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Ergebnisse – Übersicht

Das grundsätzliche Ziel von MEMIN ist es, Impaktprozesse auf der Meso-Skala in porösen Gesteinen umfassend zu quantifizieren, um dabei ein Verständnis zu entwickeln von (i) der Dynamik der Kraterbildung, (ii) von Impaktschädigung, und (iii) von geophysikalischen Eigenschaften von Impaktkratern in sedimentären Targets.

Um diese Ziele zu erreichen, haben wir Parameterstudien über Impaktenergie, die Auswirkungen von Porosität, und die Anwesenheit von Wasser in Sandsteintargets durchgeführt. Unsere neuen Datensätze helfen dabei, die Lücke zwischen Experiment und Natur zu verringern.

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Impaktexperimente

Insgesamt haben wir 24 Kraterexperimente an den Anlagen des Ernst Mach Instituts durchgeführt (Tabelle 1). Projektile zwischen 2.5 und 12 mm Durchmesser wurden auf Geschwindigkeiten zwischen 2.5 und 7.8 km/s beschleunigt und erzeugten Impaktenergien zwischen 0.7 und 82 kJ. Dabei wurden Krater mit Durchmessern zwischen 3.9 und 40 cm gebildet.

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Target- und Projektilmaterial

Seeberger Sandstein wurde aufgrund seiner Zusammensetzung und kleiner, homogener Korngröße ausgewählt. Taunus Quarzit (ein niedrig-gradig metamorpher Quarzit) wurde als nicht-poröses, Quarz-reiches Endglied genommen, und Weiberner Tuff als hoch-poröses Material. Alle Materiale wurden petrographisch, geochemisch, petrophysikalisch, und durch Ultraschallmethoden untersucht.
Mehrere Materialien wurden für die Projektile evaluiert. Der Campo del Cielo Eisenmeteorit entpuppte sich als geeigneter Vertreter für einen natürlichen Impaktor aufgrund seiner Homogenität und geringer Zahl von Einschlüssen und Rissen. Der D290-1 Stahl und eine Ni-Cr Aluminiumlegierung (55X G28J1) wurden jeweils wegen ihrer hohen Konzentration an Spurenelementen ausgesucht.

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Seeberger Sandstein und Campo del Cielo-Meteorit wurde als Target und Projektil benutzt.

Für jede Reihe von Experimenten war eine lange Vorbereitungszeit notwendig um Messsyteme zu testen und um Targets und Projektile einzurichten. Nach grundsätzlichen Vorbereitungen wurden Ejektafänger, Ultrasschallsensoren, High-Speed Videokameras und Beleuchtung, Drucksensoren, und Sensoren, die den Impaktblitz aufzeichneten installiert und getestet.

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Oben: Die Targetkammer an der "Space gun" mit einem Quarzittarget. Schallemissionssensoren sind ans Target befestigt. Ejektafänger aus Vaseline und Steckmasse befinden sich hinter dem Target, und eine High-Speed-Kamera und Blitz sind auf der linken Seite sichtbar. Unten: Ein Sandsteintarget wird in der Targetkammer der "XL gun" präpariert.

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Impakt eines 1 cm Stahlprojektils auf Sandstein mit 5.3 km/s, ~10 µs nach dem Impaktzeitpunkt.

Post-Impakt-Analyse wurde zum Teil direkt nach jedem Experiment durchgeführt, z.B. die Suche nach Projektilresten. Nach der Kampagne wurden Ejekta und Targetmaterial unter den Forschern aufgeteilt. Zuerst mussten an den Targetblöcken nicht-invasive Messungen durchgeführt werden. Ein 3D-Laser-Rasterung des Kraters musste als erstes gemacht werden, gefolgt von Ultraschalltomographie, Vibrationsanalyse und Computertomographie. Danach wurden die Blöcke durchsägt, um eine Mikroanalyse von Kraterprofilsegmenten zu


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Der Sprecher untersucht ein Post-Impakt Projektilrest.

Parallel zu den Kraterexperimenten erfolgten planare Schockrückgewinnungsexperimente auf das gleiche Sandsteinmaterial, und lieferten hiermit wichtige Hinweise über das Verhalten von Sandstein im Niedrig-Schockdruckbereich.

Numerische Modelle des Kraterbildungsprozesses spielen eine entscheidende Rolle innerhalb des MEMIN Projektes. Die experimentellen Ergebnisse werden auch benutzt, um die numerischen Modelle zu validieren. Diese Modelle wiederum geben uns wichtige Einblicke in die Kraterbildung, die auf Impaktphänomene im planetaren Maßstab extrapoliert werden können.

 

Der zukünftige Verlauf des Programms

Wir haben jetzt ein detailliertes Wissen erreicht über den Einfluss von Porosität, Wassersättigung des Porenraums, und experimentelle Parameter (Größe, Geschwindigkeit, Material des Projektils) auf bestimmte Aspekte des Kraterbildungsprozesses. Der derzeitige Wissensstand ist in einem Sonderband von Meteoritics & Planetary Science (in Druck) gründlich dokumentiert, mit Beiträgen von jedem Teilprojekt.

Wir haben zwischen den Teilprojekten eine intensive Kollaboration etabliert, die aus der Kombination von experimentellen Ergebnissen und numerischen Modellen besonderen Nutzen zieht. Diese Modelle helfen uns dabei, die Prozesse unserer Fragestellungen zu evaluieren und zu quantifizieren, während die experimentellen Datensätze als Prüfmarke dienen, um verbesserte numerische Modelle zu validieren und damit die Lücke zwischen Experiment und Modell zu verkleinern. Diese Synthese wird derzeit aufgearbeitet und wird in naher Zukunft veröffentlicht.

 

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