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Geochemical, isotopic, and petrographic investigations of rocks from the Bosumtwi impact structure

Losiak, Anna Izabela (2013) Geochemical, isotopic, and petrographic investigations of rocks from the Bosumtwi impact structure.
Dissertation, Universität Wien. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Koeberl, Christian

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30054.74062.769369-7
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Abstract in Englisch

The Bosumtwi structure is a 1.07 milion year old, well-preserved, 10.5 km wide complex impact crater. It is associated with one of only four tektite strewn fields known on Earth and it is the source of the Ivory Coast tektites. It was drilled in 2004 by the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP), and since then it has been the object of intensive research on various aspects of impact cratering process. This thesis is a continuation of those studies. Chapter 3 of this thesis presents a full and detailed characterization of the three granitoid intrusions and one mafic dike located in the vicinity of the Bosumtwi crater in terms of petrology, major and trace element geochemistry, geochronology, as well as isotopic composition. This allows us to characterize magmatic evolution of the West African Craton in this area and better understand the geological framework and target rocks of the impact. This study shows that the similar composition (strongly peraluminous muscovite granites and granodiorites) and age (between 2092±6 Ma and 2098±6 Ma) of granitic intrusions in the proximity of the Bosumtwi crater suggest that they are co-genetic. The granitoids were probably formed as a result of anatexis of TTGs (or rocks derived from them) at relatively low pressure and temperature. We propose that the intrusions from the Bosumtwi area are genetically related to the Banso granite occurring to the east of the crater and can be classified as basin-type, late-stage granitoids. Also a mafic dike located to the NE of the Bosumtwi crater seems to be genetically related to those felsic intrusions. Based on those findings a revised version of the geological map of the Bosumtwi crater area is proposed. Chapter 4 presents results of the investigation of the spatial relations between a statistically significant number of shocked quartz grains (278) showing PDFs (409) developed within a given area of a single thin section (~35 mm2) from the Bosumtwi impact crater. Previous studies of PDFs were either based on single grains or on a randomly chosen quartz grain "population" did not allow to detect possible spatial relationships between quartz grains and PDFs developed within them. The present study shows that some of the PDFs patterns and clusters (consisting of quartz grains with the same PDF orientation present) that we observed are suggestive of a heterogeneous shock field, very similar to the one recently modeled numerically. Additionally, PDFs developed along different planes within the crystal lattice differ in their physical characteristics, appearance, and location within a grain. The PDFs developed along the {10-13} orientation are commonly very well visible, thick and usually cover a significant area of the grain. The PDFs developed along the {10-11} and {11-22} orientations tend to be very short, faint and hardly visible under the universal-stage microscope. This difference was not noted in the previous studies; it is likely that this indicates that different PDF orientations are formed in a somewhat different way. This work also presents a new web-based program for indexing PDF sets. Chapter 5 discusses results of the study on 10Be present within the samples from the drill cores LB-07A and LB-08A from the Bosumtwi impact crater, Ghana. A10Be signal was detected in two samples from the LB-07A core out of 25 samples, and in none of five samples from the LB-08A core. After excluding other possibilities we conclude that the elevated 10Be content within two greywacke clasts is most probably due to pre-impact origin of those clasts from a layer of the target rocks close to the surface (20-25 meters). The results obtained in this study suggest that in-crater breccias were well mixed during the impact cratering process. Additionally, the lack of 10Be signal within the rocks located close to the lake sediments-impactites boundary suggests that infiltration of meteoric water within the crater floor was limited. This may imply that the infiltration of the meteoric water within the crater takes place not aerialy, through the pore-space, but rather through a localized system of fractures.

Schlagwörter in Englisch

Bosumtwi impact structure / West African craton granites / shock metamorphism / planar deformation features / 10Be / cosmogenic nuclides / in-crater breccia mixing / post-impact water infiltration

Abstract in Deutsch

Die Bosumtwi Struktur ist ein gut erhaltener komplexer Impaktkrater mit 10,5 km Durchmesser und einem Alter von etwa 1,07 Ma. Er wird mit der Entstehung eines der vier auf der Erde bekannten Tektitstreufelder, den Elfenbeinküsten-Tektiten, verbunden. Im Jahr 2004 fand ein internationales und multidisziplinäres Bohrprojekt im Rahmen des International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) statt und seitdem wurden der Krater und seine Gesteine intensiv untersucht. Diese Dissertation ist eine Fortführung dieser Untersuchungen mit neuen Fragestellungen und Methoden. Kapitel 3 der Dissertation präsentiert eine detaillierte Charakterisierung der drei Granittypen (und eines mafischen Ganges) in der Nähe des Bosumtwi Kraters bezüglich Petrographie, Haupt- und Spurenelementgeochemie, Geochronologie und der Isotopenzusammensetzung. Dies erlaubt es, die magmatische Entwicklung des Westafrikanischen Kratons in diesem Gebiet zu charakterisieren und die geologischen Rahmenbedingungen und Zielgesteine des Impaktes zu verstehen. Diese Studie legt durch die Ähnlichkeit der Zusammensetzung (stark Al-reiche Muskovitgranite und Granodiorite) und der Alter (zwischen 2092±6 Ma und 2098±6 Ma) aller granitischen Intrusionen nahe des Bosumtwi-Kraters eine kogenetische Entstehung nahe. Die Granitoide wurden vermutlich durch Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite (TTG)-Anatexis (oder davon abgeleiteter Gesteine) bei relativ niedrigem Druck und Temperatur gebildet. Darauf leitet sich ab, dass die Intrusionen des Bosumtwi-Gebietes genetisch verwandt mit dem Banso-Granit östlich des Kraters sind und als Becken-Typ Granitoide im Spätstadium klassifiziert werden können. Auch ein mafischer Gang nordöstlich des Bosumtwi-Kraters scheint mit jenen felsischen Intrusionen genetisch verwandt zu sein. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird eine Verbesserung der bisherigen geologischen Karte des Bosumtwi-Kraters vorgeschlagen. Kapitel 4 präsentiert Ergebnisse der Untersuchung der räumlichen Beziehungen zwischen einer statistisch signifikanten Anzahl von Körnern (278) die, innerhalb eines bestimmten Bereiches eines einzelnen Dünnschliffs (~35 mm2) des Bosumtwi Impaktkraters, planare Deformationstrukturen (PDFs) (409) zeigen. Vorherige Studien an PDFs basierten entweder an einzelnen Körnern oder an einer zufällig gewählten Quarzkorn-"Population". Mit diesem Vorgehen war es nicht möglich, etwaige räumliche Beziehungen zwischen Quarzkörnern und ihren zugehörigen PDFs zu erfassen. Die aktuelle Studie zeigt, dass einige der beobachteten PDF-Muster und Anhäufungen (bestehend aus Quarzkörnern mit der gleichen PDF-Orientierung) den Eindruck eines heterogenen Schockfeldes vermitteln - ähnlich den Erkenntnissen einer kürzlich nummerisch modellierten Studie. Weiters zeigt sich, dass die PDFs welche sich entlang unterschiedlicher Ebenen innerhalb des Kristallgitters bildeten, in ihren physischen Eigenschaften, Erscheinung und Lage im Korn unterscheiden. Die PDFs welche sich entlang der {10-13} Orientierung bilden sind sehr gut sichtbar, breit, und bedecken im Allgemeinen signifikante Bereiche des Korns. PDFs die sich entlang {10-11} and {11-22} orientieren sind sehr kurz, undeutlich und unter dem Universaldrehtisch kaum sichtbar. Dieser Unterschied wurde in früheren Untersuchungen nicht diskutiert. Möglicherweise deutet dies darauf hin, dass sich unterschiedliche PDF-Orientierungen auf etwas unterschiedliche Weise bilden. Zusätzlich wird ein neues web-basiertes Programm zur Indizierung von PDF-Sets vorgestellt. Kapitel 5 diskutiert die Ergebnisse der Untersuchung der Bohrkerne LB-07A und LB-08A des Bosumtwi-Kraters, Ghana. In zwei Proben, von insgesamt 25, des Kerns LB-07A und in keiner der fünf Proben des Kerns LB-08A wurde ein 10Be-Signal gefunden. Nach Ausschluss anderer Möglichkeiten scheint es am wahrscheinlichsten, dass der erhöhte 10Be Gehalt in zwei Grauwackenklasten höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die Ausgangsgesteine dieser Klasten vor dem Einschlag in Oberflächennähe (20-25 m Tiefe) waren. Die Ergebnisse dieser Studie deuten auf eine gute Durchmischung der Krater-Brekzien während des terrestrischen Impaktprozesses, während diese Durchmischung bei submarinen Kratern weniger ausgeprägt ist. Weiterhin weist das Fehlen eines 10Be-Signals in den Gesteinen direkt an der Seesediment-Impaktit-Grenze auf eingeschränkte meteorische Wasserinfiltration innerhalb des Kraterbodens hin. Das könnte bedeuten, dass die meteorische Wasserinfiltration innerhalb eines Kraters nicht durch oberirdische Porenraum-Infiltration, sondern eher durch ein lokales Bruchsystem stattfindet.

Schlagwörter in Deutsch

Bosumtwi Impaktstruktur / Westafrikanischen Kraton Granittypen / planare Deformationstrukturen

Dokumentenart: Hochschulschrift (Dissertation)
AutorIn: Losiak, Anna Izabela
Titel: Geochemical, isotopic, and petrographic investigations of rocks from the Bosumtwi impact structure
Umfangsangabe: XX, 209 S. : Ill., graf. Darst., Kt.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Publikationsjahr: 2013
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Koeberl, Christian
BeurteilerIn: Buchner, Elmar
2. BeurteilerIn: Ntaflos, Elmar
Klassifikation: 38 Geowissenschaften > 38.10 Geologie: Allgemeines
AC-Nummer: AC10899255
Dokumenten-ID: 28618
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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