Original paper

Die süddeutsche Brackwassermolasse in der Graupensandrinne und ihre Beziehung zum Ries-Impakt taf:3

Buchner, Elmar

Kurzfassung

Die Graupensande bauen einen langgestreckten, schmalen, fluvialen Sedimentkörper am Nordrand des Molassebeckens auf. Sie bestehen aus schlecht sortierten Sanden bis Mittelkiesen, in denen Granit-, Gneis-, Hornstein-, Gangquarz- und Feldspatgerölle überwiegen. Über den Graupensanden lagern die vorwiegend tonigen Kirchberger Schichten, die in brackischem Milieu entstanden. Zeitgleich mit diesen beiden Formationen entstand ein Krustenkalk-Boden (Albstein), der seinerseits terrestrische Sedimente (Heliciden-Mergel) überlagert, die eine Bentonitlage enthalten. Dieses stratigraphische Ensemble wird zur Brackwasser-Molasse zusammengefaßt; bislang wurde dieses ins Ottnangium oder Karpatium (Untermiozän) gestellt. Die Graupensande wurden bisher als Abtragungsschutt von Grundgebirgsgesteinen der Bayerisch-Böhmischen Masse angesehen, obwohl kein Prozeß für die Bereitstellung so großer Mengen an Grobschutt am Ursprungsort bekannt ist. Ebenso ist ungeklärt, wie dieses Sediment über Hunderte von Kilometern ohne Sortierungsvorgänge transportiert werden konnte. Die Auswurfmassen des Ries-Impaktkraters wären sowohl von ihrer Lage als auch von ihrer lithologischen Zusammensetzung ein geeignetes Liefergebiet. Durch den Nachweis stoßwellen metamorph überprägten Gesteins konnte ich belegen, daß die Graupensande aus der Umlagerung der Auswurfmassen des Ries-Impaktes hervorgegangen sind. Eine Impaktitlage, die direkt dem Boden der Graupensandrinne aufliegt, zeigt sehr hohe Konzentrationen an Fe, Co und Ni und anderen seltenen Metallen, die für Impaktereignisse diagnostisch sind. Weiterhin enhält sie um 10% Kohlenstoff, der durch den Nachweis von Fullerenen als rußige Reste der Flächenbrände infolge des Ries-Impaktes interpretiert werden kann. Die Bentonitlage innerhalb der Heliciden-Mergel im Liegenden des Albsteins enthält ebenfalls das gesamte Inventar der Stoßwel lenmetamorphose. Sie ist eindeutig ein Produkt des Ries-Impaktes und damit eine ausgezeichnete Zeitmarke im süddeutschen Raum und darüber hinaus. Das Ries-Ereignis ist im Durchschnitt auf 15,0 Mio Jahre datiert. Die Graupensande sind aus den Ries-Auswurfmassen hervorgegangen und müssen daher etwas jünger sein als der Ries-Impakt. Die chronostratigraphische Position der lithostratigraphischen Grenze Obere Meeresmolasse 1 Brackwassermolasse muß aufgrund der genannten Ergebnisse von bisher Ottnangium (18,5 Mio Jahren) ins Badenium (Mittelmiozän) verschoben werden. Damit würde das Ende der Oberen Meeresmolasse in eine Zeit globalen relativen Meeresspiegel-Tiefstands fallen - und nicht, wie bisher, in eine Hochstandszeit. Die Graupensandrinne entstand als Incised Valley während dieses Tiefstandes. Ihre relativ rasche Aufsandung bzw. Aufschotterung unterdrückte zunächst den Einfluß des danach wieder steigenden Meerespiegels. Erst als die Ries-Auswurfmassen im Einzugsbereich des Graupensand-Tales genügend abgetragen waren, konnte der noch anhaltende relative Meeresspiegel-Anstieg in der Zeit zwischen 14,5 und 14,0 Mio Jahren die brackischen Kirchberger Schichten erzeugen.

Abstract

In Southern Germany the sediments of the last marine ingression into the Alpine foreland basin (Obere Meeresmolasse) are unconformably overlain by f1uvial, estuarine and terrestrial deposits (Brackwassermolasse). The unconformity is a palaeo-valley (named Graupensandrinne) which extended along the northern rim of the foreland basin. The f1uvial deposits which form the basal part of the valleyfill sequence are called Graupensande because of the strong predominance of granule to pebble-sized quartz, feldspar, granite, gneiss and chert grains all along the structure. Caliche horizons (Albstein) partly covered f1anks and shoulders ofthe valley; they are underlain by terrestrial mudstones (Heliciden-Mergel, named after the land snail Helix) which contain a bentonite layer. The valley-fill ends with the estuarine Kirchberger Schichten. The provenance of the Graupensande has always been linked with basement rocks from the Moldanubian Zone of the Bohemian Massive, despite the fact that nobody could name a process to produce such an amount of coarse grains and a process to transport them over hundreds of kilometers without grading and sorting. A good candidate for a near-by source is the Ries impact, which happened to bring Moldanubian basement to the surface. Consequently, I checked grains from all the above-mentioned formations on signals of impact-induced shock metamorphism and found plenty of unambiguous evidence such as planar fractures (PFs), planar deformation features (PDFs), mosaicism and diaplectic glass. An impact layer at the very base of the valley-fill sequence contains high concentrations of Fe, Ni, Co and other metals typical for extraterrestrial impacts. The layer also contains about 10% of carbon. By the proof of Fullerenes the carbon can be interpreted as soot produced by wildfires. The bentonite layer from the Heliciden-Mergel turned out to be the ash from the initial explosion blast; it contains diaplectic glass and glass grains with 90% Si02. In conclusion, the Graupensande can be explained as material reworked from the ejecta blankets of the Ries Impact that has been swept into the Graupensand valley. The Ries impact has been dated at an average of 15,0 m.y. The impact layer at the base of the valley-fill sequence and the bentonitic impact blast layer from the Heliciden-Mergel are coeval. This means that the time-stratigraphic position of the lithostratigraphic boundary between Obere Meeresmolasse and Brackwassermolasse must be shifted by 3,5 m.y. from the Ottnangian into the Badenian. Even from a sequence stratigraphic point of view the new boundary makes more sense than the older one: the Obere Meeresmolasse ends with and the Brackwassermolasse sedimentation now starts after a lowstand (and not during a highstand as 3,5 m.y. before). The Graupensand valley is the incised valley which corresponds to this lowstand. The tuming point in the sea-level curve coincides with the Ries impact. However, the incoming flood of c1astics suppressed the effects of rising sea-level. It was only when the ejecta blankets were torn down that the sea could partly invade the valley; the estuarine Kirchberger Schichten are the product of this episode.

Keywords

Graupensandemolasse basinimpact layerries impact southern Germanygraupensandrinnetertiary