Gas-Feststoffreaktionen in heißen, reduzierenden planetaren Bedingungen

• Antragsteller: Dr. Christian Renggli, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442083018

Die chemische Zusammensetzung der Krusten und der Oberflächen von Planeten und Monden in unserem Sonnensystem wird stark vom Verhalten leichtflüchtiger und volatiler Elemente beeinflusst. Insbesondere Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen, sowie Entgasungsprozesse, die vor allem bei niedrigen Druckbedingungen ablaufen, können die Zusammensetzung der planetaren Oberflächen signifikant ändern. Solche Gas-Feststoffreaktionen werden vom Oxidationszustand der Gasphase kontrolliert, aber die fundamentalen chemischen Prozesse sind nur ungenügend verstanden und wurden bisher, insbesondere bei reduzierenden Bedingungen, kaum experimentell untersucht. In diesem Forschungsprojekt werden wir das Verhalten von Schwefel (S), und den Metallen Zink (Zn), Kupfer (Cu) und Eisen (Fe) beim Gastransport unter reduzierenden Bedingungen erstmalig experimentell untersuchen. Dies ist notwendig um vulkanische, bzw., fumarolische Prozesse auf dem Mond und Merkur beschreiben zu können. Die experimentell hergestellten Produkte werden anschließend mineralogisch und geochemisch charakterisiert und die Fraktionierung der stabilen Isotope der Elemente S, Zn, Cu und Fe quantifiziert. Die Resultate dieser Experimente sind bei der Interpretation der Gesteinsproben der Apollo Missionen zum Mond notwendig, welche durch eine signifikante Anreicherung an volatilen Elementen gekennzeichnet sind. Zudem sind Experimente notwendig, um die chemische Zusammensetzung des Merkurs besser zu verstehen. Merkur ist der reduzierteste Planet des Sonnensystems, und weist darüber hinaus außergewöhnlich hohe S Konzentration (bis zu 4 Gew%) an der Oberfläche auf. Unsere Experimente werden helfen, die auf der merkurischen Oberfläche wirksamen Anreicherungsmechanismen von S zu entschlüsseln. Neben der mineralogischen und geochemischen Charakterisierung, werden die experimentell hergestellten Produkte auch mit Infrarot-Spektroskopie untersucht. Diese Daten können anschließend mit Beobachtungen des MERTIS Gerätes (Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer) an Bord der BepiColombo Raumsonde (ESA & JAXA) mit Ziel Merkur (Ankunft im Jahr 2025) verglichen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Paolo Sossi, Ph.D.; Dr. Peter Tollan