MEMIN-Teilprojekt: Projektil-Target-Interaktion, Schmelz- und Verdampfungsprozesse in Hochgeschwindigkeitsexperimenten und natürlichen Impaktiten

Dieses Teilprojekt hatte die chemisch-physikalische Interaktion zwischen „Projektil“ (dem einschlagenden Asteroiden) und „Target“ (der getroffenen Planetenoberfläche) während Einschlagereignissen zum Fokus. Mit einer Kombination aus Hochgeschwindigkeits-Impaktexperimenten, innovativen Laserexperimenten und petrologischen Untersuchungen an natürlichen Impaktgesteinen gelang es uns, die chemisch-physikalischen Prozesse während der Bildung sogenannter Impaktschmelzen und -kondensaten besser zu verstehen. 

Während die chemisch-physikalische Interaktion von Silikatgesteinen und metallischen Impaktoren im Vordergrund der ersten Förderphase von MEMIN stand, lag der Fokus der zweiten Förderungsphase dieses Teilprojektes auf der Reaktion von Karbonaten auf extreme Druck- und Temperaturbedingungen während der Dekompressionsphase von Impaktereignissen. Ein wesentliches Ergebnis dieses Teilprojektes in der zweiten Förderphase ist, dass Karbonate in Kontakt mit Silikat-Impaktschmelzen extrem schnell und effizient zersetzt werden, was zur Freisetzung von CO2 sowie zur Anreicherung der Silikatschmelze mit CaO (und MgO im Falle von Dolomit-haltigen Zielgesteinen) führt. Die beobachteten Grenzflächenprozesse ähneln skarnbildenden Reaktionen und die experimentellen Produkte weisen starke Parallelen zu natürlichen Impaktschmelzen karbonatführender Krater (bspw. Nördlinger Ries, Haughton, Meteor Crater etc.) auf. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die verzögerte Zersetzung von Karbonaten während und nach der Druckentlastung ein zentraler Prozess bei der Bildung solcher Impaktschmelzen ist. Gleichzeitig deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Karbonat-Impaktschmelzen während der Dekompressionsphase als Silikat-Karbonat-Schmelzemulsionen aufgrund physikalischer Kontraste, aber wahrscheinlich nicht durch Entmischung einer homogenen Schmelze, entstehen können. Die CO2-Entgasung karbonatreicher Zielgesteine wird somit als komplexer, Szenario-abhängiger Prozess interpretiert.

Abbildung oben: Interaktion von Karbonaten und lasergenerierten Silikatschmelzen in MENIM-Experimenten (aus: Hamann et al. 2018, Meteoritics & Planetary Science, 53, 1644–1686)

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Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 11/2013 – 10/2016

Publikationen:

• Hamann, C., Bläsing, S., Hecht, L., Schäffer, S., Deutsch, A., Osterholz, J., Lexow, B. 2018. The reaction of carbonates in contact with laser-generated, superheated silicate melts: Constraining impact metamorphism of carbonate-bearing target rocks. Meteoritics & Planetary Science, 53, 1644–1686. https://doi.org/10.1111/maps.13133
• Hamann, C., Fazio, A., Ebert, M., Hecht, L., Wirth, R., Folco, L., Deutsch, A., Reimold, W. U. 2018. Silicate liquid immiscibility in impact melts. Meteoritics & Planetary Science, 53, 1594–1632. https://doi.org/10.1111/maps.12907
• Ebert, M., Hecht, L., Hamann, C., Luther, R. 2017. Laser-induced melting experiments: Simulation of short-term high-temperature impact processes. Meteoritics & Planetary Science, 52, 1475–1494. https://doi.org/10.1111/maps.12809
• Van Roosbroek, N., Hamann, C., McKibbin, S., Greshake, A., Wirth, R., Pittarello, L., Hecht, L., Claeyes, P., Debaille, V. 2017. Immiscible silicate liquids and phosphoran olivine in Netschaëvo IIE silicate: Analogue for planetesimal core–mantle boundaries. Geochmimica et Cosmochimica Acta, 192, 295–317. https://doi.org/10.1016/j.gca.2016.10.042
• Hamann, C., Luther, R., Ebert, M., Hecht, L., Deutsch, A., Wünnemann, K., Schäffer, S., Osterholz, J., Lexow, B. 2016. Correlating laser-generated melts with impact-generated melts: An integrated thermodynamic–petrologic approach. Geophysical Reserach Letters,43, 10602–10610. Open Access: https://doi.org/10.1002/2016GL071050
• Schultze D.S., Jourdan F., Hecht L., Reimold W.U., Schmitt R.-T. 2016. Tenoumer impact crater, Mauritania: Impact melt genesis from a lithologically diverse target. Meteoritics & Planetary Science, 51, 323–350.https://doi.org/10.1111/maps.12593
• Hamann, C., Stöffler, D., Reimold, W. U. 2016. Interaction of aluminum projectiles with quartz sand in impact experiments: Formation of khatyrkite (CuAl2) and reduction of SiO2 to Si. Geochmimica et Cosmochimica Acta, 192, 295–317. https:// doi.org/10.1016/j.gca.2016.07.018
• Ebert M., Hecht L., Deutsch A., Kenkmann T., Wirth R., and Berndt J. 2014. Geochemical processes between steel projectiles and silica-rich targets in hypervelocity impact experiments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 133, 257–279. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.02.034
• Hamann, C., Hecht, L., Ebert, M., Wirth, R. 2013. Chemical projectile–target interaction and liquid immiscibility in impact glass from the Wabar craters, Saudi Arabia. Geochmimica et Cosmochimica Acta, 121, 291–310. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.07.030
• Ebert M., Hecht L., Deutsch A., and Kenkmann T. 2013. Chemical modification of projectile residues in a MEMIN cratering experiment. Meteoritics & Planetary Science, 48, 134–149. https://doi.org/10.1111/j.1945-5100.2012.1429.x