diagnostisch für Schock gelten. Die in den Schliffen nur sporadisch scharenweise auftretenden planaren Elemente in Quarz zeigen zwar die typische Ausbildung, was Dicke und Abstand der Lamellen im Mikrobereich betrifft, ihre kristallographische Orientierung wurde jedoch nicht nachgewiesen. Eine typische Schockdeformation bei geringeren Schockdrücken sind auch Knickbänder in Glimmern, die aber auch tektonisch erzeugt auftreten. Nach (Hörz, 1970) sollen sich Knickbänder einer Schockbeanspruchung durch eine hohe Frequenz im Korn, große Engständigkeit und durch vorherrschende Asymmetrie von tektonischen Knickbändern unterscheiden. Genau diese Merkmale treffen 79 | S e i t e
6. Diskussion und Schlussfolgerungen
auf die stark geknickten geknickten Glimmer im Schliff Schliff Nr. 25 zu. Hinzu Hinzu kommt, dass sich sich die meisten dieser Glimmer durch weitere Scharen planarer Deformationsstrukturen auszeichnen, was für tektonisch deformierte Glimmer offenbar so nicht bekannt ist, jedoch aus geschockten Gesteinen z.B. des Ries-Kraters berichtet wird (Schneider, 1972). Ebenfalls sehr ungewöhnlich sind die in mehreren Schliffen beobachteten extremen Zertrümmerungen der Quarze, die in vielen Fällen einer Pulverisierung nahekommen. nahekommen. Um die Vielfalt der Pulverisierung in weiteren Schliffen (Abb. 40,41; Schliff 13) zu belegen, wird mit in Abb. 61 noch ein weiterer Schliff (Schliff 20) mit ähnlichen Merkmalen gezeigt. Es fällt schwer, bei der trotzdem meist erhaltenen Passgenauigkeit der Fragmente eine tektonische Beanspruchung Beanspruchung in Betracht zu ziehen.
Abb. 59. Schliff 20: völlige zertrümmerte Quarze (pulverisiert); xx; Bildbreite 3mm
Tektonisch nicht erklärbar sind auch die unregelmäßigen, offenen und mit Glas gefüllten Zugrisse in Quarzen, die in großen Mengen auftreten. Wegen des Charakters der Zugbeanspruchung und ihrer besonderen Geometrie vielfach als Spiegelbild der Kornoberflächen können sie als schockinduzierte Spallationsrisse gedeutet werden (5.6.1.6 Spallation, Ernstson et al., 2001). 80 | S e i t e
6. Diskussion und Schlussfolgerungen
Die hier noch eimal zusammengestellten wesentlichsten Befunde der Schliffuntersuchungen mit eindeutigen, sehr wahrscheinlichen und zudem in den Gesteinen des Untersuchungsareals Untersuchungsareals offenbar weitverbreiteten Schockeffekte mit höchster Druck- und Temperatureinwirkung sprechen ohne Zweifel für ein Impaktereignis, wofür gegenwärtig aber noch keine Einschlagstruktur Einschlagstruktur gefunden werden konnte. Dafür lassen sich verschiedene Gründe anführen. Ein solcher Krater könnte existiert haben, aber durch alluviale Überprägung des Geländes und Erosionsarbeit Erosionsarbeit des Flusses verschwunden verschwunden sein. Eine weitere, eher spekulative Möglichkeit für das Fehlen eines Kraters, die bereits von (Buchner et al., 2011) für das Gebiet Nalbach erwogen wurde, ist die Annahme eines Airbursts. Wenn sich ein kosmisches Projektil (Asteroid, Komet) mit einer hohen Geschwindigkeit (> 10 km/s) durch die Erdatmosphäre bewegt, wird die vor ihm befindliche Luft stark verdichtet. Im Zuge dieser Kompressionsdrücke und Hitzeentwicklung kommt es zu einem leichten Zersplittern des Objekts, wodurch mehr Angriffsfläche für die Reibung mit der Luft geschaffen wird und die Reibungstemperatur schlagartig ansteigt. Eine folgende gewaltige Detonation (Explosion) bewirkt einen Hochtemperaturstrom in Richtung Erdoberfläche, der dabei seine kinetische und innere Energie an die Atmosphäre überträgt (Boslough & Crawford, 2008). Kollidiert dieser hochenergetische Strahl in der Folge mit der Erdoberfläche, so breitet sich ein radial expandierender Feuerball aus, der die Schmelztemperaturen der Mineralien übersteigt und nach (Osinski, et al., 2008) zu der Glasumwandlung führt, wie sie auch im Untersuchungsgebiet charakteristisch vorzufinden ist. Ein Airburst könnte auch das verbreitete und reichhaltige Vorkommen an Chiemit-Material im Areal Nalbach erklären, das nach Untersuchungen an vergleichbaren Vorkommen beim Chiemgau-Impakt auf eine Bildung unter höchsten Drücken und Temperaturen zurückzuführen ist (Shumilova et al., 2012). Danach bewirkt ein Airburst eine SchockInkohlung, bei der die betroffene Vegetation nicht wie bei der gewöhnlichen Kohlebildung (organisches Material > Torf > Braunkohle > Steinkohle > Anthrazit) durch einen langandauernden Prozess verändert wird, sondern spontan in dichtes Kohlenstoffmaterial überführt wird (Bauer et al., 2013). Für einen solchen Prozess liefern eingebackene Holzreste und teilweise angedeutete Rindenstrukturen im Chiemit sowie kaum zu übersehende Pseudomorphosen Pseudomorphosen von Chiemit nach Holz überzeugende Argumente. Darüber hinaus ließen sich die verblüffenden Parallelen zwischen den Funden in Nalbach und dem Chiemgau auch auf einen Airburst übertragen der im Zusammenhang mit Beobachtungen beim Chiemgau-Impakt Chiemgau-Impakt erwogen wird (Ernstson (Ernstson et al., 2010). 81 | S e i t e
6. Diskussion und Schlussfolgerungen
Eine geologisch verhältnismäßig einfache Erklärung für das Fehlen einer Impaktstruktur im Raum Nalbach ist eine allochthone Bildung der Impaktite, die über Transportvorgänge mit Prims und Nebenflüssen an den Fundort als zweite Lagerstätte gelangt sein könnten. Der sehr geringe Rundungsgrad der meisten Proben spricht allerdings gegen weite Transportwege. Ziel weiterführender Untersuchungen muss zwangsläufig eine Klärung einer Allochthonie mit Schürfen und flachen Bohrungen sein, wobei eine Verdichtung der Funde über weitere Strecken flussaufwärts wichtige Hinweise auf eine möglicherweise weiter entfernte, bisher nicht als solche erkannte Impaktstruktur geben könnte. Schließlich bleibt die Diskussion zur Frage der zeitlichen Einordnung des Impaktereignisses. Daten einer absoluten Datierung der vom Impakt betroffenen Gesteine (Thermolumineszenz, Radiokarbonmethode) liegen nicht vor. Entsprechend der Möglichkeit einer sekundären Lagerstätte sind die Ablagerungen Ablagerungen in geringer Tiefe innerhalb innerhalb der Auenlehme stratigraphisch wenig aussagekräftig. Die sehr frisch wirkenden Gläser sprechen allerdings für eine sehr junges, vermutlich nacheiszeitlich, holozänes Alter. In dem Zusammenhang Zusammenhang scheinen Überlegungen Überlegungen interessant, ob der Mensch dieses Ereignis erlebt hat und ob in archäologischen archäologischen Ausgrabungen der Region entsprechende Hinweise zu entdecken sind. Das wäre im Hinblick auf eine Gleichzeitigkeit Gleichzeitigkeit mit dem Chiemgau-Impakt von Bedeutung, Bedeutung, bei dem dem gemeinsame Funde
von
archäologischem
und
Impakt-Material
stratigraphisch
ein
Alter
Bronzezeit/Keltenzeit Bronzezeit/Keltenzeit belegen.
82 | S e i t e
7. Fazit und Ausblick
7. Fazit und Ausblick Ziel der vorliegenden Diplomarbeit war es, Oberflächenfunde von ungewöhnlichen Gesteinsproben und Gläsern aus dem Raum Nalbach/Prims mit geochemischen und mineralogischen Methoden zu untersuchen, um die seit wenigen Jahren vorliegende Vermutung eines kosmisches Ereignis mit einem meteoritischen Impakt zu stützen oder auch in Frage zu stellen. Ein wesentliches Augenmerk war auf mögliche Verwechslungen mit anthropogenem Material zu richten. Die von geochemischen Analysen erwarteten Ergebnisse blieben hinter den Erwartungen zurück. Sie zeigten, dass die untersuchten Gläser hohe Eisengehalte und Sphärulen enthalten, die als typisch im Zusammenhang mit einem kosmischen Ereignis gelten können, aber keineswegs als beweiskräftig anzusehen sind. Einen entscheidenden
Fortschritt
erbrachten
Dünnschliff-Untersuchungen
am
Polarisationsmikroskop von insgesamt 21 Gesteins- und Glasproben aus dem Gelände sowie einer industriellen Glasprobe. Dabei konnten reichlich ungewöhnlich starke Schockeffekte nachgewiesen werden, die nach heutigem Kenntnisstand nicht durch endogene Prozesse entstehen können und als diagnostisch für einen meteoritischen Impakt gelten. Sie dienen auch als eindeutiges Unterscheidungsmerkmal Unterscheidungsmerkmal zu industriellen Gläsern der Region.
Da bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt ein Hinweis auf den Ort eines solchen Einschlags in Form
eines
Impaktkraters
fehlt,
sind
ein
kosmisches
Ereignis
ohne
direkte
Einschlagmerkmale in Form eines Airbursts vorstellbar, aber auch geologische Ursachen wie das Verschwinden einer ursprünglich vorhandenen Struktur durch Erosion und/oder Sedimentation zu diskutieren. Schließlich müssen die Funde kein autochthones Material angetroffen haben, das sich nunmehr auf zweiter Lagerstätte befindet. Schürfe und flache Bohrungen am Fundort selbst und weiter flussaufwärts könnten die Frage einer Allochthonie, sei es durch geologische oder anthropogene Verlagerung, klären helfen. Insbesondere am Fundort entlang der Prims könnten Grabungen zu weiteren Erkenntnissen führen, da nach H. Hein dieses Areal seit knapp 200 Jahren vollkommen unberührt von künstlichen Aufschüttungen der Industrie geblieben ist. Untersuchungen zur stratigraphischen Lage der geschockten Materialien oder auch eine mögliche Identifizierung einer Impaktstruktur im Oberlauf der Prims würden auch die wichtige Frage einer Datierung dieses ungewöhnlichen Ereignisses, möglicherweise zu einer Zeit, als die Region bereits besiedelt war, einer Lösung näherbringen. Solche spannenden Arbeiten, die über den Rahmen der Diplomarbeit hinausgingen, hinausgingen, bleiben weiterführenden Untersuchungen vorbehalten. 83 | S e i t e
8. Abbildungsverzeichnis
8. Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Übersichtslageplan für das Untersuchungsgebiet ..................................................................... ......................................................................... 4 Abb. 2: geologische Karte des Saarlandes/ Raum Nalbach mit Fundstelle der Proben (Erdbaulaboratorium Saar, 2013) .......................................................................................................... .............................................................................................................. 5 Abb. 3: Der Primslauf von von 1800-1830 mit Markierung der Fundstelle der Proben (Hein, 2010). Violette Linien stellen Grenzen zu den ehemaligen Wohngebieten dar.................................................. 7 Abb. 4. Probe 1: schwarzes extrem poröses kohleartiges Material (Chiemit) ......................................... 8 Abb. 5. links Probe 2: blaues Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen; rechts Probe 4: schwarzes Glas mit Gesteins- und metallischen metalli schen Einschlüssen ........................................................... ................................................................ ..... 9 Abb. 6. Probe 3 (links): grünes Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen ............................... 9 Abb. 7. Probe 6: schwarze Glasschlacke aus ehemaliger Glashütte St. Ingbert; stellvertretend für ähnliche Probe 5: blaue Glasschlacke ................................................................................................... ................................................................................................... 10 Abb. 8. monomikte Brekzien im Verband mit schwarzem Glas und vermutlich Chiemit (rechte Abbildung)eingebacken links Schliffprobe 13 und rechts Schliffprobe 14........................................... 13 Abb. 9. polymikte Brekzie mit Glas- und Gesteinsfragmenten in sandiger Matrix; Schliffprobe 26; ähnlich Schliffprobe 15 ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 13 Abb. 10. Sandstein mit Glimmern in einer ei ner Glasmatrix und eingebackenem Sandsteinfragment (hell); Schliffprobe 20 ............................................................................................................. ...................................................................................................................................... ......................... 14 Abb. 11. feiner Sandstein mit Glimmer; links Schliffprobe 23, rechts Schliffprobe 24 ....................... 15 Abb. 12. blaues Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen; Schliffprobe 12; ähnliche Schliffproben 2-4, 22 und 25.................................................................. ................................................................................................................. ............................................... 15 Abb. 13. REM-Aufnahme der Probe 1 (Chiemit) ................................................................................. 29 Abb. 14. REM-Darstellung des blauen Glases ............................................................. ...................................................................................... ......................... 30 Abb. 15. Nahaufnahme einer Sphärule des blauen Glases unterm REM .............................................. .............................................. 31 Abb. 17. REM-Aufnahme der Probe 3 (grünes Glas) mit mehreren Sphärulen in der Matrix .............. 31 Abb. 17. REM-Darstellung der Probe 3 (grünes Glas) mit großer Sphärule im Vordergrund .............. 31 Abb. 18. REM-Aufnahme der Probe 6 (schwarze Glasschlacke) als Referenz, stellvertretend für blaue Glasschlacke .......................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... 32 Abb. 19. Röntgendiffraktogramm der Probe 1 (Chiemit) unbearbeitet ................................................. 33 Abb. 20. Röntgendiffraktogramm der Probe 1 (Chiemit) bearbeitet; rote Linien= Kalzit (CaCO 3); blaue Linien= Lignit (C-SiO2) ............................................................................................................... ............................................................................................................... 34 Abb. 21. Röntgendiffraktogramm der Probe 2 (blaues Glas); unbearbeitet .......................................... .......................................... 35 Abb. 22: oben Schliff von einem gewöhnlichen Quarzit (alpines Geröll; unten Schliff 7: Quarzit diaplektisch umgewandelt; beides gekreuzte Polarisatoren (xx); Bildbreite 48mm. Bei den schwarzen Linien handelt es sich um mit Glas gefüllte Risse im Quarzit .............................................................. .............................................................. 46 Abb. 24.Schliff 11: Quarzit mit diaplektischem Quarzkorngefüge; linear polarisiertes Licht (II); Bildbreite 560µm............................................................. ................................................................................................................................... ...................................................................... 47 Abb. 24. Schliff 11: Quarzit mit diaplektischem Quarzkorngefüge; Quarzkorngefüge; gekreuzte Polarisatoren (xx); Bildbreite 560µm............................................................. ................................................................................................................................... ...................................................................... 47 Abb. 25.Schliff 7: oben diaplektische Sanidin-kristalle im Quarzit links bei II und rechts bei xx; Bildbreite 560µm unten Nahaufnahme eines diaplektischen Sanidin-kristalls links ll und rechts xx; . 48 Abb. 26: Ein zu einem diaplektischen Glas umgewandeltes Sandsteinfragmentin einer stark geschockten polymikten Brekzie aus der Azuara-Impaktstruktur (Spanien). Links ll, rechts xx, Bildbreite 600µm. Aus (Ernstson et al., 2002); farbiges Bild Bil d aus http://www.impaktstrukturen.de/seitehttp://www.impaktstrukturen.de/seiteschock-metamorphose/ ....................................................................................................................... .......................................................................................................................... ... 49 Abb. 27: Schliff 12 blaues Glas) mit Ballenstruktur; linear polarisiertes Licht und gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 560 µm .......................................................................................................... .......................................................................................................... 50 84 | S e i t e
8. Abbildungsverzeichnis
Abb. 28. Ballenstrukturen in Cristobalit aus dem Suevit der Bosumtwi-Impaktstruktur (Ghana) (a) und Ballenquarz in einem Impaktgestein der Mien-Impaktstruktur (Schweden) (b). Aus (Ferrière et al., 2009).................................................................................................................. ...................................................................................................................................................... .................................... 51 Abb. 29. Schliff 14: Cristobalit übergehend in Tridymit; Tri dymit; gekreuzte Polarisatoren und ganz leicht gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 1,4 mm ....................................................................................... .......................................................................................... ... 52 Abb. 30. Schliff 17: getoasteter Ballenquarz; II; Bildbreite 560µm ..................................................... 53 Abb. 31. Schliff 15: Quarzkorn mit einer Vielzahl von Systemen planarer Brüche (PFs), bei denen einheitliche Richtungen farblich einheitlich markiert sind; xx, Bildbreite 560 µm µ m .............................. .............................. 54 Abb. 32. Multiple Scharen planarer Brüche in Quarz aus einem geschockten Kreide-Sandstein der Azuara-Impaktstruktur, Spanien; Dünnschliffaufnahme; xx; Bildbreite 800 µm Aus Ernstson & Claudin, http://www.impaktstrukturen.de, Original in (Ernstson, Claudin, Schüssler, & Hradil, 2002) ............................................................................................................................................................ .............................................................................................................................................................. ... 55 Abb. 33. Zusammenstellung multipler Scharen von PFs und Flecken diaplektischen Glases in weiteren Quarzkörnern des Schliffes 15 ; xx; Bildbreite 560µm ........................................................... ......................................................................... .............. 56 Abb. 34 Schliff 15: Vermutete PDFs (schwarzer Pfeil) und PFs (weißer Pfeil) in Quarz; xx .............. 57 Abb. 35 Schliff 15: Zwei Sets von vermuteten PDFs (weiße Pfeile) und PFs (schwarze Pfeile) in Quarz; xx ...................................................................................................................... ............................................................................................................................................... ......................... 58 Abb. 36 multiple Sets an PDFs dekoriert; Suevit-Brekzie von Rochechouart (Frankreich); xx; Maßstab 0,1 mm (French B. M., 1998) ................................................................. ................................................................................................................ ............................................... 59 Abb. 37 . multiple PDFs im Quarzkorn eines Suevits vom Ries-Krater; xx; Maßstab 0,1 mm (French B. M., M ., 1998) .................................................................... .......................................................................................................................................... ...................................................................... 59 Abb. 38. Schliff 13: nahezu pulverisiertes Korn; links ll, rechts xx; Bildbreite 600 µm ...................... 60 Abb. 39. Schliff 13: feinste Zertrümmerung eines Quarzkorns bei bestehendem Zusammenhalt der Fragmente; ll; Bildbreite 3mm .............................................................................................................. .............................................................................................................. 61 Abb. 40.Schliff 21: Offene, glasgefüllte Spallationsbrüche in zwei Quarzen, die jeweils i n drei größere Fragmente zerteilt wurden. xx, Bildbreite grob 0,8 mm Für jedes Fragment lässt sich grob eine Symmetrielinie zu den Umrissen aus Kornoberfläche und Spallationsrissen ziehen. Mehr Me hr im Text. ... 62 Abb. 41: Quarzkorn mit wahrscheinlichen Spallationsrissen aus dem Chiemgau-Impakt; xx; ............ 63 Abb. 42: Zusammenst. von durch Spallation betroffenen Quarzkörnern aus Schliff 21; xx; grob 1,2 mm; blau: einige markierte markierte "Spalls“ "Spalls“; rot: Symmetrielinien innerhalb von Spallationsfragmenten. .... 64 Abb. 43: Entstehung von Knickbändern ............................................................................................... ............................................................................................... 65 Abb. 44 Schliff 26: Unregelmäßig eingebettete Glimmer (Biotite) in polymikter Brekzie; ganzer Schliff; ll; Bildbreite 48mm ............................................................................................................... .................................................................................................................. ... 65 Abb. 45. Schliff 26: Glimmerkorn (Biotit) mit intensiver int ensiver Knickbänderung (NNW – SSE) SSE) quer zur Spaltbarkeit (SW – NE). NE). xx, Bildbreite Bil dbreite 750 µm. .................................................................................. 66 Abb. 46: Beschreib. der Knickbandgeometrie in einem Biotit von Schliff 26; xx; Bildbreite 120 µm67 µm 67 Abb. 47. Ausgeprägte Knickbänder in Glimmer, die einen großen Winkel mit der Spaltbarkeit (001) bilden. Gneis, Chiemgau-Impakt Chiemgau-Impakt (Deutschland); Dünnschliff; Dünnschliff; xx; Bildbreite 650 µm (Ernstson & Claudin, http://www.impaktstrukturen. http://www.impaktstrukturen.de) de) ......................................................................................... ............................................................................................ ... 68 Abb. 48. Zwei Glimmer aus Schliff 26 mit mehreren Scharen von PDFs, die die leicht erkennbare Spaltbarkeit queren. Gekreuzte Polarisatoren, Bildbreiten oben 540 µm und unt en 1,4 mm. .............. 69 Abb. 49: Zusammenstellung von Schliffbildern (Schliff 26), die die Vielfalt von planaren Deformationsstrukturen in Biotiten vermitteln. Die Bildbreiten liegen jeweils bei grob 0,5 mm. ....... 70 Abb. 50. Schliff 12: Löcher und Einschlüsse in makroskopisch blauem Glas; II; Bildbreite 350µm... 71 Abb. 51. Schliff 7: Glas gefüllter Riss im Quarzit; xx; Bildbreite 1,4mm ............................................ 72 Abb. 52. Schliff 13: Rekristallisation an Hohlraum in grünem Glas mit Schlierengefüge und metallischen Einschlüssen (dunkle Partikel); xx; Bildbreite 4mm ........................................................ 73
85 | S e i t e
9. Tabellenverzeichnis
Abb. 53.Schliff 19: Kontakt zweier Glasfronten im grünen Glas mit opaken Sphärulen; ll; Bildbreite 1,4mm ........................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ......................... 74 Abb. 54. Schliff 2: Glas mit Ballenstruktur und metallischen Sphärulen; ll; Bildbreite 1,4mm ........... 75 Abb. 55. Schliff 25: Glasgefüllte Risse in Glasmatrix; ll; Bildbreite 6mm ........................................... 76 Abb. 56. Schliff 25: Glasgefüllte Risse in Glasmatrix; xx; Bildbreite 6mm ......................................... 76 Abb. 57. Schliff 6: dichtes schlieriges Gefüge des Industrieglases mit opaken (metallischen ?) Sphärulen (schwarze Partikel); ll; Bildbreite 4mm ............................................................................... ............................................................................... 77 Abb. 58. Schliff 6: durchgehende Rekristallisation des Industrieglases; xx; Bildbreite 350µm ........... 78 Abb. 59. Schliff 20: völlige zertrümmerte Quarze (pulverisiert); xx; Bildbreite 3mm ......................... 80
9. Tabellenverzeichnis Tab. 1: Übersicht der Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 1) .............................. 16 Tab. 2 Übersicht der Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 2) ............................... 17 Tab. 3 Übersicht der Proben/Schliffe und angewandte Analyseverfahren (Teil 3) ............................... 18 Tab. 4: Glühverlust der Proben (Einheit aller Spalten in Gramm (g) .................................................... 36 Tab. 5: Kohlenstoff- und Schwefelgehalte der Proben............................................................ .......................................................................... .............. 38 Tab. 6: Ergebnisse der AAS-Analyse für verschiedene Standards und die verwendeten Proben in %Oxid..................................................................................................... .................................................................................................................................................... ............................................... 40 Tab. 7: Endergebnis der AAS unter Einberechnung von Cges; S; und Glühverlust in % ........................ 42
10. Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis http://www.chiemgau-impakt.de/.. (13.02.14). http://www.chiemgau-impakt.de/ Allmann, R. (2008). Röntgenpulverdiffraktometrie. Röntgenpulverdiffraktometrie. Köln: Sven von Loga. Arndt, J., Hummel, W., & Gonzalez-Cabeza, I. (1982). Diaplectic labradorite glass from the Manicouagan impact crater. Physics and Chemistry of Minerals, S. 230-239. Bauer, F., Hiltl, M., Rappenglück, M., A., N., & Ernstson, K. (2013). Fe2Si (Hapkeite) from the subsoil in the alpine foreland (Southeast Germany): is it associated with an impact? Annual Meteoritical Society Society Meeting, Meeting, Meteoritics & Planetary Science, Science, 48. Boslough, M. B., & Crawford, A. .. (2008). Low-altitude L ow-altitude airbursts and the impact threat. International Journal of Impact Impact Engineering , S. 1441-1448. Buchner, E., Schmieder, M., & Müller, W. (2011). http://www.lpi.usra.edu/meetings/mets http://www.lpi.usra.edu/meetings/metsoc2011/pdf/5048.pdf. oc2011/pdf/5048.pdf.
Eisner, W., Gietz, P., Justus, A., Schleierle, W., & Sternberg, M. (1995). Elemente Chemie I. Stuttgart: Ernst Klett.
86 | S e i t e
10. Literaturverzeichnis
Erdbaulaboratorium Saar. (Juni 2013). Geologische Karte des Saarland - Ausschnitt Nalbach. Riegelsberg, Saarland. Ernstson, K. (1984). A gravity-derived model for the steinheim impact crater. Geologische Rundschau, 73(2), S. 483-498. Ernstson, K., & Claudin, F. (13.02.14). http://www.impaktstrukturen.de Ernstson, K., Claudin, F., Schüssler, U., & Hradil, K. (2002). The T he mid-Tertiary Azuara and Rubielos de la Cérida paired imapct i mapct structures (Spain). Treb. Mus. Geol. Barcelona, 11, S. 5-65. Ernstson, K., Mayer, W., Neumair, A., Rappenglück, B., Rappenglück, M., & Sudhaus, D. (2010). The Chiemgau Crater Strewn Field: Evidence of a Holocene Large Impact Event in Southeast Bavaria, Germany. Journal of Siberian Federal Federal University. University. Engineering Engineering & Technologies Technologies, S. 72-103. Ernstson, K., Rampino, M., & Hiltl, M. (2001 ). Cratered cobbles in Triassic Buntsandstein conglomerates in northeastern Spain: An indicator of shock deformation in the vicinity of large impacts . Geological Society of America , S. 11-14. Ferrière, L., Koeberl, C., & Reimold, W. (2009). Characterisation of ballen quartz and cristobalite i n impact breccias: new observations and constraints on ballen formation. European Journal Journal of Mineralogy, S. 203-217. Ferrière, L., Reimold, C., U., K. W., Hecht, L., & Bartosova, K. (2009). The Origin of "toasted" quartz in Impactites revisited. Lunar and Planetary Planetary Science . Floerke, O. W., Mielke, H. G., & H., W. J. (Juni 1981). Quartz with rhombohedral cleavage from Madagascar. American Mineralogist, 66 , S. 596-600. French, B. M. (1998). Traces of Catastrophe: A Handbook of shock-metamorphic shock-metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact Structures. Houston: Lunar and Planetary Institute. French, B., & Koeberl, C. (2010). The convincing identification of terrestrial meteorite impact structures. Earth Science Science Reviews Reviews, S. 123-170. French, B., & Short, N. (1968). Shock metamorphism as a geological process. Geological Survey, S. 351-368. Heide, F., & Wlotzka, F. (1995). Meteorites: Messengers Messengers from from space. Mainz: Springer. Hein, E. R. (21. Januar 2010). Der Primsverlauf von 1800-1830. (V. u. Landesamt für Kataster-, K. Landesvermessungsamt Landesvermessungsamt Rheinland-Pfalz, & F. Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Hrsg.) Heinrichs, H., & Herrmann, A. (1990). Praktikum der der analytischen analytischen Geochemie Geochemie . Springer . Hiltmann, W., & Stribrny, B. (1998). Tonmineralogie und Bodenphysik. Bodenphysik. Springer. Hörz, F. (1970). Static and dynamic origin of kink bands in micas. Geophysical Research, S. 965-977. Humphries, D. (1994). Methoden der Dünnschliffherstellung Dünnschliffherstellung . Stuttgart: Ferdinand-Enke.
87 | S e i t e
10. Literaturverzeichnis
Klug, H., & Alexander, L. (1974). X-ray diffraction diffraction procedures: procedures: For polycristalline polycristalline and amorphous amorphous materials. New York: John Wiley and Sons . Koeberl, C. (März 1988). Blue Glass: A new impactite variety from Zhamanshin crater, U.S.S.R. Geochimica et Cosmochimica Acta, 52, S. 779-784. Konzan, H. P.; E. Müller; B. Klinkhammer; G. Heizmann. (1981). Geologische Karte des Saarlandes Erläuterungen des Blattes 6606 Saarlouis. Saarbrücken: Geologisches Landesamt des Saarlandes. MacKenzie, W., & Guilford, C. (1981). Atlas gesteinsbildender gesteinsbildender Minerale Minerale in Dünnschliffen Dünnschliffen . Stuttgart: Ferdinand-Enke. Müller, W. (24. März 2011). http://de.scribd.com/doc/51473614/E http://de.scribd.com/doc/51473614/Ein-moglicher-Me in-moglicher-Meteoritenkrate teoritenkrater-imr-imSaarland.
Müller, W. (2012). Prims: Ein Ein möglicher holozäner holozäner Meteoriteneinschlag Meteoriteneinschlag (Impakt) (Impakt) bei Nalbach Nalbach im Saarland, Westdeutschland. Westdeutschland.
Osinski, G. R., Kieniewicz, J., Smith, J. R., M. B. E. Boslough, M. E., H. P. Schwarcz, M. R., Haldemann, A. F., et al. (2008). The Dakhleh Glass: Product of an impact airburst or cratering event in the Western Desert of Egypt ? Meteoritics & Planetary Science, Science, 43(12), S. 20892107. Prescott, J. R., Robertson, G. B., Shoemaker, C., Shoemaker, E. M., M ., & J., W. (2004). Luminescence dating of the Wabar meteorite craters, Saudi Arabia. Journal of Geophysical Geophysical Research, Research, 109. Schmieder, M., Buchner, E., & W., M. (2011). http://www.lpi.usra.edu/meetings/metsoc2011/pdf/5059.pdf.
Schneider, H. (1972). Shock-Induced Mechanical Deformations in Biotites from Crystalline Rocks of the Ries Crater (Southern Germany). Contributions to Mineralogy and Petrology, S. 75-85. Schneider, H. (1991). Sammlung Geologischer Führer: Saarland. Berlin-Stuttgart: Gebr. Borntraeger . Short, N., & Gold, D. (1996). Petrography of shocked rocks from the central peak at the Manson impact structure . Geological Society of America Special Paper , S. 245-265. Shumilova, T. G., Isaenko, S. I., Makeev, B. A., Ernstson, K., Neumair, A., & Rappenglück, M. A. (2012). Enigmatic poorly structured carbon substances from the Alpine Foreland, Southeast Germany: Evidence of a cosmic relation. Lunar and Planetary Planetary Science Science . Trepmann, C., & Spray, J. (2005). Planar microstructures and Dauphine twins in shocked quartz from the Charlevoix impact structure, Canada. Geological Society of America Special Paper , S. 315-328. Ulery, A., & Drees, L. (2008). Methods of Soil Analyses Analyses Part 5: 5: Mineralogical Methods Methods . Soil Science Society of America . Welz, B. (1983). Atomabsorptionsspektrometr Atomabsorptionsspektrometrie. ie. Weinheim: Chemie GmbH. Whitehead, J., Spray, J., & Grieve, R. (2002). Origin of "toasted" quartz in terrestrial impact i mpact structures . Geology, S. 431-434. 88 | S e i t e
11. Anhang
11. Anhang 1. Anhang: Schliffe/Proben Schliffe/Proben ............................................................. 90 1.1.
Quarzite mit glasgefüllten Zugrissen und Glashaut; links Schliff 7, rechts Schliff 8 .. 90
1.2.
Quarzite mit glasgefüllten Rissen R issen und Glashaut; links Schliff 9, rechts Schliff 10 ..... 90
1.3.
Schliff 11: Quarzit mit glassgefüllten Rissen und Glashaut .................................. ....................................... ..... 91
1.4.
Quarzite mit glasgefüllten Rissen R issen und Glashaut links Schliff 16; rechts Schliff 17 .... 91
1.5.
Schliff 22: Schwarzes Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen ................. 92
1.6.
Schliff 26: polymikte Brekzie mit Glas- u. Gesteinsfragmenten in sandiger Matrix .. 92
1.7.
Schliff 25: Grünes Glas mit Gesteinseinschlüssen und großer metallischer Fläche .. 93
2. Anhang: REM-Aufnahmen REM-Aufnahmen ......................................................... 94 2.1.
REM-Aufnahme von schwarzem Glas (Probe 4) ........................ .............................................. ................................ .......... 94
2.2.
REM-Aufnahme von blauer Glasschlacke (Probe 5) ................................. .................................................. ................. 94
3. Anhang: Röntgendiffraktometer Röntgendiffraktometer ................................................ 95 3.1.
Röntgendiffraktogramm von grünem Glas (Probe 3) ....................... ............................................. ......................... ... 95
3.2.
Röntgendiffraktogramm von schwarzem Glas (Probe 4) ........................................ .......................................... .. 95
3.3.
Röntgendiffraktogramm von blauer Glasschlacke (Probe 5) .................................... 96
3.4.
Röntgendiffraktogramm von schwarzer Glasschlacke (Probe 6) ............................. 96
4. Weitere Dünnschliffe Dünnschliffe mit vermuteten Schockeffekten............. Schockeffekten............. 97 4.1.
Schliff 21 Nahaufnahme großes Quarzkorn diaplektisch getoastet und planare
Brüche, linear polarisiertes Licht; Bildbreite grob 350µm ......................................... ................................................... .......... 97 4.2.
Schliff 15: Quarzkorn mit mutiplen Scharen an planaren Brüchen; gekreuzte
Polarisatoren; Bildbreite 560 µm .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 98 4.3.
Schliff 26: multiple Scharen von PDFs in Glimmer (Biotit); gekreuzte Polarisatoren;
Bildbreite grob 0,5 mm ........................ ............................................... ............................................. ............................................ .................................... .............. 99 4.4.
Schliff 26 starke Knickbänderung in Glimmer; G limmer; gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite
grob 0,5 mm ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ .............................. ........ 100 4.5.
Schliff 13: Zertrümmertes Quarzkorn nahezu pulverisiert; linear polarisiertes Licht;
Bildbreite 3 mm .............................................................. .................................................................................... ............................................ .............................. ........ 101 4.6.
Schliff 21: Quarzkörner mit vermuteten Spallationsrissen; gekreuzte Polarisatoren;
Bildbreite 2,8 mm ........................................................... ................................................................................. ............................................ .............................. ........ 102 4.7.
Schliff 12: blaues Glas mit winzigsten Einschlüsse und Ballenstruktur; linear
polarisiertes Licht; Bildbreite 1,4 mm ............................................................. ................................................................................ ................... 103 89 | S e i t e
11. Anhang
1. Anhang: Schliffe/Proben
1.1.
Quarzite mit glasgefüllten Zugrissen und Glashaut; links Schliff 7, rechts Schliff 8
1.2.
Quarzite mit glasgefüllten Rissen und Glashaut; links Schliff 9, rechts Schliff 10
90 | S e i t e
11. Anhang
1.3.
Schliff 11: Quarzit mit glassgefüllten Rissen und Glashaut
1.4.
Quarzite mit glasgefüllten Rissen und Glashaut links Schliff 16; rechts Schliff 17
91 | S e i t e
11. Anhang
1.5.
Schliff 22: Schwarzes Glas mit Gesteins- und metallischen Einschlüssen
1.6.
Schliff 26: polymikte Brekzie mit Glas- und Gesteinsfragmenten in sandiger Matrix
92 | S e i t e
11. Anhang
1.7.
Schliff 25: Grünes Glas mit Gesteinseinschlüssen und großer metallischer Fläche
93 | S e i t e
11. Anhang
2. Anhang: REM-Aufnahmen 2.1.
REM-Aufnahme von schwarzem Glas (Probe 4)
2.2.
REM-Aufnahme von blauer Glasschlacke (Probe 5)
94 | S e i t e
11. Anhang
3. Anhang: Röntgendiffraktometer Röntgendiffraktometer 3.1.
Röntgendiffraktogramm von grünem Glas (Probe 3)
3.2.
Röntgendiffraktogramm von schwarzem Glas (Probe 4)
95 | S e i t e
11. Anhang
3.3.
Röntgendiffraktogramm von blauer Glasschlacke (Probe 5)
3.4.
Röntgendiffraktogramm von schwarzer Glasschlacke (Probe 6)
96 | S e i t e
11. Anhang
4. Weitere Dünnschliffe mit vermuteten Schockeffekten Schockeffekten 4.1.
Schliff 21 Nahaufnahme großes Quarzkorn diaplektisch getoastet und planare Brüche, linear polarisiertes Licht; Bildbreite grob 350µm
97 | S e i t e
11. Anhang
4.2.
Schliff 15: Quarzkorn mit mutiplen Scharen an planaren Brüchen; gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 560 µm
98 | S e i t e
11. Anhang
4.3.
Schliff 26: multiple Scharen von PDFs in Glimmer (Biotit); gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite grob 0,5 mm
99 | S e i t e
11. Anhang
4.4.
Schliff 26 starke Knickbänderung in Glimmer; gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite grob 0,5 mm
100 | S e i t e
11. Anhang
4.5.
Schliff 13: Zertrümmertes Quarzkorn nahezu pulverisiert; linear polarisiertes Licht; Bildbreite 3 mm
101 | S e i t e
11. Anhang
4.6.
Schliff 21: Quarzkörner mit vermuteten Spallationsrissen; gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 2,8 mm
102 | S e i t e
11. Anhang
4.7.
Schliff 12: blaues Glas mit winzigsten Einschlüsse und Ballenstruktur; linear polarisiertes Licht; Bildbreite 1,4 mm
103 | S e i t e
