Schockstrukturen in Meteoriten

[TStein]

Hallo liebe Metoritenbegeisterte,

ich möchte mal wieder ein paar Aspekte über unsere Besucher aus dem Weltraum beleuchten, bzw. diskutieren und zwar soll es hauptsächlich um Schockstrukturen in Meteoriten und in diesem Zusammenhang auch um seltene Hochdruckmineralien gehen. Für das Auffinden und die Untersuchung der Hochdruckminerialien wäre mein RAMAN-Mikroskopaufbau übrigens sehr gut geeignet.

Vllt erstmal eine schnelle Einführung. Schockstrukturen in Meteoriten sind irreversible Veränderungen im Gestein, die bspw. durch extreme Druck- und Temperatureinwirkungen bei kosmischen Kollisionen entstehen. Diese Prozesse finden meist lange vor dem Fall auf die Erde statt, bspw. wenn Asteroiden im Weltraum miteinander zusammenstoßen oder extreme Einschläge auf den Gesteinsplaneten und Monden Gesteinsbrocken in den Weltraum schleudern.

In diesem Zusammenhang gibt es auch eine nachvollziehbare Schock-Klassifikation für gefundene Meteoriten, wobei die Intensität des Schocks in sechs Stufen (S1 bis S6) unterteilt wird, welche normalerweise im Dünnschliff unter dem Mikroskop bestimmt werden:

S1 (ungeschockt): Keine sichtbaren Veränderungen in den Mineralen.
S2 (schwach geschockt): Erste Anzeichen, wie undulöse (wellige) Auslöschung (optische Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter).
S3–S4 (moderat geschockt): Bildung von Planar Fractures (PF - periodische Risse mit ~einigen 10er um Abstand). Mosaizismus, also mosaikförmige Auslöschung im Dünnschliff sichtbar. Ab S4 sind auch Planar Deformation Features (PDF - lamellenförmige Kristallstörungen, <5um) festzustellen. 
S5 (stark geschockt): Umwandlung von Mineralen in Hochdruckmodifikationen oder Glas (z. B. Maskelynit, Diamanten, Bridgmanit, Ringwoodit, Wadsleyit). "Schock-Darkening", also Eindunkeln des Meteoriten aufgrund von sich bildenden Metall- und Troilithaltigen Schockschmelzadern
S6 (sehr stark geschockt): Teilweises bis vollständiges Schmelzen des Gesteins.

Anbei ein paar Bilder und Impressionen:


Bild 1: Planar Fractures in einer Chondre, Bildbreite ~0,5mm (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Fluotar 10x)


Bild 2: Mglw. Gesteinsglas (Chondrit) (Bildbreite ~0,2mm) (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Fluotar 10x)


Bild 3: Planar Deformation Features in einem Chondriten (Bildbreite ~0,2mm) (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Fluotar 10x)


Bild 4: Schock-Darkening im oberen Bildbereich (Chondrit) (Bildbreite ~10mm) (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Stitching Fluotar 10x)


Bild 5: Schmelzadern in einem Chondriten (Bildbreite ~0,2mm) (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Fluotar 10x)


Bild 6: Diamantstruktur, mglw auch Lonsdaleit in einem Ureilit (Bildbreite ~20um) (Anschliff, gekreuzte Polarisation, Fluotar 150x)

Ergebnisse der RAMAN-Untersuchungen folgen demnächst!

Lg Tino

[Gerd Schmahl]

Hallo Tino,
einen sehr interessanten Beitrag hast Du da verfasst. Eine Frage habe ich: Heißt das tatsächlich "Schmalzadern", wie Du an zwei Stellen schreibst, oder "Schmelzadern".
LG Gerd

[TStein]

Hihi, Schmelzadern sind gemeint 🤭
Habs fix geändert .

[hugojun]

Hallo Tino,
danke für deinen Beitrag zum Thema Meteorite und im Speziellen zu der Schock Klassifizierung der Meteorite.
Deiner, sicherlich bewusst vereinfachten Einführung der Schockklassen, möchte ich nur eine kleine Hintergrundinformation hinzufügen:
Die ersten Versuche der Kalibrierung  der durch Druck-Temperatur-Verhältnisse induzierten Veränderungen in Gesteinen, wurden anhand der Indizierung der PDF-Translation – Flächen an geschockten Quarzen unternommen. 
Da Quarz aber eher selten bis gar nicht in den chondritischen Meteoriten vorkommt, wurde das Auftreten von Veränderungen in anderer Mineralphasen, die parallel zur Quarz-Modifikation verliefen, den gleichen Druck- und Temperaturverhältnissen ausgesetzt waren, zur Schockklassifizierung herangezogen.
Die von Stöffler et al. 1965 postulierten Stufen S1 bis S6 galten strenggenommen nur für porösen Sandstein. Da aber die Porosität für die Post-Shock – Temperatur entscheidend ist, fallen Umwandlungen von anderen Mineralen, die häufig anzutreffen sind wie Olivin, Pyroxen und Feldspat, nicht in die die gleiche Schockklasse.
Diesem Umstand haben Stöffler et al. 2017 dann in einer überarbeiteten Veröffentlichung Rechnung getragen.
Bei Schockangaben, die sich auf Chondrite beziehen, ist dann das Präfix ,,C" dem ,,S" vorangestellt, um im richtigen Kontext zu agieren.
Da deine Einleitung aber der Vorbereitung deines eigentlichen Beitrags, der Bestimmung der Schockminerale durch Raman-Spektroskopie nur vorangestellt war, bin ich jetzt gespannt auf deine Raman Spektren und ob und welche Minerale du bestimmen konntest.
lG
Jürgen

[Spectrum]

Hallo Tino,
Komplettes Neuland für mich, aber gerade deshalb ganz besonders interessant.
Vielen Dank für diese tolle Präsentation.
Holger

[Peter T.]

Hallo Tino,

toller Beitrag, da könnte man tatsächlich in Versuchung kommen, auch nach Minimeteoriten zu suchen.

schöne Grüße

Peter

[olaf.med]

Hallo Tino,

herzlichen Dank für den sehr interessanten Beitrag. Ich bin sehr gespannt ob Du Diamant oder sogar Lonsdaleit verifizieren kannst! In irdischen Impaktgesteinen ist ja zumindest Diamant eindeutig gefunden worden,  und zwar als direktes Umwandlungsprodukt von Graphit (z.B. im Nördlingen Ries).

Herzliche Grüße, Olaf

[TStein]

Hallo Jürgen, Holger, Peter, Olaf,

danke für das Interesse an diesem doch recht speziellen Thema.

@Jürgen: Bezüglich Eingruppierung und Schockklassifizierung bin ich ganz sicher kein Experte, ich versuche nur ein bisschen die Indizien an meinen Meteoritensamples nachzuvollziehen.
Soweit ich verstanden habe, ist es doch recht schwierig diese Extremereignisse nachzubilden, weil Erstens die Schockereignisse im All auf viel längeren Zeitskalen (Sekunden, anstatt Mikrosekunden) stattfinden, als es auf der Erde, bspw. mit Explosionsexperimenten oder Höchstdruckpressen nachstellbar ist. Zweitens bewirken Inhomogenitäten und Kristallgrenzen für die Ausbreitung der Schockwelle unterschiedliche Impedanzen, sodass hier Temperatur- und Drucküberhöhungen schon im selben Sample zu unterschiedlichen Effekten und Einschätzungen führen können. Außerdem hab ich derzeit noch nicht so richtig die Möglichkeit Dünnschliffe selbst herzustellen, daher wurden alle Untersuchungen an polierten Anschliffen durchgeführt, sodass die Aussagekraft der Bilder doch recht begrenzt ist.
Mein Hauptziel ist aber eher versnobbt, ich möchte möglichst irgendwelche exotischen Hochdruckmineralien, wie bspw. Ringwoodit, mit dem RAMAN-Mikroskop aufspüren. Mal schauen, zumindest Diamanten in Ureiliten sind ziemlich einfach nachzuweisen.

@Olaf: Diamanten in Ureiliten nachweisen geht ganz gut, bei Lonsdaleit bin ich mir noch nicht so sicher. Ich schreibe heute noch was dazu, muss aber noch fix ein paar Messungen aufbereiten.

Lg Tino

Ps. Jürgen, vllt. kannst du noch mal die folgenden Bilder einordnen, hab jetzt auch noch ein paar ordentliche Skalen drangemacht und den Kontrast optimiert. Ich denke dass es PDFs sind, die Periode der Lamellen ist aber doch eher im 10-15um Bereich. Also vllt. doch schon zu groß? Zumindest meine ich die Kristallwinkel und Orientierung zu erkennen.

[hugojun]

Hallo Tino ,
tatsächlich glaube ich nicht, in diesen Bildern PDF´s zu erkennen. Hierbei handelt es sich ganz sicher um das orientierte Wachstum von Olivin Kristallen in einer BO-Chondre (für Barred Olivine Chondre – Balken-Olivin-Chondre).
Zumindest beim Quarz bleibt nur der Weg über die Dünnschliff - Einmessung. Dies geschieht am U-Tisch und ist einigermaßen zeitaufwendig. Jede einzelne vermeintliche PDF- Linie wird in Draufsicht so ausgerichtet, dass die Spaltline so dünn wie möglich erscheint und zum Fadenkreuz ausgerichtet. So erhält man die benötigten Winkelangaben mit Bezug auf die Kristalline C – Achse. Pro Mineralkorn sollten dann mindestens zwei, besser mehrere Spaltlinien vermessen werden. Anschließend wird aus einer Anzahl von vermessenen Körnern eine Statistik der Indizierung erstellt. Nur bei gehäuftem Auftreten einer bestimmten Orientierung der Spaltfläche, ist die Bildung durch Schock gesichert.
Ob eine derartige Indizierung auf dem optischen Weg am U-Tisch an Olivinen und Pyroxenen bereits besteht oder gelungen ist, ist mir nicht bekannt.
Dennoch ist das Petrographische Mikroskop geeignet, eine grobe Einschätzung der primären metamorphen Vorgänge und darauffolgende Schockeinflüsse einzuordnen.
Den großen Vorteil der Raman Spektroskopie sehe ich in der Identifizierung der Gestein-Gläser und deren Edukte , da sie wegen ihrer optischen Isotropie kaum optische Bestimmungsmerkmale haben.
lG
Jürgen