Schockeffekte (Schockmetamorphose) in Gesteinen der Azuara-Impaktstruktur
Seit der ersten Veröffentlichung von Befunden zur Azuara-Impakstruktur (Ernstson et al. 1985) hat es unzählige Untersuchungen zur unwiderlegbaren Existenz von Schockeffekten (Schockschmelzglas, diaplektisches Glas, planare Deformationsstrukturen PDFs in Quarz) gegeben. Allein zu den PDFs gibt es drei unabhängige Analysen, darunter eine von Dr. Ann Therriault, kanadische Expertin für PDFs, mit eindeutigem Nachweis von Schock (siehe dazu unten die Ausführungen zu den Abb. 7 und 8). Dennoch hat es eine Interessengruppe gegeben, die bis heute agiert, die die Existenz von Schock in der Azuara-Impaktstruktur leugnet und damit versucht, die Azuara-Erforschung und die Forschungsergebnisse insgesamt zu diskreditieren. Vergleichbares ist in den Wissenschaften nicht unbekannt, und nachfolgend wird ausgeführt, wie so etwas ablaufen kann. Weitaus mehr zu dieser unerquicklichen Geschichte ist dann unter den Menüpunkten der Kontroverse zu lesen.
Schock oder kein Schock? – Falko Langenhorst, Alexander Deutsch und eine unsägliche Geschichte.
In einem Abstract-Artikel der LPSC behaupten Langenhorst & Deutsch (1996) [The Azuara and Rubielos structures, Spain: Twin impact craters or Alpine thrust systems? TEM investigations on deformed quartz disprove shock origin (abstract). Lunar and Planetary Science, v. XXVII: 725-726], dass es in der Azuara-Impaktstruktur keine Anzeichen von Schock gebe. Sie stützen diese Behauptung allein auf die TEM-Analyse einer Probe, die Ihnen von einem der jetzigen Autoren (K.E.) überlassen wurde. Diese Probe stammte aber gar nicht aus der Azuara-Struktur, sondern wurde weit außerhalb der Struktur genommen. Darüber hinaus haben Langenhorst & Deutsch die genaue Beschreibung (die ihnen von K.E. mitgegeben wurde) der Probe überhaupt nicht zur Kenntnis genommen, die basale Deformationslamellen, aber keineswegs planare Deformationsstrukturen (PDF) zeigt. Obgleich K.E. die Autoren eindringlich auf ihren elementaren Fehler hingewiesen hatte, zogen Langenhorst & Deutsch den Beitrag nicht zurück, was möglich gewesen wäre. Es wird hier noch einmal betont, dass Schock-Effekte (diaplektische und Schmelz-Gläser, diaplektische Kristalle, PDF, Knickbänder in Glimmern, planare Brüche in Quarz) stets aus polymikten Brekzien aus dem Innern der Azuara-Struktur und von den Ejekta der Pelarda-Fm. beschrieben und publiziert wurden (Ernstson et al. 1985, Fiebag 1988, Ernstson & Claudín 1990, Mayer 1991, Ernstson & Fiebag 1992, Ernstson 1994, u.a.). Keine einzige dieser Publikationen wird von Langenhorst & Deutsch in ihrem LPSC-Artikel zitiert. Das war der Grund, warum wir Falko Langenhorst und Alexander Deutsch wissenschaftliche Unehrlichkeit vorgeworfen haben.
Aber das ist nicht alles: Noch im Jahr 2002 benutzt Falko Langenhorst – die Wahrheit beiseite kehrend – den Artikel von Ernstson et al. (1985), um ihren groben LPSC-Missgriff zu verschleiern. In dem Artikel
Shock metamorphism of some minerals: Basic introduction and microstructural observations. – Bulletin of the Czech Geological Survey, Vol. 77, No. 4, 265–282, 2002l
schreibt F. Langenhorst:
„Sub-planar features of tectonic origin such as the so-called Böhm lamellae have been erroneously assigned as PDFs (Ernstson et al. 1985, Vrána 1987; Fig. 8a). TEM studies have deciphered the nature of these tectonic features, as being subgrain boundaries.“
Das Zitat „Ernstson et al. 1985“ von Langenhorst bezieht sich auf den Artikel Ernstson, K., Hammann, W., Fiebag, J. and Graup, G.: Evidence of an impact origin for the Azuara structure (Spain). – Earth and Planetary Science Letters, 74, 361-370, 1985, und in diesem Artikel schreiben die Autoren Ernstson et al. (Zitat aus dem EPSL-Artikel):
„5. Shock-deformation features
The sandstone components of the Nogueras polymict breccia described above provide the key to understanding the extraordinary geologic set¬ting around Azuara. In thin section, the quartz grains in the sandstone clasts display deformation features bearing evidence of shock metamorphism. Such deformation features of quartz, termed planar features or planar elements ([22] and references therein) are shown in Fig. 6. The planes of defor¬mation are crystallographically controlled and, according to current knowledge, they can be gen¬erated only by shock ([22], and references therein, [24,26.28]). The distribution of shock features throughout the rock fragments is highly irregular. Areas with nearly each of the quartz grains dis¬playing one or more systems of planar elements (Fig. 6.A) alternate with areas almost devoid of them. A maximum of five intersecting systems per grain have been observed, although one orienta¬tion per grain is the rule. Both decorated and non-decorated planar elements [27] have been found. A frequency diagram of the measured an¬gles between the quartz c-axes and the normals to the planes of planar elements indicates predomi¬nance of sets parallel to (1013) and (1012) (Fig. 7). Basal sets are of minor importance.
Shock-wave recovery experiments on quartz single crystals [23,24] indicate that (1013) planar elements develop above 10 GPa ( = 100 kbar), whereas (1012) elements develop above 16 GPa, becoming as abundant as (1013) sets at about 25 GPa. However, caution is required in making di¬rect analogies between experimental data and nat¬ural events due to the strongly different duration of the shock pressure [25]. Nevertheless, the promi¬nent and prevailing (1013) and (1012) orientations of quartz from the Azuara breccia suggest shock pressures exceeding 10 GPa [26-28]. For compari¬son, Fig. 7 shows results of universal stage mea¬surements from a number of North American impact craters [26.29]. The similar characteristics of all three histograms are clearly visible.“
Und hier sind die dazugehörigen Abbildungen aus dem Artikel von Ernstson et al.:
Wir stellen gegenüber (die Zitate nunmehr übersetzt):
F. Langenhorst:
— Subplanare Strukturen tektonischen Ursprungs wie die sogenannten Böhm’schen Lamellen wurden irrtümlich als PDFs gedeutet (Ernstson et al. 1985, ….)
— TEM-Studien haben die Natur dieser tektonischen Strukturen als Subkorngrenzen erkannt.
Ernstson et al. 1985:
— Im Dünnschliff zeigen die Quarzkörner aus der Sandsteinprobe Deformationsstrukturen als Ausdruck von Schockmetamorphose. Solche Deformationsstrukturen, die planare Strukturen oder planare Elemente genannt werden ([22] und darin weitere Zitate) werden in Abb. 6 gezeigt.
— Die Ebenen der Deformationen sind kristallographisch kontrolliert und können nach gegenwärtigem Stand der Kenntnisse nur durch Schock erzeugt werden ([22], und darin weitere Zitate, [24, 26, 28]) …
–Ein Maximum von fünf sich kreuzenden Scharen je Korn wurden beobachtet, obgleich eine Richtung pro Korn die Regel ist.
— Sowohl dekorierte und nichtdekorierte planare Elemente [27] wurden gefunden.
— Ein Häufigkeitsdiagramm der gemessenen Winkel zwischen der Quarz-c-Achse und den Normalen zu den Flächen der planaren Elemente zeigt vorherrschend Scharen parallel zu (1013) und (1012) an (Abb. 7).
— Dennoch, die prominenten und vorherrschenden (1013)- und (1012)- Richtungen im Quarz aus der Azuara-Brekzie legen Schockdrücke nahe, die 10 GPa überschritten haben [26-28].
— Zum Vergleich zeigt Abb. 7 Ergebnisse von Messungen mit dem Universaldrehtisch von einer Reihe von nordamerikanischen Impaktkratern [26-29]. Die ähnlichen Charakteristika bei allen drei Histogrammen sind klar erkennbar.
Wie meinen, dass wir diese Fälschung wissenschaftlicher Ergebnisse durch Falko Langenhorst, der heute Professor an der Universität Bayreuth ist, nicht weiter kommentieren müssen, und sein Artikel von 2002 unterstreicht, dass kein Anlass besteht, den Vorwurf wissenschaftlicher Unehrlichkeit zurückzunehmen.
Wir müssen darüber hinaus auch nicht weiter betonen, dass diese von F. Langenhorst und A. Deutsch verfälschten Resultate genau das waren, worauf die spanischen Geologen (z.B. Cortés et al. 2002) von der Universität Zaragoza und vom Zentrum für Astrobiologie Madrid nur gewartet hatten. Sie haben nicht aufgehört, sich auf die Artikel von Langenhorst und Deutsch zu beziehen, um ihre Opposition gegen die Azuara-Impaktstruktur zu untermauern, und sie fahren fort, die irreführenden Ergebnisse zu übernehmen, womit sie sich gleichermaßen den Vorwurf der wissenschaftlichen Unehrlichkeit einhandeln.
Wenn man die Reaktion der spanischen Geologen auch irgendwie nachvollziehen, jedoch natürlich überhaupt nicht billigen kann, so ist das Verhalten von weiteren Teilen der sog. impact „community“, weitaus hässlicher. So wurden diese verfälschten Ergebnisse von Langenhorst und Deutsch und darauf aufbauende Artikel spanischer Geologen als Grund angeführt, die Azuara-Impaktstruktur aus der Impakt-Datenbank der Universität von New Brunswick, Kanada, zu entfernen, in der sie ursprünglich als gesicherter Impakt von R.A.F. Grieve (der zuvor die Impakt-Datenbank am geologischen Dienst von Kanada verwaltet hatte) aufgenommen worden war. Nach der Eliminierung von Azuara schrieb Ferran Claudin an John Spray, nunmehr der Verwalter der New Brunswick-Datenbank, warum der Azuara-Impakt trotz der bewiesenen Schockeffkte und weiterer sicherer Impaktkriterien gelöscht worden war. John Spray antwortete, dass sie den Fall auf einer ihrer nächsten Sitzungen erörtern würden. Nachdem einige Monate nichts passiert war, schrieb Ferran Claudin erneut, worauf er die gleich lautende Antwort erhielt: Man werde die Sache diskutieren. Nach weiteren Monaten Wartezeit schrieb Ferran Claudin und bot John Spray an, ihm ein Konvolut von Publikationen zu den spanischen Impakten zu schicken, in denen der Impaktbeweis klar geführt würde. John Spray schrieb zurück: Ferran könne ihm die Artikel ruhig schicken; er würde sie jedoch nicht lesen. Soviel zu John Spray, der impact „community und der Earth Impact Database von New Brunswick. Erhellendes dazu findet sich in den Beiträgen der Kontroverse-Seite.
Unglücklicherweise gibt es aber auch Trittbrettfahrer, die gar nicht aus dem wissenschaftlichen Bereich kommen, die aber diese unselige Geschichte benutzen, um auf ganz anderen Ebenen ihr „Süppchen zu kochen“. Das allerdings wollen wir hier nicht weiter erörtern.
Weitere Schockeffekte in Gesteinen der Azuara-Impaktstruktur
Abb. 1. Planare Deformationsstrukturen (PDFs) in Quarz aus Gesteinen der Auswurfmassen (Pelarda-Formation).
Abb. 2. Rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahme von zwei Scharen sich kreuzender PDFs in Quarz aus der Pelarda-Formation. Man beachte den Abstand einzelner PDFs, der in vielen Fällen kleiner als 1 µm ist.
Abb. 3. Multiple Scharen von PDFs in Quarz; Virgen de Herrera. Brekzienhandstück, Dünnschliff und Mikroskopaufnahme: Alain Weissler (Frankreich – Société Astronomique de France, Commission des „Météorites, Impactisme, phénomènes lumineux“).
Abb. 4. Multiple Scharen von PDFs in Quarz; polymikte Brekzie, in der Nähe von Santa Cruz de Nogueras. Aufnahmebreite 140 µm.
Abb. 5. Histogramm kristallographischer Ausrichtung von PDFs in Quarz aus einer Sandsteinkomponente. Azuara-Impaktstruktur, polymikte Brekzie nahe Santa Cruz de Nogueras. Die auffallend hervorstechenden Richtungen nach {10-13} und {10-12} legen Schockdrücke von über 10 GPa (= 100 kbar) nahe. Diagramm aus Ernstson et al. (19865); man vergleiche die Ausführungen von weiter oben: Schock oder kein Schock?
Abb. 6. Histogramm kristallographischer Orientierungen von PDFs in Quarz aus einer Sandsteinkomponente, Azuara-Impaktstruktur, polymikte Brekzie nahe Santa Cruz de Nogueras. Die Messungen am Universaldrehtisch wurden von Eugenio Guerrero Serrano, Departamento de Petrología, Universidad Complutense, Madrid, durchgeführt. Das Häufigkeitsdiagramm ist sehr ähnlich dem Diagramm in Abb. 5, das in Earth and Planetary Science Letters von Ernstson et al. (1985) publiziert wurde.
Eine dritte und weitere unabhängige Untersuchung von PDFs in Proben aus der Azuara-Impaktstruktur (aus einer polymikten Brekzie und aus den Auswurfmassen der Pelarda-Formation) wurde beim Geologischen Dienst Kanadas von Dr. Ann Therriault durchgeführt. Sie analysierte die kristallographischen Richtungen in Quarz, aber auch andere Parameter wie die Dichte, die Schärfe, den Abstand sowie die Ausdehnung der PDFs über das Korn. Bis zu fünf Scharen von PDFs in einem Korn wurden beobachtet. Der PDF-Abstand ist 1 µm oder noch geringer, die PDF-Dichte hoch. Praktisch alle Scharen sind dekoriert. Alle geschockten Körner haben eine reduzierte Doppelbrechung von 0,004 – 0,008. Der sehr detaillierte 20seitige Bericht von Dr. Therriault über die Azuara-PDF-Analysen liegt Ferran Claudin und Kord Ernstson im Orignal vor.
Ein Häufigkeitsdiagramm für die kristallographische Orientierung der von Dr. Therriault gemessenen PDFs zeigt die nachfolgende Abb. 7. Der Vergleich der drei Analysen der Azuara-PDFs (von Kord Ernstson (Abb. 5), Eugenio Guerero (Abb. 6) und Ann Therriault (Abb. 7)) zeigt große Ähnlichlichkeit.
Abb. 7. Histogramm kristallographischer Orientierungen von PDFs in Quarz aus einer Sandsteinkomponente, Azuara-Impaktstruktur, polymikte Brekzie nahe Santa Cruz de Nogueras.
Abb. 8. Histogramm kristallographischer Orientierungen von PDFs in Quarz aus den Auswurfmassen (Ejekta) der Pelarda-Formation. Die Daten sind Teil des Datensatzes in Abb. 7.
Die bevorzugten PDF-Richtungen nach {10-13} und {10-12} in den geschockten Proben aus der Azuara-Struktur sind ungewöhnlich, wenn man das rein sedimentäre Target zugrunde legt. Von solchen „porösen“ Targets weiß man, daß Richtungen nach {11-22} und {10-11} eher typisch sind. Die Azuara-PDF des Typs „Kristallin-Target“ können jedoch mit den besonderen lithologischen Gegebenheiten erklärt werden. Der Impakt betraf eine mehrere Kilometer mächtige sedimentäre Abfolge aus paläozoischen Festgesteinen (Quarziten, Schiefern, Phylliten u.a.), mesozoischen Festgesteinen (vor allem Kalksteinen) und unverfestigten Gesteinen des Alttertiärs. Diese wahrscheinlich mehr als 1000 m mächtigen Molasseablagerungen in den intramontanen Becken waren aus Komponenten der mesozoischen und paläozoischen Festgesteine zusammengesetzt. Und vermutlich haben es die praktisch dichten paläozoischen Quarzite, Schiefer (und wenigen Granitoide) ermöglicht, daß sich die oben beschriebenen PDF-Signaturen bilden konnten, die sonst eher für kristalline Targets typisch sind (Stöffler et al. 1994, Grieve et al. 1996). Und genau diese Gesteine wurden bevorzugt aus den Ejekta der Pelarda-Fm. und den Brekziengängen entnommen und für die Messungen am Universal-Drehtisch verwendet, was die vorherrschenden Orientierungen erklären kann. Deshalb halten wir fest, daß trotz der hohen Porosität der betroffenen Ablagerungen sich die PDF des „kristallinen“ Typus entwickeln konnten, weil letztlich die Lithologie die maßgebliche Rolle spielt. Das weicht von den Vorstellungen aus dem Artikel von Grieve et al. (1996) ab, obwohl wir auch grundsätzlich der Meinung sind, daß fehlende Porosität und die Korngrößenverteilung die entscheidenden Parameter sind.
Abb. 9. Fleckenweise isotropes Quarzkorn (diaplektischer Kristall) aus einem Brekziengang der Azuara-Struktur. Diese Schockdeformation entsteht bei Drücken über 10 GPa (= 100 kb). Man erkennt darüber hinaus unterschiedlich orientierte planare Brüche (Spaltbarkeit), die vermutlich ebenfalls einen Schockeffekt darstellen. Dünnschliff-Aufnahme, gekreuzte Polarisatoren; Breite der Aufnahme 195 µm.
Abb. 10. Dünnschliff von diaplektischem Glas aus einer stark geschockten polymikten Brekzie aus der Azuara-Impaktstruktur. Sandsteinfragment mit diaplektischen Quarzkörnern in teilweise rekristallisiertem Glas.
Links: nicht gekreuzte Nicols; rechts: gekreuzte Nicols. Einige der schwarzen Komponenten des Fragments sind Hohlräume im Schliff (weiß im linear polarisierten Licht, linkes Bild). Breite des Bildes 600 µm.
Abb. 11. Glasummanteltes Quarzkorn in einer stark geschockten polymikten Brekzie. Dünnschliffaufnahmen (200 µm breit), gekreuzte Nicols (oben links) und parallele Polarisatoren. Bei Nogueras, Azuara-Impaktstruktur.
Abb. 12. Spaltbarkeit (planare Brüche) in Quarz aus einem geschockten Sandsteinfragment (Azuara-Impaktstruktur, polymikte Brekzie bei Nogueras; Dünnschliff, gekreuzte Polarisatoren; Bildbreite 450 µm). Von den sechs Scharen unterschiedlicher Orientierung können a, b und c den kristallographischen Richtungen (10-11), (0001) und (51-61) mit Messungen auf dem Universal-Drehtisch zugeordnet werden. Während Spaltbarkeit in Quarz bei tektonischen Deformationen so gut wie unbekannt ist, gehört es zum typischen Inventar der Schockmetamorphose. Eine Erklärung dafür könnte sein, dass sich diese planaren Brüche im Quarzkorn als Zugrisse beim Durchgang von an freien Korngrenzen reflektierten Schock-(Druck-)Wellen bilden (siehe dazu die Ausführungen zu Spallation auf dieser Webseite).
Abb. 13. Knickbänder in Biotit aus einer stark geschockten polymikten Brekzie der Azuara-Impaktstruktur (bei Nogueras). Dünnschliff, gekreuzte Polarisatoren; Bildweite 840 µm. – Knickbänder in Glimmern können auch in Gesteinen entstehen, die einer hochgradigen Regionalmetamorphose ausgesetzt werden. Die hier vorliegende extreme Knickband-Häufigkeit in dem Biotitkorn, die sehr geringe Breite der Bänder und ihre ausgesprochene Unsymmetrie sprechen jedoch klar für eine Schock-Einwirkung.