Extraterrestrisk och terrestrisk kromrik spinell i fanerozoiska kondenserade sediment

Abstract

This study aims to assess the normal inflow of extraterrestrial chromite to Earth. The results from the investigation
are compared to earlier studies of middle Ordovician Orthoceratite Limestone in which 1 - 3 extraterrestrial chromite
grains ( >63 ƒÊm ) per kilogram limestone were found. These values have been interpreted as evidence of a two
orders of magnitude increase in the flux of extraterrestrial matter to Earth during a part of middle Ordovician.
From an early Paleocene marine sedimentary sequence with known sedimentation rate in Zumaia, northern
Spain, 90,5 kilogram of condensed limestone, dated to about 63 Ma, was sampled. The limestone was dissolved in
hydrochloric- and hydrofluoric acid and the residue was sieved and searched for opaque minerals under the binocular
microscope. In order to determine origin of the opaque minerals the chemical composition was analysed. Six
additional samples from different time periods were treated in the same way. Two of these samples, weighing 15,1
and 14,2 kilogram, respectively, were sampled in a part of the early Paleocene sequence in Zumaia where limestone-
and marly layers form a cyclical pattern. This part of the sequence is dated to about 61 Ma. From Garde in
Jamtland 22,8 kilogram of middle Ordovician limestone was sampled. This limestone is about 4 million years
younger than the previously studied limestone showing an enhanced content of extraterrestrial matter. At Stevns
Klint in Sjalland, Denmark, two samples of 29,8 and 14,3 kilogram of a late Maastrichtian limestone were collected.
At Adnet, close to Salzburg, Austria, 14,4 kilogram of an extremely condensed limestone from the Sinemurian
stage in the lower Jurassic was sampled. As a reference, a sample comprising 14,0 kilogram from the chromite-
enriched part of the middle Ordovician Orthoceratite Limestone was examined.
In this study, a total of 3 extraterrestrial chromite grains were found in 178 kilogram limestone from other time
periods than the middle Ordovician. With a view to determine the number of chromite grains by unit area by unit of
time, the sedimentation rate has been estimated for localities where this has not been known. Most of our samples
from other time periods than the middle Ordovician have a much lower chromite content than the middle Ordovician
Orthoceratite Limestone. Our study indicates that the normal flux of extraterrestrial chromite is less than 1
grain per square meter per 1000 years, whilst the flux when it was most enhanced during the middle Ordovician is
estimated to 11,1 - 13,6 grains per square meter per 1000 years. For the younger of our middle Ordovician samples,
our calculated value is 1,95 - 2,34 extraterrestrial grains per square meter per 1000 years. During this time period
the flux of extraterrestrial matter to Earth had probably not yet returned to normal conditions.
When interpreting the chromite content we have taken into consideration processes which could concentrate
heavy minerals on specific levels in the geological record. Our middle Ordovician reference sample has a remarkable
high content of terrestrial chromium-rich spinels, indicating influence of some kind of concentration process.
Accumulation processes could be winnowing of light minerals by weak bottom currents and calcite dissolution. Our
study indicates that the provenance for the chromium-rich spinels could be mafic subvolcanic intrusions exposed on
the seafloor. The provenance could also be volcanic ash or subvolcanic layered intrusions from an ultramafic volcanism
with a composition similar to Alaskan Ultramafics. In the large sample from Zumaia and in both samples from Stevns Klint spherical particles, which could be
of extraterrestrial origin, were found. Chemical analyses of the nickel content of the spherules were performed to
interpret the origin. The smaller sample from Stevns Klint, which contained one extraterrestrial chromite grain, also
contained one spherule with a possible extraterrestrial origin. The sample from Zumaia contains several spherules
of which the provenance could not be established with certainty.
The sequence in Zumaia has been studied and thoroughly interpreted since this sequence, because of known
mean sedimentation rate, is giving the most accurate indication of the background occurence of extraterrestrial
chromite. Our study indicates that the amalgamated limestone, in which the background value of extraterrestrial
chromite has been determined, is not the most condensed part of the sequence. Instead, the most condensed parts
are the marly layers found in between the limestone bundles.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Varje år ansamlas cirka 30 000 ton utomjordiskt material på jorden. Det mesta når jorden som fint damm, men en del faller ner som mindre stenar, så kallade meteoriter. I vår studie undersöker vi inflödet av utomjordiskt material under de senaste cirka 500 miljoner åren. I meteoriter finns mineralet kromit som är mycket motståndskraftigt mot vittring. Vi använder en metod där vi separerar utomjordisk kromit från marina sediment från olika tidsperioder. Resultaten från undersökningen jämförs med tidigare studier, i vilka förhöjda halter utomjordisk kromit påträffats i kalksten avsatt för cirka 470 miljoner år sedan, under tidsperioden mellanordovicium. I den mellanordoviciska lagerföljden har man funnit 1 - 3 utomjordiska kromitkorn per kilogram kalksten, vilket tolkats som ett bevis på ett tio- till hundrafalt ökat inflöde av utomjordisk materia under denna del av mellanordovicium.

Från Zumaia i norra Spanien har vi provtagit en cirka 63 miljoner år gammal kalksten. Kalkstenen löstes upp i saltsyra och fluorvätesyra, och det kvarvarande materialet siktades och genomsöktes i ljusmikroskop efter kromit. För att fastställa ursprung analyserades den kemiska sammansättningen på kromitlika korn. Ytterligare sex prover från olika tidsperioder genomgick samma procedur. Två av dessa prover togs i Zumaia, i den del av lagerföljden där sedimenten är cirka 61 miljoner år gamla. Ett prov kommer från Gärde i Jämtland, och är cirka 4 miljoner år yngre än den kalksten som vid tidigare studier uppvisat ett förhöjt utomjordiskt inslag. Vid Stevns Klint på Själland i Danmark togs två prover i närheten av krita/paleogen-gränsen. Vid denna nivå i lagerföljden slog en asteroid ned för cirka 65 miljoner år sedan. Våra prover från Stevns Klint är några hundratusen år äldre än så. I studien ingår även ett prov från de äldsta delarna av tidsperioden jura. Provet som har en ålder på cirka 195 miljoner år togs vid Adnet i närheten av Salzburg, Österrike. Som referens undersökte vi även ett prov från den kromitanrikade delen av den mellanordoviciska kalkstenen i Kinnekulle, Västergötland.

Lagerföljden på de olika provtagningsplatserna har avsatts mycket långsamt, men med olika hastighet. För att kunna beräkna hur många kromitkorn som ansamlats per kvadratmeter per 1000 år har vi uppskattat sedimentationstakten för de provtagningsplatser där denna inte är känd. Proverna från Zumaia ger den mest tillförlitliga uppgiften på det normala inflödet av utomjordisk kromit, eftersom denna del av lagerföljden avsatts med en känd sedimentationshastighet. De flesta av våra prover från andra tidsintervall än mellanordovicium har ett mycket lägre kromitinnehåll än den mellanordoviciska kalkstenen. Vår studie visar att det normala inflödet av utomjordisk kromit är mindre än 1 korn per kvadratmeter per 1000 år, medan inflödet när det var som högst under mellanordovicium uppskattas till 11,1 - 13,6 korn per kvadratmeter per 1000 år. I det yngre av våra mellanordoviciska prover är vår framräknade siffra 1,95 - 2,34 utomjordiska korn per kvadratmeter per 1000 år. Troligen var inflödet av utomjordisk materia fortfarande förhöjt under denna tidsperiod, men jämfört med den mest kromitanrikade delen av lagerföljden hade inflödet börjat närma sig mer normala förhållanden.

Vårt mellanordoviciska referensprov innehöll anmärkningsvärt höga halter av mineralet kromspinell. Detta mineral är ungefär lika tungt som utomjordisk kromit. Eftersom det verkar som om kromspinellkornen på något sätt har koncentrerats i vårt prov är det tänkbart att samma processer ansamlat utomjordisk kromit. En sådan process skulle kunna vara bortsortering av lättare mineral med hjälp av svaga bottenströmmar. Det är också möjligt att kalkstenen lösts upp vid vissa nivåer, vilket lett till högre koncentrationer av andra material. Kromspinellerna har bildats genom vulkanisk aktivitet, och kan ha tillförts kalkstenen som nedfall av vulkanisk aska eller genom vittring av vulkaniska gångar på havsbotten.

Ett slags partiklar som varit intressanta i vår undersökning är mikroskopiska sfäruler, eftersom dessa ibland har ett utomjordiskt ursprung. Fynd av sfäruler gjordes i det äldsta provet från Zumaia samt i de två proverna från Stevns Klint. Kemiska analyser av sfärulernas nickelhalt genomfördes för att tolka ursprunget. Det visade sig att ett av proverna från Stevns Klint innehöll en trolig utomjordisk sfärul, medan ursprunget på sfärulerna från Zumaia inte med säkerhet har kunnat fastställas.

Abstract (Swedish)

Denna studie syftar till att fastställa det normala inflödet av extraterrestrisk kromit till jorden. Resultaten från undersökningen
jämförs med tidigare studier av mellanordovicisk orthoceratitkalksten, i vilken 1 - 3 extraterrestriska
kromitkorn ( >63 ƒÊm ) påträffats per kilogram kalksten. Dessa halter har tolkats som bevis på ett hundrafalt ökat
inflöde av utomjordiskt material till jorden under en del av mellanordovicium.
Från en tidigpaleocen marin sedimentsekvens med känd sedimentationshastighet i Zumaia, norra Spanien,
provtogs 90,5 kilogram kondenserad kalksten, cirka 63 miljoner år gammal. Kalkstenen löstes upp i saltsyra och
fluorvätesyra, därefter siktades residualen och genomsöktes i ljusmikroskop efter kromhaltiga opaka mineral, vars
kemiska sammansättning analyserades för att fastställa ursprung. Ytterligare sex prover från olika tidsepoker genomgick
samma procedur. Två av dessa prover omfattande 15,1 respektive 14,2 kilogram provtogs i en del av den
tidigpaleocena sekvensen i Zumaia där kalkstens- och margellager bildar ett cykliskt mönster. Denna del av sekvensen
är cirka 61 miljoner år gammal. Från Gärde i Jämtland provtogs 22,8 kilogram mellanordovicisk kalksten vilken
är cirka 4 miljoner år yngre än den kalksten som vid tidigare studier visat ett förhöjt extraterrestriskt inslag. Vid
Stevns Klint på Själland, Danmark, togs två prover av senmaastrichtisk kalksten omfattande 29,8 respektive 14,3
kilogram. Vid Adnet, nära Salzburg i Österrike, provtogs 14,4 kilogram av en extremt kondenserad kalksten från
sinemur i nedre jura. Som referens undersöktes ett prov om 14,0 kilogram från den kromitanrikade delen av den
mellanordoviciska orthoceratitkalkstenen på Kinnekulle i Västergötland.
Sammanlagt påträffades i denna studie 3 extraterrestriska kromitkorn i 178 kilogram kalksten från andra
tidpunkter än mellanordovicium. Med syfte att beräkna inflödet av antal kromitkorn per ytenhet per tidsenhet har
sedimentationstakten uppskattats för de lokaler där denna inte varit känd. De flesta av våra prover från andra tidsintervall
än mellanordovicium har ett mycket lägre kromitinnehåll än den mellanordoviciska orthoceratitkalkstenen.
Vår studie indikerar att bakgrundsinflödet av extraterrestrisk kromit är mindre än 1 korn per kvadratmeter per 1000
år, medan inflödet när det var som högst under mellanordovicium uppskattas till 11,1 - 13,6 korn per kvadratmeter
per 1000 år. I det yngre av våra mellanordoviciska prover är vår framräknade siffra 1,95 - 2,34 extraterrestriska
korn per kvadratmeter per 1000 år. Under denna tidsperiod hade inflödet av extraterrestrisk materia till jorden troligen
ännu inte återgatt till normala förhållanden.
Vid utvärderingen av kromitinnehallet har vi beaktat processer som kan ansamla tungmineral vid specifika
nivåer i lagerföljden. Vårt mellanordoviciska referensprov uppvisar anmärkningsvärda halter av terrestriska kromrika
spineller vilket antyder att en sådan process kan ha varit verksam. Troliga ansamlingsprocesser är bortsortering
av lätta mineral med hjälp av svaga bottenstrommar samt kalcitupplösning. Enligt vår studie skulle provenansen för
de kromrika spinellerna kunna vara subvulkaniska, mafiska gångar som exponerats pa havsbotten. Provenansen
skulle även kunna vara vulkanisk aska eller subvulkaniska gångar från en ultramafisk vulkanism med en sammansattning
liknande Alaskan Ultramafics. I det största provet från Zumaia samt i de båda proverna från Stevns Klint påträffades sfäriska partiklar vilka kan
vara av extraterrestriskt ursprung. Kemiska analyser av sfärulernas nickelhalt utfördes för att tolka ursprunget. Det
mindre provet från Stevns Klint, som innehöll ett extraterrestriskt kromitkorn, innehöll även en sfärul med troligt
extraterrestriskt ursprung. Provet från Zumaia innehöll ett flertal sfäruler vilkas provenans inte med säkerhet kunnat
fastställas.
Lagerföljden i Zumaia har studerats och tolkats ingående eftersom denna sekvens på grund av känd genomsnittlig
sedimentationshastighet ger den säkraste indikationen på bakgrundsförekomsten av extraterrestrisk kromit.
Vår studie indikerar att den amalgamerade kalksten i vilken bakgrundshalten av extraterrestrisk kromit bestämts
inte utgör det mest kondenserade partiet i sekvensen. Mest kondenserad är i stället märgeln som mellanlagrar kalkstensbankarna.

• author: Nolvi, Maria and Thorelli, Gunilla
• supervisor: Birger Schmitz
• organization: Department of Geology
• alternative title: Extraterrestrial and terrestrial chromium-rich spinels in Phanerozoic condensed sediments
• year: 2006
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: physical geography, condensed sediments, cyclic sedimentation, spherules, chrome spinels, extraterrestrial chromite, cyklisk sedimentation, kondenserade sediment, sfäruler, kromspineller, geomorphology, pedology, cartography, climatology, naturgeografi, geomorfologi, marklära, kartografi, klimatologi, extraterrestrisk kromit
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 192
• language: Swedish
• id: 1325774
• date added to LUP: 2006-05-16 00:00:00
• date last changed: 2012-02-07 10:37:52