Kein Folientitel

Vorlesung 6.
Einschlagkrater - Effekt von der Temperatur:
Impaktiten, Pseudotachiliten.
Phasenumwandlungen. Schmelzprozesse.
Edjecta. Tektiten. Strahlstrom und
geschmolzene Sedimenten.
Kompressiv Spannung
sL = - r·UL·CL
Querspannung
sP= n/(1-n)· sL
Maximale Scherspannung
t= - (sL- sP)/2
sP
sP
t>P
UL
Material
sL
Hugoniot
elastische Limit,
Richtung der Welleverbreitung
GPa
Granit
3
Lunar Anorthosit
3,5
Dolomit
0,26
Olivin
9
Feldspar
3
sHEL
Mittelwert von Druck
P=- (sL+ 2sP)/3
t~3/2·(1-2n)/(1+n)·P
Coulomb Reibungs-Gesetz
Hugoniot Elastische Limit
sHEL= (1-n)/(1-2n)·Y
HugoniotKurve
Thermische
Druck
P1= K/µ·Y+4/3·Y
Y
Potentiale
Druck
Y~ 3-4 GPa für Graniten
und Basalten
DTmax ~ (EHugoniot-Eisothem)/CV
A: PHugoniot ~100-1000 GPa
B: Pisothem = berechnete von
der Zustandsgleichung des
Targetmaterials
(Planar Impakt Approximation)
~1/r³
ws
~2,5 Dp
Us
<Un>
~1/r 1,5
<P>
1. Maximale Druckwert in der Stoßfront ~ 1/r²
2. Residuale Nachflußgeschwindigkeit
3. Breite des Stoßfront: plastische Deformation,
polymineralische Zusammensetzung der
Gesteinen: t ~ L/(2·Ve)
Schematische Darstellung
eines Excavationsfluß
Erhaltung des mechanischen Momentum:
M=p·[r²-(r-ws)²]·<Un>=const
Masse der Schmelze/Masse des Projektils =
0,14 Ve²/Em für Ve> 12 km/s
t = L/Ve
Masse des Dampfes/Masse des Projektils=
0,4 Ve²/Ev für Ve> 35 km/s
wobei Em und Ev sind spezifische interne Energien von schmelzen und verdampfen
eines Materials. Z. B. für Gabbro: Em = 3,4· 106 J/Kg und Ev = 5,7· 107 J/Kg
Energie in der Stoßwelle:
kinetische Energie=interne oder thermische Energie= PH·(1-V/V0)/2/r0
Eseismik= 10-4 ·KE(Projektils)
Magnitude enes Erdbebens= 0,67·logKE(Projekttiles)-5,87
Modell der progressiven Stoßwellenmetamorphose. Koesit wird in Zone
2 und 3 gebildet, Stishovit in Zone 1 und 2. Nach Stöffler D. (1972),
Zeiss Informationen.
PH, TH, S1
DS
DS C(G)²·s(G)·(1-V1/V0)³/3/T0
THT0·exp[DS/Cv+{2s(G)-1)}·{1-V1/V0}]
T0
Anfangstemperatur
T0f
Resttemperatur
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. 1800 K und 1200 K
sind die Temperaturen, bei welcher HCN und einfache organische Stoffe (solche als KurzkettenAliphatike), 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.
Hemisphärische Vertiefung
Transiente Krater:
radiale Verbreitung des
Kraters ist geschlossen.
Ablagerungsphase und
Lateraltransport
Dt
Ht
Endgültige Tiefe und Breite
des Kraters
Versetze in nicht geschockten
Materialien: Verteilung ist chaotisch
und gleichmessig
Konzentrierung Versetzen in Gesteine in schmalen Zonen sind
Beweise einer Stoßwelle
Versetze und Wasserblasen in
geschockten Quarzkristalle
Riße im Target
Laterale Ansicht
Verticale Ansicht
von oben
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)
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.
Megabreccie mit Impakt-Schmelze in der Rubielos de la CéridaImpaktstruktur (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.
Impakt-Schmelze in der Megabreccie. Das weiße Gestein besteht zu
mehr als 90 % aus silikatischem Glas.
Masse der Schmelze
0.33
 1.6 10 -7 ( g  Dat ) 0.83  VImpakt
t
Masse derveschob enen Material
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.
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.)
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.
Tectite: MOLDAVITE
Loc: Locedive, CSSR
Lybische Glas
Loc: Gilf Kebir, SW Ägypten
Tectite: RHIZALITE
(Australasite)
Loc: Luzon Island,
Phillipines
Häufige Formen von
gewöhnlichen Tektiten
aus Indochina.
Australite: ein Darwin Knopf
mit Flansch
Mikrotektiten
Mikrotektit, 220fache
Vergrösserung.
Nordamerikanische Streufeld in der
Karibik
Mikrotektit, Durchmesser 15mkm,
australasiatische Streufeld
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.
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.
Impakt mit Mikrotektiten und
gewoehnlichen Tektiten. Die
Sedimentsschicht wird bis in einige zehn
Meter Tiefe aufgeschmolzen und
ausgeworfen. Es entstehen wenige
Muong Nong-Glaeser.
Die Geometrie des Impakts aus der
Vogelperspektive
Table 1. Chemical composition of tectite glasses
Oxide
1. Irghizite (Crater
Zhamanshin,
Kazakhstan)
SiO2
75.71
TiO2
0.78
Al2O3
10.42
FeO+Fe2O3
5.18
MgO
2.7
CaO
2.57
Na2O
0.82
K2O
2.18
H2O
<0.01
Cr2O3
0.06
MnO
0.13
NiO
0.09
CuO
0.02
V2O5
0.04
Sum:
100.7
Note: Microprobe analysis.
2. Indoshinite
(Indochina)
75.51
0.67
12.78
4.03
1.68
1.36
1.04
2.90
<0.01
0.02
0.05
0
0.03
0
100.07
3. Moldavite
(Locheniz,
Tchechia)
78.14
0.24
10.13
1.41
1.83
2.64
0.4
3.43
<0.01
0.01
0
0
0.06
0
98.29
4. Moldavite
(Koroseki, Tchechia)
81.02
0.27
9.4
1.36
1.62
2.46
0.23
3.85
<0.01
0
0
0
0
0
100.21
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.