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Petrographic and geochemical analysis of distal impact ejecta from large Proterozoic impacts

Matthew Huber

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Christian Köberl

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DOI

10.25365/thesis.29188

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30408.70599.964459-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Hochgeschwindigkeits-Meteoriteneinschläge erzeugen eine Vielzahl an geschockten und geschmolzenen Produkten aus dem Einschlagskrater bei seiner Bildung ausgeworfen werden. Diese Produkte variieren mit der Distanz vom Krater. Distales Auswurfsmaterial ist noch wenig verstanden. In dieser Studie wurden Impaktsphärulen eines großen Meteoriteneinschlags von Bohrkernen des Fennoskandisch-Arktisch-Russischen Früherden Bohrprojekts (FAR-DEEP) untersucht. Diese mm-großen Sphärulen wurden vermutlich durch ein großes Meteoriteneinschlagsereignis gebildet, belegt durch die petrographischen Charakteristiken der Sphärulen, welche den zuvor erforschten Sphärulenlagen in anderen Gegenden weltweit ähneln. Belegt wird dies auch durch die Platingruppenelement(PGE)-Konzentrationen, die sich durch höhere Häufigkeiten und unterschiedlichen Verhältnissen von jeglicher vulkanischer Quelle unterscheiden. Wahrscheinlich wurde die untersuchte Karelische Sphärulenlage durch geschmolzenes Material des Vredeforteinschlagkraters gebildet, basierend auf das angenommenen Alter der Lage (zwischen 1980-2050 Ma), in das das Alter der Vredefortstruktur (2020 Ma) fällt. Nahe eines Impaktkraters kommt eine größere Häufigkeit an Auswurfmassen vor. Zwischen ~5 und ~10 Kraterradien kann diskontinuierlich abgelagertes distales Auswurfmaterial, wie Brekzien gemischt mit geschmolzenem, vesikularen Material und geschockten Mineralen, gefunden werden. Im Falle des Sudbury Kraters in Ontario, Kanada, wurden Auswurfsmassen in Michigan und Minnesotta (USA) sowie in West-Ontario (Kanada, im Besonderen nahe der Stadt Thunder Bay) gefunden. Diese Arbeit präsentiert petrographische und geochemische Daten von Auswurfsmaterial aus diesen Gegenden. Die Proben wurden dabei in unterschiedlichen Distanzen vom Impaktkrater entnommen um die Variationen der Ablagerungen des Auswurfmaterials mit der Distanz zum Krater zu bestimmen. Näher zum Krater (ca. 500 km) werden die Ablagerungen von lithischen, ungeschockten und ungeschmolzenen Klasten dominiert. Etwas weiter vom Krater entfernt (ca. 700 km) werden die dicken Auswurfsablagerungen von Schmelztropfen dominiert. In beiden Fällen werden die Auswurfsablagerungen von akkretionierten Lapilli bedeckt. Die am entferntesten gelegenen untersuchten Auswurfsmassen (ca. 900 km) bestehen fast vollständig aus Schmelz-Sphärulen. Um Impaktablagerungen ausreichend zu verstehen ist es notwendig geschockte Quarze zu untersuchen. Geschockter Quarz ist der häufigste, einfach identifizierbare und quantifizierbare petrographische Indikator eines Hochgeschwindigkeits-Impaktereignisses auf der Erde. Der Prozess des Messens der individuellen planaren Deformationsmerkmale in einem einzigen Mineralkorn und die Indizierung dieser zur C-Achse, um die kristallographische Orientierung der Schockebenen zu erfassen, ist jedoch zeitaufwändig, großteils, weil, es bisher notwendig war alle Proben manuell zu indizieren. Diese Arbeit präsentiert nun einen Computeralgorithmus der das Indizieren geschockter Quarzkörner erleichtert und somit die Fähigkeit des Forschers erweitert, schnell und genau Daten von U-Tisch-Messungen planarer Deformationsstrukturen in Quarzkörnern zu erhalten.

Abstract

(Englisch)

Hypervelocity meteorite impacts generate a variety of shocked and melted products that are ejected from the impact crater. These products vary with distance from the crater. Distal ejecta is poorly understood. In this study, impact spherules from a large meteorite impact have been studied from the Fennoscandian Arctic Russia-Drilling Early Earth Project (FAR-DEEP) drill cores. These mm-diameter spherules are likely formed by a large meteorite impact event, with supporting evidence from the petrographic characteristsics of the spherules being similar to previously investigated spherule layers from other parts of the world and the platinum group element (PGE) concentrations having distinct ratios and greater abundances from any local volcanic source could provide. It is likely that the Karelian spherule layer was formed from melted material of the Vredefort impact crater, based on the age of the formation being constrained to 1980-2050 Ma, similar to the 2020 Ma age of the Vredefort structure. Closer to an impact crater, thicker deposits of debris can be found. Between ~5 crater radii and ~10 crater radii, discontinuously deposited distal ejecta can be found as brecciated clasts of target material mixed with melted, vesicular material and shocked grains. In the case of the Sudbury crater in Ontario, Canada, the ejecta has been found in Michigan, and Minnesota, USA, and western Ontario, Canada (particularly near the city of Thunder Bay). This work presents petrographic and geochemical data of ejecta from these locations, with samples taken from various distances from the impact crater to determine the variation with distance from the crater that ejecta deposition undergoes. Nearest the crater (ca. 500 km), the deposits are dominated by lithic clasts that are unshocked and unmelted. Farther away from the crater (ca. 700 km), the ejecta deposits are dominated by melt droplets that are deposited thickly. In both of these cases, the deposits are capped by accretionary lapilli. The most distal ejecta studied (ca. 900 km) consists almost entirely of melt spherules. To properly understand impact deposits, it is necessary to study shocked quartz. Shocked quartz is the most abundant and readily identifyable and quantifyable petrographic indicator of a hypervelocity impact event on Earth. However, the process of measuring the individual planar deformation features in a single grain and indexing them to the c-axis to determine the crystallographic orientation of the shock planes is a time consuming task, largely because, prior to this work, it was required that all samples be indexed by hand. This work presents a computer algorithm that facilitates the indexing of shocked quartz grains to greatly enhance the ability of researchers to rapidly and accurately process data gathered from U-stage measurements of planar deformation features in quartz grains.

Autor*innen

Matthew Huber

Haupttitel (Englisch)

Petrographic and geochemical analysis of distal impact ejecta from large Proterozoic impacts

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

XIII, 157 S. : Ill.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Christian Köberl

Klassifikation

38 Geowissenschaften > 38.10 Geologie: Allgemeines

AC Nummer

AC11086043

Utheses ID

26039

Studienkennzahl

UA | 791 | 426 | |

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