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Detrital shocked minerals derived from the 1.85 Ga Subdury impact structure
Thomson, Olivia A.
Thomson, Olivia A.
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Abstract
The Earth preserves an incomplete geologic record of meteorite impact structures. Identification of detrital shocked minerals in the sedimentary record provides diagnostic evidence that can advance documentation and identification of ancient impact events whose craters have long since eroded. Thus far, detrital shocked minerals have only been described in alluvial deposits in South Africa. To evaluate other sedimentary environments for their potential to preserve detrital shocked minerals, I investigated ~6,000 sand grains from modern and Holocene sand deposits at the 1.85 Ga Sudbury impact basin in Ontario, Canada for the presence of shock microstructures in zircon using scanning electron microscopy (SEM). In addition, I surveyed ~20,000 quartz grains in thin section for the presence of detrital shocked quartz. Modern fluvial systems investigated include the Vermilion River and its main tributaries, the Rapid, Nelson, Sandcherry Creek, Onaping, and Whitson rivers, and also the Spanish river below its confluence with the Vermilion. Holocene glacial sands investigated include eskers and outwash deltas that occur across the entire Sudbury basin. Detrital shocked zircons were found in each of the different sedimentary deposits (21 of 27 samples), including six modern rivers and eight Holocene glacial deposits (five deltas and three eskers). Petrographic (TL, RL) and SEM techniques (SE, BSE, CL, EDS, EBSD) were used to document shock microstructures on the exterior surfaces and interior polished surfaces of grains. Of the 3,978 zircons surveyed by SEM, impact generated planar fractures were identified in 118 grains (3%); the highest percentage of shocked zircons was found in a delta sample (8/28, 29%). Detrital shocked quartz was identified in Holocene glaciofluvial sands on the western side of the impact basin, and not identified elsewhere. Each river crosses the Levack gneiss and/or the Onaping Formation, rocks previously reported to contain shocked zircon and shocked quartz; these are the most likely source rocks for the detrital shocked minerals. Shocked zircon-bearing glacial eskers and outwash delta deposits occur across the entire Sudbury basin in orientations consistent with the derivation of the shocked minerals from the same bedrock units. These results are the first confirmation of detrital shocked minerals in glacial deposits, and also the first detrital shocked minerals reported in North America. In addition to detrital shocked minerals reported from the Vredefort Dome, these results from the Sudbury impact structure further demonstrate that shocked zircons survive post impact thermal conditions, uplift, erosion and a variety of sedimentary transport processes, contributing to sedimentary systems up to 2 Gyr after an impact event. The results also identify a new reservoir for the preservation of detrital shocked minerals, glaciofluvial sand deposits (eskers and outwash deltas).
El Planeta Tierra conserva un registro geológico incompleto sobre las estructuras de impactos de meteoritos. La identificación de minerales detríticos impactados por altas presiones “shocked” en registros sedimentarios provee evidencia diagnóstica la cual se puede utilizar para avances en la documentación e identificación de eventos sobre impactos antiguos donde los cráteres ya han sido críticamente erosionados. Hasta ahora, estos minerales detríticos han sido descritos solamente en depósitos aluviales en Africa del Sur. Para evaluar el potencial de preservación de los minerales detríticos impactados en otros ambientes sedimentarios, se investigaron ~6,000 granos de arena de la cuenca impactada de Sudbury en Ontario, Canada de hace 1.85 Ga buscando la presencia de microestructuras impactadas en zircones utilizando el microscopio electrónico de barrido (SEM). En adición, yo exploré ~20,000 granos de cuarzo en secciones delgadas para la presencia de cuarzos detríticos impactados. Los sistemas fluviales modernos incluyen el Río Vermilion y sus tributarios; Rapid, Nelson, Sandcherry Creek, Onaping, Whitson y también el Río Spanish. Las arenas glaciares del Holoceno investigadas incluyen los eskers y los deltas de aluvión fluvio-glacial que ocurren a través de la cuenca Sudbury. Zircones detríticos impactados fueron encontrados en cada uno de los diferentes depósitos sedimentarios (21 muestras), incluyendo 6 ríos modernos, y 8 depósitos glaciares del Holoceno (5 deltas y 3 eskers). Las técnicas petrográficas (TL, RL) y de SEM (SE, BSE, CL, EDS, EBDS) fueron utilizadas para documentar las microestructuras impactadas de los granos en la superficie exterior y la superficie interior pulida. De 3,978 zircones estudiados, fracturas planares (PFs) por el impacto-generado fueron identificados en 118 (3%) de los granos; el porcentaje más alto de zircones impactados fueron encontrados en una muestra de delta (8/28, 29%). Cuarzos detríticos impactados fueron identificados en las arenas glaciofluvial en el Holoceno en la parte oeste de la cuenca impactada, y no en otros lugares. Cada río cruza por Levack Neis y/o Onaping Formación, los cuales son rocas que anteriormente han sido reportados con contenido de zircones impactados. Zircones detríticos impactados-contenidos eskers glaciares y los depósitos de aluvión fluvio glaciares ocurren a través de toda la cuenca Sudbudy en orientaciones consistentes con la derivación minerales impactados de la misma unidad de la roca-madre. Los resultados obtenidos son el primer descubrimiento de zircones impactados en depósitos glaciares, y los primeros zircones detríticos impactados reportados en Norte América. En adición a los minerales impactados reportados de Vredefort Dome, la estructura impactada en Sudbury demuestra que los zircones impactados soportaron condiciones termales post-impacto, levantamiento tectónico, erosión y una variedad de procesos de transportes sedimentarios, contribuyendo a sistemas sedimentarios de hasta 2 Ga después del evento de impacto. La estructura de impacto en Sudbury identifica una nueva reserva, sedimentos transporta los que preserva un registro de minerales detríticos impactados.
El Planeta Tierra conserva un registro geológico incompleto sobre las estructuras de impactos de meteoritos. La identificación de minerales detríticos impactados por altas presiones “shocked” en registros sedimentarios provee evidencia diagnóstica la cual se puede utilizar para avances en la documentación e identificación de eventos sobre impactos antiguos donde los cráteres ya han sido críticamente erosionados. Hasta ahora, estos minerales detríticos han sido descritos solamente en depósitos aluviales en Africa del Sur. Para evaluar el potencial de preservación de los minerales detríticos impactados en otros ambientes sedimentarios, se investigaron ~6,000 granos de arena de la cuenca impactada de Sudbury en Ontario, Canada de hace 1.85 Ga buscando la presencia de microestructuras impactadas en zircones utilizando el microscopio electrónico de barrido (SEM). En adición, yo exploré ~20,000 granos de cuarzo en secciones delgadas para la presencia de cuarzos detríticos impactados. Los sistemas fluviales modernos incluyen el Río Vermilion y sus tributarios; Rapid, Nelson, Sandcherry Creek, Onaping, Whitson y también el Río Spanish. Las arenas glaciares del Holoceno investigadas incluyen los eskers y los deltas de aluvión fluvio-glacial que ocurren a través de la cuenca Sudbury. Zircones detríticos impactados fueron encontrados en cada uno de los diferentes depósitos sedimentarios (21 muestras), incluyendo 6 ríos modernos, y 8 depósitos glaciares del Holoceno (5 deltas y 3 eskers). Las técnicas petrográficas (TL, RL) y de SEM (SE, BSE, CL, EDS, EBDS) fueron utilizadas para documentar las microestructuras impactadas de los granos en la superficie exterior y la superficie interior pulida. De 3,978 zircones estudiados, fracturas planares (PFs) por el impacto-generado fueron identificados en 118 (3%) de los granos; el porcentaje más alto de zircones impactados fueron encontrados en una muestra de delta (8/28, 29%). Cuarzos detríticos impactados fueron identificados en las arenas glaciofluvial en el Holoceno en la parte oeste de la cuenca impactada, y no en otros lugares. Cada río cruza por Levack Neis y/o Onaping Formación, los cuales son rocas que anteriormente han sido reportados con contenido de zircones impactados. Zircones detríticos impactados-contenidos eskers glaciares y los depósitos de aluvión fluvio glaciares ocurren a través de toda la cuenca Sudbudy en orientaciones consistentes con la derivación minerales impactados de la misma unidad de la roca-madre. Los resultados obtenidos son el primer descubrimiento de zircones impactados en depósitos glaciares, y los primeros zircones detríticos impactados reportados en Norte América. En adición a los minerales impactados reportados de Vredefort Dome, la estructura impactada en Sudbury demuestra que los zircones impactados soportaron condiciones termales post-impacto, levantamiento tectónico, erosión y una variedad de procesos de transportes sedimentarios, contribuyendo a sistemas sedimentarios de hasta 2 Ga después del evento de impacto. La estructura de impacto en Sudbury identifica una nueva reserva, sedimentos transporta los que preserva un registro de minerales detríticos impactados.
Description
Date
2012