• Citer

Making Sense of Destruction: A Geochemical and Petrological Investigation of the Impact Melt Rocks and Crystalline Basement of the Chicxulub Impact Structure

par De Graaff, Sietze Jan
Président du jury Gao, Yue
Promoteur Mattielli, Nadine ;Claeys, Philippe
Co-Promoteur Goderis, Steven
Publication Non publié, 2022-04-28

Thèse de doctorat

• Accès en ligne
• Détails
• Contenu
• Statistiques

Résumé :

n the northwestern corner of the Yucatán Peninsula, México, lies buried the Chicxulub impact structure, the structure whose formation harkened the end of the Cretaceous period and, more famously, the dinosaurs. The Chicxulub impact structure is not only associated with the demise of the dinosaurs, but it is also considered one of the best-preserved large impact structures on Earth. This is entirely due to the fact that the structure was buried under hundreds of meters of sediment directly after impact. This burial is both a blessing and a curse, as while itspreservation is fantastic, the fact that it is buried, means that our knowledge of the structure is mostly based on seismic data, samples of ejecta material and samples recovered from petroleum exploration and scientific drilling campaigns into the structure.The most recent scientific drilling campaign is the 2016 International Ocean Discovery Program (IODP) and International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) Expedition 364 into the peak-ring structure of the crater. The peak ring refers to a concentric ring in the middle of the crater that consists of basement material that is uplifted closer to the surface.Essentially, one can compare the behaviour of the rock during an impact to that of water being displacement when one throws a rock into it. As mind boggling as that sounds the rock effectively behaves as a liquid due to the magnitude of force an impact produces. As a result, this brings material that is normally buried very deep closer to the surface. This also means that all the material created as a result of the impact (commonly referred to as impactites) such as molten rock, or fractured and broken rock, that lies on top of this structure is also brought closer to the surface. As such this location was selected by the 2016 drilling campaign, as it would be possible to both study the impactite suite as well as basement rock that was heavily affected by the impact. The final core that was drilled is referred to as the M0077A core and totals 303 continuous subcores with a total cored length of 828.99 m sampling a maximum depth of 1334.69 mbsf. In this core a multitude of highly interesting rocks were sampled. Namely (from 6 the bottom to the top): Largely uninterrupted crystalline basement rock, which is interruptedby molten material that was formed by the impact (impact melt rock). This is overlain by additional impact melt rock and transitions into suevite, a rock consisting of reworked impact material. Finally on top of that we can observe normal sedimentary infill of the crater.For this PhD-thesis we focused on samples recovered in the Hole M0077A core with the focus to better understand the impact melt rock material on one hand, and the underlying crystalline basement on the other. We wanted to both understand exactly what part of thebasement was molten during impact, and to better understand how it was formed and how it behaved during the impact. Secondly, we wanted to further understand the Yucatán subsurface because not only is the Chicxulub crater buried, the majority of the basement in Yucatán is notexposed at the surface. So, the sampling of largely uninterrupted crystalline basement also presented an opportunity to better understand the geological history of the peninsula. This research culminated in 8 chapters with the aims to present a better understanding of both theformation of the Chicxulub impact structure and the Yucatán subsurface.

Begraven in de noordwestelijke hoek van het Yucatán schiereiland, Mexico, ligt de Chicxulub inslagkrater, bekend van de meteorietinslag die het einde van het Krijt en de dinosauriërs aankondigde. Deze krater is niet alleen geassocieerd met de ondergang van de dinosauriërs, hetis tevens een van (en mogelijk zelfs) de best bewaarde grote inslagkrater op Aarde. Dit heeft geheel te maken met het feit dat de krater vrijwel direct na inslag begraven was met honderden meters aan sediment. Dit is zowel een zege als een vloek want, ook al is de krater prachtig bewaard gebleven, bemoeilijkt het feit dat deze begraven is directe observatie ervan. Derhalve is onze kennis van de krater vrijwel geheel gebaseerd op seismische data, geëjecteerd materiaal, en monsters verkregen via petroleum exploratie en wetenschappelijke boringen.De meest recente wetenschappelijke boring stamt uit 2016, en betreft de International Ocean Discovery Program (IODP) and International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) Expeditie 364, welke een boring zette in de zogeheten peak ring van de krater. De peak ring, of letterlijk vertaald piek ring, betreft een concentrische ring in het midden van de krater bestaande uit ‘basement’ materiaal dat omhoog gebracht is door de inslag. Hoe men zich dit moet voorstellen is dat het gesteente zich tijdens en vlak na een inslag hetzelfde gedraagt als water wanneer men er een steen in gooit. Hoe ongeloofwaardig dit ook klinkt, het feit is daar dat gesteente zich bijna als een vloeistof gaat gedragen door de gigantische kracht die vrij komt tijdens een inslag. Als gevolg hiervan wordt gesteente dat zich normaliter diep onder hetaardoppervlak bevindt naar boven gebracht om de piek ring te vormen. Dit betekent ook dat al het materiaal dat gevormd wordt door een inslag (ook wel impactites genoemd), denk hierbij aan gesmolten en gebroken gesteente, dat zich afzet op de piek ring tevens dichter aan hetoppervlak wordt gebracht. Om deze reden was besloten om expeditie 364 te laten boren in de piek ring, om zodoende zowel het omhoog gebrachte “basement” materiaal te kunnen bestuderen en om al het impactite gesteente te bestuderen dat gevormd is door de inslag. De 8boorkern die uiteindelijk gezet is heeft de designatie M0077A en bestaat uit 303 vrijwel continue kleinere boorkernen met een totale lengte van 828.99 m, tot een maximale diepte van 1334 mbsf (meters below sea floor of wel meters beneden zeebodem). De M0077A boorkern monstert een verscheidenheid aan interessant gesteente. Namelijk (van beneden naar boven): een voor het grootste gedeelte continue successie van kristallijn “basement” gesteente, dat enkel onderbroken is door gesmolten impactites, impact smelt gesteente genoemd. Hier bovenop bevindt zich een continue successie van verder impact smelt gesteente dat transitioneert naar sueviet (een gesteente bestaand uit herwerkt impact materiaal). Dit alles is afgetopt met de normale sedimentatie die zich vervolgde nadat de krater in rust kwam. In deze PhD-thesis focust het onderzoek zich op enerzijds het gesmolten impact materiaal en anderzijds aan de door de inslag omhoog gebrachte “basement” materiaal, waarbij het doel was om zowel de afzetting en formatie van gesmolten inslag materiaal te begrijpen en om beter inzicht te verkrijgen in de ondergrond waarop de meteoriet was ingeslagen. Het belang van het laatste komt vooral voort uit het feit dat niet alleen de krater begraven ligt, maar dat tevens de ondergrond op het Yucatán schiereiland begraven is. Het doel was dus om inzicht te krijgen in de geologische geschiedenis van het schiereiland. Dit onderzoek heeft geleid tot 8 hoofdstukken waarin meer uit de doeken wordt gedaan over de vorming van de Chicxulub inslagkrater aan de ene hand, en de ondergrond en geologische geschiedenis van het Yucatánschiereiland aan de andere.