Was einen Quarz schockt

Einschläge von Asteroiden haben sich im Laufe der Erdgeschichte oft ereignet. Das Problem dabei ist allerdings, dass ihre Spuren bisweilen von der Erosion und der Dynamik der Erde weitgehend verwischt wurden. Dies gilt besonders für lange zurückliegende Ereignisse. Vielfach ist der Geowissenschaftler also auf Indizien angewiesen, um den Übeltäter dingfest zu machen. Als zuverlässige Kronzeugen gelten geschockte Quarze. Die enorme Stoßwelle bei einem Impakt erzeugt kurzfristig Drücke, welche im Kristallgitter von Quarzen planare Deformationslamellen erzeugen. Eine andere Ursache für diese Strukturen schien kaum vorstellbar, nichts vermag vergleichbare Drücke zu erzeugen. Oder etwa doch?

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0,13 mm großes Quarzkorn mit planaren Deformationslamellen. Chesapeake Bay Impakt Krater, USA. USGS/Glen A. Izett, Public Domain.

Geschockte Quarze

Ich kann mich noch an eine Übung zur Polarisationsmikroskopie an Sedimenten erinnern, wo wir etwas überraschend in den Sedimenten auf einen Quarz mit planaren Lamellen getroffen sind, Der Rest der Übung wurde dann diskutiert, inwiefern dieser Quarz nun ein Hinweis auf einen ehemaligen Impakt sein könnte. Klar, ein einzelner Quarz macht da nicht viel her, aber dieser unerwartete Fund im Übungsmaterial beschäftigte uns doch ein wenig.

In manchmal sind es wirklich nur diese charakteristisch geschockten Quarze, die manche dann etwas vorschnell einen Impakt postulieren lassen. Vorschnell, weil entgegen der bisherigen Sichtweise wohl doch noch eine andere Naturkraft diese Quarze erzeugen kann; Blitze

Quarz ist eigentlich nicht so leicht zu schocken. Die planaren Deformationslamellen entstehen erst ab Drücken von 8 bis 10 Gpa bis etwa 35 Gpa (darüber wird der Quarz amorph). Bislang ging man davon aus, das so enorme Drücke nur bei Einschlägen größerer Himmelskörper entstehen können.

Blitze

Ein Team um den Mineralogen von der University of Pennsylvania fand geschockte Quarze an verschiedenen Bergaufschlüssen. Impakte konnten hier mit guter Wahrscheinlichkeit als Ursache ausgeschlossen werden. In einer von der Arbeitsgruppe durchgeführten Computersimulation konnte gezeigt werden, dass selbst mittlere Blitzeinschläge das getroffene Gestein innerhalb von Mikrosekunden auf über 2000°C erhitzen und dabei Drücke von bis zu 7 Gpa erzeugen können.

Es entstand eine glasige Schicht, ein so genannter Fulgurit, bis in eine Tiefe von 9 cm von der Einschlagstelle. Unterhalb der glasigen Schicht entstand ein kleiner Bereich mit geschocktem Quarz.

Eventuell eröffnet dieser Mechanismus auch eine alternative Erklärung für die Funde glasiger Gesteine aus Südaustralien und Argentinien, die ebenfalls geschockte Quarze enthalten. Diese werden manchmal als Hinweis auf bislang unbekannte Impaktstrukturen gewertet.

Im Vergleich zu Einschlägen großer Himmelskörper stellen Blitze jedoch meist nur sehr kleine und lokal begrenzte Ereignisse dar, die vergleichsweise geringe Mengen geschockter Quarze produzieren. Alleine die Menge sollte hier ein guter Hinweis auf die unterschiedlichen Mechanismen sein. Ich persönlich würde daher immer noch davon ausgehen, dass alleine die Anzahl und Größe geschockter Quarze immer noch ein guter Hinweis auf Impakte sind.

 

Jiangzhi Chen*, Chiara Elmi, David Goldsby andReto Gieré (2017): Generation of shock lamellae and melting in rocks by lightning-induced shock waves and electrical heating, Geophysical Research Letters, DOI: 10.1002/2017GL073843

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

14 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Es gab doch noch andere Anzeichen in den Gesteinen, die einen Einschlag anzeigen, oder?

    Wo an einem Einschlagskrater müsste man nach den geschockten Quartzen suchen, um sie zu finden? Doch nicht etwa im Zentrum des Kraters? Denn da muß man ja davob ausgehen, dass das ganze Gestein amorph geworden ist – also in meinem Verständnis der Sache: flüssig.

    Ich vermute immernoch, dass die Hudson Bay aus einem übergroßem Einschlag entstanden ist. Aber da wurde mir schon erklärt, das dies nicht so sei.
    Solche auffällig symmetrisch runden Formationen könnten auch anders entstanden sein. Was ich leider kaum glauben kann. Die ganze Bucht hat eindeutige Formen, die man bei Einschlägen erwarten würde. Also geradezu ein Musterbeispiel für einen Einschlagskrater darstellen.

    Wissen sie etwas darüber?

  2. Zu ihrem ersten Bild:

    Das könnte genauso gut auch ein Bereich einer Metalloberfläche sein, die mit einem Winkelschleifer etwas zu lange bearbeitet wurde und blau angelaufen ist. Sowas sieht genauso aus.

  3. Es ist auch seltsam, wieso es zwei deulich in Regelmässigkeit auftretene Ausrichtungen dieser “Lamellen” im Material geben sollte, wenn man nur einen Einschlag vermutet. Sowas dürfte es gar nicht geben, weil doch jeder Einschlag alles vorherige unsichtbar macht.
    Sind sie sicher, dass sie das Bild korrekt beschriftet haben und anstatt besser dort geschrieben stünde: “durch Schleifen ausgeglühte Metalloberfläche”…?

    • absolut sicher! Dis ist ein Dünnschliff eines geschockten Quarzes im polarisierten Licht. Das ist das Problem, wenn man immer nur von “es sieht so aus, also ist es auch” ausgeht.

      • Was aber sind denn dann die parallel verlaufenden Linien auf dem Stück im Bild?

        Sie haben mein Denken kritisiert, aber keine Argumente gegen meine These geliefert.

        “Absolut sicher” ist keins.

        • Absolut Sicher ist eine Aussage. Ich sehe hier dein Problem nicht. Du hast bezweifelt, ob das Bild das zeigt, was angegeben ist. Dafür kam aber nichts außer Meinung. Und ich setzte meine, zugegebenermaßen begründete, Meinung dagegen. Ich kenne die Quelle. Und ich weiß, wie die Dinger aussehen. Das Bild zeigt mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit das, was darunter steht. damit beende ich die Diskussion. Alles weitere wäre ein Selbstgespräch. Was die Linien sind, steht im Übrigen unter dem Bild und im Text.

          • Es steht da nur im Text, das dort “planare Deformationswellen” zu sehen sind.

            Können sie erklären, warum zwei Ausrichtungen dieser Wellen vorhanden sind?

            Wäre nicht zu erwarten, das nur eine Ausrichtung vorliegt, wenn nur ein Einschlag stattfand? Und selbst, wenn zwei an der selben Stelle stattfanden: würde dann nicht eine der Wellenausrichtung durch den jüngsten Einschlag verschwinden?

  4. @demolog

    Sind sie sicher, dass sie das Bild korrekt beschriftet haben und anstatt besser dort geschrieben stünde: “durch Schleifen ausgeglühte Metalloberfläche”…?

    Ich habe ja schon viel absurdes Zeug von dir gelesen, aber das gehört sicherlich zur Spitze. Deine Abkoppelung von der Realität nimmt gruselige Formen an.

  5. Zur Nachweisbarkeit von Impakten in der Erdgeschichte: Obwohl die Einschlagskrater auf dem Festland naturgemäß im Laufe der Zeit der Erosionswirkung zum Opfer fallen, haben diese oft länger Bestand als die entsprechenden unterseeischen Formationen. Das hängt damit zusammen, dass die Ozeanböden durch Subduktion und Neubildung einer permanenten Veränderung unterworfen sind. Es gibt nur wenige Ozeanböden mit einem Alter von 200 Millionen Jahren, der Durchschnitt liegt bei etwa 70 bis 100 Millionen Jahren. Somit ist es nachvollziehbar, dass von den bekannten 200 größeren Impaktstrukturen auf der Erde (= mehr als 5 km Kraterdurchmesser) nur etwa zwei Dutzend in ozeanischen Sedimenten nachgewiesen sind.

    Interessant in dem Zusammenhang ist die Tatsache, dass manchmal eine signifikante Häufung von Impakten auftrat, wie im späten Devon oder im Laufe des Eozäns. Allerdings steckt dahinter laut einer aktuellen Untersuchung der reine Zufall und keine Periodizität.

    https://academic.oup.com/mnras/article-lookup/doi/10.1093/mnras/stx211

    In neuerer erdgeschichtlicher Zeit (das heißt während der 23 Millionen Jahre des Neogens) kam es hingegen nur zu einem einzigen Impakt, der vermutlich globale Auswirkungen hatte, nämlich das … ehüm … Ries-Ereignis vor ca. 14,6 Millionen Jahren.

    • Ich hatte in meiner Zeit als Doktorand ein Foto “Erhohlungsregion Ries” an meiner Tür 😉

      Was die Häufung von Impakten angeht, so finden sich auch relativ viele Mikrometeorite in devonischen Gesteinen. Möglicherweise könnten diese Häufungen auf Ereignisse wie Kollisionen von Asteroiden im Asteroidengürtel hindeuten. Vermutlich haben unsere Astronomen unter den Bloggern da genaueres.

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