Chrome spinel grains from the Komstad Limestone Formation, Killeröd, southern Sweden : a high-resolution study of an increased meteorite flux in the Middle Ordovician

Abstract (Swedish)

I mellersta ordovicium var inflödet av kosmiskt material till jorden högre än idag, i sviter-na efter uppbrytningen av den L-kondritiska asteroidkroppen i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, vilket beri-kade den forna havsbottnen med meteoriter och kosmiskt damm. Komstadformationen i Killeröd, Skåne, innehåller ett lager särskilt rikt på L-kondritiska kromitkorn vilket indikerar en hög grad av kondensation. Intervallet har dess-utom lågt innehåll av andra typer av kromspinell. Detta möjliggör sökandet efter kromit från andra typer av mer ovanliga meteoriter, till exempel månmeteoriter som potentiellt slungats ut till följd av impakter från den uppbrutna L-kondritiska kroppen. Särskilt intressant är också att söka efter kromitkorn liknandes dem som hittats i den nyligen funna fossila winonait-liknande meteoriten i Kinnekulle. Denna meteorit som kan vara ett fragment av den himla-kropp som splittrade den L-kondritiska föräldrakroppen.
Etthundra kilogram av ett tunt interval av Komstadformationen från Killerödsbrottet löstes upp i syror. Kromitkorn plockades och analyserades i SEM och EDS för kemisk sammansättning och indelades i utomjordisk (kondritisk) kromit (EC) och andra kromspineller (OC). En nyligen upptäckt fossil meteorit, Grå 002, från Thorsbergsbrottet i Kinnekulle inkluderades i studien. Polerade tunnslip tillverkades från det studerade intervallet, som naturligt är uppdelat i fyra delinterval. Sedimentologiska facies och karaktärer fastställdes.
Resultatet från den sedimentologiska studien indikerar en relativt aktiv miljö med gradvis regression av havsnivån med ökat antal skalkorn och en övergång från wackestone/packstone till packstone/grainstone och tillbaka till wackestone.
I hundrakilosprovet hittades 507 EC-korn (4.95 korn/kg) och 17 OC-korn (0.17 korn/kg). Baserat på den kemiska sammansättning av kornen så delades dessa vidare in i subkategorier. Den genomsnittliga sammansättningen på EC-kornen sammanfaller inom ramen för L-kondritiska korn. Sex kromitkorn innehåller nickel, vilket tolkas som att kornen suttit i smältskorpan på mikrometeoriter. Inga typiska kromspineller från månen kunde hittas. Baserat på kemisk sammansättning och storlek på kromitkornen från den fossila meteoriten Grå 002 klassificeras den som en L-kondritisk meteorit av petrologisk typ 5.
Av OC-kornen kan 12 vara terrestriska, baserat på deras liknande sammansättning med kromspinell från magma-tiska ultramafiska och mafiska bergarter från subduktionsmiljöer. Dock kan en utomjordisk härkomst inte uteslutas. Ett av OC-kornen har en sammansättning som stämmer bra överens med kromspinell från den fossila winonait-lika meteoriten och samtidigt avviker från terrestrisk och kondritisk kromit. OC-kornets sammansättning sammanfaller inom oxidernas respektive intervall för den fossila meteoriten utom FeO-halten som är något lägre. Cr/(Cr+Al) och Fe2+/(Mg+Fe2+) stämmer också bra överens med meteoriten. Ett andra OC-korn är liknande med avseende på Cr# och Fe# men skiljer sig i fler än en oxid. En eller två winonait-lika korn bland 500 EC korn, baserat på fynden av 1-20 cm stora fossila meteoriter i Kinnekulle, stödjer hypotesen att winonait-lika meteoriter representerar i storleks-ordningen en procent av inflödet av meteoriter till jorden under mellanordovicium.

Abstract

In the Middle Ordovician period the influx of cosmic material to Earth was increased, following the breakup of the L-chondrite parent body in the Main Asteroid Belt, enriching the ancient shelf environment with meteorites and cosmic dust. The Komstad Limestone Formation in Killeröd, Scania, contains an interval exception-ally rich in L chondritic chromite grains indicating a very high degree of condensation. The interval also has very low amounts of terrestrial chromium-rich spinels. This facilitates the search for chromite from other, rarer types of meteorites, including lunar meteorites potentially ejected by impacts of L-chondritic asteroids on the Moon. Espe-cially interesting is also to look for grains similar to those from the recently found fossil winonaite-like meteorite at Kinnekulle. This meteorite may be a fragment of the body that hit and disrupted the L-chondrite parent body.
One hundred kilograms of a thin interval of the Komstad Limestone from the Killeröd quarry was dissolved in ac-ids. Chromite grains were picked and analyzed in SEM and EDS for chemical composition, and divided into extra-terrestrial (ordinary chondritic) chromite (EC) grains and other chrome-spinel (OC) grains. One recently recovered fossil meteorite, Grå 002, from the Thorsberg quarry at Kinnekulle was also included in this study. Polished thin sections were made from the studied interval that naturally subdivides into four sub-beds. Sedimentological facies and features were determined.
The results from the sedimentological study indicate a rather active environment with a gradual regression of the sea level with the increase in number of skeletal grains and the transition from wackestone/packstone to packstone/grainstone, and back to wackestone.
In the 100 kg of rock 507 EC grains (4.95 grains/kg) and 17 OC grains (0.17 grains/kg) were found. Based on the chemical affinity of the grains they were further divided into subcategories. The average chemical composition of the EC grains plot within the range of L chondrites. Six grains contain nickel, which is interpreted to represent chromite that resided in the fusion crust of micrometeorites. No typical lunar chrome spinel grains were discovered. Based on chemistry and size of the chromite grains the fossil meteorite Grå 002 was determined to be an L chon-drite of petrological type 5. Of the OC grains 12 could be terrestrial based on their similar composition as chrome spinel from igneous ultramafic and mafic rocks from subduction regimes, however, an extraterrestrial origin cannot be excluded. One OC grain in particular has a composition similar to that of the fossil winonaite chrome spinel and deviates from both terrestrial and chondritic chromite. The single OC grain falls within the ranges of the fossil winonaite-like meteorite in all oxides except for a somewhat smaller amount of FeO. The Cr/(Cr+Al) and Fe2+/(Mg+Fe2+) ratios are also similar to the fossil winonaite meteorite. A second grain is also similar with a good match in the ratios, but deviates in more than one oxide. One or two winonaite-like grains among 500 EC grains supports the contention, based on the recovery of 1-20 cm large fossil meteorites from Kinnekulle, that winonaite-like mete-orites represented on the order of one percent of the meteorite flux to Earth in the mid-Ordovician.

Popular Abstract (Swedish)

Under en kort period i mellanordovicisk tid var inflödet av kosmiskt material till jorden förhöjt i sviterna av en explosion av en L-kondritisk asteroid i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Det kosmiska materialet i form av meteoriter och rymddamm, samlades på den urgamla havsbottnen i bl.a. Sverige och inlagrades i den kalksten som kontinuerligt bildades. I ett omfattande arbete har ca 100 kg kalksten av ett intervall i Komstadformationen, Killeröd i sydöstra Skåne, lösts upp i syra för att frigöra ett mineral, kromit, som tidigare suttit i mikrometeoriter. Över hundra fossila meteoriter har hittats i samtida lager från Thorsbergsbrottet i Kinnekulle. Majoriteten av meteoriterna härstammar från den L-kondritiska asteroiden så när som på en, som tillhör en ovanlig primitiv akondrit, winonait, som tros tillhöra ett fragment av den kropp som krockade med och sprängde sönder L-kondritasteroiden. Syftet med arbetet var delvis att leta efter kromitkorn som skulle kunna härstamma från den mystiska winonait-asteroiden och även leta efter kromitkorn som härstammar från månmeteoriter och jorden. Ett kromitkorn bland över 500 L-kondritiska korn som hittades är en potentiell rest från denna winonait-lika himlakropp.

I den mellanordovisiska kalkstenen i Killeröd finns ett tunt lager på ca 10 cm som i tidigare undersökningar visat sig innehålla ett stort antal utomjordiska L-kondritiska kromitkorn. Kromit är ett kromrikt, svart och tåligt mineral tillhörande spinellgruppen som återfinns både i magmatiska bergarter på jorden och i meteoriter. Kondriter tillhör meteorittypen stenmeteoriter och tros ha den ursprungliga kemiska sammansättningen som solsystemet hade innan bildandet av planeterna. De är en av de vanligare meteoriter som hittas på jorden idag. Detta lager kan hittas på flera ställen i Sverige och dess motsvarighet även i Ryssland och Kina. I Kinnekulle i Sverige har även över hundra fossila meteoriter hittats varav alla utom en har visat sig vara L-kondritiska. En fossil meteorit har klassats som en ovanlig typ av primitiva akondriter, winonait. Akondriter är differentierade meteoriter, det vill säga, meteoriter vars kemiska sammansättning förändrats och börjat delas upp då de ingick i en större kropp som hettats upp.

Dessa fossila meteoriter och kromitkorn härstammar från en krock mellan himlakroppar för ca 470 miljoner år sedan i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, vilket ledde till att en L-kondritisk asteroid slets i bitar. Bitar från explosionen spreds inåt solsystemet på kurs mot jorden och landade i det hav som en gång täckte stora delar av Sverige och Baltikum. Den andra himlakroppen som krockade har tills nyligen varit okänd tills den fossila akondriten påträffades. Denna meteorit tros härstamma från just den himlakropp som träffade och dispergerade L-kondritasteroiden. I det tunna lagret i Killeröd finns förutom de L-kondritiska kromitkornen även ett fåtal andra kromitkorn som avviker från kondritisk kromit i sin kemiska sammansättning. Något av dessa kromitkorn borde teoretiskt vara från just denna typ av primitiva akondriter. Även kromspinell från månmeteoriter och magmatiska bergarter från jorden skulle kunna hittas. Fragment från den sönderslagna L-kondritkroppen bör ha kolliderat med månen och slungat månmeteoriter till jorden.

Resultat och slutsatser
Drygt hundra kilo av det tunna lagret löstes upp i syror och kromitkornen plockades ut under mikroskop. Över 500 kromitkorn hittades där alla utom 17 klassades som utomjordiska av L-kondritisk sammansättning (extraterrestrisk kromit = EK) och de andra 17 klassades som av terrestriskt el. okänt terrestriskt/extraterrestrisk ursprung (övrig kromspinell = ÖK). Tre av EK-kornen och tre av ÖK-kornen innehöll nickel, vilka tros vara kromit som suttit i smältskorpan på mikrometeoriter. Tolv av ÖK kornen har sammansättning som bra överensstämmer med terrestrisk kromit från bergarter som bildas i subduktionszoner. Två av de resterande ÖK kornen avviker från terrestriska korn där särskilt ett av kornen har en sammansättning som väl överensstämmer med kromit från den fossila winonait-lika meteoriten. Kromitkorn som kunnat härstamma från månmeteoriter påträffades inte.

Resultatet visar att sammansättningen hos kromit kan kopplas ihop med dess ursprungliga miljö. Ett av kromitkornen kan med stor sannolikhet tillhöra den kropp som krockade med den L-kondritiska asteroiden för 470 miljoner år sedan. För att säkerställa resultaten skulle en syreisotopanalys behöva utföras på kornen då mineral från rymden och jorden skiljer sig åt i den aspekten. Studien möjliggör fortsatt sökande efter ovanliga meteorittyper.

• author: Martin, Ellinor
• supervisor: Birger Schmitz; Mats Eriksson; Anders Lindskog
• organization: Department of Geology
• alternative title: Kromspinell från Komstadformationen, Killeröd, södra Sverige : en detaljerad studie av ett ökat inflöde av meteoriter i mellan-ordovicium
• course: GEOR02 20142
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: chrome spinel, fossil meteorites, Komstad Limestone, winonaites, Middle Ordovician, carbonate sedimentology
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 421
• language: English
• id: 4882962
• date added to LUP: 2015-01-13 14:59:28
• date last changed: 2017-11-30 04:09:00