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Die Elʼgygytgyn-Impaktstruktur, Sibirien: Impaktite in einer mittelgroßen Impaktstruktur in vulkanischem Zielgestein
The El’gygytgyn crater in Chukotka (Russia) is one of the best-preserved
complex impact structures, worldwide. At ca. 3.6 million years ago a
projectile of probably chondritic composition hit into an at least several
hundred-meter-thick sequence of different, predominantly felsic, volcanic
rocks. These belong to the Upper Cretaceous Ochotsk Chukotka Volcanic Belt
(OCVB). In addition to the dominant rhyolitic/rhyodacitic ignimbrites, there
are also layers of andesitic to basaltic composition. Some time after crater
formation (some thousand to fifty thousand years), a lake was established in
the impact structure and accumulation of lake sediments started. The
El’gygytgyn impact structure is not only a special crater in terms of its
lithologies, but it provides with its undisturbed lacustrine sedimentation a
great climate archive for the entire Quaternary era. These were also the main
reasons for the deep drilling of the structure by the International
Continental Scientific Drilling Program (ICDP) in 2009. Of the four drill
holes achieved, borehole D1c is the deepest with ~520 m and yielded
approximately 200 m of impact-related rocks from the flank of the collapsed
central uplift. These rocks have been accurately examined during this thesis
work, focusing on the lithostratigraphy, the distribution of shock effects
within the drilled sequence, and on the development of suevitic breccias and
impact-induced melt. The drilled rocks can be divided into four units. The
uppermost 12 meters (316-328 meters below lake floor = mblf) are reworked
suevite and contain unshocked to strongly shocked clasts of various volcanic
rocks (basalt to rhyolite). Furthermore, in this unit occurs the comparatively
largest proportion of impact-generated melt as several centimeter large melt
particles or tiny (<1 mm) glass spherules. The fine-grained matrix consists
mainly of the same material as the lithic clasts and is enriched with finest-
grained ash particles from the collapsed ejecta plume and with clay and fine
sand from the post-impact sedimentary phase and the beginning of lake
development at El’gygytgyn. The following 63 m (328-391 mblf) polymict breccia
are free of lacustrine sediments and can be called suevite due to their
content of small impact-generated melt particles, besides shocked mineral and
lithic clasts. Into this unit, three meter-sized blocks of mainly unshocked
rhyolitic ignimbrite were incorporated, probably during the deposition of
suevite. In one of the blocks and in two other clasts of rhyodacitic
ignimbrite, shatter cones have been found. Next, in the footwall, an
approximately 32 m (391-423 mblf) thick sequence of rhyolitic pyroclastites
occurs. Here, several layers of volcanic deposits could be identified. At the
top of this unit is a basaltic layer of approximately 1 m thickness that
contains many deformed (sheared) minerals as well as the lowermost occurrence
of shocked minerals and glass shards, as well as fragments of the overlying
suevite. The formation of this thin layer is considered the result of the
likely turbulent emplacement of the suevite onto the crater floor, or,
alternatively, as a mixed layer related to the modification stage of
cratering. It follows a relatively uniform suite of about 94 m (until the end
of the hole at ~517 mblf) of welded, rhyolitic/rhyodacitic ignimbrites, which
show some lithological peculiarities and deformation. First, at the top, two
exotic, mafic blocks with cataclastic grain size reduction and shear
deformation effects occur. These blocks are extremely altered and enriched in
a variety of trace elements in comparison to all other lithologies. This could
reflect an enrichment due to post-impact, hydrothermal alteration. Second,
there is a dike of polymict impact breccia in the lower part of this unit.
Shock metamorphism in minerals was identified in the dike, but no impact-
generated melt particles. Furthermore, it was resolved by geochemical studies
that there is not a single ignimbrite, but there are two separate, very
similar layers of rhyolitic/rhyodacitic ignimbrite. They are not shock
deformed but are brecciated, i.e., they are crisscrossed by a multitude of
fissures and cracks that dissect this previously massive rock. This part of
the sub-crater basement was obviously strongly “tectonically” affected by the
rise and collapse of the central uplift. In summer 2011, it was possible to
participate in a Russian-German expedition to the crater structure. During the
nearly four-week field campaign, the eastern half of the crater rim was mapped
and sampled, in some detail. The petrographic and geochemical results for the
collected samples led to the generation of a new geological map of the impact
structure, and the surface rocks could be compared with those of the drill
core. It turned out that the rhyolitic ignimbrites not only dominate the
crater floor, but they also constitute around two-thirds of the area around
the crater. The presence of basaltic and intermediate rocks could be mapped
and classified more accurately than before. In addition, meter sized blocks of
impact melt breccia were sampled at the southeast lakeshore of El’gygytgyn. In
case of El’gygytgyn, it was a very important issue to find out the different
characteristics of volcanic and impact melt particles. Impact melt occurs at
surface as glass spherules, pebbles, and impact melt blocks. Samples of these
were compared with those from the core (glass spherules, melt clasts from the
suevitic units) and additionally with the volcanically produced, unshocked
melts and glasses from the ignimbrites. There are two types of impact-
generated melts; a pure glass and a melt mixed with strongly shocked lithic
clasts (impact melt breccia). Geochemical studies revealed that the impact
melt breccia is a mixture of mainly rhyolitic/rhyodacitic ignimbrite and rare
basaltic andesite. That corresponds with the geochemical character of the
suevite and upper bedrock sequence. Glass spherules (200-500 μm) from the
upper part of the drill core and the lake or river terraces have a glassy,
siliceous margin and may contain some crystal inclusions or microfragments (as
quartz, feldspar or zeolithe). The rims of spherules are different in their
chemical signatures (lower content of silicium) from those of the inclusions.
Another type of spherule is filled by aluminosilicate melt that is partly
crystallized. A clearly definable rim is lacking. All spherules were possibly
produced within the ejecta plume, in analogy to the Bosumtwi crater, Ghana
(Koeberl et al. 2007a). Volcanic melt particles in the ignimbrites (bedrock
and country rock) occur mainly as “fiamme” structures and are fine-grained
crystallized. Volcanic glass shards only occur at a minor proportion. These
melt particles can be easily distinguished from impact melt that represents -
in contrast - translucent melt particles with or without shocked lithic
clasts. To constrain the composition of the projectile that formed the
El’gygytgyn crater comprehensive geochemical studies were necessary in
collaboration with researchers from the Universities of Cardiff and Vienna.
Major and trace elements, including the Rare Earth Elements (REE) and Platinum
Group Elements (PGE), were measured from samples of drill core material and
country rocks. The suevitic breccias, especially the reworked suevite of the
drill core, show a higher PGE content compared to all other lithologies. These
elevated PGE contents are most likely the result of an admixture of a
meteoritic component, probably of chondritic composition, which would be in
good agreement with other studies on the same drill core. Nevertheless, the
reworked suevite contains also a higher proportion of a mafic component, as
indicated by the REE contents, in comparison to the suevite. The composition
of this mafic component and its PGE content cannot clearly be determined,
because of the possible contribution from chemically unusual mafic blocks to
the chemical budget. Therefore, it is not possible at this stage to determine
more precisely the nature of the meteoritic projectile. As a result of this
work, the following reconstruction of the impact event was achieved: A likely
chondritic projectile hit the Earth 3.58 million years ago and created the
impact crater in siliceous volcanic rocks. The rhyolitic rocks of the crater
floor were only slightly tilted during the cratering event. Overlying
andesites and basalts were found not only in the core, but also on the eastern
rim of the crater. The lower part of the suevite is very poor in melt and
includes a relatively homogeneous distribution of shocked minerals. This could
be a result of an intensive mixing process (e.g., by a ground surge) inside
the crater. The upper suevitic rocks (reworked suevite) were possibly
deposited from the ejecta fallout and exhibit all stages of shock
metamorphism, from unshocked to melt clasts and glass spherules. Finally, the
finest ash particles were accumulated as top layer after the impactites. There
is no evidence for the formation of a coherent melt sheet. In the hot and slow
cooling crater area, a zone of hydrothermal activity was established for an,
as yet unknown, time. Ultimately, the crater lake developed. Early
sedimentation was interrupted by debris flows off the unstable inner crater
wall. Only after that, maybe a period as long as fifty thousand years, first
deposits of pollen can be detected, as per the work of A. A. Andreev (pers.
comm.).Der El’gygytgyn Krater in Tschukotka (Russland) ist eine der besterhaltenen
komplexen Impaktstrukturen, weltweit. Vor ca. 3,6 Millionen Jahren traf ein
kosmisches Projektil, mit wahrscheinlich chondritischer Zusammensetzung, auf
eine mindestens mehrere hundert Meter mächtige Sequenz aus verschiedenen,
überwiegend felsischen, vulkanischen Gesteinen. Diese gehören dem Oberkreide-
zeitlichen Ochotsk-Chukotka Vulkangürtel (OCVB) an. Neben den dominierenden
rhyolithisch/rhyodazitischen Ignimbriten gibt es auch Gesteinsschichten von
andesitischer bis basaltischer Zusammensetzung. Einige Zeit nach dem
Kratereinschlag (etwa einige tausend bis fünfzig-tausend Jahre) bildete sich
ein Kratersee, und die Ablagerung lakustriner Sedimente begann. El’gygytgyn
ist somit nicht nur ein besonderer Krater was seine Lithologien angeht,
sondern er stellt mit seiner ungestörten Seesedimentation ein großartiges
Klimaarchiv für das gesamte Quartär dar. Das waren auch die Hauptgründe für
die Tiefbohrung in dieser Struktur, durchgeführt vom International Continental
Scientific Drilling Program (ICDP), im Jahre 2009. Von den vier abgeteuften
Bohrungen ist D1c mit rund 520 m die tiefste und sie erbrachte rund 200 m
impaktbeeinflusste Gesteine von der Flanke des Zentralbergs. Diese Gesteine
wurden im Rahmen dieser Dissertation genau und vielfältig untersucht - mit
Schwerpunkt auf Lithostratigraphie, die Verteilung der Schockeffekte innerhalb
der erbohrten Sequenz, und die Zusammensetzung und Entstehung von suevitischen
Brekzien und impaktinduzierten Schmelzen. Die erbohrten Gesteine lassen sich
in vier Gesteinseinheiten untergliedern. Die obersten zwölf Meter (316-328
mblf = meters below lake floor) des Bohrkerns bestehen aus aufgearbeiteten
suevitischen Brekzien (reworked suevite), die reich an ungeschockten bis hin
zu extrem geschockten Klasten der verschiedenen vulkanischen Gesteine (Basalt
bis Rhyolith) sind. Des Weiteren gibt es hier den größten Anteil an
impaktinduzierter Schmelze, von mehrere Zentimeter großen Schmelzpartikeln bis
zu winzigen (<1mm) Glaskügelchen. Die feinkörnige Matrix besteht überwiegend
aus dem gleichen Material wie die Gesteinsklasten und ist angereichert mit
feinen Aschepartikeln aus der kollabierten Glutwolke sowie mit feinen Tonen
und Sanden aus der sedimentären, postimpakt Phase der Kraterbildung, der
beginnenden Seebildung des El’gygytgyn. Die folgenden 63 m (328-391 mblf)
polymikte Gesteinsbrekzie sind frei von lakustrinen Sedimenten und können
durch ihr Vorkommen an kleinen Impaktschmelzpartikeln zusammen mit geschockten
Mineral- und Gesteinsklasten als Suevit bezeichnet werden. Innerhalb dieser
Einheit kommen drei metergroße Blöcke nahezu ungeschockten, rhyolithischen
Gesteins vor, die während der Suevitablagerung eingearbeitet worden sein
müssen. In einem dieser Blöcke sowie in weiteren Gesteinsklasten wurden drei,
mehrere Zentimeter große shatter cones (Strahlenkegel) gefunden. Weiter, im
Liegenden, gibt es eine ca. 32 m (391-423 mblf) mächtige Abfolge von
rhyolithischen Ignimbriten. Hier konnten mehrere Lagen vulkanischer
Ablagerungen identifiziert werden. Am oberen Ende dieser Einheit gibt es eine
basaltische Lage von etwa 1 Meter Mächtigkeit, die viele gescherte Gesteins-
und Mineralklasten enthält, das letzte (tiefste) Auftreten von geschockten
Mineralen aufweist, und eine Vermischung mit Glasscherben und Fragmenten des
überlagernden Suevites zeigt. Die Ausbildung dieser dünnen Lage kann als
Resultat einer turbulenten Platznahme des Suevits am Kraterboden betrachtet
werden, oder alternativ, als ein Vermischungshorizont, resultierend aus der
Modifizierungsphase des Kraters. Es folgt ein relativ uniformer Bereich von
ca. 94 m (bis zum Ende der Bohrung bei ~517 mblf) mit homogenen,
rhyolithisch/rhyodazitischen Ignimbriten, der einige Einschaltungen und
Störungen aufweist. Zum einen gibt es im oberen Bereich zwei exotische,
mafische Blöcke, die kataklastische Korngrössenverkleinerung mit Scherung
aufweisen. Diese Blöcke sind extrem alteriert und mit verschiedensten
Spurenelementen angereichert, im Vergleich zu allen anderen Lithologien. Dies
könnte während einer postimpakten, hydrothermalen Alteration geschehen sein.
Zum anderen gibt es einen polymikten Gang (Impaktbrekzie) im unteren Teil
dieser Einheit. Es konnten schockmetamorphe Änderungen in Mineralen
diagnostiziert werden, jedoch nicht mit Sicherheit impaktinduzierte
Schmelzpartikel. Weiterhin konnte geochemisch festgestellt werden, dass es
sich nicht um einen einheitlichen Ignimbrit handelt, sondern dass es sich
hierbei um zwei getrennte, aber sehr ähnliche Lagen von
rhyolithisch/rhyodazitischen Ignimbriten handelt. Sie weisen keine
schockmetamorphen Effekte auf, sind aber brekziert, d.h. mit einer Vielzahl
von Klüften und Rissen durchzogen, die das massige Gestein z.T. fein zerlegen.
Diese Region des Krateruntergrundes wurde offensichtlich durch den Aufstieg
und den Kollaps des Zentralberges stark tektonisch beansprucht. Im Sommer 2011
war es möglich, an einer russisch-deutschen Expedition zum Kratersee
teilzunehmen. Während der knapp vierwöchigen Feldkampagne wurde die Osthälfte
des Kraterrandes ausführlich kartiert und beprobt. Die petrographischen und
geochemischen Ergebnisse der Gesteinsanalysen mündeten zum einen in eine neue,
geologische Karte der Impaktsruktur und zum anderen konnten die oberflächlich
anstehenden Gesteine mit denen des Bohrkerns verglichen werden. Dabei zeigte
sich, dass nicht nur die rhyolithisch/rhyodazitischen Ignimbrite den erbohrten
Krateruntergrund dominieren, sondern auch rund zwei Drittel des
Kratersgebietes ausmachen. Das Vorhandensein von basaltischen und
intermediären Gesteinen konnte genauer kartiert und klassifiziert werden.
Sowohl im Bohrkern (als Teil der suevitischen Brekzien), als auch am
Kraterrand überlagern diese Gesteine die Ignimbrite. Darüber hinaus wurden
auch metergroße Blöcke von Impaktschmelzbrekzie am südöstlichen Seeufer
beprobt. Im Falle von El’gygytgyn war die Unterscheidung von vulkanischen und
impakschmelzhaltigen Gesteinen oder Klasten ein wichtiger Bestandteil der
Arbeit. Impaktschmelze kommt oberflächlich als Glaskügelchen, Geröll und
Blöcke von Schmelzbrekzie vor. Proben davon wurden mit denen aus dem Bohrkern
(Glaskügelchen, Schmelzklasten vom Suevit) verglichen und dann in Bezug zu den
ungeschockten, vulkanisch produzierten Schmelzen und Gläsern (v.a. der
Ignimbrite des unteren Festgesteins) gesetzt. Zusammenfassend gibt es zwei
Typen von impaktgenerierten Schmelzklasten, die an der Oberfläche gefunden
wurden: Zum einen reine Gläser und zum anderen Schmelze gemischt mit stark
geschockten Gesteinsklasten - Impaktschmelzbrekzie. Gerölle von Schmelze
innerhalb der Seeablagerungen bestehen aus beiden Phasen, sowohl relativ
reinen, schwarzen Gläsern, als auch bräunliche Impaktschmelzbrekzie. Weiterhin
gibt es metergroße Blöcke, die ebenso beide Phasen von Schmelze beinhalten.
Laut der geochemischen Untersuchung ist die Impaktschmelzbrekzie ein Gemisch
aus vorwiegend rhyolithischem/rhyodazitischem Ignimbrit und wenig basaltischem
Andesit. Die Zusammensetzung passt gut zu der des erbohrten Suevits und der
oberen Festgesteinssequenz. Die Glaskügelchen (200-500 μm groß) aus dem oberen
Bereich des Bohrkerns und den See- bzw. Flussterrassen besitzen einerseits
einen glasigen, silikatischen Rand und können hohl sein bzw. einige
Kristalleinschlüsse oder Mikrofragmente von verschiedenen Mineralen, z. B.
Quarz und Feldspat oder Zeolith, aufweisen. Der Rand der Kügelchen ist in
seiner chemischen Signatur (geringerer Anteil an Silizium) unterscheidbar im
Vergleich zu den Einschlüssen oder Mikrofragmenten. Ein anderer Typ von
Kügelchen ist gefüllt mit aluminiumsilikatischer Schmelze, die teilweise
kristallisiert ist. Ein klar definierbarer Rand fehlt bei diesen. Alle
Kügelchen wurden wahrscheinlich in der Glutwolke gebildet (siehe Kapitel 3).
Ein weiteres Kriterium für die Unterscheidung von vulkanischer und
impaktproduzierter Schmelze ist, dass die typische „Fiamme“ Struktur des
rhyolithischen/ rhyodazitischen Ignimbrites meistens feinkörnig kristallisiert
ist, mit nur einem kleinen Gehalt an glasigen Scherben. Somit ist die
vulkanische Schmelze leicht zu unterscheiden von impaktgenerierter Schmelze,
die im Gegensatz dazu als durchsichtiges bis braun-schwarzes Glas, teilweise
vermischt mit geschockten oder ungeschockten Gesteinsklasten, auftritt. Zur
Eingrenzung der Bestimmung des Projektils, das den El’gygytgyn Krater geformt
hat, waren umfassende geochemische Untersuchungen notwendig, in Zusammenarbeit
mit Forschern der Universitäten Cardiff und Wien. Haupt- und Spurenelemente,
inklusive der Seltenen Erden (REE) und Platingruppenelemente (PGE), wurden an
Proben aus dem Bohkern und vom Kraterrand analysiert. Die suevitischen
Brekzien, besonders der aufgearbeitete Suevit vom Bohrkern, zeigen einen
höheren Anteil an PGE, verglichen mit allen anderen Gesteinseinheiten. Diese
erhöhten PGE-Gehalte sind ein mögliches Ergebnis einer Anreicherung mit einer
meteoritischen Komponente, möglicherweise von chondritischer Zusammensetzung.
Dies würde gut zu anderen Studien des gleichen Bohrkerns passen.
Nichtsdestotrotz, der aufgearbeitete Suevit beinhaltet auch eine höhere
Anreicherung an mafischen Komponenten im Gegensatz zum Suevit, wie es der REE-
Gehalt indiziert. Die Zusammensetzung dieses mafischen Anteils und sein PGE-
Gehalt kann nicht genau bestimmt werden, da eine mögliche Anreicherung mit den
chemisch ungewöhnlichen mafischen Blöcken zum Gesamthaushalt der Elemente
beigetragen haben könnte. Daraus folgt, dass es zu diesem Zeitpunkt, mit den
Ergebnissen dieser Arbeit, nicht möglich ist, die Art des meteoritischen
Projektils zweifelsfrei bestimmen zu können. Als Ergebnis dieser Arbeit kann
folgende Rekonstruktion des Impaktereignisses erstellt werden: Ein
wahrscheinlich chondritisches Projektil traf die Erde vor 3,58 Millionen
Jahren und erschuf den Einschlagskrater in den hauptsächlich felsischen
Vulkaniten. Dabei sind die rhyolithischen Gesteine des Krateruntergrundes
relativ ortsnah verblieben (parautochthon) und während der Kraterbildung nur
leicht verkippt worden. Die den Ignimbriten aufliegenden Andesite bzw. Basalte
finden sich nicht nur im Bohrkern, sondern auch weitflächig am östlichen
Kraterrand. Der untere Teil des Suevits ist sehr schmelzarm und beinhaltet
eine relativ homogene Verteilung der geschockten Minerale. Dies könnte aus
einem intensiven Mischungsprozess (z.B. einem basalen Gesteinsschuttstrom)
innerhalb des Kraters resultieren. Der obere Teil des Suevits (reworked
suevite) ist möglicherweise beim Niedergehen von Partikeln aus einer Glutwolke
abgelagert worden und enthält Partikel in allen Stufen der Schockmetamorphose,
von ungeschockt bis hin zu Schmelz/Glaskügelchen. Zum Schluss kamen feinste
Aschepartikel zur Ablagerung als oberste Schicht auf der gerade entstandenen
Kraterhohlform. Es gibt keinen Hinweis darauf, dass sich ein zusammenhängender
Schmelzsee ausgebildet hatte. Das heiße und langsam abkühlende Kratergebiet
etablierte wahrscheinlich eine Zone mit hydrothermaler Aktivität für eine
unbekannt lange Zeit. Schließlich entwickelte sich der Kratersee. Erste
Sedimentation wurde gestört von Gesteinsrutschungen vom instabilen, inneren
Kraterrand. Erst danach, in einer Zeitspanne von einigen tausend bis zu
fünfzigtausend Jahren, wurden erste Ablagerungen von Pollen aus der näheren
und weiteren Umgebung sedimentiert
Geochemical studies of impact breccias and country rocks from the El'gygytgyn impact structure, Russia
The complex impact structure El'gygytgyn (age 3.6 Ma, diameter 18 km) in northeastern Russia was formed in ~88 Ma old volcanic target rocks of the Ochotsk-Chukotsky Volcanic Belt (OCVB). In 2009, El'gygytgyn was the target of a drilling project of the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP), and in summer 2011 it was investigated further by a Russian–German expedition. Drill core material and surface samples, including volcanic target rocks and impactites, have been investigated by various geochemical techniques in order to improve the record of trace element characteristics for these lithologies and to attempt to detect and constrain a possible meteoritic component. The bedrock units of the ICDP drill core reflect the felsic volcanics that are predominant in the crater vicinity. The overlying suevites comprise a mixture of all currently known target lithologies, dominated by felsic rocks but lacking a discernable meteoritic component based on platinum group element abundances. The reworked suevite, directly overlain by lake sediments, is not only comparatively enriched in shocked minerals and impact glass spherules, but also contains the highest concentrations of Os, Ir, Ru, and Rh compared to other El'gygytgyn impactites. This is—to a lesser extent—the result of admixture of a mafic component, but more likely the signature of a chondritic meteoritic component. However, the highly siderophile element contribution from target material akin to the mafic blocks of the ICDP drill core to the impactites remains poorly constrained
Postglacial evolution of Lake Constance: sedimentological and geochemical evidence from a deep-basin sediment core
The modern, over 250-m-deep basin of Lake Constance represents the underfilled northern part of an over 400-m-deep, glacially overdeepened trough, which reaches well into the Alps at its southern end. The overdeep- ening was formed by repeated glacial advance-retreat cycles of the Rhine Glacier throughout the Middle to Late Pleistocene. A seismic survey of Lake Constance revealed a Quaternary sediment fill of more than 150 m thickness representing at least the last glacial cycle. The stratified sedimentary fill consists at the base of ice-contact deposits on top of the molasse bedrock, overlain by glaciolacustrine to lacustrine sediments. During the successful field test of a newly developed, mid-size coring system ("HIPERCORIG"), the longest core (HIBO19) ever taken in Lake Constance was retrieved with an overall length of 24 m. The sediments recovered consist of a nearly continuous succession of lacustrine silts and sands including more than 12 m of Late Glacial sediment at the base. 14 lithotypes were identified through petrophysical and geochemical analyses. In combination with a 14C- and OSL-based age-depth model, the core was divided into three main chronostratigraphic units. The basal age of ~ 13.7 ka BP dates the base of the succes- sion back to the Bølling-Allerød interstadial, with overlying strata representing a complete and thick Younger-Dryas to Holocene succession. The sediments offer a high-resolution insight into the evolution of paleo-Lake Constance from a cold, postglacial to a more productive and warmer Holocene lake. The Late Glacial succession is dominated by massive, m-thick sand beds reflecting episodic sedimentation pulses. They are most likely linked to a subaquatic channel system originating in the river Seefelder Aach, which is, despite the Holocene drape, still apparent in today’s lake bathymetry. The overlying Holocene succession reveals a prominent, several cm-thick, double-turbiditic event layer representing the most distal impact of the Flimser Bergsturz, the largest known rockslide of the Alps that occurred over 100 km upstream the river Rhine at ~ 9.5 ka BP. Furthermore, lithologic variations in the Holocene succession document the varying sediment loads of the river Rhine and the endogenic production representing a multitude of environmental changes
Hipercorig – an innovative hydraulic coring system recovering over 60 m long sediment cores from deep perialpine lakes
The record of past environmental conditions and changes archived in lacustrine sediments serves as an important element in paleoenvironmental and climate research. A main barrier in accessing these archives is the undisturbed recovery of long cores from deep lakes. In this study, we have developed and tested a new, environmentally friendly coring tool and modular barge, centered around a down-the-hole hydraulic hammering of an advanced piston coring system, called the Hipercorig. Test beds for the evaluation of the performance of the system were two periglacial lakes, Mondsee and Constance, located on the northern edge of the Alpine chain. These lakes are notoriously difficult to sample beyond ∼ 10 m sediment depths due to dense glacial deposits obstructing deeper coring. Both lakes resemble many global lake systems with hard and coarse layers at depth, so the gained experience using this novel technology can be applied to other lacustrine or even marine basins.
These two experimental drilling projects resulted in up to 63 m coring depth and successful coring operations in up to 204 m water depth, providing high-quality, continuous cores with 87 % recovery. Initial core description and scanning of the 63 m long core from Mondsee and novel insights beyond the onset of deglaciation of the northern Alpine foreland dating back to ∼ 18 400 cal BP
Beenchime Salaatinsky crater in northern Yakutia - origin and late quaternary records in the 8-km circular structure
Beenchime Salaatinsky Crater (BSC) is a 8 km wide, multi-million-year-old ring structure located west of the Olenyok River in northern Yakutia. This is an area that has not been covered by Pleistocene time glaciers (Ehlers, J., Gibbard, P.L., 2007; Niessen et al., 2013). Short-term scientific goals of our study were (i) to reveal the origin of the crater (impact crater or volcanic crater) based on mineral analysis and (ii) to evaluate prospective Quaternary sediment records in the basin. Following earlier geomorphological surveys, it is assumed that the basin is the result of a volcanic explosion similar to Kimberlite Pipes elsewhere found in Yakutia (Pinchuk et al., 1971). Alternatively, a meteorite impact has been blamed, because suevitic breccias were identified (Mikhailov et al., 1979, Masaitis, 1999). According to geomorphological age estimates, the crater is believed to be between 65 and 40±20 Ma old (EarthImpactDatabase), but a robust physical dating is actually missing.
We sampled several landforms of the basin interior after digging soil pits into the ground and extracting short cores from the underlying permafrost. Sample sites were a peat plateau and ancient river terraces. In addition, a modern lake depression in the central part, 300 m in diameter and 4 m deep at maximum, has been studied using 50 MHz ground penetrating radar profiles and short cores. Bedrock samples were taken from representative sites of outcropping Paleozoic formations inside and outside BSC. Thin sections from bedrock were analyzed using polarized light microscopy. In fact, shocked quartz grains with PDFs (planar deformation features) were found in samples taken from a Permian sandstone outcropping in the crater interior. The crystallographic orientations were measured using a U-stage microscope. Some other samples of the crater rim were found to be only slightly shocked.
We sum up our results in a preliminary scenario, which suggests a Paleozoic meteoritic impact event, a Mesozoic overburdening of the area and a subsequent erosion in the course of the Olenyok Uplift. Finally, we propose late Quaternary landscape dynamics based on sediment dating using AMS 14C and sediment properties in the crater; fluvial sediment transport is documented for the MIS 3 and MIS 1 periods whereas mid to late Holocene lake formation results from thermokarst dynamics. A distinct grain size change in the fine silt fraction from coarser to finer indicates increasing aridity in the area with lake level lowering during late Holocene time.
References
EarthImpactDatabase, 2019. http://www.passc.net/EarthImpactDatabase/Beyenchimesalaatin.html.
Ehlers, J., Gibbard, P.L., 2007. The extent and chronology of Cenozoic global glaciation. Quaternary International, 164, 6-20.
Niessen, F. et al., 2013. Repeated Pleistocene glaciation of the East Siberian continental margin. Nature Geoscience, 6 (10), 842.
Grieve, R.A., 1987. Terrestrial impact structures. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 15, 245-270.
Masaitis, V.L., 1999. Impact structures of northeastern Eurasia: The territories of Russia and adjacent countries. Meteoritics & Planetary Science, 34, 5, 691-711.
Mikhaylov, M.V. et al., 1979. The Beyenchime-Salaata meteorite crater. Doklady Akademii Nauk SSSR, 245, 76-78 [in Russian].
Pinchuk L.Y., 1971. Morphology and genesis of Beenchime-Salaatin depression - Kimberlite volcanism and prospects of primary diamond content of the north-eastern Siberian platform. Proceedings Arctic Geology Research Institute, Leningrad, 123-126 [in Russian]
Late Quaternary sedimentation dynamics in the Beenchime‑Salaatinsky Crater, Northern Yakutia
The Beenchime-Salaatinsky Crater (BSC) is located west of the Olenyok River in Northern Yakutia, ~ 260 km south-west of Tiksi and the Lena Delta. The age and origin (volcanic versus meteoritic) of this crater is poorly understood. The key scientific interest in re-visiting the BSC is the reappraisal of the Quaternary sedimentation dynamics for a better understanding of the sediment history and thickness in the basin. This aides for an assessment, if the site is prospective for a deeper drilling of a Quaternary (or Cenozoic) sediment archive. Soil pits and auger cores from slopes and lowland terrain in the basin were sampled and studied to infer sediment ages and transport dynamics. This also included a thermokarst lake placed in the centre of the basin. Studied properties include grain-size distribution, organic carbon and nitrogen contents (TOC and TN), heavy mineral compositions, δ13C of organic carbon, 14C ages from sediment, δ18O and δD from ground ice and waters, and lake bathymetry from GPR profiling, in addition. We conclude that the crater floor in the BSC is underlain by fluvial/alluvial sediments from the MIS 3 period. Thermokarst lake formation took place during the Holocene Thermal Maximum between 7600 and 6100 cal yr BP. The lake has been shrinking hereafter. Fluvial/alluvial sedimentation along the drainage pattern was active again between 5700 to 1500 cal yr BP, and it was flanked by the accumulation of peaty and organic-rich sediments and the formation of ice-wedge polygons