Geology and lithology of the early palaeozoic marine impact structures Kärdla and Neugrund (Estonia)
Date
2008-09-05T10:03:49Z
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The present doctoral thesis is dedicated to two marine complex meteorite structures in Estonia – Kärdla and Neugrund. These subsurface structures have been observed, distinguished and studied during the last 40 years. Here, geological conditions are favourable for survival and research of early Palaeozoic craters, and the two craters belong to this age group. The observed cratering rate in Estonia is the highest worldwide.
In Estonia are two large and old complex impact structures – Kärdla (Hiiumaa Island) and Neugrund (southwestern Gulf of Finland). Both these structures are buried under the post-impacts deposits. Rim-to-rim diameter of the mostly mainland Kärdla crater is 4 km and of submarine Neugrund – 9 km, their age is about 455 Ma (Middle Ordovician) and 535 Ma (Early Cambrian), respectively. The landforms at these crater sites are not directly and easily recognizable as crater features. Due to subsurface setting of the structures different drilling and geophysical techniques were used. On the other hand, the near-surface, shallow position of the structures was favourable for such studies. Good survival of Kärdla and Neugrund structures makes them extraordinarily promising subjects for crater studies, and on the other hand – for search of unique regional geological and paleoenvironmental signatures possibly trapped in crater structures.
However, due to the present physical geographic positions of the Kärdla (on land) and Neugrund (at sea) craters, the methods and techniques available and used for their studies are different. The current stage of their studies also is very different.
The primary detailed research information on these structures is given in a number of reports on applied geological activities: geological mapping, prospecting for mineral resources and groundwater, which are also included in the list of referred works.
The results of the studies are published in a series of original papers (PAPERS I–VII). Geology and lithology as well as formation and development history of Kärdla and Neugrund impact structures are the main topics of these. Observations, methods and techniques, which finally led to discovery and description of these impact structures, are as well shortly presented.
Within the long list of c. 200 known craters the buried Kärdla and Neugrund craters belong to the few old, Early Palaeozoic structures weakly eroded and therefore with perfectly survived interior and almost perfectly survived external structural elements. Among the 26 impact structures (larger than 1 km in diameter) in Fennoscandia and Baltic region there are only 2–4 more structures, which have preserved almost as completely as Kärdla and Neugrund. The Kärdla structure is one of the best-studied structures in the region as well as worldwide.
Lühikokkuvõte
Käesolevad teesid on pühendatud Eesti kahele varapaleosoilisele merelisele komplekssele meteoriidikraatrile – Kärdlale ja Neugrundile. Kui Kärdla kraatri uurimisloo algus ulatub ligi 40 aasta tagusesse aega, siis Neugrundi puhul sai hiljuti täis esimene aastakümme. Eestis on geoloogilised tingimused soodsad nii meteoriidikraatrite säilimiseks kui uurimiseks. Eesti pindala koos territoriaalmerega on u 75 000 km2 ja sellel on avastatud seni 8 meteoriitseks peetavat struktuuri ehk umbes üks struktuur 10 000 km2 kohta või enam kui kusagil mujal maailmas. Kärdla meteoriidikraater (u 455 mln aastat) on üks paremini säilinud ja uuritud mattunud meteoriidikraatreid maailmas. Soome lahe suudmealal asuv Neugrundi meteoriidikraater (u 535 mln aastat) on kõige paremini säilinud ja kergemini ligipääsetav meteoriidikraater maailmameres. Kärdla kraatri avastamine oli juhuslikku laadi ja seal on u 30 aasta jooksul puuritud 162 puurauku, millest tõstetud u 22 km puursüdamikku. Kraatri kohta on avaldatud ligi poolsada teaduslikku publikatsiooni.
Neugrundi kraatri avastamisele eelnes hüpoteesi püstitamine (1995), mis leidis tõestamist 1998. aastal. Kärdla meteoriidiplahvatus toimus 100–200 m sügavuses meres, kohas kus kristalne aluskord oli kaetud u 140 m paksuse settekivimite kihiga. Plahvatusel tekkis 4 km läbimõõduga ja u 250 m kõrguse ringvalliga ümbritsetud enam kui 0,5 km sügavune ja 130 m kõrguse ning kuni 800 m läbimõõduga keskkerkega kompleksne kraater. Meteoriidikraatrit ümbritseb ellipsikujuliselt 12–15 km läbimõõdus ringmurrang. Neugrundi meteoriidiplahvatus toimus 100–200 m sügavuses meres. Aluskorra kivimeid kattis siin veele lisaks u 120 m settekivimeid. Plahvatuse tagajärjel tekkis u 9 km läbimõõdus kompleksne kraater. Kraatri keskel on u 5,5 km läbimõõdus kraatrisüvik. Selle sügavus ei ole teada, sest see on kaetud u 5 km läbimõõdus ringikujulise erosioonilise jäänukiga – lubjakivikattelise Neugrundi madalikuga. Meteoriidikraatrit ümbritseb kontsentriliselt u 20–21 km-se läbimõõduga ringmurrang.
Meteoriidiplahvatusest mõjustatud kivimid Kärdlas kuuluvad Ülem-Ordoviitsiumi Haljala lademe Kärdla ja Paluküla kihistusse. Kärdla kihistu ühendab vahetult meteoriidiplahvatuse käigus tekkinud kivimeid (süeviidid, auto- ja allotigeensed impaktbretšad, väljapaiskekivimid, sööstu- ja tsunamibretšad jne). Paluküla kihistu ühendab plahvatusjärgsel ajal tekkinud settekivimeid (enamasti lubjakive), mis sisaldavad kraatri kulutusprodukte. Paluküla kihistus eristuvad omakorda turbitiitide kihistik ja karbonaatkivimite kihistik ja selle stratotüübiks on Soovälja puuraugu (K-1) läbilõige süg. 189–301 m (112 m). Väljapaiskekiht (ing ejecta) on Kärdlas hästi säilinud ning uuritud ja see liivakas kiht lubjakivilasundis levib enam kui 30 km raadiuses. Väljapaiskekiht sisaldab löögimoonde tunnustega kvartsi (PTF-kvartsi).
Neugrundi meteoriidkraatrit ümbritsevast ringmurrangust seespool ei ole puurauke ja plahvatusel tekkinud kivimid (neugrund-bretšat) pärinevad rändkividest. Väljapaiskekiht on Neugrundi puhul esindatud enamasti liivakas-aleuriitsete kivimite kihiga Alam-Kambriumi ladestiku Sõru kihistus ja eristatav üksnes PTF-kvartsi leidude järgi.
Kärdla puhul on leitud PTF-kvartsi nii meteoriidiplahvatuse käigus tekkinud kivimeist kui ka viimaste erosiooniproduktidest. PDF-kvartsi on neis kuni 5 eri orientatsiooniga, kusjuures ühes teras esineb kuni 3 erinevat orientatsiooni. Lamellide tihedus on 100–400 tk 1 mm kohta. Toodud näitajad viitavad 10–14 GPa rõhule löögimoondel.
Neugrundi meteoriidikraatri puhul on PDF-kvartsi leitud neugrund-bretšade süeviidi ja impaktbretša soontest. Siinne PDF-kvarts on oma näitajate poolest üsnagi sarnane Kärdlas leitule.