Abb. 1. Experimenteller Einschlagkrater, der durch ein Projektil (wie es in der Hand liegt) in einem Untergrund aus Mehl erzeugt wurde. Der Auftreffwinkel betrug 30°. Durch ANKLICKEN läuft ein Video ab bzw. kann heruntergeladen werden, das den mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommenen Einschlag zeigt. Die äußere ringförmige Falte in der Folie ist nur ein Nebeneffekt des Versuchsaufbaus.

Zu den Einzelheiten des Experimentes ist das Folgende anzumerken: Das Projektil (der “Meteorit”) ist eine Plastikkugel mit einem Durchmesser von 5 mm (Abb. 1). Sie wird aus einer Kanone (Abb. 2)  abgefeuert und hat beim Verlassen des Laufs eine Geschwindigkeit von ca. 1500 m/s. Beim Auftreffen beträgt die Geschwindigkeit immer noch etwa 1250 m/s. Das ist eine sehr bemerkenswert hohe Geschwindigkeit im Hinblick auf den relativ geringen Aufwand, den W. Mehl bei diesen ungewöhnlich aufschlussreichen Experimenten betreibt. Impaktexperimente, die von anderen Institutionen durchgeführt werden, setzen ganz anders dimensionierte “Kanonen” ein.

Abb. 2. Die Kanone mit Einstellung für einen sehr flachen Auftreffwinkel. Rechts am Boden das “Einschlaggebiet”.

Die Geschwindigkeit, auf die die Projektile beschleunigt werden, ist ein grundlegender Faktor bei solchen Experimenten zur Kraterentstehung. Wie hier auf unseren Webseiten wiederholt angesprochen, entstehen echte Impaktkrater durch Einschläge von Überschall-Projektilen, d.h. die Projektile müssen mit einer Geschwindigkeit auftreffen, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit im getroffenen Untergrund. Dann entstehen Schockwellen (oder Stoßwellen), die unabdingbar für eine Meteoriten-Kraterentstehung sind. Bei Einschlägen kosmischer Projektile, die mit kosmischer Geschwindigkeit (im Bereich von etwa 10 – 70 km/s) eintreffen, ist das der Fall. Mehr dazu kann man HIER nachlesen.

Dieser Forderung muss man auch im Experiment nachkommen, weshalb die mit der Kanone erzeugte Geschwindigkeit so wichtig ist, ebenso wie die Wahl des Untergrundmaterials. Das hier in diesem speziellen Fall gewählte Mehl erfüllt diese Bedingung. Man kann schätzen, dass die Schallgeschwindigkeit in Mehl in der Größenordnung von 100 m/s liegt, und damit ist die Auftreffgeschwindigkeit der kleinen Plastikkugel mit 1250 m/s deutlich höher. Das hat die Ausbreitung von Schockwellen zur Folge mit dem für den “Uneingeweihten” höchst überraschenden Ergebnis, dass dieses winzige Projektil einen derart großen Krater erzeugt. Das ist Impakt-Physik!

Das hier abspielbare Video wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Die von W. Mehl eingesetzten Kameras können bis zu 1 Million Bilder/Sekunde aufnehmen, und auch Aufnahmen in 3D mit einem Kamerapaar sind Routine. In den nächsten Berichten über unsere Impaktexperimente werden wir auch solche 3D-Filme mit eindrucksvollen Abläufen von Kraterentstehungen hier veröffentlichen.

Die hier gezeigte Video-Datei hat im Original eine Größe von 1 Gigabyte, was aus verständlichen Gründen in diesem Zusammenhang deutlich zusammengeschnitten werden musste. Schaut man sich das Video an (am besten in vielfacher Wiederholung), so sieht man die wesentlichen Abläufe der Kraterbildung mit der Exkavation und dem entstehenden Vorhang der Auswurfmassen (Ejekta). Sie bilden den Ringwall, der dann in den Schleier mit abnehmender Mächtigkeit um den Krater herum übergeht.

So etwa muss man sich die Entstehung des Tüttensee-Kraters vorstellen, und wir empfehlen den Zweiflern an der Impaktentstehung, die die Hypothese der Toteisgenese immer noch aufrecht erhalten, sich den Film immer wieder anzuschauen. Dann werden sie vielleicht verstehen, wie es zum Ringwall um den Tüttensee gekommen ist, der nach außen in die Katastrophenschicht der Ejekta übergeht, wie sie z.B. in unzähligen Schürfen am Mühlbach, in Grabenstätt (Stefanutti) und an anderen Stellen dokumentiert ist.

Aufschlussreich im Film zu sehen ist, wie bereits während des Wanderns des Ejekta-Vorhangs nach außen beachtliche Massen des gerade entstehenden Ringwalles wieder zurück in den sich noch vergrößernden Krater fließen. Genau das muss man sich auch beim Tüttensee-Krater vorstellen: Schon während und kurz nach der Kraterbildung bewegen sich große Massen des Ringwalles wieder zurück in die Hohlform und füllen diese teilweise wieder auf. Das ist etwas, was auch in den seismischen Messungen auf dem Tüttensee sehr schön zu sehen ist: keine wohlgeschichteten Sedimente unter dem Seeboden, wie sie von anderen Voralpenseen bekannt sind, sondern eine Fülle von sogenannten Diffraktionshyperbeln als Ausdruck von seismischen Beugungseffekten am Schutt der Wiederauffüllung. Dieses nicht berücksichtigte Zurückfließen des Tüttensee-Ringwalles hat ja auch die Geologen des LfU zu der irrigen Annahme und irreführenden Presseerklärung geführt, dass sie mit Ihrer Bohrung zur Datierung der Tüttensee-Sedimente innerhalb des Ringwalles “richtig liegen” (siehe z.B. die Diskussion HIER).

Interessant in dem Video ist auch die Beobachtung ganz am Anfang sehr kurz nach dem Einschlag, wie einige Auswürflinge unter extrem hoher Geschwindigkeit (abgelesen aus den hochauflösenden Originalaufnahmen: einige 1000 m/s) aus dem entstehenden Krater hinausfliegen (Empfehlung: mehrmals kurz nacheinander immer wieder den Film starten). Die Impakt-Physik erklärt das als Folge von Überlagerung von Schock- und Entlastungswellen in der oberflächennahen sog. Interferenzzone mit dem Hochgeschwindigkeits-Herausschleudern der sog. (engl.) spall plates. Für den Chiemgau-Impakt und den Tüttensee-Meteoritenkrater ist das insofern sehr bemerkenswert, als “erratische” große Blöcke, die wegen ihres isolierten Auftretens in oberflächenahen reinen Lehmschichten (z.T. in größerer Entfernung vom Tüttensee, beispielsweise in einer Baugrube in Vachendorf) den Einheimischen schon immer Kopfzerbrechen bereitet haben, als solche Spallations-”Geschosse” angesprochen werden können.

Bimsstein vom Chiemsee

Seit wenigen Jahren hat die intensive Erkundung der Geologie des Krater-Streufeldes des Chiemgau-Impaktes zu reichlich Funden von Bimsstein-Geröllen im Randbereich des Chiemsees geführt.

Ausbildung

Abb. 1. Verschiedene Bims-Varietäten vom Chiemsee. Weißer Bims – grauer, randlich in weißlichen Bims übergehend – grauer Bims – grauschwarzer Bims. Funde: Ernst Neugebauer.

Der Bims kommt in verschiedenen Farbvarianten vor (Abb. 1), wobei der weiße Bims eher selten ist. Unter dem Binokular unterscheiden sich die Gefüge von weißem Bims auf der einen und die grauen und grauschwarzen Bimsvarietäten auf der anderen Seite (Abb. 2, 3).

Abb. 2. Unterschiedliches Gefüge der weißen und grauen bzw. grauschwarzen Varietäten. 

Abb. 3. Weiße und grauschwarze Bimsvarietäten von Abb. 2 in stärkerer Vergrößerung.

Der Unterschied zeigt sich insbesondere bei stärkerer Vergrößerung (Abb. 3) mit deutlich breiteren Stegen zwischen den Blasenhohlräumen des weißen Bims, die ihrerseits blasiges Gefüge aufweisen.

Der Unterschied ist auch materialbedingt: Der weiße Bims zeigt im Säuretest einen hohen Karbonatanteil, der im grauschwarzen Bims sehr gering ist. Das teilt sich auch der unterschiedlichen Festigkeit mit. Während der weiße Bims sich leicht zwischen den Fingern zerkrümeln lässt, reagiert der grauschwarze Bims mit feinster Pulverisierung. Die Druckfestigkeit ist in beiden Fällen gering, wie bereits das relativ leichte Eindrücken mit dem Fingernagel zeigt.

Streupräparate unter dem Mikroskop

Abb. 4. Zerriebener Bims als Streupräparat unter dem Polarisationsmikroskop. Oben: Grauschwarzer Bims (einfach polarisiertes Licht). – Unten: weißer Bims (xx Polarisatoren). In der unteren Bildmitte befindet sich ein Quarzkorn mit angedeuteten planaren Brüchen (PFs). Bildbreiten ca. 500 µm. 

Im Streupräparat unter dem Mikroskop wird der Unterschied ebenfalls deutlich. Das Zerreibsel des grauschwarzen Bims (Abb. 4, oben) zeigt sich in Form feinst zerbrochener Glasscherben (Auslöschung bei xx Polarisatoren). Wenige Mineralkörner (Quarz, Hellglimmer) und kleine karbonatische Aggregate sind eingestreut. Das Glas selbst zeigt blasige Struktur mit opaker Auskleidung der Hohlräume.

Das Streupräparat des weißen Bims (Abb. 4, unten) besteht aus Aggregaten feinster Kristallite, bei denen es sich nach dem Säure-Lösungsverhalten im wesentlichen um Karbonat (Calcit) handeln dürfte. Wesentlich mehr als im Präparat des Glases von Abb. 4, oben, sind meist scharfkantig gebrochene Quarzkörner der Größenordnung 20 µm eingebunden.

Abb. 5. Quarz im Streupräparat mit drei Richtungen planarer Brüche (planar fractures, PFs). Bildbreite  ca. 30 µm.

Ein auffälliges Merkmal in den eingebundenen Quarzkörnern ist das Auftreten planarer Brüche (Spaltbarkeit des Quarzes) (Abb. 4, Abb. 5). In den zahlreichen Quarzen des weißen Bims zeigt ein Großteil der Körner diese Brüche.

Entstehung

Vulkanismus?

Obwohl der Bimsstein eine typische vulkanische Bildung ist, kann eine vulkanische Entstehung vor Ort ausgeschlossen werden. Ein “Import” von Bims aus bekannten Vulkangebieten ist theoretisch vorstellbar (z.B. aus Zeiten der römischen Besiedlung), bereitet aber vor allem wegen des überwiegend karbonatischen weißen Bims nahezu unlösbare Probleme. Es gäbe auch wenig Sinn, dass ein von unbekannter Stelle her und in unbekannter Funktion “importierter” Bims in größeren Mengen in den Chiemsee geworfen wurde, um dann einige Dekaden später schön abgerollt am Ufer zu stranden.

Anthropogene Herkunft, technisches Produkt?

Dem Bimsstein nachempfundene künstliche Produkte sind in vielfältiger Ausführung bekannt.  Dazu gehören z.B. Schaumglas, Blähglas, Blähton und Poren- bzw. Gasbeton. Von der internen Struktur her sind alle dem zuvor beschriebenen Bims vom Chiemsee ähnlich. Blähglas und Blähton kommen für eine Verwechslung nicht in Frage, da sie in kleinen Körnungen, Blähton dabei in kugeliger Form produziert werden. Porenbeton besteht im wesentlichen aus einer kristallinen Phase und nicht aus Glas und ist karbonatfrei. Allen diesen technischen Produkten ist die hohe Druckfestigkeit und Säurebeständigkeit gemeinsam, was gerade gemäß den obigen Ausführungen beim Bims vom Chiemsee nicht der Fall ist. Und wie bei einer konstruierten vulkanischen Herkunft müssten diese technisch erzeugten Materialien vor längerer Zeit in beachtlichen Mengen in den Chiemsee geworfen worden sein, damit sie heute wohlgerundet als Gerölle aufzulesen sind.

Der Bims vom Chiemsee als Impaktgestein

Ähnlich wie beim explosiven Vulkanismus bietet der meteoritische Impaktprozess geradezu ideale Bedingungen für die Produktion von Bimsstein, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Zum besseren Verständnis wird auf die grundlegende Bedeutung der Ausbreitung von Schockwellen bei einem Impaktereignis hingewiesen. Hinter der Front der extremen Drücke in der Schockwelle entstehen mit der Druckentlastung extreme Temperaturen, die hinter der Zone der Verdampfung zu einem Schmelzen des betroffenen Gesteinsuntergrundes führen (siehe z.B. hier: http://www.impaktstrukturen.de/understanding-the-impact-cratering-process/).

Ist dieser Untergrund dabei stark wasserhaltig, so kann es zu einer Vermischung des Impakt”magmas” mit dem geschockten Wasser kommen und bei der Entlastung vom Schockdruck zu genau dem führen, was beim explosiven Vulkanismus geschieht: Aufschäumen der Gesteinsschmelze und bei rascher Abkühlung die Bildung von hochporösem Glas. Der Impakt-Bims entsteht! Beteiligen sich dann noch Karbonatgesteine (z.B. Kalkstein) an dem Prozess, kann das beim Schock entstehende gasförmige Kohlendioxid den Prozess noch stark fördern, wobei – anders als beim normalen Vulkanismus – sich auch Karbonatschmelze bilden kann.

Genau diese Bedingungen scheinen beim Chiemgau-Impakt ideal erfüllt gewesen zu sein. Nach den detaillierten SONAR-Echolotmessungen sind Einzelprojektile des großen Impaktors offenbar auch in den Chiemsee eingeschlagen, wovon der bereits beschriebene Doppelkrater mit Ringwall am Chiemseeboden zeugt. Und dort haben wir diese genannten idealen Bedingungen: Ein wassergesättigtes Sediment aus eiszeitlichen Ablagerungen, Seeton und Seekreide. Aus dem silikatischen Seeton entsteht durch Schmelzen und explosive Entgasung der graue und grauschwarze Bims aus fast reinem Glas, und geschmolzene Kalksteingerölle und Seekreide sind das Ausgangsmaterial für eine Karbonatschmelze, die zum weißen, überwiegend karbonatischen Bims wird.

Eine Unterstützung erhält diese Deutung durch das Auftreten der beschriebenen reichlich Quarze in den Bimsproben mit planaren Bruchstrukturen (PFs, z.B. Abb. 4, 5), die – zwar nicht streng beweisend – dennoch als ein deutliches Signal für eine Schockbeanspruchung gelten.

Weitere detaillierte Untersuchungen dieses ungewöhnlichen Bims-Materials werden folgen.

Auf die Verwandtschaft des Bimssteins mit dem Chiemgau-Impaktschmelzgestein (“Schwimmsteine”) und mit anderen ähnlichen Bildungen (vulkanische  und Impakt-Schlacke [Scoria]) werden wir ebenfalls demnächst eingehen.

Über ein schaumiges Bimssteingefüge in Gläsern des Bosumtwi-Impaktkraters in Ghana schreiben Boamah, D. & Koeberl, C. (2006): Petrographic studies of “fallout” suevite from outside the Bosumtwi impact structure, Ghana. – Meteoritics & Planetary Science 41, Nr 11, 1761–1774.

http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2012/programAbstracts/view/

entstanden:

Shumilova T. G.,  Isaenko S. I.,   Makeev B. A.,   Ernstson K.,   Neumair A.,  Rappenglück M. A.: Enigmatic Poorly Structured Carbon Substances from the Alpine Foreland, Southeast Germany:  Evidence of a Cosmic Relation [Abstract #1430]. 

In der Untersuchung geht es um ein bisher unbekanntes Impaktgestein mit einer Kohlenstoff-Hochdruck-/Hochtemperaturmodifikation, das zum ersten Mal im Kraterstreufeld des Chiemgau-Impaktes gefunden wurde.

Das Abstract kann hier heruntergeladen werden

http://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2012/pdf/1430.pdf,

und das Poster hier:

Poster LPSC

Im Bereich der Krater des Chiemgau-Impaktes waren bisher keine Shattercones als sicheres Impakt-Indiz gefunden worden, was mit den vorherrschend sehr lockeren Gesteinsmassen im Einschlaggebiet erklärt werden konnte. In dieser Hinsicht muss offensichtlich umgedacht werden, seit vor kurzem im Bereich des Tüttensee-Ringwalles ein Stein mit klaren Shattercone-Strukturen aufgefunden wurde (Abb. 1).

Abb. 1. Shattercone-Doppelkegel vom Tüttensee-Krater.

Es handelt sich um einen an den Bruchflächen aus einem feinkörnigen Sandstein herausgewitterten Doppelkegel entgegengesetzter Orientierung, von denen die Kegelstümpfe erhalten sind (Abb. 2).

Abb. 2. Die ergänzten Stümpfe der gegenläufigen Shattercones und der kreisförmige Kegelschnitt des größeren der beiden Kegel. 

Einen guten Vergleich erlaubt eine Gegenüberstellung mit einem Shattercone aus dem Crooked Creek-Meteoritenkrater in Missouri, USA (Abb. 3).

Abb. 3. Tüttensee-Shattercones und Shattercone in Dolomit vom Crooked Creek-Meteoritenkrater, Missouri, USA. 

Obgleich angewittert, sind die typischen Pferdeschwanz-Bruchflächenmarkierungen der Tüttensee-Shattercones noch gut erkennbar. Eine Verwechslung mit anderen Strukturen (Tutenmergel [cone-in-cone-Strukturen], Lanzettbrüchen, Windschliff usw.), wie es bei unerfahrenen Beobachtern immer wieder vorkommt und selbst im Internet fälschlich gezeigt wird, ist auszuschließen.

Wegen des Fundes im Bereich der Auswurfmassen des Tüttensee-Ringwalls ist davon auszugehen, dass sich die Shattercones nahe dem zentralen Einschlagpunkt gebildet haben, wo die notwendigen Schockdrücke (grob 20 – 200 Kilobar) herrschten, um dann als Bruchstück bei der Exkavation mit den Auswurfmassen nach oben und außen zu gelangen. Welche Form das Ausgangsgestein hatte, lässt sich nicht mehr rekonstruieren. Es könnte ein großer Moränenfindling gewesen sein, aber auch eine größere Sandsteinkomponente als Teil einer stärkeren Nagelfluhplatte. Große scharfkantig gebrochene Gesteinsbrocken finden sich heute noch im Bereich des Tüttenseeufers. Ob sich Shattercones in Ausnahmenfällen auch in einzelnen Geröllen bilden können, ist unbekannt, aber auch nicht völlig auszuschließen. Vieles wird beim Bildungsprozess der Shattercones immer noch nicht verstanden. Z.B. ist bis heute ungeklärt, warum im Nördlinger Ries eindeutige Shattercones bisher nur in Kristallingesteinen aber nie in den eigentlich hervorragend geeigneten Malmkalksteinen gefunden wurden, obgleich die Druckverhältnisses leicht ausgereicht haben müssten. Bei den Shattercones des Ries-Kraters ist auch anzumerken, dass sie nicht nur im Krater selbst im anstehenden Kristallin angetroffen werden (z.B. im aufgelassenen Steinbruch von Wengenhausen), sondern auch in schönen Exemplaren aus den Auswurfmassen der Bunten Brekzie bekannt sind. Das sind dieselben Verhältnisse, wie wir sie offenbar auch am Tüttensee haben: Die Shattercones entstehen ganz am Anfang des Einschlagprozesses beim Durchgang der Schockwelle und werden dann anschließend im geschockten Gestein mit ausgeworfen.

Bemerkenswert bei den Shattercones vom Tüttensee ist die Kombination der entgegengesetzt orientierten Kegel. Im allgemeinen und statistisch belegt zeigen die Spitzen der Kegel etwa in Richtung auf den Ursprung der erzeugenden Schockwelle. Aber auch extrem variierende Orientierungen werden beobachtet, und vielfach gibt es – wie im Fall Tüttensee – auch genau entgegengesetzt ausgerichtete Kegel. Dafür gibt es auch eine physikalische Erklärung (David 1977), auf die hier nicht weiter eingegangen wird. Im Fall der Shattercones vom Crooked Creek-Krater (Abb. 3) sind gegenläufige Kegel relativ häufig, und Abb. 4 und Abb. 5 zeigen Beispiele vom Steinheimer Becken und vom Kentland-Krater.

Abb. 4. Gegenläufige Shattercones als  Negativ and Positiv in Malm-Kalkstein, Impaktstruktur Steinheimer Becken (Deutschland).

Abb. 5. Zwei Shattercones mit gegenläufiger Orientierung. Kentland-Impaktstruktur (Indiana, USA).

Abschließend soll der Hinweis nicht fehlen, dass es sich bei dem Fund vom Tüttensee um einen Lesestein handelt.  Der Fundpunkt im Bereich der Auswurfmassen des Meteoritenkraters verlangt schon sehr viel Fantasie, diesen Shattercone-Stein NICHT im Zusammenhang mit dem Chiemgau-Impakt zu sehen. Im strengen Sinne beweiskräftig für die Verfechter des Impaktes ist er damit nicht, und eine Entstehung bei einem viele Millionen Jahre zurückliegenden Impakt im alpinen Bereich, der heute als Struktur nicht mehr erkennbar ist, kann natürlich nicht 100%ig ausgeschlossen werden. Im selben Sinne könnte man dann aber auch argumentieren, dass sich die Shattercones im Ries-Krater bereits bei einem Impakt in grauer geologischer Vorzeit im tiefliegenden Kristallin gebildet haben, um dann vor etwa 15 Millionen Jahren bei der Rieskrater-Entstehung das “Licht der Welt zu erblicken”. Gegen eine Bildung der Tüttensee-Shattercones in einem viel früheren Impakt und ein Überleben in einem eiszeitlich oder nacheiszeitlich transportierten Geröll sprechen allerdings die noch sehr frisch erscheinenden Konturen der Bruchkanten des Fundstückes.

Zusammenfassend lässt sich folgern: Unsere ursprüngliche Ansicht, dass die überwiegend sehr lockeren Gesteine des Chiemgau-Einschlaggebietes die Bildung von Shattercones nicht erwarten lassen, ist offenbar nicht mehr aufrechtzuerhalten. Das bedeutet, dass eine weitere Suche noch solchen Belegstücken durchaus erfolgreich sein kann, wozu der Leser ermuntert wird. Wichtig dabei ist, dass er sich gut die wesentlichen Merkmale dieser ganz besonderen Bruchflächenmarkierungen einprägt. Die wohl umfangreichste Information zu Shattercones kann hier im Internet angeklickt werden:

http://www.impaktstrukturen.de/impaktgesteine-impaktite/shattercone-seite/

Literatur

David, E. (1977): Anmerkung zur Bruchmechanik der shatter-cone-Bildung. – Geologica Bavarica, 75, 285-287.

Ernstson, K. & Neumair, A. (2011), Geoelectric Complex Resistivity Measurements of Soil Liquefaction Features in Quaternary Sediments of the Alpine Foreland, Germany, Abstract NS23A-1555 presented at 2011 Fall Meeting, AGU, San Francisco, Calif., 5-9 Dec.

Das Poster kann hier angeklickt werden:  Poster Ernstson & Neumair

Neumair, A. & Ernstson, K. (2011), Geomagnetic and morphological signature of small crateriform structures in the Alpine Foreland, Southeast Germany, Abstract GP11A-1023 presented at 2011 Fall Meeting, AGU, San Francisco, Calif., 5-9 Dec.

Das Poster kann hier angeklickt werden: Poster Neumair & Ernstson

The sinkhole enigma in the alpine foreland, Southeast Germany: Evidence of impact-induced rock liquefaction processes

von Kord Ernstson, Werner Mayer, Andreas Neumair und Dirk Sudhaus 

Central European Journal of Geosciences

Der Artikel beschreibt die ersten geologischen und geophysikalischen Untersuchungen zum Phänomen der sogenannten “Donnerlöcher” im Raum Kienberg nördlich vom Chiemsee in Südost-Bayern. Die Autoren kommen zum Schluss, dass die seit Menschengedenken rätselhaften unzähligen plötzlichen Geländeeinbrüche auf späte und auch noch heute wirksame Prozesse einer früheren schockartigen Bodenverflüssigung (Liquefaktion) im Untergrund zurückzuführen sind, wie sie von sehr starken Erdbeben bekannt ist. Die geologisch so markanten Strukturen im Untergrund, wie sie diese neuen Untersuchungen aufgedeckt haben, werden als Folge des Impaktschocks im Zuge der Entstehung des Chiemgauer Meteoritenkrater-Streufeldes (Chiemgau-Impakt) verstanden.

Der Artikel ist zu zitieren als  Ernstson, K., Mayer W., Neumair, A., and Sudhaus, D. (2011): The sinkhole enigma in the alpine foreland, Southeast Germany: Evidence of impact-induced rock liquefaction processes. – Cent. Eur. J. Geosci., 3(4), 385-397.  DOI: 10.2478/s13533-011-0038-y

In dem hier zur Diskussion stehenden Beitrag ist allerdings nur noch von der Gravimetrie am Tüttensee die Rede. Kurz zusammengefasst lautet die These von Huber:

(1) Der Tüttensee liegt in einer geologischen Senke (Huber: “Tüttensee-Molassesenke”), die in einer Dissertation (Papadeas 1972) aufgrund von Bohrungen konstruiert wurde. Die Karte von Papadeas zeigt nachgezeichnet und leicht vereinfacht (die Ausstrichflächen der Molasse wurden – weil unerheblich – fortgelassen) hier unsere Abb. 1.

(2) Die “Tüttensee-Molassesenke” (Huber) bestätigt die von Ernstson (2005) gravimetrisch nachgewiesene Grabenstätt-Rinne.

(3) Die Grabenstätt-Rinne [aus der Gravimetrie abgeleitet - unser Ergänzung] ist keine “unabhängige Struktur” sondern “setzt sich unter dem Tüttensee fort.” (Zitate Huber)

(4) In den gravimetrischen Messungen von Ernstson (2005) paust sich der Molasseuntergrund durch.

 Da der Leser, der sich nicht die Mühe macht, den detaillierten Orginalartikel (Ernstson 2005) zu lesen, von Huber in die Irre geführt wird, wollen wir hier Stellung dazu nehmen. Das geschieht ebenfalls sehr kurz, da die Ausführungen von Huber es nicht rechtfertigen, die Gravimetrie hier im einzelnen noch einmal zu erklären.

– In unserer Abb. 1 haben wir die Karte von Papadeas (1972) mit der Schwerekarte von Ernstson (2005, Abb. 4) unterlegt. Danach fällt entgegen der Behauptung von Huber die gravimetrisch gefundene Grabenstätt-Rinne nicht mit seiner sogenannten “Tüttensee-Molassesenke” zusammen, was insbesondere die in Abb. 1 eingezeichnete Achse der Grabenstätt-Rinne zeigt.

Abb. 1. Karte der Molasse-Oberfläche (etwas vereinfacht nach Papadeas (1972)) mit der unterlegten Karte der Gravimetrie (Ernstson 2005). Die Anzahl und Lage der für die Karte verwendeten Bohrungen ist der Karte leider nicht zu entnehmen.

– Abb. 2 mit dem gravimetrischen Gradientenfeld zeigt noch deutlicher, dass die beiden Achsen nichts miteinander zu tun haben und dass die Tüttensee-Krateranomalie in der Flanke der Grabenstätt-Rinne liegt. Die Aussage Huber, dass sich die Grabenstätt-Rinne unter dem Tüttensee fortsetzt, verfälscht die tatsächlichen Gegebenheiten.

Abb. 2. Karte des gravimetrischen Horizontalgradienten mit den wesentlichen Parametern Achse und Flanken der Grabenstätt-Rinne, dazu eingezeichnet die Achse der sogenannten “Tüttensee-Molassesenke” (Huber). Die starke lokale, ringförmige Anomalie des Tüttensee-Kraters hat mit den großen Molassestrukturen nicht das geringste zu tun.

– In Abb. 3 sind für die Profillinie der Abb. 1 die jeweiligen Querschnitte für die Grabenstätt-Rinne und die sogenannte “Tüttensee-Molassesenke” eingezeichnet. Man erkennt a) noch einmal, dass die beiden Strukturen nichts miteinander zu tun haben, und b) dass sie sich in ihren Eintiefungen um nahezu eine ganze Größenordnung unterscheiden. Um es auf die Meeresgeologie zu übertragen: Es hieße, die Tiefe der Ostsee neben die Tiefe des Mittelmeeres zu stellen.

Abb. 3. Die Profile (entlang der Linie in Abb. 1) für die Grabenstätt-Rinne und die sogenannte Tüttensee-Molassesenke (Huber) belegen, dass die beiden Strukturen nichts miteinander zu tun haben. Die Tiefen  für die Grabenstätt-Rinne sind der Abb. 9 in Ernstson (2005) entnommen.

– Aussage Huber: Durch den Prozess der Subtraktion von gemessenem und Regionalfeld “wird das Feld der Tüttensee-Molassesenke überproportional stark gewichtet und es zeigt sich eine ringförmige Schwereanomalie (siehe Ernstson Abb. 7).” (Zitat).

Diese Aussage belegt, dass sich Huber der Sinn gravimetrischer Untersuchungen und Vorgehensweisen offenbar bisher nicht erschlossen hat. Was mit einer überproportionalen Wichtung des Regionalfeldes gemeint ist und angeblich zu der ringförmigen Tüttensee-Anomalie geführt haben soll, bleibt vollkommen im Dunklen.

Was will uns Huber mit seinem Beitrag sagen? Die Aussage, dass sich in der Gravimetrie der Molasseuntergrund in Form der Grabenstätt-Rinne durchpaust, ist für jeden, dem die Gravimetrie etwas sagt und der den Artikel von Ernstson (2005) mit Verstand gelesen hat, aufgrund der Dichtedifferenzen selbstverständlich. Aber das hat mit der überlagerten kleinen lokalen Schwereanomalie des Tüttensee-Kraters mit den ringförmigen starken Gradienten nichts zu tun.

Es bleibt der Schluss, dass der Beitrag von Huber dem Leser suggerieren soll, dass die Ergebnisse der Gravimetrie im Bereich des Tüttensees nichts Besonderes seien. Allerdings gibt das Sinn vor dem Hintergrund, dass im Artikel von Ernstson (2005) explizit ausgeführt wird, dass die Ergebnisse der Gravimetrie mit der Annahme eines Toteiskessels nicht vereinbar sind. Im Gegenteil sprechen sie für einen Meteoriteneinschlag, bei dem es zu einer Schockverdichtung um den Tüttensee-Krater herum gekommen ist, was die Gravimetrie wunderbar aufzeigt.

Im Bezug auf den Huber-Beitrag möge der Leser selbst über diese Art Wissenschaft urteilen.

Literatur:

Ernstson, K. (2005): Gravimetrische Untersuchungen bei Grabenstätt: Anzeichen für einen Impaktursprung des Tüttensee-Kraters (Chiemgau-Impakt) erhärtet. Link. 

Huber, R. (2011): Die Molasse unter dem Tüttensee. http://chiemgauimpact.blogspot.com/

Papadeas, G. (1972): Hydrogeologie und Hydrochemie des Chiemsee-Traun-Gebietes mit quartärgeologischen Spezialuntersuchungen. Technische Universität München. 119 pp.

Das meiste, was der Spiegel da an aufregenden Dingen berichtet, ist seit langer Zeit bekannt. Und gar nicht so rätselhaft, wie im Artikel suggeriert, waren bzw. sind die Beobachtungen zu den geringen Schmelzmengen und zum fehlenden Zentralberg. Die fehlenden Schmelzmengen bei Meteoritenkratern in Untergrundgesteinen aus Sedimenten und gemischt Sedimenten/Kristallingesteinen wurden schon vor 30 Jahren festgestellt und erörtert. In der Arbeit von Kieffer, S. & Simonds, C.S. (1980): The role of volatiles and lithology in the impact cratering process. – Review of Geophysics and Space Physics, 18, 143-181 wird dieses bemerkenswerte Fehlen bereits so erklärt, dass die Schmelzmengen beim Einschlag durchaus produziert, aber durch die riesigen freiwerdenden Gasmengen von vor allem Wasserdampf aus dem Grundwasser und Kohlendioxid aus den geschockten Kalkgesteinen fein dispergiert und in alle Himmelsrichtungen geblasen werden.

Auch der fehlende Zentralberg beim Rieskrater ist längst diskutiert und erklärt worden und im Vergleich mit anderen Kratern nichts Besonderes. Man unterscheidet bei Meteoritenkratern zwischen einfachen, schüsselformigen Strukturen sowie komplexen Strukturen mit einem Zentralberg (wie das Steinheimer Becken) oder Ringsystemen (wie eben das Nördlinger Ries). Das ist eine Frage der Kratergröße und wird mit der Wirkung vor allem der Schwerkraft  beim Kollaps der Kraterhohlform (Modifikationsphase) nach der Auskesselung (Exkavationsphase) erklärt (http://www.impaktstrukturen.de/understanding-the-impact-cratering-process/). Der innere Ring beim Ries ist immer bekannt gewesen, und nach geophysikalischen Messungen der Seismik, Gravimetrie, Geomagnetik und Geoelektrik (http://www.impaktstrukturen.de/geophysik-von-impaktstrukturen/geoelektrik/ , Fig. 7) scheint sich innerhalb des inneren Ringes mit etwa 10 km Durchmesser noch ein “innerster Ring” mit grob 5 km Durchmesser gebildet zu haben. Der könnte gut ein Äquivalent zum nur scheinbar fehlenden Zentralberg sein. Experten – wie im Spiegel zu lesen – sollten da nicht irritiert sein.

Geophysikalische Messungen der Seismik, Gravimetrie, Geomagnetik und Geoelektrik mit dem Befund eines innersten Ringwalls, der für den vermissten Zentralberg stehen könnte.

(Nach Ernstson, K.: The structure of the Ries crater from geoelectric depth soundings. – J. Geophys., 40, 639-659, 1974)

http://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Chiemgau-Einschlag

Abb. 1. Ein Kalkstein-Geröll (14 cm lang) mit den typischen offenen Spallationsrissen. Besonders schön wird der Vorgang dadurch dokumentiert, dass die laufenden Risse mitten im Geröll stecken geblieben sind. Wären sie weiter gelaufen, wäre das Geröll in Teile zerbrochen, und nichts Besonderes wäre mehr zu erkennen gewesen. Zum Verständnis sei ergänzend angemerkt, dass Risse  immer an einer bestimmten Stelle im Material beginnen und sich von dort mit einer bestimmten Bruchgeschwindigkeit bewegen, die sich während des Bruches verändern und auch Null werden kann. Dann bleibt der Riss stehen, es sei denn, ihm wird wieder Energie zugeführt, so dass er weiterläuft.

 Beim Chiemgau-Impakt liegen ganz besondere Gegebenheiten für Schock-Spallation vor, und zwar vor allem in Form der festen alpinen Gesteinsgerölle. Abgesehen vom Auftreten in den stark zementierten Nagelfluh-Platten finden sich die Gerölle meist in lockerer Schüttung und damit prädestiniert für eine Reaktion auf den Durchgang von Schockwellen mit resultierender Spallation. Nicht nur dass wir den extremen Impedanzkontrast an der Oberfläche der harten Gerölle haben, auch die häufig kugelige Form fördert den Effekt dadurch, dass die Schock- und Zugwellen im Inneren lupen- oder hohlspiegelartig fokussiert werden und enorme Energiedichten erreichen können.

Schon früher haben wir hier auf dieser Website über solche Deformationen berichtet und typische Bilder von Spallationsbrüchen bis in den mikroskopischen Bereich hinein gezeigt (http://www.chiemgau-impakt.de/pdfs/Chiemgau_impact.pdf; http://www.chiemgau-impact.com/petrographie.html (Abb. 17,18). Hier bringen wir wieder einige neue Beispiele von jüngsten Untersuchungen in der Gegend von Obing. Der Leser möge es uns verzeihen, dass wir auch hier keine genauen Angaben zu den Fundstellen machen. Die Erfahrungen von Tüttensee-Krater, wo heute praktisch alle Gesteine mit impakt-typischen Deformationen und anderen besonderen Veränderungen verschwunden sind, und von anderen, kleineren Kratern, die sich zum Teil ausgesprochen ausgeplündert darstellen, zwingen uns dazu, damit der Wissenschaft diese besonderen Impakt-Konstellationen erhalten bleiben.

Abb. 2. Ein Quarzitgeröll mit einem kräftigen Spallationsriss, der wie beim Stein der Abb. 1 das Geröll nicht völlig gespaltet hat. In Abb. 3 wird auf etwas sehr Charakteristisches von Spallationsrissen hingewiesen.

Abb. 3. Die Vergrößerung des Spallationsrisses von Abb. 2 zeigt etwas sehr Typisches: In vielen Fällen ist der Verlauf des Spallationsrisses ein Spiegelbild  von der Krümmung der Gerölloberfäche, und im vorliegenden Fall ist die Achse der Spiegelsymmetrie als blaue gestrichelte Linie eingezeichnet. Das kann man als eine Folge der Reflexion der Schock-(Druck-)welle an der freien Oberfläche verstehen, die sich aus geometrischen Gründen in der reflektierten Front der Zugwelle wiederfindet.

Abb. 4. Spallationsrisse in einem Gneisgeröll. Auch hier durchtrennen die offenen Risse das Geröll nicht vollständig, und die Geometrie der grob rechtwinklig verlaufenden Risse spiegelt auch hier die Geometrie des kantigen Gerölls wider.

Abb. 5. Offene Spallationsrisse in einem Granatamphibolit-Geröll.

Die Beispiele mit Spallationsbrüchen in Quarzit-, Kalkstein-, Gneis- und Amphibolitgeröllen zeigen, dass der Prozess gesteinsunabhängig ist und immer wiederkehrende Merkmale vermittelt.

Um Einwänden vorzubeugen, dass diese Deformationen bereits tektonisch in den Alpen angelegt wurden um dann in Form von Geröllen im reißenden Flusstransport den Weg nach Obing nördlich des Chiemsees zu finden, verweisen wir auf den teilweise sehr fragilen Charakter der angerissenen Gerölle. Auch jegliche starke Druckwirkung auf die Gerölle kann ausgeschlossen werden, da sie ganz einfach durchtrennt und zerschert worden wären.

Spallation, wie wir sie hier in Geröllen des Chiemgau-Kraterstreufeldes finden, zeigen wir in den nächsten Bildern mit Beispielen vom Rieskrater und von den spanischen Azuara-/Rubielos de la Cérida-Impaktstrukturen. Letztere Vorkommen wurden intensiver mit begleitenden Experimenten untersucht, was hier (http://www.impaktstrukturen.de/spain/shocked.htm) nachzulesen ist und in der renommierten Zeitschrift GEOLOGY (http://pubs.giss.nasa.gov/abs/er01000b.html; PDF des kompletten Artikels kann hier angeklickt werden.) publiziert wurde.

Fig. 6. Kalkstein-Geröll aus den Auswurfmassen (Bunte Brekzie) des Nördlinger Ries-Kraters mit Spallationsrissen, die das Geröll nicht durchtrennt haben. Nach der Schockspallation wurde das Geröll noch deformiert – vermutlich im Zuge des Auswurfvorganges – ohne dabei zu zerbrechen.

Abb. 7. Quarzitgerölle von den großen spanischen Impaktstrukturen Azuara und Rubielos de la Cérida mit sehr typischen schockinduzierten offenen Spallationsbrüchen. Auch bei einigen dieser Brüche wird die grobe Spiegelsymmetrie von Oberfläche und Rissgeometrie deutlich.