Kategorie: Wissenschaftliche Beiträge

D. Schryvers¹ and B. Raeymaekers²

1. EMAT, University of Antwerp, Groenenborgerlaan 171, 2020 Antwerp, Belgium

2. InfraServ Gendorf, D-84508 Burgkirchen, Germany

 

nick.schryvers@ua.ac.be

Keywords: gupeiite, xifengite, meteorite

In the district of Altötting (Upper Bavaria, Germany) four particular and apparently correlated spatial configurations were recently discovered:

–         craterlike structures,

–         anomaly of Ni-traces in honey samples, established during a biomonitoring project with honey bees,

–         severe magnetic anomalies in the stray field of craterlike structures,

–         metallic particles (diameter mostly > 1 cm) in the upper 30 cm of the soil.

Two of the metallic samples were investigated with a variety of conventional EM techniques. The first specimen has a rough surface while the second one looks like a solidified globular “droplet”, both having a metallic shining. In Figure 1 SEM images of three distinctly different surface morphologies are shown, together with the respective EDX spectra. These reveal a primarily Fe-Si content with some micron sized cubic Ti rich, C-containing inclusions. By SEM/WDX the following elements were further detected: C, Al, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ta, Mo, Nb, W. For most of these elements the formation of silicides has been described before [1].

In Figure 2 SAED patterns from internal grains of these samples are shown from which three different phases can be recognised. Figure 2.a reveals the [110] zone of cubic Fe₃Si, also known as Gupeiite, while Figures 2b and 2c show the [101] and [201] zones of the hexagonal Fe₅Si₃ structure, also known as Xifengite. These SAED patterns originate from micron sized grains, whereas the ring pattern in Figure 3b relates to the nanoparticles shown in Figure 3a and can be explained by the bcc a-Fe structure, the poor quality of the image being due to the magnetic distortions of the beam.

It should be noted that the Fe_xSi_y, species are lacking in the geology of Bavaria. Nevertheless, over a large surface (30 x 5 km²) these Fe_xSi_y phases can be found in particles from the upper soil. Given the particular characteristics listed above and since industrial sources are highly improbable, the particles were assigned to the impact of a meteorite, a suggestion which recently has been confirmed by the geophysical characterisation of a few crater structures [2].

Similar effects were reported from the Yanshan area in China [3], where Fe₃Si and Fe₅Si₃ were found in globular particles, with a cosmogenic origin. Moreover, the Ni concentration of 0.1 % in the present samples is identical as in the Yanshan-particles. Worldwide further reports of these species were not found.

The presence of Xifengite and Gupeite in Fe_xSi_y-particles over a wide area in undisturbed soil profiles, accompanied by further refractory species, supports the hypotheses of a cosmic origin, in analogy to the results from the Yanshan area.

1.        N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 1985, Walter de Gruyter, New York, Berlin

2.        V. Hoffmann, W. Rößler, B. Raeymaekers, to be published

3.        Y. Zuxiang, Acta Petr. Miner. et Anal. 3, 231-238

Figure 1.  (a, b, c) Different surface morphologies observed in both samples, (d, e) EDX-spectra from matrix and cubic inclusion, respectively.

Figure 2. SAED patterns of (a) [110] Fe₃Si, (b) [101] Fe₅Si₃ and c) [201] Fe₅Si₃.

Figure 3. a-Fe nano particles and the corresponding ring pattern.

PDF-Artikel des Kommentars

U. Schüssler: Zur Herkunft der Eisensilizide Xifengit und Gupeiit

Im ostbayerischen Raum zwischen Traunstein und Straubing finden sich im Boden immer wieder geringe Mengen an sogenannten Eisensiliziden, die hauptsächlich aus den Mineralen Xifengit und Gupeiit, aber auch stöchiometrisch anders zusammengesetzten Fe-Si-Verbindungen bestehen. Wegen der räumlichen Nähe zum Kraterfeld des vermuteten Chiemgau-Impakts, wegen der Fundumstände, wegen der exotischen chemischen Zusammensetzung (die sich nur in absolut Sauerstoff-freiem Milieu bilden kann), wegen des bisher ausgesprochen seltenen Nachweises dieser Minerale in irdischem Kontext (natürlich und technisch), und wegen des Vorkommens dieser Minerale in verschiedenen Meteoriten und im Weltall wurde zunächst ein Zusammenhang zwischen dem Auftreten dieser Eisensilizide und diesem Impakt angenommen (z.B. Rappenglück et al. 2005). Aus diesem Grunde wurde das Verteilungsgebiet der Eisensilizide genau auskartiert (Abb. 1). Im Laufe dieser Arbeiten wurden etwa 2,5 kg dieses Materials auf einer Gesamtfläche von fast 10.000 km² gefunden.

 

Um diese fragliche kosmische Herkunft der ostbayerischen Eisensilizide genauer zu belegen, wurden materialkundliche Untersuchungen durchgeführt, zunächst von Raeymaekers & Schryvers (z.B. 2004), die die Minerale Xifengit und Gupeiit als erste in dem Chiemgauer Material entdeckten, und von Fehr et al. (2004). Die Untersuchungen von Fehr et al. umfassten auch die Analyse der Pb-Isotope an einer Probe. Das Ergebnis ist insofern nicht ganz eindeutig, als der Analysepunkt zwar im Feld der irdischen Bleiisotopien liegt, gleichzeitig aber auch auf der Meteoriten-Isochrone. Daher erschien die Aussage von Fehr et al. (2004), es handle sich bei dem Material um ein technisches Produkt, etwas vorschnell. Eisensilizide werden zwar in der Tat, wie in dem Artikel beschrieben, in großen Mengen hergestellt, für die Minerale Xifengit und Gupeiit trifft aber genau das Gegenteil zu, eine industrielle Herstellung war bislang nicht bekannt.

Von unserer Gruppe iniziierte Analysen der Eisenisotope an drei eigenen Proben, die von Dr. Stefan Weyer am Institut für Mineralogie der Universität Frankfurt durchgeführt wurden, untermauern allerdings eine terrestrische Herkunft der Chiemgauer Eisensilizide (Weyer, persönliche Mitteilung). Aus diesem Grunde richteten sich unsere Untersuchungen verstärkt auf die Frage einer möglichen technischen Herkunft des exotischen Materials; diese Frage lässt sich nun beantworten:

Eisensilizide, darunter auch größere Mengen an Xifengit und Gupeiit, entstanden als Nebenprodukte bei der Herstellung mineralischer Düngemittel, die vor allem in der unmittelbaren Nachkriegszeit in der Landwirtschaft verwendet wurden (da die mineralogische Zusammensetzung dieser Nebenprodukte nicht weiter interessant war, wurde sie nie genau untersucht, Xifengit und Gupeiit blieben daher unentdeckt). Diese Eisensilizide wurden zwar zum allergrößten Teil aus den Düngemitteln entfernt und anderweitig verarbeitet (unter Zerstörung der Gupeiit- und Xifengit-Strukturen), minimale Restmengen könnten jedoch in dieser Zeit auf die Äcker geraten sein. Aufgrund verschiedenster Einflüsse wie Feldbearbeitung, Niederschläge, Vegetation, Grabtätigkeit der Tiere etc. dürften die Partikel während der vergangenen 50 bis 60 Jahre in ihre heutige Position in den unteren Bodenschichten meist in 20 bis 40 cm Tiefe gelangt sein. Unklar ist allerdings nach wie vor, warum man die Partikel auch in jahrhundertealten Wäldern, in Mooren und im Almbereich über 1000 m Höhe findet. Möglicherweise wurde früher auch in diesen Arealen gedüngt. Ein sogenannter Konvergenzeffekt, d.h. Eintrag derselben Art von Eisensilizidpartikeln sowohl durch die Düngung als auch durch einen Impakt ist nicht völlig auszuschließen, erscheint aber äußerst unwahrscheinlich.

Es soll an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die Eisensilizide zwar ursprünglich mit einem Impakt in Zusammenhang gebracht wurden, dass sie aber nie als unmittelbares Beweismittel dienten. Die zahlreichen anderen Hinweise auf einen Impakt im Chiemgau, die auf unserer website nachzulesen sind, sind von den neuen Ergebnissen zum Thema „Eisensilizide“ unberührt.

 

Literatur:

Fehr, K.T., Hochleitner, R., Hölzl, S., Geiss, E., Pohl, J., Faßbinder, J. (2004): Ferrosilizium-Pseudometeorite aus dem Raum Burghausen, Bayern. Der Aufschluß 55, S. 297-303.

Raeymaekers, B., Schryvers, D. (2004): Iron silicides and other metallic species in the SE Bavarian strewn field). Paneth-Kolloquium Nördlingen.

 

Rappenglück, M., Schüssler, U., Mayer, W., Ernstson, K. (2005): Sind die Eisensilizide aus dem Impakt-Kraterstreufeld im Chiemgau kosmisch? – Eur. J. Mineral. 17, Beih. 1: 108. Siehe auch

http://www.uni-wuerzburg.de/mineralogie/schuessler/Poster_Eisensilizide_2005.pdf

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2. Nickel

Der Chiemgau-Gupeiit, der  North Haig Ureilit-Meteorit und der NWA 1241 Ureilit-Meteorit.

Im Zusammenhang mit den Funden des bemerkenswerten Materials im Chiemgau-Streufeld und einem möglichen kosmischen Ursprung wird immer wieder kritisch das Fehlen von Nickel angemerkt. Dazu bringen wir hier eine Zusammenstellung (Tab. 1) der Zusammensetzungen eines Gupeiits aus dem Chiemgau-Streufeld sowie zweier Suessite aus Ureiliten mit niedrigem Ni-Gehalt (North Haig Ureilit-Meteorit und NWA 1241 Ureilit-Meteorit).

Die Tabelle belegt:

— eine sehr ähnliche Zusammensetzung aller drei Minerale

— niedrige und vergleichbare Nickelgehalte für alle drei Minerale

— einen Chromgehalt des Gupeiits, der genau im Bereich der Chromgehalte der beiden Suessite liegt.

 

	Chiemgau							North Haig	NWA 1241
wt.-%	gupeiite							suessite	suessite
Si	14.83	14.40	11.78	14.85	12.93	13.68		14.6 – 16.4	13
Fe	83.61	83.32	87.59	83.28	86.06	86.00		83.0 – 88.8
Ni	0.53	0.53	0.40	1.02	0.48	0.45		0.50 – 2.40	1 – 4
Cr	0.57	0.59	0.45	0.45	0.46	0.37		0.02 – 0.25	1.1
Total	99.54	98.84	100.22	99.60	99.93	100.50

 

Tab. 1. Zusammensetzung einer Gupeiit-Probe aus dem Chiemgau-Streufeld, mit einer Elektronen-Mikrosonde an verschiedenen Punkten gemessen – Institut für Mineralogie der Universität Würzburg, im Vergleich mit Zusammensetzungen zweier Suessite aus Ureilit-Meteoriten (North Haig und NWA 1241). Analyse des North Haig-Ureiliten in K. Keil, J.L. Berkley & L.H. Fuchs, 1982, American Mineralogist, 67, p. 126-131; Klassifizierung und Mineralogie des NWA 1241 durch F. Wlotzka and M. Kurz, in: S.S. Russell, J. Zipfel, J.N. Grossman and M.M. Grady (2002) The Meteoritical Bulletin, No. 86, 2002 July. – Meteoritics Planet. Sci., 37, (Supplement), A157-A184, 2002).

 

Eine Kurzbeschreibung zu Ureiliten findet sich unter http://de.wikipedia.org/wiki/Achondrit

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1. Literaturzitat

1. Die folgende wichtige Publikation zum Chiemgau-Impakt Schryvers, D. and Raeymakers, B. (2005): EM characterisation of a potential meteorite sample, proceeding of EMC 2004, Vol. II, p. 859-860 (ed. D. Schryvers, J.P. Timmermans, G. Van Tendeloo). ist unserer Aufmerksamkeit entgangen. Abstract-Artikelund Poster (2 MB) können angeklickt werden!