Kraterstruktur und Exkavation: der Effekt von Lithologie und Lagenbau auf die Kraterbildung in experimentellen und natürlichen Kratern

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Gustav Josef Deutsch; Professor Dr. Thomas Kenkmann
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 35715273

Eine zentrale Rolle in diesem Antrag spielt die Kraterbildung in Kalkstein, die durch anspruchsvolle Kraterexperimente bei verschiedenen Impaktenergien durchgeführt wird. Wir betrachten die Auswirkungen von geschichteten Gesteinsverbänden mit einem rheologischen Lagenbau auf die Kraterbildung und werden die Untersuchungen zum Einfluss von Porosität und Wasser im Target auf die Kraterbildung abschließen. Die Untersuchungen nach den Experimenten umfassen (i) die Analyse der Kratermorphologien, (ii) die Auswurfcharakteristik und Deformation der zurückgewonnenen Ejektamassen und (iii) die systematische Auswertung der Schädigung des Krateruntergrundes. Durch die Bestimmungen von Kratervolumina der transienten und finalen Krater und der entsprechenden Kratereffizienz können wir die Kraterbildung in CaCO3 dominierten Targets mit derjenigen in Targets mit Lagenbau, und in SiO2 dominierten Targets, die Gegenstand der Untersuchung von MEMIN I waren, vergleichen. Dieses Projekt beinhaltet eine umfassende petrographische und mechanische Charakterisierung der Targetgesteine. So werden die Festigkeitseigenschaften und die Rissausbreitung beim Versagen der Gesteine für verschiedene Belastungsraten bestimmt. Brüche, die bei den Impaktexperimenten entstehen, werden mit denjenigen, die durch die confining pressure release technique gebildet wurden, mikrostrukturell und durch Oberflächenanalyse verglichen, um Einblicke in die Bruchmechanik zu erhalten. Unsere morphometrische und strukturelle Analyse der experimentellen Krater wird eine umfangreiche Datenbasis für Kalkstein und gemischte Targets erzeugen, mit deren Hilfe bestehende Skalierungsgesetze verbessert werden. Das Projekt liefert Daten, die zur Verbesserung von Materialmodellen und numerischen Berechnungen führen werden. Die hochskalierten experimentellen Ergebnisse werden in einer Geländekampagne im 3.8 km großen Steinheim Krater getestet und validiert. Im Rahmen dieses Antrages werden die strukturgeologischen Aspekte der Geländestudie durchgeführt, die mit den geophysikalischen Daten des Antrags VIII zusammengeführt werden. Die Realisierung des Projekts basiert auf den Erfahrungen der ersten Antragsphase, in der 24 Kraterexperimente durchgeführt wurden, um den Einfluss von Porosität, Porenwasser und Impaktenergie auf die Kraterbildung zu untersuchen. Wir fanden heraus, dass Wassersättigung im Target die Masse und Geschwindigkeit der Exkavation erhöhen und steilere Austrittswinkel von Ejekta bewirken. Morphometrische Untersuchungen haben gezeigt, dass das Tiefen/Durchmesser-Verhältnis mit dem Projektil/Target-Dichteverhältnis und der Porosität korreliert, wobei tiefe Krater in Gesteinen mit geringer Dichte entstehen. Porenwasser dämpft diesen Effekt und bewirkt eine Erhöhung der Kratereffizienz. Die abgeleitete Kratervolumenskalierung für trockenen Sandstein stimmt sehr gut mit den Ergebnissen numerischer Simulationen überein.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 887: Experimental Impact Cratering - The MEMIN-Program (Multidisciplinary Experimental and Modeling Impact Research Network)
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Klaus Thoma; Dr. Ghislain Trullenque