Experimentelle Kraterbildung: Das MEMIN II Programm (Multidisziplinäres experimentelles und Modellierungs-Impaktforschungsnetzwerk)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wurden jeweils acht Teilprojekte der Forschergruppe in beiden Förderphasen koordiniert. Die erzielten Ergebnisse der ortsverteilten Forschergruppe basieren ganz wesentlich auf Experimenten. Deren Koordination und Durchführung war eine der zentralen Aufgaben des Koordinationsprojektes. Es konnten erfreulicherweise mehr Experimente durchgeführt werden als ursprünglich beantragt waren. Der konzertierte Ansatz der Forschergruppe ermöglichte es, einen einzigartigen Datensatz aus 51 Impakt-Experimenten, 26 Stoßwellenrückgewinnungsexperimenten sowie zahlreichen Flyertests, Split-Hopkinson-Bar Tests, membrangetriebenen Diamantstempel-Tests und Laserschockexperimenten zu sammeln. Zur Planung der Test-Kampagnen und gegenseitigen Berichterstattung wurden zahlreiche Vernetzungstreffen durchgeführt. Hauptziele der Forschergruppe waren, die Dynamik von Einschlagprozessen, die durch den Einschlag verursachten Schädigungen von Gestein und die Entstehung geophysikalischer Anomalien in Kratern mit experimentellem und numerischem Ansatz aufzuklären. Hierzu war auch eine Validierung von numerischen Hydrocodes und Materialmodellen, die zur Simulation von Einschlagsprozessen verwendet werden, notwendig. Die Dynamik der Kraterbildung konnte für verschiedene Gesteine (Sandstein, Kalkstein, Quarzit, Marmor, Gneis) und Einschlagsbedingungen quantifiziert werden. Wir fanden z.B. heraus, dass Gesteins-Porosität das Kratervolumen und die Effizienz der Kraterbildung exponentiell verringert. Ein höherer Grad der Wassersättigung poröser Gesteine führt dagegen zu einem Anstieg der gesamten Auswurfmasse, höheren Auswurfgeschwindigkeiten und steileren Auswurfwinkeln im Vergleich zu trockenen Gesteinen. Die Experimente lieferten Einblicke in den Energiehaushalt eines Einschlags. Die zerstörungsfreie geophysikalische Analyse der Targets ermöglichte, die Anomalien mit der Einschlagsenergie zu skalieren. Das Aufschmelz- und chemische Fraktionierungsverhalten von Projektil und Target beim Einschlag wurde quantifiziert. Eine neue Kalibrierung von Schockeffekten in Quarz konnte für poröse Gesteine im Niedrigschockbereich erstellt werden. Auch die physikalischen Bedingungen, die zur Bildung von Strahlenkegeln führen, wurden eingegrenzt. Zum ersten Mal wurde Stishovit in Niederdruckschockexperimenten erzeugt, was auf eine ultraschnelle Kristallisation aus Siliziumdioxidschmelze hindeutet. Mesoskalige numerische Modelle konnten mit den Experimenten validiert werden. Der kombinierte Ansatz von numerischer Modellierung und Kraterexperimenten führte zu verbesserten Skalierungsgesetzen und einem besseren Verständnis der Auswirkungen von Porosität und Festigkeit auf die Skalierung der Kratergröße. Im Rahmen der Forschergruppe wurden 12 Nachwuchswissenschaftler*innen promoviert. Fünf der beteiligten Wissenschaftler erhielten einen Ruf auf eine Professur. Die internationale Sichtbarkeit der Forschergruppe wurde durch mehr als 60 peer-review Publikationen und zwei Sonderbände im Fachjournal "Meteoritics & Planetary Science" erreicht. Ausdruck der internationalen Anerkennung war auch, dass die international höchste Auszeichnung auf dem Gebiet der Kraterforschung, die "Barringer Medal & Award", in den Jahren 2014 und 2018 an zwei Sprecher der Forschergruppe verliehen wurde. Die Forschergruppe hat strukturbildend zur Etablierung der Kraterforschung an der Universität Freiburg und der dauerhaften Kooperation mit dem Fraunhofer Ernst-Mach Institut geführt. So fand 2015, von der Forschergruppe organisiert, in Freiburg eine internationale Konferenz mit dem Titel: "Bridging the Gap III: Impact cratering in nature, experiment, and modeling" statt, an der über 120 Wissenschaftler teilnahmen. Das Lehrportfolio zur Kraterforschung wurde durch die Tätigkeiten der Forschergruppe insbesondere an der Universität Freiburg ausgebaut. Der Sprecher der Forschergruppe erhielt 2012 den Landeslehrpreis Baden-Württemberg und den Universitätslehrpreis der Universität Freiburg für eine Lehrveranstaltung in der Impaktkraterforschung. Die Öffentlichkeitsarbeit der Forschergruppe wurde durch ihre Webseite und zahlreiche Beiträge für Fernsehen, Funk, Internet und den Printmedien gewährleistet. Im DFG-Journal "Forschung" wurde ausführlich über die Tätigkeiten der Forschergruppe berichtet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2012. 3 Years MEMIN Project - Achievements and Outlook. 75th Meeting Annual Meeting of the Meteoritical Society, Cairns, Australia, Abstract #5213
Deutsch A., Kenkmann T., Thoma K., and Poelchau M.H.
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2013. The MEMIN research unit: Experimental impact cratering. Meteoritics & Planetary Science, MEMIN special issue
Kenkmann T., Deutsch A., Thoma K., and Poelchau M.H.
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2015. Impact metamorphism in terrestrial and experimental cratering events. EMU Notes in Mineralogy 15, 89–127
Deutsch A., Poelchau M. H., and Kenkmann, T.
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2016. Dynamics of impact cratering. In: Li, H., Li, J., Zhang, Q. & Zhao, J. (eds.): Rock dynamics: from research to engineering. Taylor & Francis Group, London, 37-48
Kenkmann, T.
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2018. Experimental impact cratering: A summary of the major results of the MEMIN research unit. Meteoritics and Planetary Science 53:1543-156
Kenkmann T., Deutsch A., Thoma K., Ebert M., Poelchau M. H., Buhl E., Carl E. R., Danilewsky A. N., Dresen G., Dufresne A., Durr N., Ehm L., Grosse C., Gulde M., Güldemeister N., Hecht L., Hiermaier S., Hoerth T., Hamann C., Kowitz A., Langenhorst F., Lexow B., Liermann H.-P., Luther R., Mansfeld U., Moser D., Raith M., Reimold W. U., Sauer M., Schäfer F., Schmitt R. T., Sommer F., Wilk J., Winkler R., Wünnemann K.
