Zum Kreide/Tertiär-Übergang in NE-Mexiko: Geochemische Charakterisierung der Chicxulub-Impaktejekta. Hauptband

Die Kreide/Tertiär-Grenze charakterisiert eines der fünf großen Massensterben des Phanerozoikums. Dieser Faunenschnitt wird auf den Einschlag eines Meteoriten (Chicxulub-Impakt) zurückgeführt. Dieser fand vor 65 Ma Jahren auf der Yucatán-Halbinsel (Mexiko) statt. Sedimentprofile der Kreide/Tertiär-Grenze in NE-Mexiko liegen in vergleichsweise kurzer Distanz zur Chicxulub-Impaktstruktur. Aufgrund ihrer hohen Sedimentakkumulationsraten und der guten regionalen Aufschlussverhältnisse bieten sie eine hervorragende Möglichkeit, um die Abläufe vor, während und nach dem Impaktereignis untersuchen und charakterisieren zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden anhand von sieben Kreide/Tertiär-Übergangsprofilen in NE-Mexiko die darin enthaltenen Ejektalagen geochemisch, mineralogisch und petrographisch charakterisiert. Ejektamaterial des Aufschlusses Beloc (Haiti) wurde ebenso wie Grundgebirgsklasten, Impaktite und Impaktschmelzen aus den Bohrungen Chicxulub-I, Yucatán-6, Sacapuc-I und Yaxcopoil-I untersucht und als Ver-gleichsmaterial herangezogen. An zwei Profilen NE-Mexikos (Rancho Nuevo und Mesa Juan-Perez) wurden sedimentgeochemische bzw. ... mehrchemostratigraphische, petrographische und mineralogische Untersuchungen durchgeführt, diese mit Literaturdaten verglichen und so in die Faziesinterpretation eingearbeitet. Die Ejekta, Mikrospheruls und Splitter (Tektitglas) in NE-Mexiko zeigen eine heterogene und lokal unterschiedliche Zusammensetzung. Sie lassen sich dennoch gut klassifizieren und genetisch auf den Chicxulub-Impakt zurückführen. In NE-Mexiko können morphologisch sowie geochemisch mindestens zwei Tektit-Typen, Mikrospheruls und Splitter, unterschieden werden. Die Zusammensetzung dieser Ejekta ist charakterisiert durch Si-Al-K-, Si-Ca- und Si-Al-Mg/Na-reiche Glastypen, häufig auftretende Chlorit- und Chlorit/Smektit-Phasen sowie Fe- und Ti-reiche interne Lamellen. Die chemische Zusammensetzung der in dieser Arbeit untersuchten Ejekta deutet genetisch auf Gesteine intermediärer bis mafischer Zusammensetzung hin, was durch den Vergleich mit Grundgebirgsgesteinen des Chicxulub-Kraters belegt werden konnte. So zeigen die Gläser chemisch eine deutliche Übereinstimmung mit Amphiboliten, Gneisen und Graniten sowie mit den Impaktschmelzen des Chicxulub-Kraters. Für die Ejekta des Spherul-Typs ist eine geochemische Signatur des sedimentären Deckgebirges der Yucatán-Plattform deutlich erkennbar. Ausnahmslos konnte die Ejekta der hier untersuchten Profile in NE-Mexiko genetisch auf den Chicxulub-Impakt zurückgeführt werden. Dies gilt auch für die Ejektalagen, welche innerhalb des Méndez-Mergel des Oberen-Maastrichtium eingeschaltet sind. Bezüglich der Chemostratigraphie der Profile Rancho Nuevo und Mesa Juan-Perez wurden Schwankungen in Hinblick auf ein sich änderndes Paläoenvironment innerhalb des Méndez-Mergel interpretiert. Beide Profile zeigen für den basalen Teil des Méndez-Mergels geringe Schwankungen im Sedimenteintrag. Mit dem graduellen Übergang zum ejektaführenden Horizont der Einheit 1, der nach petrographischen und sedimentgeochemischen Gesichtspunkten als allochthone Ablagerung zu deuten ist, tritt eine massive Änderung der Sedimentationsraten ein. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden an insgesamt 122 Proben 8194 Messungen an Ejektamaterial aus NE-Mexiko durchgeführt, davon 1722 Messungen an Ejek-ta der originären Ejektalage des Profils El Peñon sowie 1300 Messungen an Ejektamaterial des Profils Beloc (Haiti). Zusätzlich wurden 1706 Messungen an 9 Proben der Grund-gebirgsklasten, Impaktite und Impaktschmelzen aus Bohrungen der Chicxulub-Kraterstruktur untersucht. Die Messungen erfolgten mittels Elektronenstrahlmikrosonde. Insgesamt 100 Messungen mittels EDX, WDX, CSA, CWA sowie XRD wurden an Sedimentproben aus zwei Profilen NE-Mexikos durchgeführt. Mineralogisch-petrographische Untersuchungen wurden an insgesamt 187 Dünnschliffen der Ejektahorizonte, Grundgebirgsklasten, Impaktite und Impaktschmelzen durchgeführt. Im Rahmen der ortsaufgelösten Messungen mittels Synchrotronröntgenfluoreszenz wurden Messungen an 7 Ejektaproben ausgewertet.
Abstract

The K/T-boundary is considered as one of the big five mass
extinction events in the Phanerozoic era, triggered by the
Chicxulub impact at the Yucatán peninsula, Mexico. The extended
sedimentary record of NE-Mexico is in proximity of the impact
site and represents an excellent key area for the
characterisation of the pre- and post-impact sediments.
In the framework of this study, the ejecta layers of seven
sections of the K/T-transition of NE-Mexico were investigated
and characterised by geochemical, mineralogical, and
petrographical methods. Ejecta material from the Beloc (Haiti)
section as well as basement clasts, impactites and impact
meltrocks of the Chicxulub-I, Yucatán-6, Sa-capuc-I and
Yaxcopoil-I drillings have been used on for comparison.
Additionally, two NE-Mexican sections (Rancho Nuevo and Mesa
Juan-Perez) have been investigated geochemically as well as from
a mineralogical point of view in order to compare them with
existing data for the interpretation of the facies and
paleoenvironment of the study area.
Micro-spherules and glasshards (tektite glass) of NE-Mexico are
of heterogeneous and locally of different composition. They
could be ascribed to the Chicxulub-Impact. Morphologically as
well as geochemically, two distinct types of ejecta could be
distin-guished by high Si-Al-K-, Si-Ca-, and Si-Al-Mg/Na glass
as well as by the common ap-pearance of Fe- and Ti-lamellae as
internal structural features.
The geochemistry of the ejecta indicate a link to mafic and
felsic rocks of the basement of the Yucatán peninsula, like
amphibolites, gneisses and granites. Addition-ally, spherules
show a clear signature of super-cap strata of the
Yucatán-platform sediments. Without exception all ejecta,
including those from the multiple spherule horizons of
Maastrichtian age, could linked to the Chicxulub-impact.
Chemostratigraphic investigations on the Rancho Nuevo and the
Mesa Juan-Perez sections reveal minor changes during their
sedimentation history with respect to the prevailing
paleoenvironmental conditions within the Méndez marls. Both
sections clearly show a gradual transition from the marls to the
allochthone spherule rich layer of Unit 1.
The study is based on 8194 measurements with microprobe on a
total of 122 samples of different ejecta material. Hereof 1722
measurements are on ejecta of the original Spherul Layer at El
Peñon and 1300 measurements are on ejecta of the Beloc section
(Haiti), while 1706 measurements are on a total of 9 samples of
basement clasts, impactites and impact melt rocks of the
Chicxulub-Impact structure. Furthermore a total of 100 samples
from two sedimentary sections have been investigated by X-ray
fluorescence, Carbon-Water- and Carbon-Sulphur-Analyser, and
X-ray diffraction respectively. Mineralogical as well as
petrographical investigations have been carried out on 187 thin
sections prepared from the same material. High-resolution
synchrotron X-ray fluorescence measurements were carried out on
a total of 7 samples in order to detect small scale variations
in the chemical composition of the ejecta material.