Suevite of the ries crater, Germany: Source rocks and implications for cratering mechanics
ZusammenfassungSuevite sind Impaktbreccien, die in einer montmorillonitischen Matrix geschockte und ungeschockte Mineral- und Gesteinsfragmente aus dem kristallinen Untergrund, Glas-Einschlüsse und eine geringe Menge von sedimentären Fragmenten enthalten. Es werden Daten über die modale Zusammensetzung der Fall-out-Suevite (abgelagert an isolierten Punkten rings um den Krater) und des Krater-Suevits (der eine Schicht unter den nach-Riesischen Seesedimenten im Krater bildet) mitgeteilt. Fall-out-Suevite enthalten aerodynamisch geformte Bomben, die im Krater-Suevit fehlen. Unter Berücksichtigung der feineren Glaskomponenten — nicht nur der großen Bomben und Fragmente — erhält man für den Glasgehalt der Fall-out-Suevite 47 vol%, für den des Krater-Suevits 29 vol%. Die kristallinen Einschlüsse in den Sueviten gehören zu den magmatischen und metamorphen Gesteinstypen, die den Untergrund des Riesgebietes aufbauen. Dieser besteht aus einer höheren Lage magmatischer Gesteine (hauptsächlich Granite) und einer tieferen Serie von Gneisen und Amphiboliten. Auf Grund einer Aufsammlung von 1 200 Kristallineinschlüssen aus 13 Suevit-Vorkommen wurde die Häufigkeit der einzelnen Gesteinstypen in den Sueviten bestimmt. Die Suevite enthalten im Mittel 46 % magmatische und 54 % metamorphe Gesteinseinschlüsse. Im Gegensatz dazu bestehen die nicht oder nur wenig geschockten kristallinen Ejekta um den Ries-Krater aus 82% magmatischen und 18% metamorphen Gesteinen.Die mittleren chemischen Zusammensetzungen der kristallinen Gesteinstypen wurden auf Grund von 138 chemischen Analysen bestimmt. Ein Vergleich mit der Zusammensetzung der Suevit-Gläser ergibt, daß diese durch die Aufschmelzung der Gneise gebildet wurden, welche in einem tieferen Niveau des kristallinen Untergrundes lagen.Die Matrix der meisten Suevite besteht zu 80 bis 90 % aus Montmorillonit, in einigen Fällen aus Seladonit. Chemische Analysen der Matrices und daraus berechnete Montmo-rillonit-Formeln werden mitgeteilt. Es wird angenommen, daß der Montmorillonit durch hydrothermale Reaktionen aus feinsten Gesteinsteilchen oder aus feinen Glaspartikeln entstand. Im letzteren Fall enthielten die Suevite ursprünglich mehr Glas als heute.Unter den Auswurfmassen des Rieskraters enthalten allein die Suevite Fragmente kristalliner Gesteine in allen Stufen der Stoßwellenmetamorphose bis zur vollständigen Aufschmelzung. Die überwiegende Menge der Ejekta aus dem sedimentären Deckgebirge (etwa 580 m) zeigt keine Effekte von Stoßwellendrucken über 10 GPa. Dasselbe gilt für die großen Blöcke und Breccien kristalliner Gesteine, die überwiegend aus den höheren Bereichen des kristallinen Untergrundes stammen.Wir nehmen an, daß der Ries-Impakt nach einem „deep-burst“-Modell verstanden werden kann: Das Projektil drang durch das sedimentäre Deckgebirge in solcher Weise in den kristallinen Untergrund ein, daß die höchsten Drücke und Temperaturen im Gneis-Komplex unter der oberen granitischen Lage entwickelt wurden und die Sedimente eine geringe Kompression durch die Stoßwellen erfuhren. Numerische Daten aus der Anwendung eines solchen Modells werden für die Geometrie des primären Kraters und die Volumina der verdampften, geschmolzenen, geschockten und ausgeworfenen Gesteinsmassen berechnet.Wir nehmen an, daß Fall-out-Suevite durch eine sich ausdehnende Wolke verdampfter Gesteine emporgetragen und als turbulente, fluidisierte Massen außerhalb des Kraters abgelagert wurden, während die Hauptmasse des Krater-Suevits in der Hohlform des Kraters verblieb.AbstractSuevites are impact breccias with a montmorillonitic matrix that contains shocked and unshocked mineral and rock fragments from the crystalline basement, glass inclusions and a small amount of sedimentary clasts. Data are given of the modal composition of fall-out suevites (deposited at isolated points around the crater) and crater suevite (forming a layer below post-impact lake sediments in the crater cavity). Fall-out suevites contain aerodynamically shaped bombs which are absent in crater suevite. Taking into account not only large glass fragments and bombs, but also the finer fractions, the glass content of fall-out and crater suevites amounts to 47 and 29 vol%, respectively. Crystalline clasts in suevites consist of all igneous and metamorphic rock types that constitute the local basement which consists of an upper layer of igneous rocks (mainly granites) and a lower series of gneisses and amphibolite. Based on a collection of 1 200 clasts from 13 suevite occurrences the average crystalline clast population of suevites was determined. Suevites contain on the average 46 % igneous and 54 % metamorphic clasts. In constrast, weakly shocked and unshocked crystalline ejecta of the Ries structure consist of 82 % igneous and 18 % metamorphic rocks.From 138 analyses of crystalline rock samples average compositions of the major rock types were calculated. Comparison of these averages with the average glass composition leads to the conclusion that suevite glasses were formed by shock melting of gneisses in deeper levels of the basement.Suevite matrices consist in most cases of 80 to 90 % montmorillonite, in special cases of celadonite. Chemical analyses are given of some matrices and montmorillonite formulas calculated. It is supposed that montmorillonite was formed by early hydrothermal alteration of rock flour or fine glass particles. In the latter case the original glass content of suevites was higher than at present.Of all ejecta from the Ries crater only crystalline rocks contained in suevites occur in all stages of shock metamorphism up to complete fusion. The overwhelming majority of the ejecta from the sedimentary sequence (about 580 m) show no indications of shock pressures above 10 GPa. The same holds true for crystalline megablocks and breccias around the crater which consist mainly of granites from upper levels of the basement.We assume that the Ries impact can be approximated by a deep-burst model: The projectile penetrated through the sedimentary cover into the basement in such a way that the highest pressures and temperatures developed within the gneiss complex below the upper, predominately granitic layer and that rocks of the sedimentary sequence experienced weak shock compression. Numerical data are given for such a model of the Ries impact on transient crater geometry and volumes of vaporized, melted, shocked and excavated rocks.Fall-out suevites are supposed to have been lifted from the central zone by an expanding plume of vaporized rocks and deposited as fluidized turbulent masses outside the crater whereas the main mass of crater suevite was not removed from the crater cavity.RésuméLes suévites sont des brèches d'impact qui contiennent, dans une matrice de montmorillonite, des fragments de minéraux et de roches du socle cristallin-pour la plupart choqués, des inclusions de verre et quelques fragments de roches sédimentaires. On a déterminé les compositions modales des suévites projetées (déposées autour du cratère) et des suévites de cratère (couche déposée dans le cratère et gisant sous les sédiments lacustres postérieurs au Ries). Les suévites projetées contiennent des bombes formées par voie aérodynamique, lesquelles sont absentes dans les suévites de cratère. Compte tenu non seulement des bombes et fragments grossiers, mais aussi des menus constituants vitreux, le contenu en verre est, en volume, de 47 % pour les suévites projetées et de 29 % pour les suévites de cratère. Les enclaves dans les suévites appartiennent à des types de roches magmatiques et métamorphiques qui constituent le soubassement de la région du Ries. Celui consiste en une couche supérieure de roches magmatiques (principalement du granite) et une série inférieure de gneiss et amphibolites. Sur la base d'une récolte de 1200 enclaves cristallines provenant de 13 occurrences de suévites, on a déterminé la fréquence de chacun des types de roches dans les suévites. Celles — ci contiennent en moyenne 46 % d'enclaves de roches magmatiques et 54 % de roches métamorphiques. Par contre les projections cristallines autour du cratère du Ries qui n'ont que peu ou pas subi la percussion, sont constituées de 82 % de roches magmatiques et de 18 % de roches métamorphiques.La comparaison des compositions chimiques moyennes des roches cristallines (138 analyses nouvelles) avec celles des verres suévitiques permet de montrer que ceux-ci se sont formés par voie de fusion de gneiss de la partie profonde du socle cristallin.La matrice de la plupart des suévites consiste pour 80 à 90 % en montmorillonite, et dans quelques cas en céladonite. Les analyses chimiques de la matrice et les formules de la montmorillonite qu'on en déduit permettent d'admettre que la montmorillonite a été formée par des réactions hydrothermales sur de très fins fragments de roches ou de fines particules de verre. Dans ce dernier cas les suévites contenaient à l'origine plus de verre qu'aujourd'hui.De toutes les masses émises du cratère du Ries, seules les suévites contiennent des roches cristallines à tous les degrés du métarphisme de choc jusqu'à la fusion complète. La majeure partie des produits éjectés en provenance de la couverture sédimentaire (environ 580 m) ne montre aucun effet de pression de choc au delà de 10 Gpa. Il en est de même pour les gros blocs et les brèches de roches cristallines autour du cratère qui proviennent principalement des parties supérieures du socle cristallin. Nous en concluons que l'impact du Ries peut être interprété suivant le modèle d'un «deep-burst». Le projectile pénétra à travers la couverture sédimentaire dans le socle cristallin de telle façon que les plus fortes pressions et températures furent développées dans le complexe de gneiss sous la couche supérieure granitique et que les sédiments ne subirent qu'une faible compression sous l'influence de l'onde de choc. Conformément à ce modèle, nous avons calculé le diamètre, la profondeur du cratère et le volumes 