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Vorlesung 6. Einschlagkrater - Effekt von der Temperatur: Impaktiten, Pseudotachiliten. Phasenumwandlungen. Schmelzprozesse. Edjecta. Tektiten. Strahlstrom.

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1 Vorlesung 6. Einschlagkrater - Effekt von der Temperatur: Impaktiten, Pseudotachiliten. Phasenumwandlungen. Schmelzprozesse. Edjecta. Tektiten. Strahlstrom und geschmolzene Sedimenten.

2 P ULUL L P Kompressiv Spannung L = - ·U L ·C L Querspannung P = · L Maximale Scherspannung = - ( L - P )/2 Mittelwert von Druck P=- ( L + 2 P )/3 >P ~3/2·(1- )·P Coulomb Reibungs-Gesetz HEL Hugoniot Elastische Limit HEL = (1- )·Y Richtung der Welleverbreitung

3 Y Y~ 3-4 GPa für Graniten und Basalten A: P Hugoniot ~ GPa B: P isothem = berechnete von der Zustandsgleichung des Targetmaterials Hugoniot- Kurve T max ~ (E Hugoniot -E isothem )/C V P 1 = K/µ·Y+4/3·Y Thermische Druck Potentiale Druck

4 Schematische Darstellung eines Excavationsfluß 1. Maximale Druckwert in der Stoßfront ~ 1/r² 2. Residuale Nachflußgeschwindigkeit 3. Breite des Stoßfront: plastische Deformation, polymineralische Zusammensetzung der Gesteinen: t ~ L/(2·V e ) (Planar Impakt Approximation) UsUs Erhaltung des mechanischen Momentum: M= ·[r²-(r-w s )²]· =const wsws ~1/r 1,5 ~1/r³ ~2,5 D p

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6 Energie in der Stoßwelle: kinetische Energie=interne oder thermische Energie= P H ·(1-V/V 0 )/2/ 0 Masse der Schmelze/Masse des Projektils = 0,14 V e ²/E m für V e > 12 km/s Masse des Dampfes/Masse des Projektils= 0,4 V e² /E v für V e > 35 km/s wobei E m und E v sind spezifische interne Energien von schmelzen und verdampfen eines Materials. Z. B. für Gabbro: E m = 3,4· 10 6 J/Kg und E v = 5,7· 10 7 J/Kg = L/V e E seismik = ·KE(Projektils) Magnitude enes Erdbebens= 0,67·logKE(Projekttiles)-5,87

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9 Modell der progressiven Stoßwellenmetamorphose. Koesit wird in Zone 2 und 3 gebildet, Stishovit in Zone 1 und 2. Nach Stöffler D. (1972), Zeiss Informationen.

10 P H, T H, S 1 S S C(G)²·s(G)·(1-V 1 /V 0 )³/3/T 0 T H T 0 ·exp[ S/C v +{2s(G)-1)}·{1-V 1 /V 0 }] T 0f T0T0 Resttemperatur Anfangstemperatur

11 Maximale-, Minimale- und Mittelwerttemperature nach einem Kometenimpakt in der Ozean in 3 Km Tiefe. Die Ergebnisse sind unabhängig von dem Kometenradius, weil die Tiefe des Ozeans ca. zehn Mal größere als Kometenradius ist. Die gepunktete Linien sind die Ergebnisse für ein Einschlag, modellierten mittels Tillotson Zustandsgleichung mit konstanter spezifischen Wärme. Durchgezogene Linien sind Ergebnisse, die mittels Sesame Zustandsgleichung modelliert worden K und 1200 K sind die Temperaturen, bei welcher HCN und einfache organische Stoffe (solche als Kurzketten- Aliphatike), ein Hitzeschock in der charakteristischen Zeitskala von einer Impaktsdauer überleben könnten. Bemerken Sie, dass für die Impaktgeschwindigkeit bis 10 km/s, eine Menge von komplexen organischen verbindungen ein Impakt überleben.

12 Hemisphärische Vertiefung Transiente Krater: radiale Verbreitung des Kraters ist geschlossen. Ablagerungsphase und Lateraltransport Endgültige Tiefe und Breite des Kraters DtDt HtHt

13 Versetze in nicht geschockten Materialien: Verteilung ist chaotisch und gleichmessig Konzentrierung Versetzen in Gesteine in schmalen Zonen sind Beweise einer Stoßwelle

14 Versetze und Wasserblasen in geschockten Quarzkristalle

15 Riße im Target Laterale Ansicht Verticale Ansicht von oben

16 Impaktgläsern und Schmelzen Tektite entstehen durch Meteoriteneinschläge - aus dem Bereich des Kontaktes zwischen einstürzendem Körper und Untergrund werden Strahlen, geschmolzenen Materials mit hoher Geschwindigkeit ausgeschleudert. Impaktite - Schmelzgesteine in Impaktstrukturen entstehen durch Schockeinwirkung. Zur Bildung von Gesamtgesteinsschmelzen werden Schockdrücke von mindestens grob 60 GPa (600 kbar) benötigt. Pseudotachylite entstehen durch Friktionswärme bei teilweise Aufschmelzung eines Umgebungsgestein. In schmalen Adern ist Glassubstanz zwischen die Kornfragmenten eingedrungen. Äuserlich einem schwarzen Basaltglas (Tachylit)

17 Impakt-Schmelzgesteine sind kristalline, hyaline (glasige) oder semihyaline Gesteine, die sich aus einer schockproduzierten Impaktschmelze verfestigt haben und in der Matrix unterschiedliche Gehalte an klastischen Komponenten besitzen.

18 Megabreccie mit Impakt-Schmelze in der Rubielos de la Cérida- Impaktstruktur (Spanien). Nach der Zusammensetzung wird angenommen, daß sich die Breccie am Boden des sich ausdehnenden Excavations-Kraters gebildet hat und als Ejekta noch innerhalb der Impaktstruktur abgelagert wurde.

19 Impakt-Schmelze in der Megabreccie. Das weiße Gestein besteht zu mehr als 90 % aus silikatischem Glas.

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22 Reibungsschmelzen (Pseudotachylite) können sich in Gesteinen während eines ruptuellen Deformationsereignisses ausbilden, sofern die entstehende Reibungswärme ausreicht, lokale Schmelzbildung zu erzeugen. Pseudotachylite sind entweder Zeugen "fossiler Erdbeben" oder werden bei hochdynamischen Impaktprozessen im Krateruntergrund gebildet.

23 Theorien zur Entstehungsgeschichte Die Entstehung der Tektite stellt den Wissenschaftler vor einige Probleme: 1. Der Einschlag eines großen Meteoriten läßt sich weder beobachten noch nachahmen. Alle Werte liegen weit außerhalb des Meß- und Vorstellbaren. 2. Die extreme Seltenheit solcher Ereignisse. 3. Zu 2 von 4 Tektitstreufeldern konnte noch kein Meteoritenkrater gefunden werden. 4.Es gibt auf der Erde keine vergleichbaren Stoffe wie diese seltsamen Gläser. Obsidian hat eine ähnliche Zusammensetzung mit dem einen Unterschied, das Tektite etwa 100 mal weniger OH- Gruppen also Wasser enthalten. Kein anderes Glas auf der Erde ist derart trocken. (Es ist zur Zeit technisch nicht möglich solche Gläser herzustellen.)

24 So sollen die "tektitischen Mondgläser" auf die Erde gelangt sein: 1. Transport durch Herausschlagen des Materials während einem Meteoriteneinschlag auf dem Mond. 2. Ballistischer Transport durch lunaren vulkanismus.

25 Tectite: RHIZALITE (Australasite) Loc: Luzon Island, Phillipines Tectite: MOLDAVITE Loc: Locedive, CSSR Lybische Glas Loc: Gilf Kebir, SW Ägypten

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27 Häufige Formen von gewöhnlichen Tektiten aus Indochina. Australite: ein Darwin Knopf mit Flansch

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29 Mikrotektiten Mikrotektit, 220fache Vergrösserung. Nordamerikanische Streufeld in der Karibik Mikrotektit, Durchmesser 15mkm, australasiatische Streufeld

30 Die Energie nimmt bei zunehmender Sedimenttiefe ab, was zu folgenden Tektitarten führt: 1. Mikrotektite = oberste Sedimentschicht, die vergast und später zu kleinen Tröpfchen kondensiert. Das vorherrschende Windrichtung spielt eine große Rolle beim Transport und der Form des Mikrotektitstreufeldes. 2. Aerodynamische geformte Tektite = mittlere Sedimentschicht, die aufgeschmolzen wird, wobei mehr oder weniger grosse Glastropfen ausgeworfen werden. Aerodynamisch geformte Tektite entstehen nur, wenn die Auswurfgeschwindigkeit gross genug ist und der Schusskanal lange Zeit geöffnet bleibt. Das kann nur bei grossen Impakten der Fall sein. 3. Gewöhnliche Tektite= mittlere Sedimentschicht, die ausgeworfen wird. Auswurf erfolgt bei geringerer Geschwindigkeit. Der Schusskanal schliesst sich und bremst die Tektite ab. 4. Muong Nong-Gläser = untere Sedimentschicht, die bei niedrigen Temperaturen und Drucken aufgeschmolzen wird. Dadurch belibt die Schichtstruktur der Sedimente erhalten und Auswurf beschränkt sich auf Kraternähe.

31 Impakt senkrecht. Schusskanal und Auswurfkanal ueberschneiden sich nicht. Tektite werden zwar gebildet und ausgeworfen, werden aber von der Atmosphaere noch im Bereich des spaeteren Kraters abgebremst. Dasselbe gilt fuer schraege Impakte. Die Geometrie des Impakts aus der Vogelperspektive Impakt mit Mikrotektiten und gewoehnlichen Tektiten. Die Sedimentsschicht wird bis in einige zehn Meter Tiefe aufgeschmolzen und ausgeworfen. Es entstehen wenige Muong Nong-Glaeser.

32 Moldavit, eines der seltensten Naturglas der Erde, entstand vor ca. 15 Mio. Jahren, als ein gewaltiger Meteorit im Nördlinger Ries bei Stuttgart einen Krater mit einem Durchmesser von ca. 25 km schlug. Die zum Teil sehr hochpreisigen Glasmeteoriten findet man heute in Südböhmen und der Tschechischen Republik in der Gegend um den Fluß Moldau, was ihm auch seinen Namen einbrachte. Einer alten Legende zufolge glaubte man, daß der Moldavit der grüne Stein im heiligen Gral sei. Ebenso werden dem Moldavit seit Urzeiten heilende Kräfte zugeschrieben.

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