Osbornit – sehr seltenes meteoritisches Mineral im Saarland Impakt-Streufeld

Anlehnung an Wikipedia: Osbornit ist ein sehr selten vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der Elemente (einschließlich natürliche Legierungen, intermetallische Verbindungen, Carbide, Nitride, Phosphide und Silicide) mit der chemischen Zusammensetzung TiN und ist damit chemisch gesehen Titannitrid.

Osbornit kristallisiert im kubischen Kristallsystem, konnte jedoch bisher nur in Form von mikroskopisch kleinen, oktaedrischen Kristallen bis etwa 0,1 mm Größe entdeckt werden. Osbornit ist ein typisches Meteoritenmineral, das bisher in 14 Meteoriten nachgewiesen wurde. Bekannt sind nur zwei rein irdische Fundorte: Ein Erzkörper in Tibet und ein Fundort in Bahia (Brasilien).

Osbornit im Streufeld des Saarland-Impaktes

Im Zuge der Geländeaufnahme und Erforschung des Saarland-Impaktes (Nalbach, Saarlouis) hat der hier wohlbekannte Werner Müller bereits vor einigen Jahren einen besonderen Gesteinstyp entdeckt, der nach ersten mikroskopischen Untersuchungen (optisch und elektronenmikroskopisch) typische Merkmale eines Meteoriten aufwies, wobei sich ein Zusammenhang mit dem Nalbach/Saarland-Impakt aufdrängte, der seinerzeit bereits durch den reichhaltigen und weit verbreiteten Nachweis sämtlicher gängiger, in der Forschung allgemein anerkannter Impakt-Befunde als erwiesen angesehen war (wovon die Webseite hier eindrucksvoll Zeugnis ablegt).

Ehe wir mit den nachfolgenden Abbildungen und den Erläuterungen zu den neuen Erkenntnissen beginnen, muss der vielleicht verständliche Wunsch nach Preisgabe des Fundortes aus ebenfalls verständlichen Gründen abschlägig beschieden werden.

Abb. 1. Anschnitt der untersuchten Probe. Probenform, Aussehen und Größe bleiben vorerst „unter Verschluss“.

Abb.2. Elektronen-mikroskopisches Bild eines Ausschnitts. 60 µm Maßstab unten rechts. Chondritisches Gefüge, wie es von meteoritischen Chondriten bekannt ist.

Abb.3. Derselbe Ausschnitt in elektronen-mikroskopischer REM-EDX Element-Überlagerung.

Abb. 4. Summen-Spektrum des Ausschnitts von Abb. 3.

Abb.5. Quantitative Analyse des Spektrums. Die Hauptbestandteile sind Eisen Fe, Sauerstoff O und Kohlenstoff C. Am ehesten lässt sich eine Fe – O Verbindung ableiten, was eventuell auf das Mineral Wüstit FeO deuten kann, das vor allem in Meteoriten und in Schlacken vorkommt. Ob möglicherweise Hämatit oder Magetit dabei sind, muss sich noch erweisen. In Meteoriten sind Hämatit und Magnetit so gut wie unbekant. Eine weitere Komponente könnte Eisencarbid Fe3C sein, das als das Mineral Zementit bekannt ist und in Verbindung mit Nickel und Cobalt dem meteoritischen Mineral Cohenit entspricht. Für Fe3C spricht die Beobachtung, dass Teile der gesägten und polierten metallischen Fläche mit der Zeit eine Messingfarbe annehmen. Alle anderen Elemente haben eine Atom-Masse unter 1%.

Abb. 6. Farb-Bilder für die ausgewählten Elemente Eisen, Sauerstoff und Silizium. Die Korrespondenz von Fe und O in den Chondren und der randlichen Matrix stützt die Annahme von meteoritischem Wüstit. In diesen Komponenten gibt es praktisch kein Silizium, also auch keine silikatischen Minerale.

Der Osbornit – Bilder und Erläuterungen

Bei der Neusichtung der elektronenmikroskopischen Aufnahmen und Analysen im Vergleich mit Proben des Chiemgau-Impaktes ergab sich die Überraschung des unzweifelhaften Nachweises des sehr seltenen und auf der Erde praktisch nur in aufgefundenen Meteoriten nachgewiesenen Minerals Osbornit. Zusammen mit den meteoritischen Mineralen Titancarbid und möglicherweise (vermutlich?) Wüstit bestätigt sich, dass die ursprüngliche Vermutung von direkter Beteiligung von verbreitet meteoritischem Material im Saarland-Impaktstreufeld sich als richtig erwiesen hat.

Abb. 7. Elektronenbild eines kleinen Ausschnitts der hier diskutierten Probe mit drei nur wenige Mikrometer großen etwa quadratischen Einschlüssen, von denen die zwei mit Pfeilen versehenen detailliert analysiert wurden. Die vielen sich kreuzenden Linien sind ein Artefakt, das beim Polieren der Fläche entstand.

Abb. 8. Kristall von Abb. 7 mit kubischer Kristallstruktur und chemischer Zusammensetzung aus Titan, Stickstoff und Kohlenstoff (Abb.9 und Abb. 10). Daraus lässt sich praktisch allein ein homöotyper Mischkristall aus Osbornit (Titannitrid) TiN und Titancarbid TiC herleiten, die beide dem kubischen Kristallsystem angehören. TiC gibt es auf der Erde praktisch nicht und ist nur in einer Kombination mit Vanadium und Eisen als das Mineral Khamrabaevit (Ti,V,Fe)C an wenigen Stellen nachgewiesen worden. Als meteoritisches Mineral ist es seit einigen Jahren verbreitet im Kraterstreufeld des Chiemgau-Impaktes analysiert worden.

Ein vermutlich besonderer „Bonbon“: Mischkristalle aus Osbornit und TItancarbid werden hier offenbar zum ersten Mal beschrieben.

Abb. 9. Spektrum der Messung am Kreuzpunkt der Abb. 8.

Abb. 10. Quantitative Analyse des Spektrums in Abb. 9.

Abb. 10. Der zweite kubische Mischkristall aus Osbornit und Titankarbid mit etwas eingelagertem „Fremdmaterial“ aus Mangan und Eisen.

Abb. 11. Spektrum der Messung am Kreuzpunkt der Abb. 10.

Abb. 10. Analyse der prozentualen Elementanteile.

Neue Impaktgesteine von Wallerfangen und Beaumarais

Der bunte „Zoo“ von Impakt-Gesteinen (Impaktiten) des Saarland-Impaktes hat wieder Zuwachs bekommen. Stefan Michelbacher vom Verein für Heimatforschung mit Historischem Museum Wallerfangen, seit geraumer Zeit in „Sachen Impakt“ unterwegs, hat aus dem Raum Wallerfangen und, angeregt durch die jüngsten Bodenradar-Messungen über den Ringwall des Saarlouis-Kraters, im Umfeld von Beaumarais reichlich neue charakteristische Impakt-Funde zusammengetragen, die die Impakt-Genese des Saarlois-Krarers weiter untermauern.

Sorgfältig präpiert von Werner Müller für Farbscanner-Abbildungen präsentieren wir hier die Zusammenstellung einer Auswahl der neuen Proben mit einer kurzen vorläufigen Beschreibung. Detaillierteres werden wir dann erfahren, wenn die geplanten Gesteinsdünnschliffe für das Polarisationsmikroskop und gegebenfalls für das Elektronenmikroskop vorliegen.

Vorläufige Kurzbeschreibung

1 Brekzie mit brekziierten Quarzit-Fragmenten (Brekzie-in-Brekzie) in einer Brauneisen-Hämatit-Matrix – 2 blasige Gesteinschmelze mit reliktischem Quarzkorn-Gefüge und grün-schwarzer Glashaut-Ummantelung. Die Temperaturen beim Schmelzen des vermuteten Sandsteins waren gerade so hoch, dass außer dem Quarz alle anderen Minerale (Feldspäte z.B.) zu blasigem Glas wurden. – 3 Quarzit-Brekzie mit eingedrungenen Brekzien-Gängen – 4 Gesteinsschmelze ähnlich 2 mit grüner Glashaut und grünem Glaseinschluss -5 polymikte Brekzie mit drei Brekzien-Generationen (typisch Impakt), darunter Schmelzgesteins-Partikel des Typs 2, 4. – 6 polymikte Schmelzgesteinsbrekzie (Suevit?) – 7 quarzit-dominiertes helles Schmelzgestein mit schwarzer Schmelzgesteins-Ummantelung – 8 homogenes, leicht blasiges schwarzes Glas – 9 amöbenartige eisen-metallische Partikel in Schmelzgesteinsbrekzie (meteoritisches Eisen?) – 10 polymikte Brekzie mit groben Brekzien-Komponenten in fein-brekziöser Matrix – 11 Muschelkalk-Kalkstein, vermutlich von den westlichen und nordwestlichen Höhenrücken beim oder nach dem Impakt herunter-geschwemmt.

Mit dem Bodenradar in den Ringwall des Saarlouis-Impaktkraters schauen

Ein Beitrag zur Tagung der AGU (American Geophysical Union) Fall Meeting 2021 (virtuell)

Kord Ernstson, Andreas Gawlik-Wagner, Werner Müller, Jens Poßekel: Anatomy of an impact crater rim wall from selected ground penetrating radar (GPR) measurements – the Saarlouis (Germany) impact case [Anatomie eines Impaktkrater-Ringwalls mit ausgewählten Bodenradar-Messungen – der Fall des Saarlouis-Impaktes]

Wir erinnern uns: Seit wenigen Jahren gilt die ganz besondere geomorphologische Situation mit einer perfekt halbkreisförmigen Wall-Struktur am Westrand von Saarlouis als durch einen Großmeteoriten-Impakt entstanden, worüber bereits auf der Tagung der LPSC (Lunar & Planetary Science Conference) 2018 berichtet wurde. Diese ganz ungewöhnliche Halbstruktur, die geologisch und geomorphologisch keine andere Erklärung zulässt, muss als das Relikt einer ursprünglich vollständigen Impakt-Kraterstruktur mit einem Durchmesser von 2,3 km betrachtet werden, die von der Saar angeschnitten und weitgehend ausgeräumt wurde und dann als Auffangbecken für die heute zu kartierende Niederterrase diente.

Abb. 1. Die Topographie des Saarlouis-Halbkraters im Digitalen Geländemodel. Durch die höchsten Stellen des Ringwalles lässt sich ein perfekter Kreisabschnitt ziehen

Abb. 2. Die aus dem Digitalen Geländemodell entnommenen Höhenprofile (oben rechts) über den Ringwall haben die typische Form, wie man sie von vielen anderen Impakt-Kratern kennt: innen steiler Abbruch und nach außen ein flacher Abfall. Es bereitet ziemliche Schwierigkeiten, diese Saarlouis-Struktur mit einem anderen geologisch-geomorphologischen Modell überzeugend zu erklären.

Soviel zum bisherigen Kenntnisstand über den Saarlouis-Impaktkrater. Auf neuste Erkenntnisse (Stand Anfang August 2021) zur Erforschung des Krater-Ringwalls soll hier kurz eingegangen werden mit einem Blick in die obersten Ablagerungen der Krater-Auswurfmassen mit einem über 1 km langen Bodenradar-Profil (Abb. 3, 4).

Abb. 3. Digitales Geländemodell (3D) mit dem Verlauf des 1,2 km langen Bodenradar-Profils vom Kraterrand etwa radial nach außen. Auf dem rot markierten Abschnitt wurde das Radargramm der Abb. 4 gemessen.

Abb. 4. Ein 60 m langer Abschnitt des Bodenradar-Profils in etwa 1 km Entfernung vom Kraterrand. Zwei Dinge sind besonders zu erwähnen: eine oberste, hier noch etwa 5 m mächtige Lage aus Auswurfmassen mit einem Haufwerk von Gesteinsblöcken, sowie eine durchgehend wellenförmige Kompression der darunter liegenden Buntsandstein-Schichten. Man muss sich diese Kompression durch die vom Impakt-Punkt nach außen gehenden Schockwellen extremer Drücke erklären. (Eine Überhöhung ist zu beachten!) Eine normale Buntsandstein-Schichtfolge der Region sieht nicht so aus, und zweifellos haben wir hier einen weiteren Beleg für die Realität eines Saarlouis-Impaktkraters.

Der Saarland-Impakt in einer archäologischen Ausgrabung

Es wird immer spannender. In einer kürzlichen archäologischen Ausgrabung des Landesdenkmalamtes im Gebiet der nachgewiesenen Impakt-Funde (geschockte Impaktite, Impakt-Gläser, polymikte Impakt-Brekzien, Impakt-Schmelzgesteine) wurden im direkten Verbund archäologische Objekt und Impaktite geborgen, und auch im Abraum der Ausgrabung wurden prächtige Impakt-Gesteine angetroffen. Ort und Name der Grabung werden hier nicht genannt (Raubgräber!), aber soviel sei gesagt, dass es sich um eine frühest- bis prä-römische vermutliche Opfergrube der Zeitenwende handelt.

Damit haben wir eine weitere Datierung mit einer Obergrenze des Impakt-Ereignisses (nach den reichlichen Impakt-Funden unter den Fundamenten bei der Ausgrabung der vermuteten frühmittelalterlichen Kirche in Nalbach). Wieweit wir damit in die Nähe des mittlerweile gut datierten Chiemgau-Impaktes von 900-600 v.Chr. kommen (übrigens auch nach einer archäologischen Ausgrabung), bleibt offen.

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Der Saarland-Impakt auf der 2021 Lunar & Planetary Science Conference

Der Saarland-Impakt auf der 52nd Lunar & Planetary Science Conference 2021

Wie bereits im nachfolgenden Beitrag etwas versteckt mitgeteilt hier nun der direkte Zugang zum umfangreichen Galerie-Poster oder zum besser lesbaren pdf-Poster mit den wichtigsten neuen Forschungsergebnissen.

Titel: Zhamanshinite-Like Black-Glass Melt Rocks from the Saarland (Germany) Meteorite Impact Site

von
Kord Ernstson, Dominic Portz, Werner Müller, Michael Hilt

University of Würzburg, 97974 Würzburg – Fasanenweg 32, 66809 Nalbach – Diefflerstraße 217, 66809 Nalbach – Carl Zeiss Microscopy GmbH, D-73447 Oberkochen

Eine kleine Erläuterung: Zhamanshinit ist ein in der Impakt-Forschung bekanntes und gut untersuchtes schwarzes Glas-Schmelzgestein aus der Zhamanshin-Impaktstruktur in Kasachstan.

Ein bunter „Zoo“: polymikte Impakt-Brekzien aus der Prims

Erfolgreiches „Fischen“ nach Impakt-Gesteinen (Impaktiten) aus der Prims: Kerstin Debusmann, uns aus dem letzten Beitrag bereits bekannt, hat viele neue, gut gerundete Gerölle geborgen, die sich nach Anschnitt und Polieren durch Werner Müller als wunderschöne Impakt-Brekzien entpuppten. Die hier gezeigten Proben, von denen Dünnschliffe in Vorbereitung sind, zeichnen sich durch ganz charakteristische Merkmale einer dem Impakt-Petrologen wohlbekannten Brekziierung aus. Es sind allesamt polymikte Brezien, was bedeutet, dass in einer Matrix zerbrochene Komponenten unterschiedlichen Ursprungs und unterschiedlicher Lithologie eingebettet sind. Brekzien können bei den verschiedensten geologischen Prozessen entstehen; so gibt es: tektonische Brekzien, vulkanische Brekzien (Eruptionsbrekzien, Schlotbrekzien, pyroklastische Brekzien), sedimentäre Brekzien (z.B. Bergsturz– und Hangschuttbrekzien), diagenetische Brekzien und Kollapsbrekzien (z.B. in Karstgebieten).

Das ganz Besondere dieser polymikten Brekzien aus der Prims ist eine Zusammensetzung, die bei „normalen“ geologischen Prozessen und der Bildung der zuvor genannten Brekzien praktisch nicht vorkommt, aber im Prinzip diagnostisch für eine Impakt-Brekziierung ist. Man spricht von Brekzien-in-Brekzien, Brekzien-in-Brekzien-in-Brekzien oder allgemein von Brekzien-Generationen in nur nur einer einzigen Probe. Mit anderen Worten: Eine solche Impakt-Brekzie besteht aus Komponenten, die ihrerseits wieder eine (monomikte oder polymikte) Brekzie darstellen, und wenn deren Komponenten noch einmal brekziiert sind, hat man schon drei Brekzien-Generationen. In gar nicht seltenen Fällen werden auch noch bis zu vier oder mehr Generationen beobachtet. Mehr zu polymikten Brekzien und Brekziengenerationen kann HIER angeklickt werden.

Warum bei Impakte und nicht bei anderen geologischen Prozessen solche Brekzien-Generationen entstehen, hängt mit der Abfolg mehrerer Deformations- und Zertrümmerungsabläufe zusammen: Einschlag, Schock-Ausbeitung, Exkavation und Massen-Auswurf mit intensiver Vermischung unterschiedlicher Gesteinseinheiten, Landen der Auswurfmassen mit Zertrümmerung und Vermischung mit dem lokalen Untergrund, die Modifikationsphase mit Druckentlastung und Kollaps von Übergangskratern mit erneuter Vermischung. Das ist mittlerweile Standard-Wissen in der Impakt-Forschung.

Bildbreite 6 cm

Ein besonders schönes Exemplar einer polymikten Brekzie aus der Prims mit mehreren Brekzien-Generationen: Das geborgene Geröll ist bereits eine polymikte Brekzie aus zwei großen Komponenten mit einer roten und einer weißlich-hellen Matrix. Beide Komponenten sind für sich wieder polymikte Brekzien mit scharfkantig gebochenen Fragmenten (2.Generation), und wenn man genau hinschaut, sieht man in dieser zweiten Generation, dass einzelne der Komponennten wiederum polymikt brekziert sind (3.Generation). Unter dem Mikroskop gelingt sogar die Identifikation einer vierten Generation.

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Der Saarland – Nalbach Impakt aus der Prims

Polierter Anschnitt der bemerkenswerten Geröllprobe aus der Prims. Bildbreite 4 cm.

Der Saarland-Impakt scheint immer mehr auch in der Bevölkerung „anzukommen“ und als bedeutendes lokales und regionales Ereignis mit geologischem, kosmischem und prähistorischem Bezug registriert zu werden. Davon zeugt auch ein Fund aus jüngster Zeit, den Kerstin Debusmann aus Körprich/Saar aus der Prims geborgen und als mögliches Impakt-Gestein dem ursprünglichen Entdecker des Impaktes, Werner Müller aus Nalbach, vorgelegt hat. „Volltreffer“ – konnte dieser nur sagen, als er sofort die enge Verwandtschaft zu den jüngst entdeckten Impakt-Glasgesteinen im Streufeld des Saarland-Impaktes feststellte, worüber erst kürzlich die Forscher auf der renommierten internationalen 52sten Lunar & Planetary Science Conference (LPSC 2021, diesmal wiederum virtuell) einen Abstract- und Poster-Beitrag hatten, was hier auf der Webseite angeklickt werden kann

Schmelzglas-Impaktgestein aus dem Streufeld des Saarland-Impaktes. Bild vom Poster der LPSC 2021

Mikroskop-Detailaufnahmen von der oben gezeigten Probe aus der Prims zeigen einen Zusammenfluss und Vermischung verschiedener, teilweise blasiger Glassorten mit einem ausgeprägten Fliessgefüge. Einschlüsse bestehen aus mikroskopisch winzigen metallischen Partikeln und im mittleren Bereich aus einem Band von Mineralen in auffällig würfelförmiger (kubischer) Kristallstruktur. Dicht gepackte diffusere, ebenfalls mikroskopisch kleine Partikel im Glas können vorerst nicht weiter angesprochen werden.

Mikroskop-Ausschnittsvergrößerung vom schwarzen Glas in der Prims-Probe. Die weiß erscheinenden Partikel sind (vermutlich eisen-)metallische Körner in Mikrometergröße. Die größeren weißgrauen Einschlüsse haben teilweise geometrische Kristallform mit bisher unbekannter Zusammensetzung. Die metallischen Einschlüsse können zu der deutlich erhöhten magnetischen Suszeptibilität von > 1/1000 SI beitragen.

Die kubischen Kristalle, eingebettet in das Fliessgefüge des Glases, werden vorerst als Kristallisationsprodukte aus der sich abkühlenden Gesteinsschmelze interpretiert. In Analogie zu den Untersuchungen der Schmelzglas-Impaktite vom LPSC-Poster könnte es sich um Neubildungen von Spinellen handeln. Spinelle bilden eine häufig vorkommende Mineralgruppe von Metall-Oxiden- und -Sulfiden. Am bekanntesten ist der Magnesiumspinell (Spinell im engeren Sinne) MgAl2O4. Der hohe Schmelzpunkt des Spinells von 2135°C könnte dafür sprechen, dass sich die Würfel aus einer extrem heißen Gesteinsschmelze kristallisiert haben. Beim noch heute angewandten Verneuil-Verfahren werden künstliche Spinell-Kristalle bei Abkühlung einer 2200°C heißen Schmelze hergestellt.

Geplante Dünnschliffe für Beobachtungen unter dem Polarisationsmikroskop sowie Analysen unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) mit EDX-Elementanalysen sind vorgesehen und werden Weiteres zur Klärung dieses ganz besonderen Impakt-Gesteins beitragen.

LPSC 2021 virtuell

Beitrag zum Saarland-Impakt auf der Tagung Lunar Planetary Science Conference LPSC 2021

Zhamanshinite-Like Black-Glass Melt Rocks from the Saarland (Germany) Meteorite Impact Site

Kord Ernstson – Dominic Portz – Werner Müller – Michael Hiltl

University of Würzburg, 97974 Würzburg  (Germany)  kernstson@ernstson.de  –  Fasanenweg 32,  66809 Nalbach (Germany) d.portz@outlook.de  –   Diefflerstraße 217, 66809 Nalbach (Germany) edumueller@t-online.de. –  Carl Zeiss Microscopy GmbH, D-73447 Oberkochen (Germany) mhiltl@online.de

Poster anklicken

Anmerkung: Das Poster kann wie eine Art Webseite angeschaut und durch Anklicken der Spalten gescrollt werden.

Auf ein PDF formatiert kann das Poster als deutlich bessere Lösung mit Vergrößerungen und funktionierenden Links HIER angeklickt werden.