Zeitgelöste experimentelle Simulation von druck-induzierter Amorphisierung, Memory-Effekt und polymorphen Phasenumwandlungen von Plagioklas – Implikationen für Meteoritenimpakte

• Antragsteller: Professor Dr. Falko Langenhorst
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571966757

Plagioklas ist neben Quarz der wichtigste diagnostische Indikator für natürliche Impaktereignisse und hat für die Rekonstruktion der Impaktgeschichte extraterrestrischer Körper eine große Bedeutung, weil Quarz kein Bestandteil von Meteoriten ist. Plagioklas weist eine ausgewöhnliche Vielfalt von Phasenumwandlungen auf, die von der Amorphisierung im festen Zustand und dem Memory-Effekt bis hin zu polymorphen Übergängen in Hollandit- (Lingunit, Stöfflerit) und Defektpyroxen-strukturierte (Tissintit) Phasen reichen. Die Mechanismen dieser Phasenumwandlungen sind bis heute kaum verstanden und können nur mit modernen experimentellen Konzepten entschlüsselt werden. In früheren Stoßwellenexperimente konnte die Bildung der Hochdruckpolymorphe bislang nicht simuliert werden und viele dieser Experimente erlaubten zudem nur die Studie der zurückgewonnenen Proben. Deshalb schlagen wir in dem vorliegenden Projekt eine neue Art von schnellen Kompressionsexperimenten in Diamantstempelzellen vor, in denen zeitaufgelöste in-situ Röntgenbeugungsaufnahmen im Zeitmaßstab eines natürlichen Impakts am Synchrotron gemessen werden. Solche Experimente wurden kürzlich sehr erfolgreich an Quarz-Einkristallen getestet und bedeuteten für das Wissenschaftsfeld einen signifikanten Wissensfortschritt. Im Rahmen dieses Projekts planen wir die neuartigen Kompressionsexperimente auch an Plagioklas-Einkristallen unterschiedlicher Zusammensetzung durchzuführen und den Temperaturbereich der Experimente bis auf 1000°C zu erweitern. Ebenso sollen die Mikrostrukturen der zurückgewonnenen Proben mittels Transmissionselektronenmikroskopie charakterisiert sowie mit Plagioklasen aus früheren Stoßwellenexperimenten der Antragsteller verglichen werden. Insgesamt erwarten wir, dass die experimentelle Simulation von Impakt-Bedingungen in einem für die Natur realistischen Druck-Temperatur-Zeit-Rahmen und die Charakterisierung der Mikrostrukturen zu einem deutlich verbesserten Verständnis des Ursprungs und der Mechanismen der Amorphisierung und polymorphen Hochdruckphasen-Umwandlungen führt. Die Resultate dieses Projekts sollten auch für die Materialwissenschaften von Bedeutung sein, da Plagioklas ein Modellsystem für die druck-induzierte Amorphisierung und den Memory-Effekt von Materialien ist, die beide als Möglichkeiten zur Herstellung neuartiger amorpher Materialien mit verbesserten physikalischen Eigenschaften angesehen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Hanns-Peter Liermann, Ph.D.