The ejecta blanket of the Chicxulub impact crater, Yucatán, Mexico [Elektronische Ressource] : petrographic and chemical studies of the K-P section of El Guayal and UNAM boreholes / von Tobias Salge

Tobias Salge

Informations

• Publié par: humboldt-universitat_zu_berlin
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 38
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 74 Mo

Extrait

The ejecta blanket of the Chicxulub impact crater,
Yucatán, Mexico:
Petrographic and chemical studies of the
K-P section of El Guayal and UNAM boreholes
D i s s e r t a t i o n
zur Erlangung des akademischen Grades
d o c t o r r e r u m n a t u r a l i u m
(Dr. rer. nat.)
im Fach Chemie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

von
Dipl.-Min. Tobias Salge
02.03.1970 in Hannover
Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin:
Prof. Dr. C. Markschies
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I:
Prof. Dr. C. Limberg
Gutachter: 1. Prof. Dr. D. Stöffler
2. PD Dr. L. Hecht

Tag der mündlichen Prüfung: 12.01.2007


Nor is there a least of what is small, but there is always a smaller …
But there is also always something greater than what is great …
Anaxagoras (500 BC–428 BC)


Back scattered electron composite micrograph of accretionary lapillus.
Note the tangential alignment of elongated particles and the concentrically lamination due to
grain size sorting. Kurzfassung
Impaktite des Chicxulub Impaktkraters (D~180 km, ~65 Ma) auf der Yucatán Halbinsel in
Mexiko wurden petrographisch und chemisch untersucht, um das Verhalten von
Auswurfmassen während des Transport durch die Atmosphäre zu erforschen. Das Zielgestein
bestand aus einer ~3 km mächtigen Karbonat-Anhydrit-dominierten sedimentären Abfolge
über kristallinem Grundgebirge. Impaktite der UNAM-5 und UNAM-7 Bohrungen nahe des
äußeren Kraterrands sowie der K-P Grenze von El Guayal (~520 km SW vom
Kraterzentrum) wurden untersucht. In UNAM-5 wurde eine 172 m mächtige suevitische
Brekzie zwischen den Teufen 332.0 und 504.0 m angetroffen. Die Impaktite von UNAM-7
bestehen aus einer oberen suevitischen Brekzie (222.2 bis 384.4 m) und einer basalen,
polymikten Brekzie mit geringem Silikatschmelzanteil. Letztere beinhaltet Evaporit-
Megablöcke und stellt ein Analog zur Bunten Brekzie des Nördlinger Ries dar. Bei El Guayal
wurde eine impakt-induzierte Abfolge zwischen Kalksteinen der Oberen Kreide und Mergeln
des jüngsten Paläozän abgelagert. Diese besteht aus (1) einer basalen ~40 m mächtigen
monomikten Karbonatbrekzie, (2) gefolgt von einer ~10 m mächtigen suevitischen Einheit
mit zahlreichen akkretionären Lapilli in den obersten 2,3 m, überlagert von (3) der mehrere
cm mächtigen K-P Grenztonschicht. Das Auftreten von Auswurfmassen des Chicxulub-
Impakts zusammen mit der PGE-angereicherten Impaktorkomponente im Ton von El Guayal
belegt den Zusammenhang der K-P Grenze mit dem Chicxulub-Impakt.
Die Abkühlungsgeschichte der Auswurfmassen ist durch die Gefüge der Karbonatschmelzen
angezeigt. In der basalen Brekzie von UNAM-7 wurden Karbonatschmelzen überwiegend im
geschmolzenen Zustand abgelagert, wohingegen diese bei El Guayal schnell abgeschreckt
wurden. Das zusammenhängende Auftreten von unterschiedlich strukturierten Kalzitkristallen
spiegelt Temperaturvariationen während des atmosphärischen Transports wieder. Die
Karbonate der basalen Brekzie von UNAM-7 zeigen komplette Aufschmelzung und/ oder
Rekristallisation. Die bläschen-führende Kristallisationabfolge eines Anhydritkerns umgeben
von Silikatschmelze zeigt die zusammenhängende Aufschmelzung und Zersetzung von
Anhydrit bei T~1465°C an. Diese Beobachtungen weisen auf eine ausgeprägte thermische
Alteration und Transport bei höheren Temperaturen im Vergleich zur Bunten Brekzie des
Nördlinger Ries hin. Bei El Guayal sind größere Variationen der thermischen Alteration durch
Rekristallisation im Randbereich von festen Kalzitpartikeln und abgeschreckten
Karbonatschmelzpartikeln indiziert. Vermischung von heißer Silikatschmelze mit Kalzit führte
zum Zusammenschweißen der unterschiedlichen Komponenten. Hohlräume, welche mit
mikrokristallinen Kalzitkristallen assoziiert sind, weisen auf eine komplexe Reaktion inklusive
Rekristallisation und Zersetzung von Kalzit hin. In der basalen Brekzie von UNAM-7 ist
Zersetzung von Kalzit und anschließende Rückreaktion durch Entgasungsbläschen, welche mit Einlagerungen von mikrokristallinem Kalzit in plastisch deformiertem Anhydritpartikel
assoziiert sind, indiziert. Da vesikuläre Formen der Karbonatschmelzpartikel erhalten sind, ist
ein bedeutsamer Anteil der Kalzitmatrix nicht nur durch Kristallisation aus einer
Karbonatschmelze entstanden sondern ebenfalls via Rückreaktion. In der oberen suevitischen
Brekzie wurden Silkatschmelzpartikel im geschmolzenen Zustand abgelagert und die
Alteration mit Meerwasser führte zu einer Anreicherung von Br, Cl, Sr und SO . Diese 3
hydrothermale Reaktion weist darauf hin, dass die Kalzitmatrix von UNAM-7 möglicherweise
durch exotherme Reaktion von zersetztem Kalzit und Anhydrit (CaO) mit Wasser und
anschließender Rückreaktion mit CO entstanden ist. Diese Reaktion sowie die 2
Impaktschmelzen lieferten die thermische Energie für die Kristallisation von euhedralen
Anhydrit in der Matrix von sulphat-reichen Fluiden bei T>350°C.
Die folgenden fünf Stadien können für die Ablagerung und Alteration der Chicxulub
Auswurfmassen unterschieden werden: (1) Impakt-induzierte seismische Aktivität führte zum
Kollaps des Randbereichs der Yuacatán-Platform und proximalen Ablagerung im
Schelfbereich. In der Hochdruckzone zwischen Impaktor und sedimentären Zielgestein
wurden Zersetzungsprodukte (CaO, CO , SO ) in die Atmosphäre beschleunigt. Ein heißer 2 X
Gasstrom ist durch explosiv verdampftes Wasser des Zielgestein und der schnellen
Rückreaktion von CaO mit CO zu Kalzit entstanden. (2) Karbonatschmelzen von 2
intermediären Lithologien wurden zusammen mit Anhydrit- und Karbonat-Megablöcken
ausgeworfen und initiierten einen lateral ausbreitenden „Ejektavorhang“. Dabei induzierte die
Rückreaktion zu Kalzit einen Transport bei hohen Temperaturen. Zusätzliche Entstehung
von Wasserdampf veränderte einen anfangs ballistischen zu einem strömungsähnlichen
Transport. (3) Nach mehreren 10’er min kollabierte die turbulente, expandierende
Ejektionswolke, wobei der zurückfallende Suevit vom Impaktormaterial, das in die
Stratosphäre verteilt wurde, fraktioniert wurde. Kombination von heißer Silikatschmelze mit
Karbonaten initiierte einen gas-angetriebenen, lateralen basalen Strom (T~550–1100°C). In
einer darüberliegenden, moderat temperierten (T~100°C), turbulenten Aschewolke
kondensierte Wasserdampf und durch Akkretion von Asche entstanden akkretionäre Lapilli.
(4) Die Impaktorkomponente wurde mit dem feinsten Auswurfsmaterial vermutlich für
Wochen bis Jahre im K-P Grenzton von El Guayal abgelagert. (5) Der andauernde Transport
von Auswurfmassen in der heißen Ejektionswolke induzierte Alterationsprozesse in den
abgelagerten Impaktiten. Es kann geschlussfolgert werden, dass Aggregation die Anzahl von
Aschepartikeln aus der Atmosphäre und möglicherweise die Dauer der globalen Verdunkelung
reduzierte. Ein gewisser Anteil des CO hat zurückreagiert, währenddessen SO Gase 2 X
vollständig in die Atmosphäre eingetragen wurden. Diese Beobachtungen inklusive das
häufige Auftreten von Karbonatschmelzen unterstützen, dass der freigesetzte Anteil von CO 2
in die Atmosphäre in der Vergangenheit überbewertet wurde. Abstract
Impactites from the Chicxulub impact crater (D~180 km, ~65 Ma) on the Yucatan peninsula,
Mexico, were studied petrographically and chemically to investigate the compositional
evolution of ejecta during transit through the atmosphere. The target lithology is a ~3 km
thick carbonate-anhydrite-dominated sedimentary sequence on top of a crystalline silicate
basement. Three different sites were studied including impactites from the UNAM-5 and
UNAM-7 boreholes near the outer crater rim and the K-P site of El Guayal (~520 km SW of
the crater centre). At the UNAM-5, a 172 m thick suevitic breccia was encountered between
332.0 and 504.0 m depths. At UNAM-7, the sequence of impactites consists of a suevitic
breccia (222.2 to 348.4 m) on top of a polymict silicate melt-poor breccia. The latter is
intercalated with evaporite megablocks and represents an analogue to the Bunte breccia of the
Nördlinger Ries crater. At El Guayal, an impact-related sequence was emplaced between
Upper Cretaceous limestones and earliest Palaeocene marls. It consists of (1) a basal ~40 m
thick monomict carbonate megabreccia, (2) followed by an ~10 m thick suevitic unit, where
an upper ~2.3 m subunit contains at its basis abundant accretionary lapilli, and (3) on top a
several cm thick clay layer. In the clay of El Guayal, the presence of Chicxulub impact ejecta
together with the PGE-enriched impactor component links the K-P boundary with the
Chicxulub impact.
The cooling history of the impact ejecta is recorded by the texture of the carbonate melts. In
the polymict silicate melt-poor breccia of UNAM-7, carbonate melts were deposited m