Microscopic impactor debris at Kamil crater (Egypt): the origin of the Fe,Ni-oxide microscopic spherules

Il cratere di Kamil è un piccolo (45 metri in diametro) cratere da impatto situato nell’Egitto sud-occidentale (22°01'06"N, 26°05'16"E) e generatosi dall’impatto ad altissima velocità di una meteorite metallica (Gebel Kamil) su di un target sedimentario (arenarie appartenenti alla Formazione Cretacica di Gilf Kebir) meno di 5000 anni fa. A causa del suo straordinario stato di preservazione Kamil è considerato un struttura tipo per i crateri a piccolo impatto sulla Terra e quindi un laboratorio naturale per indagare riguardo tutti i processi e prodotti associati con l’impatto di piccoli proiettili (Folco et al., 2011). In questo lavoro ci si è focalizzati sulla natura di microscopiche sferule di ossidi di Fe-Ni abbondantemente trovate nel suolo attorno il cratere e la cui origine non è ancora chiara. Folco et al. (2015) hanno concluso che le sferule di ossidi di Fe-Ni sono: i) i prodotti di fusione di un proiettile metallico poiché loro hanno simili rapporti Ni/Fe (~0.3) e Ni/Co (~26) a quelli di Gebel Kamil (D'Orazio et al., 2011); ii) probabilmente detriti di fusi da impatto trovati insieme con altre particelle fuse da impatto. La loro alta concentrazione in Ni (NiO ~ 21 wt%) è differente da quella tipicamente osservata nelle micrometeoriti di tipo I (NiO ~ 3 wt%; Folco and Cordier, 2015). Comunque, le sferule di ossidi di Fe-Ni provenienti da Kamil sono simili alle sferule di ossidi di Fe-Ni trovate sul suolo del cratere di Sikhote Alin (Russia) che erano state interpretate come sferule di ablazione by Badyukov & Rajtala, 2012, cioè formate durante il volo atmosferico della meteorite metallica di Sikhote Alin attraverso la fusione dei detriti prodotti nella sua disintegrazione. Sono state selezionate 22 sferule di ossidi di Fe-Ni nel range di dimensioni comprese tra 100-400 µm trovate da 4 campioni di suolo (S23, S24, S25, S26, nel raggio a SE del cratere), raccolti durante la spedizione geofisica Italo-Egiziana del 2010 (Folco et al., 2010) per effettuare analisi morfologiche e mineralogiche tramite FE-SEM, EMPA e µ-Raman. Le osservazioni al SEM delle particelle intere e sezionate mostrano che le sferule di ossidi di Fe-Ni sono caratterizzate da una varietà di tessiture di rapido raffreddamento, maggiormente dendritiche. Quantità minori di elementi del target, includendo Si e Al (fino a 17 wt% e 2 wt%, rispettivamente), sono stati identificati negli interstizi tra gli ossidi di forma dendritica tramite EDS e WDS. La presenza di componenti del target è un fattore chiave per discriminare le sfere di ablazione da quelle da impatto, poiché queste ultime registrano l’interazione tra il proiettile e il target. Le nostre analisi morfologiche e mineralogiche delle sferule di ossidi di Fe-Ni hanno fornito prove definitive sulla loro origine come sferule da impatto e non come sferule di ablazione come riportato in letteratura per l’evento di impatto di Sikhote Alin. The Kamil crater is a small (45 m in diameter) impact crater in southwestern Egypt (22°01'06"N, 26°05'16"E) that was generated by the hypervelocity impact of a small iron meteorite (Gebel Kamil) on a sedimentary target (sandstones belonging to the Cretaceous Gilf Kebir Formation) less than 5000 years ago. Due to its extraordinary state of preservation Kamil is considered a type structure for small-impact craters on Earth and thus a natural laboratory to investigate all the processes and products associated with the impact of small projectiles (Folco et al., 2011). In this work we focus on the nature of the microscopic Fe-Ni oxide spherules abundantly found in the soil around crater whose origin is yet unclear. Folco et al. (2015) concluded that these Fe-Ni oxide spherules are i) the product of the melting of the iron projectile, as they have similar Ni/Fe (~ 0.3) and Ni/Co (~ 26) ratios to that of Gebel Kamil (D'Orazio et al., 2011); ii) likely impact melt debris being found together with other impact melt particles. Their high Ni concentration (NiO ~ 21 wt%) are different from those typically observed in I-type micrometeorites (NiO ~ 3 wt%; Folco and Cordier, 2015). However, Fe-Ni oxide spherules from Kamil are similar to Fe-Ni oxide spherules found at the Sikhote Alin crater field (Russia) which were interpreted as ablation spherules by Badyukov & Rajtala, 2012, i.e. formed during the atmospheric flight of the Sikhote Alin iron meteorite through the melting of debris produced during its disintegration. We have selected 22 Fe-Ni oxide spheres in the 100-400 µm size range from four soil samples (S23, S24, S25, S26, downrange of the crater) collected during the 2010 Italian-Egyptian geophysical expedition (Folco et al., 2010) for a detailed morphological and mineralogical investigation by FE-SEM, EPMA and µ-Raman analyses. SEM observations of the whole and sectioned particles show that the Fe-Ni oxide spheres are characterized by a variety of quench, mainly dendritic, textures. Minor amounts of target elements, including Si and Al (up to 17 wt% and 2 wt%, respectively), were detected in the interstices between the oxide dendrites by EDS and WDS. The occurance of a target component is a key factor in discriminating ablation spheres from impact melt spheres, since the latter records the interaction berween projectile and target. Thus, our morphological and mineralogical investigation of the Fe-Ni oxide spheres provided definitive proofs on their origin as impact melt spheres and not ablation spheres as reported in literature for the Sikhote Alin impact event