Osbornite – very rare meteoritic mineral in the Saarland impact strewn field

Based on Wikipedia: Osbornite is a very rare mineral from the mineral class of elements (including natural alloys, intermetallic compounds, carbides, nitrides, phosphides and silicides) with the chemical composition TiN and is therefore chemically speaking titanium nitride.

Osbornite crystallizes in the cubic crystal system, but so far has only been discovered in the form of microscopic, octahedral crystals up to around 0.1 mm in size. Osbornite is a typical meteorite mineral that has been detected in 14 meteorites so far. Only two purely terrestrial sites are known: an ore body in Tibet and a site in Bahia (Brazil).

Osbornite in the scattered field of the Saarland impact

In the course of surveying the terrain and researching the Saarland impact (Nalbach, Saarlouis), Werner Müller, who is well known here, discovered a special type of rock a few years ago that, according to initial microscopic examinations (optical and electron microscopic), showed typical features of a meteorite, with a connection with the Nalbach/Saarland impact, which at the time was already considered proven by the extensive and widespread evidence of all common impact findings that were generally recognized in research (which the website here provides impressive evidence of).

Before we begin with the following illustrations and the explanations of the new findings, the perhaps understandable desire to reveal the location of the discovery must be rejected for understandable reasons.

Fig. 1. Section of the examined sample. The sample shape, appearance and size remain “under wraps” for the time being.

Fig.2. Electron microscopic image of a section. 60 µm scale bottom right. Chondritic structure, as known from meteoritic chondrites.

Fig.3. The same section in electron microscopic SEM-EDX element overlay.

Fig. 4. Sum spectrum of the section from Fig. 3.

Fig.5. Quantitative analysis of the spectrum. The main components are iron Fe, oxygen O and carbon C. An Fe – O connection can most likely be derived, which may indicate the mineral wüstite FeO, which occurs primarily in meteorites and slags. It remains to be seen whether hematite or magetite may be present. Hematite and magnetite are virtually unknown in meteorites. Another component could be iron carbide Fe3C, which is known as the mineral cementite and, when combined with nickel and cobalt, corresponds to the meteoritic mineral cohenite. The observation that parts of the sawn and polished metallic surface take on a brass color over time speaks in favor of Fe3C. All other elements have an atomic mass of less than 1%.

Fig. 6. Color images for the selected elements iron, oxygen and silicon. The correspondence of Fe and O in the chondrules and the marginal matrix supports the assumption of meteoritic wustite. There is practically no silicon in these components, and therefore no silicate minerals.

Osbornite – pictures and explanations

When we re-examined the electron microscopic images and analyzes in comparison with samples from the Chiemgau impact, we were surprised by the undoubted evidence of the very rare mineral osbornite, which has practically only been found on Earth in meteorites. Together with the meteoritic minerals titanium carbide and possibly (presumably?) wüstite, it is confirmed that the original assumption of direct involvement of widespread meteoritic material in the Saarland impact scatter field has proven to be correct.

Fig. 7. Electron image of a small section of the sample discussed here with three approximately square inclusions that are only a few micrometers in size, of which the two with arrows were analyzed in detail. The many intersecting lines are an artifact that was created when the surface was polished.

Fig. 8. Crystal from Fig. 7 with cubic crystal structure and chemical composition of titanium, nitrogen and carbon (Fig. 9 and Fig. 10). From this it is practically possible to derive a homeotypic mixed crystal of osbornite (titanium nitride) TiN and titanium carbide TiC, both of which belong to the cubic crystal system. TiC is practically non-existent on Earth and has only been detected in a few places in a combination with vanadium and iron as the mineral khamrabaevite (Ti,V,Fe)C. As a meteoritic mineral, it has been widely analyzed for several years in the crater scatter field of the Chiemgau impact.

A probably special “sweet”: mixed crystals made from osbornite and titanium carbide are apparently described here for the first time.

Fig. 9. Spectrum of the measurement at the cross point in Fig. 8.

Fig. 10. Quantitative analysis of the spectrum in Fig. 9.

Fig. 10. The second cubic mixed crystal made of osbornite and titanium carbide with some embedded “foreign material” made of manganese and iron.

Fig. 11. Spectrum of the measurement at the cross point in Fig. 10.

Fig. 10. Analysis of element percentages.

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.