*Anschriften der Autoren: Priv.-Doz. Dr. Elmar Buchner, Hochschule Neu-Ulm, Wileystraße 1, 89231 Neu-Ulm, Deutschland (elmar.buchner@hs-neu-ulm.de) / Dr. Martin Schmieder, School of Earth and Environment, University of Western Australia, 35 Stirling Highway, Crawley, 6009 WA, Australien (martin.schmieder@uwa.edu.au); Western Australian Argon Isotope Facility, Department of Applied Geology and JdL Centre, Curtin University, GPO Box U1987, Perth, WA 6845, Australien.

Das Ries-Steinheim-Ereignis – Impakt in eine miozäne Seen- und Sumpfl andschaft

Elmar Buchner & Martin Schmieder*

Buchner, E. & Schmieder, M. (2013): Das Ries-Steinheim-Ereignis – Impakt in eine miozäne Seen- und Sumpfl andschaft. [The Ries-Steinheim event – impact into a Miocene swampy lakescape.] – Z. Dt. Ges. Geowiss., 164: 459–470, Stuttgart.

Kurzfassung: Die Paläogeografi e und Paläoumweltbedingungen des Ries-Steinheim-Einschlags auf der Schwäbisch-Frän-kischen Alb im Miozän legen nahe, dass es sich bei diesem prominenten Impaktereignis in Mitteleuropa um den seltenen Fall eines Meteoriteneinschlags in eine Seen- und Sumpfl andschaft gehandelt hat. Dafür sprechen die phreatomagmatische Natur des nur unweit entfernten Urach-Kirchheimer Vulkangebietes und die häufi g auftretenden prä- und postriesischen lakustrinen und palustrinen Sedimente im Vorries und der Molasse des Nordalpinen Vorlandbeckens, welche die tiefreichend verkarsteten Kalke der Albtafel überlagern. Das subtropisch-humide Klima in Kombination mit einem relativ hohen Mee-resspiegel während des Miozäns unterstützt ein solches Modell. Die Charakteristika der Ries-Auswurfmassen (beispielswei-se akkretionäre Lapilli im Ries-Suevit) stellen weitere Hinweise dar. Beide Impaktkrater bildeten nach dem Einschlag rasch Kraterseen aus. Ein Ries-Steinheim-Einschlag in eine lakustrin-palustrin geprägte Landschaft ist mit der Petrogenese der Auswurfmassen und jüngeren numerischen Modellierungen des Ries-Impakts vereinbar, die ebenso für ein wassergesät-tigtes kontinentales Einschlagsszenario sprechen.

Abstract: Palaeoenvironmental considerations suggest that the continental Miocene Ries-Steinheim impact on the Swabian-Franconian Alb plateau, as a rare case on Earth, affected a region dominated by swamplands and lakes. This is supported by the contemporaneous phreatomagmatism of the nearby Urach Volcanic Field, the widespread occurrence of pre- and early post-impact lacustrine and palustrine sediments that overlie deeply karstifi ed, water-saturated Upper Jurassic target lime-stones, as well as by a subtropical-humid palaeoclimate and a high groundwater level at the time of impact. The character-istics of the Ries ejecta (e.g. accretionary lapilli) display further evidence. Both impact craters became host to crater lakes soon upon impact. A water-saturated, lacustrine-palustrine phreatic impact scenario is also in agreement with the character-istics of proximal Ries and Steinheim impact ejecta, as well as recent numerical modelling results for the Ries impact.

Schlüsselwörter: Nördlinger Ries, Steinheimer Becken, Urach-Kirchheimer Vulkangebiet, Schwäbische Alb, Verkarstung, Molasse, Suevit

Keywords: Ries Crater, Steinheim Basin, Urach-Kirchheim Volcanic Field, Swabian Alb, karstifi cation, Molasse, suevite

© 2013 E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, Germany DOI: 10.1127/1860-1804/2013/0020

www.schweizerbart.de1860-1804/0020 $ 5.40

Z. Dt. Ges. Geowiss. (German J. Geosci.), 164 (3), p. 459–470, 6 figs., 1 table ArticlePublished online April 2013

1. Einleitung und Überblick

Das rund 24 km große, im mittleren Miozän gebildete Nörd-linger Ries (~14,8 Ma; Buchner et al. 2010, Jourdan et al. 2012; Diskussion des Riesalters bei Buchner & Schmieder 2013, dieser Band) in Bayern und Baden-Württemberg liegt vornehmlich in triassischen, jurassischen und miozänen Sedi-mentgesteinen (hauptsächlich Siliziklastika und Kalksteinen), die das variszisch-moldanubische Grundgebirge überlagern und die Schichtstufenlandschaft der Schwäbisch-Fränkischen

Alb aufbauen. Gemeinhin gilt der Rieskrater als einer der am besten erhaltenen größeren komplexen Impaktkrater auf der Erde. Der erste Nachweis eines Impaktursprungs für das Ries geht auf Studien durch Shoemaker & Chao im Jahre 1961 zu-rück. Seitdem wurden unzählige Beiträge, überwiegend zur Petrogenese der Ries-Auswurfmassen (Suevit und lokal Im-paktschmelzgesteine, die der lithischen Kristallinbrekzie und Bunten Brekzie aufl agern) im natürlichen Aufschluss und in Bohrkernen (von Engelhardt et al. 1969, Gall et al. 1975, von Engelhardt 2003, Pohl et al. 2010, Meyer et al. 2011, Reimold

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et al. 2012) sowie zur Geophysik des Impaktkraters und zur Entwicklung, Sedimentologie und Paläontologie des Ries-Kratersees (Jankowski 1981, Arp 1995, 2006) verfasst. Einen zusammenfassenden Geländeführer zur Geologie des Rieses bieten Hüttner & Schmidt-Kaler (1999).

Das kleinere, rund 3,8 km durchmessende Steinheimer Becken auf der Ostalb (Heizmann & Reiff 2003, Buchner & Schmieder 2010), ein komplexer Impaktkrater mit deutlich ausgebildetem Zentralhügel in Ton-, Sand- und Kalksteinen des mittleren und oberen Jura, gilt als der kleinere „Zwil-lingsbruder“ des Rieskraters, der im Zuge eines Doppelein-schlags zeitgleich mit dem Ries gebildet wurde (Stöffl er et al. 2002). Wie das Nördlinger Ries beherbergte auch das Steinheimer Becken einen miozänen Kratersee mit einer rei-chen Flora und Fauna (Heizmann & Reiff 2003, Tütken et al. 2006). An dieser Stelle verweisen wir auch auf den Artikel „Impaktereignisse in Europa“ (Schmieder & Buchner 2013) in diesem Heft.

Obwohl präriesische miozäne Seesedimente schon früh im Vorries erkannt wurden (Bolten & Müller 1969, Hüttner 1969) wird der Ries-Steinheim-Einschlag dennoch allge-mein als typisch kontinentales – das heißt mutmaßlich rela-tiv „trockenes“ – Einschlagsszenario wahrgenommen (siehe beispielsweise Illustrationen in Hüttner & Schmidt-Kaler 1999). Erst in jüngerer Zeit wurden Meteoriteneinschläge in wassergesättigte Sedimente und die damit verbundenen spe-zifi schen strukturell-lithologischen Eigenschaften vor allem mariner Impakte eingehender studiert (Ormö & Lindström 2000, Dypvik & Jansa 2003, Dypvik et al. 2004). Artemieva et al. (2009) schlugen vor, dass angesichts des scheinbar niedrigen Schmelzeanteils (tatsächlich einem „normal“ ho-hen Schmelzeanteil bei einem sehr hohen Dispersions- und sehr variablen Alterierungsgrad der Impaktschmelze) im Ries-Suevit Wasser eine entscheidende Rolle bei Entstehung und Transport der Ries-Auswurfmassen gespielt haben dürfte, und verglichen die „Ejektawolke“ während des Ries-Einschlags gewissermaßen mit einer „phreatomagmatischen Explosion“, welche durch den Kontakt der heißen Impaktite mit oberfl ächennahen Flussgewässern ausgelöst worden sein könnte. Diese Studie soll sich dieser Wasserproblematik im Ries-Steinheim-Ereignis widmen und bietet eine Diskussi-onsgrundlage für die Paläoumweltbedingungen im größeren Umfeld um Nördlinger Ries und Steinheimer Becken vor und nach dem Einschlag.

2. Diskussion: Betrachtungen zur Paläoumwelt

Das schwach um ca. 2–5° nach Südosten verkippte Schicht-stufenland der Schwäbisch-Fränkischen Alb, dessen tiefrei-chend verkarstetes Plateau weitgehend durch oberjurassische Kalk- und Mergelsteine sowie unterlagernde permotrias-sische bis mitteljurassische siliziklastische Sedimente aufge-baut und im Hangenden stellenweise durch marine und fl uvi-ale Ablagerungen der Molasse überlagert wird (Maurer & Buchner 2007a, b, Strasser et al. 2009), enthält wichtige In-formationen über die paläohydrologischen, sedimentolo-

gischen und paläoklimatischen Umweltbedingungen zur Zeit des Ries-Steinheim-Ereignisses im mittleren Miozän. Im Folgenden soll der Schwerpunkt auf den miozänen phre-atomagmatischen Vulkanismus auf der mittleren Schwä-bischen Alb, die Faziesbedingungen bei Ablagerung der Al-pinen Vorlandmolasse (Abb. 1) sowie auf die petrologischen Aspekte der Auswurfmassen von Rieskrater und Steinheimer Becken gelegt und im Folgenden diskutiert werden.

2.1 Vulkanismus und Verkarstung

Rund 80 km südwestlich des Rieskraters und nur 40 km süd-westlich des Steinheimer Beckens liegt auf der mittleren Schwäbischen Alb das etwa 40 x 40 km messende Urach-Kirchheimer Vulkangebiet, das mehr als 350 phreatomagma-tische Maar-Diatrem-Komplexe umfasst und bereits im 19. Jahrhundert eingehend studiert wurde (Branco 1894). Die Diatreme sind größtenteils von Lapilli-führenden Tuffschlot-brekzien verfüllt, wurden mancherorts durch intrusive Oli-vin-Melilithite verdrängt (beispielsweise am Sternberg bei Gomadingen, Götzenbrühl bei Owen/Teck oder am Dieten-bühl auf dem Gebiet des ehemaligen Truppenübungsplatz Münsingen; s. Tab. 1) und werden lokal von Maarseesedi-menten überlagert. Je nach Lage im Albvorland, am Albtrauf oder auf der Albhochfl äche sind die Maar-Diatreme auf-grund der Petrovarianz in unterschiedlichem Maße erodiert (vergleiche Kröchert et al. 2009). Der im Miozän auf der Alb vorherrschende phreatomagmatische Vulkanismus wird der Interaktion zwischen dem heißen melilithitischen Magma und dem Karstgrundwasser des verkarsteten kalkigen Ober-jura und einigen weiteren Hauptgrundwasserleitern im Lie-genden zugeschrieben (Lorenz 1979, 2003). Ehemalige Maarseen, wie beispielsweise das Randecker oder Graben-stetter Maar oder der fossile Maarsee mit Tuffi tablagerungen am Jusi-Schlot zeigen einen zur Eruptionszeit hohen Grund-wasserspiegel an. Kalium-Argon- und Argon-Argon-Datie-rungen an den Vulkaniten des Urach-Kirchheimer Vulkange-bietes sowie biostratigrafi sche Datierungen lassen ein Alter der Vulkanprovinz von ca. 17–11 Ma vermuten (Schweigert et al. 1998). Letztere Altersbestimmungen machen wahr-scheinlich, dass die phreatomagmatische Aktivität auf der mittleren Schwäbischen Alb etwa zeitgleich mit dem Ries-Steinheim-Einschlag stattfand, und legen außerdem nahe, dass die Paläoumweltbedingungen auf der Schwäbisch-Fränkischen Alb über die relativ geringe Distanz zwischen dem Urach-Kirchheimer Vulkangebiet und den beiden Im-paktkratern von Ries und Steinheimer Becken, die allesamt größtenteils im Oberjura liegen, zumindest sehr ähnlich wa-ren.

Die Verkarstung der Schwäbischen Alb begann höchst-wahrscheinlich in der späten Kreide und im Paläogen (Birzer 1969, Strasser et al. 2008), wohingegen die Verkarstung der Fränkischen Alb bereits in der frühen Kreide einsetzte (Bir-zer 1939, Schröder 1968). Hauptphasen der Verkarstung dürften ins Eozän und ins Miozän fallen (Geyer & Gwinner 1990) und werden durch das gehäufte Vorkommen von ei-senpisolithischen Bohnerzen in Karstschlotten und Höhlen-

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wohl im Ries als auch im Steinheimer Becken haben sich, nachdem die frischen Krater initial durch die Impaktaus-wurfmassen verfüllt wurden, in einer wassergesättigten Landschaft durch Einfl ießen von Grundwasser rasch Krater-seen ausgebildet (Heizmann & Reiff 2003, Arp 2006).

2.2 Präriesisches Miozän

Präriesische miozäne Molassesedimente der Albüberde-ckung und des Nordalpinen Vorlandbeckens, die die jüngsten vom Ries-Einschlag betroffenen Gesteine darstellen, umfas-sen hauptsächlich limnische und fl uviale Sedimente der Oberen Süßwassermolasse (s. Tab. 1), die in einer ausge-dehnten alluvialen Ebene abgelagert wurden (Maurer & Buchner 2007a, b; Abb. 2 und 3). Eine Zusammenstellung der präriesischen paläogen-neogenen Sedimentgesteine im Rieskrater und im Vorries bieten Bolten & Müller (1969). Die geologisch jüngsten dieser Ablagerungen sind lakustrin-palustrine Süßwasserkalke (Abb. 4), die während der Krater-

lehmen der Schwäbisch-Fränkischen Alb als Residuen einer starken subtropisch-chemischen Verwitterung der vorwie-gend karbonatischen Alblandschaft markiert (Borger 1990, Ufrecht 2008). Jüngere höhlenkundliche Studien zeigen, dass die tiefreichende Verkarstung der Schwäbischen Alb im Miozän kulminierte; eine mehrphasige Verkarstungsge-schichte der Schwäbischen Alb spiegelt sich zudem, wie am Beispiel der Laierhöhle unweit Geislingen an der Steige, in einem ausgeprägten Stockwerkbau der Albhöhlen wider (Strasser et al. 2009). Karstschlotten im Kraterrandbereich des Rieses sind mitunter durch die kraternahen Impaktaus-wurfmassen der Bunten Brekzie verfüllt (Gwinner et al. 1987), was eine lokale oberfl ächennahe Verkarstung der Vor-ries-Landschaft zur Zeit des Einschlags bedingt. Daher kann angenommen werden, dass das Karstgrundwasser in den mächtigen Kalksteinen des Oberjuras um das Ries – wie im Falle des phreatomagmatisch-explosiven Urach-Kirchhei-mer Vulkangebietes einige Zehner Kilometer südwestlich – die Ejektawolken von Nördlinger Ries und Steinheimer Be-cken und deren Dynamik maßgeblich beeinfl usst hat. So-

Abb. 1: Schematische Karte mit Rieskrater, Steinheimer Becken (gepunktete Kreise), der gegenwärtigen Ausdehnung der erodierten pro-ximalen Ries-Auswurfmassen (gelb), Urach-Kirchheimer Vulkangebiet (rot), miozänem Albtrauf (gestrichelte Linie) und der Verteilung miozäner Seesedimente im Faziesbereich der Oberen Süßwassermolasse. Violette Sternsymbole: Ries-Brockhorizont. Blaue Fünfecke: Maarseen. Grüne Rauten: feinklastische Obere Süßwassermolasse als Bestandteil der Bunten Brekzie. Braune Punkte: fl uvio-lakustrine Obere Süßwassermolasse, teilweise bestehend aus Sumpf- und Seekalken, lokal mit Onkoiden (Weiss et al. 2008). Der blau hinterlegte Bereich zeigt eine wassergesättigte Paläolandschaft an. Daten von Fraas (1919), von Engelhardt et al. (1969), Hüttner (1969), Hüttner & Schmidt-Kaler (1999), Sach (1999), Kallis et al. (2000), Maurer & Buchner (2007a, b).Alt = Altisheim; Bel = Bellenberg; Bib = Wannenwaldtobel bei Biberach; Bie = Bieswang; Bin = Binswangen; But = Buttenwiesen; Dem = Demmingen; Den = Denkendorf; Dis = Dischingen; Jus = Jusi; Gai = Gaimersheim; Gra = Grabenstetten; Gun = Gundelsheim; Har = Harburg; Kös = Köschingen; Lan = Langenaltheim; Lau = Lauchheim; Lut = Lutzingen; Mer = Mergelsetten; Ner = Neresheim; Off = Offi ngen; Ott = Otting; Pfa = Pfahldorf; Ran = Randecker Maar; Ron = Ronheim; Stu = Stubersheim; Unt = Untereichen; Wit = Wittlisin-gen; Wür = Würtingen; Zie = Ziemetshausen.

Fig. 1: Schematic map showing the position of the Ries and Steinheim impact structures (dotted circles), the current extent of the eroded proximal Ries ejecta blanket (yellow), the Urach Volcanic Field (red), the Miocene Alb plateau escarpment (dashed line) and the distribu-tion of Miocene lacustrine sediments in the Upper Freshwater Molasse facies area. Violet star symbols: “Brockhorizont” outcrops. Blue pentagons: volcanic maar lakes. Green rhombs: fi ne-grained siliciclastic Upper Freshwater Molasse units incorporated in “Bunte Brekzie”. Brown spots: fl uvio-lacustrine Upper Freshwater Molasse, locally with onkolithic-pisolithic lacustrine-palustrine limestones. Blue shaded area marks water-saturated palaeoenvironment. Data from Fraas (1919), von Engelhardt et al. (1969), Hüttner (1969), Hüttner & Schmidt-Kaler (1999), Sach (1999), Kallis et al. (2000), Maurer & Buchner (2007a, b).

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Tab. 1: Vorkommen von phreatomagmatischem Vulkanismus und fl uvio-lakustrinen Sedimentationsräumen kurz vor, während und kurz nach dem Riesimpakt; geografi sche Position der Lokalitäten in Abb. 1. OMM = Obere Meeresmolasse; OSM = Obere Süßwassermolasse.

Table 1: Localities with phreatomagmatic volcanism and fl uvio-lacustrine depositional environments prior to, during, and shortly after the Ries impact event; for geographical position of the localities see Fig. 1. OMM = Upper Marine Molasse; OSM = Upper Freshwater Mo-lasse.

Lokalitäten Gesteine Fazies / Genese Alter Referenzen

Grabenstetten; Jusi; Randecker Maar; Würtingen

Vulkanite des Urach-Kirchheimer Vulkangebiets (Olivin-Melilithite)

Maare; phreatomagmatische Eruptiva mit mililithitischen Lapilli

Miozän~17–11 Ma

z. B. Lorenz (1971), Schweigert et al. (1998), Kröchert et al. (2009)

Wannenwaldtobel bei Biberach a. d. Riß; Ziemetshausen

Distale Auswürflinge des Rieses (Brockhorizont) in Sanden der OSM

OSM-Sande mit Sedimentstrukturen eines typischen verzopften Flusslaufs; höhere Fluviatile Untere Serie der OSM

Mittelmiozän ~14,8 Ma

Sach (1999), Buchner et al. (2007), Maurer & Buchner (2007a)

Bellenberg; Untereichen

Tone und Sande der OSM Ablagerungen eines mäandrierenden bzw. verzopften Flusssystems; höhere Limnische und basale Fluviatile Untere Serie der OSM

Unter- bis Mittelmiozän ~16,5–15 Ma

z. B. Maurer & Buchner (2007a, b)

Offingen; Butten-wiesen; Binswangen

Tonmergel, Silte und Feinsande der OSM

Ablagerungen eines mäandrierenden Flusssystems mit Überflutungsebene, Seesedimente; basale Limnische Untere Serie der OSM

Unter- bis Mittelmiozän ~17–15,5 Ma

z. B. Maurer & Buchner (2007a, b)

Stubersheim Süßwasserkarbonate Seekalke mit Pisoiden (limnisch bis palustrin) der OSM

Mittelmiozän Schall (2002), Strasser (2011)

Langenaltheim, Bieswang, Pfahldorf, Gaimersheim, Denkendorf, Köschingen

Süßwasserkarbonate Seekalke, liminisch bis palustrin, oft mit Onkoiden

Mittelmiozän postriesisch <14,8 Ma

z. B. Bolten & Müller (1969), Birzer (1969), Berger (1973), Schall (2002), Weiss et al. (2008)

Harburg, Gundelsheim Süßwasserkarbonate in Bunter Brekzie

Seekalke, limnisch bis palustrin, mit Onkoiden der OSM

Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

(Neufunde, vorliegende Arbeit; siehe Abb. 4e)

Mergelstetten Sande, Tone und Mergel der OSM Fluvio-lakustrine Sedimente der OSM Mittelmiozänpräriesisch >14,8 Ma

Müller & Reiff (1993)

Bieswang Tonmergel (OSM) in Bunter Brekzie

Seetone und -mergel der OSM Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

Schmidt-Kaler & Salger (1986)

Altisheim Sande und Tonmergel der OSM, überlagert von Bunter Brekzie

Fluvio-lakustrine Sande und Tonmergel der OSM

Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

z. B. Hüttner & Schmidt-Kaler (1999a)

Dischingen OMM sowie Sande, Mergel und Tone der OSM, eingearbeitet in Bunte Brekzie

Neben marinen Sanden der OMM fluvio-lakustrine Sande und Tonmergel sowie grüne Seetone der OSM

Unter- bis Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

Hüttner & Schmidt-Kaler (1999b)

Demmingen OMM und untergeordnet OSM, eingearbeitet in Bunte Brekzie

Neben marinen Sanden der OMM fluvio-lakustrine Tonmergel der OSM

Unter- bis Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

Hüttner & Schmidt-Kaler (1999b)

Lauchheim; Wittlisingen; Neresheim

Sande und Mergel der OSM, eingearbeitet in Bunte Brekzie

Fluvio-lakustrine Sande und Tonmergel der OSM

Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

Hüttner & Schmidt-Kaler (1999b)

Lutzingen OMM sowie Süßwasserkalke und Mergel der OSM, überlagert von Bunter Brekzie

Neben marinen Sanden der OMM Seekalke und -tone der OSM

Unter- bis Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

Hörz et al. (1977), Hüttner & Schmidt-Kaler (1999a)

Otting Linsen von tertiären Tonsteinen (OSM), eingearbeitet in Bunte Brekzie und überlagert von Suevit

Seetone und -mergel der OSM Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

z. B. Hüttner & Schmidt-Kaler (1999a)

Ronheim Linsen von tertiären Tonsteinen (OSM), eingearbeitet in Bunte Brekzie

Seetone und -mergel der OSM Mittelmiozän prä-riesisch >14,8 Ma

z. B. Hüttner & Schmidt-Kaler (1999a)

463Das Ries-Steinheim-Ereignis – Impakt in eine miozäne Seen- und Sumpfl andschaft

bildung zusammen mit miozänen Kohleschmitzen der Obe-ren Süßwassermolasse in die proximalen Auswurfmassen der Bunten Brekzie eingearbeitet wurden (Bolten & Müller 1969, Hüttner 1969, von Engelhardt et al. 1969, Gall 1971, Schmidt-Kaler 1976, Hörz et al. 1983, Schmidt-Kaler & Sal-ger 1986, Artemieva et al. 2002). Stellenweise besteht die ausschließlich aus schwach geschockten sedimentären Ge-steinsbruchstücken zusammengesetzte Bunte Brekzie über-wiegend aus fl uvial-limnischen Molassesedimenten, die zum Einschlagszeitpunkt oberfl ächlich anstanden (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999; vergleiche von Engelhardt et al. 1969,

welche diesen Typus der Bunten Brekzie als „Typ 3“ be-schreiben; Abb. 3). Vor allem im südlichen Teil der Ries-Ejektadecke (südlich der miozänen Kliffl inie der Oberen Meeresmolasse) machen Molassesande bis zu 90 % der Grundmasse der Bunten Brekzie aus. Der Kontakt zwischen der Bunten Brekzie mit eingearbeiteten Molasseanteilen und den unterlagernden autochthonen Molassesanden ist in der ehemaligen Sandgrube bei der Guldesmühle südlich Dischin-gen im südwestlichen Vorries aufgeschlossen (Hüttner & Schmidt-Kaler 1999b). Von der Oberen Süßwassermolasse der Schwäbischen Alb und der südlichen Frankenalb sind zu-

Abb. 3: Bunte Brekzie, die überwiegend aus eingearbeiteten tonig-sandigen Seesedimenten der Oberen Süßwassermolasse besteht; Bohr-kern (33–34 m) der NASA-Bohrung von Demmingen 1976, etwa 10 km südlich des Rieskraters (siehe Abb. 1 für Lokalität). Breite des Kerns ca. 7 cm; eingeritzter Pfeil zeigt zur Kernbasis. Bild: ZERIN Nördlingen.

Fig. 3: Clayey-sandy lacustrine sediments of the Upper Freshwater Molasse incorporated into Bunte Breccia; drill core (33–34 m) of the NASA drilling 1976 in Demmingen, ~ 10 km south of the Ries Crater (see Fig. 1 for location); core width about 7 cm; carved arrow points toward the core base. Image courtesy: ZERIN Nördlingen.

Abb. 2: Graubraune fl uvio-lakustrine Sedimente (von braunen fl uvialen Sanden überlagert) der höheren „Limnischen Unteren Serie“ der Oberen Süßwassermolasse im Steinbruch Untereichen (siehe Maurer & Buchner 2007a, b für Details und Abb.1 für Lokalität). Das Alter der Ablagerungen eines feinklastischen mäandrierenden Flusssystems mit Überschwemmungsebenen liegt bei etwa ~16,5–15,5 Ma. Die überlagernden Sande der basalen „Fluviatilen Unteren Serie“ der Oberen Süßwassermolasse stellen die Ablagerungen eines Zopfstrom-systems dar und wurden in der Zeit zwischen ~15,5 und 15 Ma, also kurz vor dem Riesereignis, abgelagert.

Abb. 2: Greyish brown fl uvio-lacustrine sediments (overlain by brown fl uvial sandy deposits) of the upper parts of the “Limnische Untere Serie” of the Upper Freshwater Molasse at the Untereichen quarry (see Maurer & Buchner 2007a, b for details and Fig. 1 for location). The age of the fi ne-grained deposits of a meandering fl uvial system with fl oodplains ranges between ~16.5 to 15.5 Ma. These sediments are overlain by a sequence of sandy deposits of a braided river system (basal parts of the “Fluviatile Untere Serie” of the Upper Freshwater Molasse) that were deposited prior to the Ries impact between 15.5 and 15 Ma.

464 Elmar Buchner & Martin Schmieder

dem pisolithische Kalke bekannt, welche von Schall (2002) und Weiss et al. (2008) als lakustrin interpretiert wurden (siehe auch Berz 1924). Die Bildung solcher Seesedimente geht auf einen regional hohen Grundwasserstand im Miozän zurück, was mit einem global relativ hohen Meeresspiegel-stand und einem humiden, subtropischen Klima zu dieser Zeit im Einklang steht (Schall 2002, Böhme 2003). Die Obere Süßwassermolasse in weiterer Entfernung südlich des Rieskraters baut sich generell aus fl uvialen, lakustrinen und palustrinen Sedimenten auf, die immer wieder hydromorphe Paläoböden als Staunässeanzeiger enthalten (Maurer & Buchner 2007a, b). Der „Ries-Brockhorizont“ liegt durch-weg in diesen Ablagerungen; er wird als ein meist umgela-gerter Rest der distalen Ries-Auswurfmassen angesehen und konnte mittels Strahlenkegeln und geschockter Quarze zwei-felsfrei als Ries-Ejektahorizont identifi ziert werden (Hof-mann & Gnos 2006, Buchner et al. 2007, Alwmark et al. 2012). Im impaktstratigrafi schen Sinne können diese Abla-gerungen als Anzeiger für die Paläoumweltbedingungen zur Zeit des Ries-Steinheim-Events dienen.

Zusammenfassend kann die Landschaft im weiteren Um-feld um die Impaktkrater von Ries und Steinheimer Becken im mittleren Miozän als eine wassergesättigte, lakustrin-pa-lustrine Seen- und Sumpfl andschaft angesehen werden. Teile

des vorwiegend mesozoischen Gebirges waren zum Ein-schlagszeitpunkt von den miozänen Sedimenten der Oberen Süßwassermolasse bedeckt. Hüttner (1969) und Gall (1971) beschreiben einen mittelmiozänen „Ries-See“, der bereits vor der Kraterbildung dort existierte. In paläogeografi scher Hinsicht kann die Ries-Landschaft gewissermaßen mit dem Hinterland des Golfs von Mexiko im Paläozän verglichen werden, in dem das Impaktereignis von Marquez im heu-tigen Texas in den USA stattfand (Buchanan et al. 1998), der hauptsächlich stark wassergesättigte und schwach verfes-tigte feinkörnige Siliziklastika der Calvert Bluff-Formation betraf. Letztere besteht im Wesentlichen aus kohleführenden fl uviolakustrin-deltaischen Tonen, Schluffen und lokal Sand-steinen (Middleton & Luppens 1995). Das scheinbare Fehlen von Impaktschmelze-führenden Gesteinen in der rund 12 km großen und mittlerweile erodierten Impaktstruktur von Mar-quez wird einer besonders weichen, druckpuffernden Sedi-mentdeformation in einem stark wassergesättigten, küsten-nahen sumpfi gen Umfeld zugeschrieben (Buchanan et al. 1998). Weiterhin gilt auch die etwa 40 km große Impakt-struktur von Araguainha im permotriassischen Paraná-Be-cken Brasiliens als eine in einem weitläufi gen und eher tie-fen epikontinentalen See gebildete Impaktstruktur (Lana et al. 2007).

Abb. 4: Lakustrine und palustrine Süßwasserkalke (vergleiche Weiss et al. 2008) aus der Oberen Süßwassermolasse im südwestlichen und südöstlichen Vorries. (a) Lakustrin-palustriner pisolithischer Kalkstein, Stubersheim; (b) kalkig zementierter lakustrin-palustriner Onko-lithkalk, Langenaltheim; (c) Seekalk mit onkolithisch aufgewachsener Rinde, Langenaltheim; (d) pisolithischer Sumpfkalk (schwarze Gerölle) mit onkolithischer Rinde, Langenaltheim; (e) onkolithischer Seekalk mit Bruchstücken von Süßwasserkalk aus der Bunten Brek-zie von Harburg. Siehe Abb. 1 für Aufschlusslokalitäten.

Fig. 4: Lacustrine and palustrine freshwater carbonates (compare Weiss et al. 2008) from the Upper Freshwater Molasse in the SW and SE Ries surroundings. (a) Lacustrine-palustrine pisolithic limestone, Stubersheim; (b) carbonate-cemented lacustrine-palustrine oncolithic limestone, Langenaltheim; (c) limnic limestone with oncolithic overgrowth, Langenaltheim; (d) palustrine pisolithic limestone (black peb-bles) with oncolithic overgrowth, Langenaltheim; (e) lacustrine oncolithic limestone with freshwater limestone clasts recovered from Bunte Breccia, Harburg. See Fig. 1 for outcrop locations.

465Das Ries-Steinheim-Ereignis – Impakt in eine miozäne Seen- und Sumpfl andschaft

2.3 Petrologische Eigenschaften der Auswurfmassen von Ries und Steinheimer Becken

Im Vergleich mit Impaktstrukturen ähnlicher Größe in kris-tallinen Target-Gesteinen ist das Gesamtvolumen an Impakt-produzierter Schmelze im Rieskrater (schätzungsweise etwa 8 km3) stark fraktioniert und in Form zumeist kleiner und teils alterierter Schmelzepartikel dispers in den Ries-Impak-titen verteilt (Osinski 2004, Reimold et al. 2012). Nur ver-gleichsweise kleine zusammenhängende Vorkommen von Impaktschmelzgesteinen sind vom Rieskrater bekannt, so etwa bei Polsingen und Amerbach nahe des östlichen Krater-randes (Graup 1981, 1999, Osinski 2004), bei Zipplingen nahe des westlichen Kraterrandes (das Gestein wird häufi g als brauner Zipplinger „Suevit“ beschrieben), sowie in den jüngeren Bohrkernen der Forschungsbohrung SUBO-18 in Enkingen im südlichen Zentralbereich des Kraters (Pohl et al. 2010, Reimold et al. 2012). Die physikalischen Eigen-schaften des Target-Gesteins um den Rieskrater – im We-sentlichen wassergesättigte Sedimentgesteine des Miozäns – dürften hauptsächlich für die starke Dispersion der Ries-Impaktschmelze verantwortlich gewesen sein, was auch mit der Verteilung distaler Ries-Ejekta im Tektit-Streufeld der Moldavite im Einklang steht. Eine ähnlich hochgradige Dis-persion von Impaktschmelze ist zum Beispiel von einigen

untermeerisch gebildeten Impaktstrukturen bekannt, so etwa von Lockne in Schweden (Schmelzepartikel im Rückspül-arenit des Loftarsten; Sturkell & Ormö 1998), Chesapeake Bay in den östlichen USA (Horton et al. 2005, Wittmann & Reimold 2008), Mjølnir in der norwegischen Barentssee (Dypvik et al. 2006) oder Obolon in der Ukraine (Gurov et al. 2009), bei denen Wasser eine wesentliche Rolle bei der Bildung und Verteilung der primären Impaktauswurfmassen spielte.

Ein besonderes Merkmal des Ries-Suevits ist das Vor-kommen von akkretionären Lapilli (Graup 1981). Die kon-zentrisch-lagig aufgebauten, rundlichen Schmelzepartikel sind vorwiegend von marinen Impaktstrukturen bekannt, beispielsweise vom Chicxulub-Krater in Mexiko an der Kreide/Paläogen-Grenze (Pope et al. 1999, Yancey & Guille-mette 2008), von der kreidezeitlichen Impaktstruktur von Tookoonooka in Australien (Bron 2008), in der spätdevo-nischen marinen Alamo-Impaktbrekzie in Nevada in den USA (Warme et al 2002, Morrow et al. 2005) sowie im um-gelagerten Suevit des proterozoischen Stac Fada Member in Schottland, dessen Entstehung in einem Grundwasser-gesät-tigten Milieu vermutet wird (Amor et al. 2008). Addison et al. (2005) und Pufahl et al. (2007) beschrieben zudem akkre-tionäre Lapilli in distalen Auswurfmassen des proterozo-ischen Sudbury-Einschlags in Kanada. In der pleistozänen Impaktstruktur von Bosumtwi in Ghana wurden akkretio-

Abb. 5: Ries-Suevit des Steinbruchs Aumühle (nordöstlicher Ries-Kraterrand) mit zahlreichen Entgasungsröhren (Pfeile) als Hinweis auf einen hohen Gehalt an Volatilen im Suevit, die aus den ursprünglich wassergesättigten Sedimenten des vom Einschlag betroffenen Gesteins stammen dürften. Foto: S. Schwenzer.

Fig. 5: Numerous degassing pipes (arrows) in Ries suevite of the Aumühle quarry (northeastern crater rim) as evidence for the volatile-rich character of the suevite; the volatiles probably stem from degassing processes of the primarily water-saturated sedimentary portion of the target rocks. Photo: S. Schwenzer.

466 Elmar Buchner & Martin Schmieder

pakt-Bedingungen nahe. Die überwiegend karbonatischen Schmelzgesteine des Steinheimer Beckens (siehe Beitrag Anders et al. 2013 in diesem Band) wurden wahrscheinlich durch hydrothermale Aktivität umgewandelt und zeigen eine dafür typische Kationenaustauschsignatur (Anders et al. 2012). Im Gegensatz zum Nördlinger Ries sind außerhalb des Steinheimer Beckens keinerlei Auswurfmassen vorhan-den, obwohl innerhalb des Kraters die Beckenbrekzie wei-testgehend erhalten ist und der Erhaltungszustand des Kra-ters selber ausgezeichnet ist. Zumindest in der Umrandung des Kraterrandes, der im Gelände als deutliche morpholo-gische Erhebung in Erscheinung tritt, hätten Auswurfmassen erhalten bleiben können. Deren Fehlen legt nahe, dass beim Impakt im Steinheimer Becken nur geringe Mengen an Aus-wurfmassen über den Kraterrand hinaus nach außen trans-portiert wurden. Nach Wünnemann et al. (2008) reduziert eine hohe Porosität des vom Einschlag betroffenen Gesteins drastisch das Volumen an produzierten Auswurfmassen. Die Wassersättigung des hochporösen Gesteins (Sandsteine, Tonsteine und vor allem verkarstete Karbonate) verstärken diesen Effekt zusätzlich. Wie der Rieskrater wurde auch der neu gebildete Steinheimer Meteoritenkrater durch einfl ie-ßendes Grundwasser sehr schnell von einem Kratersee aus-gefüllt (Heizmann & Reiff 2003; Abb. 6).

3. Schlussfolgerungen

Dieser Beitrag erörtert die Paläoumweltbedingungen im Be-reich der Schwäbisch-Fränkischen Alb zur Zeit des Ries-Steinheim-Impaktereignisses im mittleren Miozän. Die phreatomagmatische Natur des nahegelegenen Urach-Kirch-heimer Vulkangebietes, das zur selben Zeit aktiv war, sowie die Verkarstungsgeschichte der Schwäbisch-Fränkischen Alb zeigen, dass das weitere Umfeld der Impaktkrater von Ries und Steinheim zum Einschlagszeitpunkt tiefgreifend verkarstet und wassergesättigt war. Ein subtropisch-humides Klima, ein vergleichsweise hoher Meeresspiegel im Miozän sowie ein damit einhergehender regional hoher Grundwas-serspiegel begünstigten die Bildung von Seen, Sümpfen und Staunässeböden in der Oberen Süßwassermolasse des nörd-lichen Alpenvorlandes, die im Neogen auch weite Teile der

näre Lapilli in den obersten Lagen des Rückfall-Suevits be-schrieben (Koeberl et al. 2007). Analog zu den vergleichs-weise häufi g vorkommenden vulkanischen Lapilli, wie etwa im Urach-Kirchheimer Vulkangebiet, kann die Bildung von „Impakt-Lapilli“ als Phänomen der Interaktion zwischen der noch fl üssig-mobilen Impaktschmelze mit der Atmosphäre unter wassergesättigten Bedingungen interpretiert werden (Self & Sparks 1978, Gilbert & Lane 1994, Schumacher & Schmincke 1991, 1995). Der Nachweis akkretionärer Lapilli im Ries-Suevit (Graup 1981) kann daher als Anzeiger für ein lokal hohes Angebot an Oberfl ächen- und Grundwasser im Miozän gedeutet werden.

Ein „nasses“ Ries-Einschlagsereignis ist ebenso mit einem vergleichsweise hohen Gehalt an Volatilen in den Schmelzgläsern des Rieses (Osinski 2003) und zahlreichen Entgasungsröhren im Ries-Suevit (Newsom et al. 1986; Abb. 5), beispielsweise im Steinbruch Aumühle, gut verein-bar. Schließlich dürfte ein hohes Angebot an Wasser in einer miozänen Sumpf- und Seenlandschaft und einem unterla-gernden verkarsteten Albgebirge ein Impakt-induziertes hy-drothermales System im Rieskrater (Osinski 2005, Osinski et al. 2012, Arp et al. 2011) und die Bildung des Ries-Krater-sees (Arp 1995, 2006, Hüttner & Schmidt-Kaler 1999) be-günstigt haben. Der kraterauswärts gerichtete, laterale Trans-port der Bunten Brekzie im Ries – einer Auswurfmassenein-heit, die als vergleichsweise kühle, bodenberührende lithische Schutt- und Partikelströme aus schwach ge-schocktem Sedimentgesteinsmaterial aufgefasst werden kann und noch heute miozäne Paläotäler plombiert (siehe Hüttner 1969, Hörz & Oberbeck 1978, Hüttner & Schmidt-Kaler 1999) – könnte durch wassergesättigte Bedingungen maßgeblich unterstützt worden sein.

Im Gegensatz zum Rieskrater sind bis heute keine fri-schen Impaktschmelzgesteine oder -gläser vom benachbar-ten Steinheimer Becken bekannt. Silikatische Schmelzepar-tikel im erst kürzlich entdeckten Steinheimer Suevit (Buch-ner & Schmieder 2010) sind größtenteils zu volatilreichen Tonmineralaggregaten alteriert. Kalksinterablagerungen im Bereich des Steinheimer Zentralhügels (Steinhirt) sowie eine penetrative Alterierung der Steinheimer Impaktschmelzepar-tikel legen ein zumindest kurzlebiges hydrothermales Sys-tem im Steinheimer Becken und wassergesättigte Postim-

Abb. 6: Künstlerische Darstellung der Kraterseen von Ries (hinten) und Steinheim (vorne) im Miozän; Blick von WSW nach ENE.

Fig. 6: Artistic view of the Ries (background) and Steinheim (front) impact crater lakes in the Miocene; viewing direction from WSW towards ENE.

467Das Ries-Steinheim-Ereignis – Impakt in eine miozäne Seen- und Sumpfl andschaft

Alb bedeckte. Zahlreiche Vorkommen von pisolithischen und onkolithischen Süßwasser- und Sumpfkalken im Um-feld von Ries und Steinheim sowie Seekalke als lithische Komponenten der Bunten Brekzie des Rieskraters belegen ebenso eine Seen- und Sumpfl andschaft. Die Charakteristika der Ries-Auswurfmassen, unter anderem eine starke Disper-sion der Schmelzeanteile sowie das Auftreten von akkretio-nären Lapilli im Ries-Suevit, sind weitere Hinweise auf ein vergleichsweise „nasses“, volatilgesättigtes Target-Gestein. Jüngere numerische Modellierungen legen im Einklang mit den obigen Betrachtungen nahe, dass Wasser bei der Genese des Ries-Suevits – in einem alternativen „pseudo-phreato-magmatischen“ Entstehungsmodell – eine wesentliche Rolle spielte. Die Bildung geringer Mengen an Auswurfmassen beim Einschlag im Steinheimer Becken und der geringe Grad der Stoßwellenmetamorphose in dessen Impaktbrek-zien sprechen ebenfalls für einen Puffereffekt durch ein hochporöses, wassergesättigtes Target-Gestein. Der rasche Rückstrom oberfl ächennahen Grundwassers in beide Krater mit der nachfolgenden Bildung entsprechender Seesedi-mente zeigt zusätzlich den hohen Grundwasserspiegel im Untergrund der vom Einschlag betroffenen Gebiete an. Zu-sammenfassend sprechen mehrere unabhängige Faktoren für eine intensive und tiefreichende Wassersättigung der miozä-nen Landschaft um Nördlinger Ries und Steinheimer Be-cken. Beim mittelmiozänen Ries-Steinheim-Ereignis dürfte es sich also mit großer Wahrscheinlichkeit um den relativ seltenen Fall eines Meteoriteneinschlags in eine Seen- und Sumpfl andschaft gehandelt haben.

4. Danksagung

Wir danken Jörg Kröchert und Marcel Strasser für ihre zahl-reichen Anregungen und für erhellende Diskussionen. Wei-terhin bedanken wir uns bei Susanne Schwenzer und Conny Meyer für die Bereitstellung von Fotografi en. Auch möchten wir uns bei den beiden Gutachtern Holger Maurer (Geosys-tems Spezialbaustoffe GmbH, Rohrdorf) und Gernot Arp (Universität Göttingen) für die hilfreichen Kommentare herzlich bedanken. E.B. dankt insbesondere dem Stifterver-band für die Deutsche Wissenschaft e.V. für die fi nanzielle Förderung.

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Manuskript eingegangen: 05.12.2012Annahme zur Veröffentlichung: 12.03.2013