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Shock metamorphism and geochemistry of impactites from the Bosumtwi impact structure
a case study of shock-induced deformations and transformations in quartz and associated methodology
Ludovic Ferrière
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Christian Koeberl
DOI
10.25365/thesis.3342
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29363.13819.113964-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Zuge des Bohrprojektes "2004 International Continental Scientific Drilling Programs (ICDP)" wurden zwei Bohrkerne im zentralen Bereich des Bosumtwi-Impaktkraters (Ghana; 1.07 Ma; 10.5 km Durchmesser) erbohrt: LB-08A in die äußeren Flanke der Zentralerhebung und LB-07A im tiefen Kratergraben. Diese Dissertation präsentiert petrographische und geochemische Untersuchungen von 121 Impaktiten des Bohrkerns LB-08A, hauptsächlich Suevite und Metasedimente. Im Vergleich zwischen Bohrkern LB-07A und mit Suevitproben außerhalb des Kraterrands haben die Suevite innerhalb des Kraters einen geringeren Anteil an Schmelzteilchen, diaplektischem Glas und Kalzitklasten, aber keine Granitklasten. Quarzkörner der Bosumtwi-Impaktite enthalten bis zu vier Gruppen an planaren Deformationsstrukturen (PDFs). Die PDF-Ebenen sind durch Dislokationen und winzige Flüssigkeitseinschlüsse definiert, was auf eine intensive (post-impakte) hydrothermale Alteration der Gesteine der Zentralerhebung hinweist. Mikrosonden-Analysen machen deutlich, dass sogenannte "geröstete" Quarze reichliche kleine Bläschen enthalten, welche die Streuung des Durchlichts erhöhen, und dass einige Spurenelemente aus der Quarzkristallstruktur hinausgedrängt wurden. "Geröstete" Quarze könnten daher durch Bläschenbildung nach der Druckentlastung gebildet worden sein. Untersuchungen mit dem Universal-Drehtisch zeigen, dass der Anteil der geschockten Quarze und die durchschnittliche Anzahl der PDF-Gruppen pro Mineralkorn empfindlichere Indikatoren für geringe Aenderungen in den Schockdrucken darstellen als die PDF-Orientierungen. Weiterhin ist die Präzision der U-Tisch Messungen vorwiegend von der Anzahl der untersuchten PDF-Sets abhängig. Die Kombination von Mikrobeobachtungen und nummerischer Modellierung unelastischer Gesteinsdeformation und Modifikationsprozessen während des Aufstiegs der Zentralerhebung erlauben die Rekonstruktion der Prä-Einschlagsposition der erbohrten Gesteine und lassen eine Schockabschwächung von ~5 GPa innerhalb der obersten 200 Meter der Zentralerhebung, welche von sprödem Bruchverhalten dominiert ist, erkennen. Untersuchungen an Ballensilikaten aus mehreren Impaktstrukturen führten zur Unterscheidung von fünf Ballen-Typen und zur Präsenz von Coesit in Ballen-alpha-Cristobalit, und sie zeigen, dass Ballenquarz/-cristobalit das Ergebnis einer Rücktransformation von schockinduzierten Zuständen ist, und stellt daher einen indirekten Hinweis auf Schockmetamorphose dar.
Abstract
(Englisch)
Two boreholes were drilled in the central part of the Bosumtwi impact crater (Ghana; 1.07 Ma; 10.5-km-diameter) during the 2004 International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) drilling project: LB-08A from the outer flank of the central uplift and LB-07A from the deep crater moat. This thesis presents petrographic and chemical investigations of 121 impactites, mainly suevite and metasediments, from core LB-08A. Comparing core LB-07A and samples from outside the crater rim show that the crater-fill suevite contains a lower proportion of melt particles and diaplectic glass, as well as calcite clasts but no granite clasts, in contrast to fallout suevite. Bosumtwi impactites contain quartz grains with up to 4 sets of planar deformation features (PDFs). PDFs planes are defined by dislocations and tiny fluid inclusions, indicating that impactites from the central uplift were subjected to intense hydrothermal alteration. Microprobe investigations show that toasted quartz contains abundant small vesicles that enhance scattering of transmitted light, and that some trace elements were expelled from the quartz's structure. Therefore, toasted quartz formed by vesiculation after pressure release. Universal-stage investigations show that the proportion of shocked quartz grains and the average number of PDF sets per grain provide a more sensitive indication of minor changes in shock pressure than PDF orientations, and that the precision of U-stage measurements depends mainly of the number of PDF sets investigated. Combining micro-scale observations with numerical modeling of inelastic rock deformation and modification processes during uplift allowed reconstruction of the pre-impact position of the drilled rocks and revealed a shock attenuation by ~5 GPa in the uppermost 200-meters of the central uplift, and that central uplift formation is dominated by brittle failure. Investigation of ballen silica from several impact structures distinguished five types of ballen, the presence of coesite within ballen alpha-cristobalite, and indicated that ballen quartz/cristobalite result from back-transformation of shock-induced states, thus representing indirect evidence of shock metamorphism.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Impact structure Bosumtwi crater Shock metamorphism Quartz Geochemistry Petrography Planar deformation features Suevite
Schlagwörter
(Deutsch)
Impaktstruktur Bosumtwi Krater Schockmetamorphose Quarz Geochemie Petrographie Planare Deformationsstrukturen Suevite
Autor*innen
Ludovic Ferrière
Haupttitel (Englisch)
Shock metamorphism and geochemistry of impactites from the Bosumtwi impact structure
Hauptuntertitel (Englisch)
a case study of shock-induced deformations and transformations in quartz and associated methodology
Paralleltitel (Deutsch)
Schockmetamorphose und Geochemie von Impaktiten der Bosumtwi Impaktsruktur ; eine Fallstudie über schockinduzierte Deformationen und Transformationen in Quarz und assoziierte Methodiken
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
XVI, 279 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Eugen Libowitzky ,
Henning Dypvik
AC Nummer
AC05039466
Utheses ID
2925
Studienkennzahl
UA | 091 | 431 | |