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METEORITEN
Ultraschalluntersuchung von Kratern
Redaktion / Pressemitteilung der Technischen Universität München
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19. Dezember 2013

Bei Einschlägen von Meteoriten auf der Erde entstehen nicht nur sichtbare Krater, sondern auch Risse und Spalten im Untergrund. Durch das Nachstellen von Einschlägen im Labor versuchen Forscher seit einiger Zeit die Prozesse dabei besser zu verstehen. Um die Schäden im Untergrund erfassen zu können, werden die Modellkrater per Ultraschall untersucht.

Einschlagkrater

Ultraschall eines Sandsteinblocks nach dem Einschlag eines Meteoriten-Modells. Foto: TUM / MEMIN

Ein Meteoriteneinschlag hinterlässt nicht nur auf der Erdoberfläche sichtbare Spuren. Auch unterirdisch entstehen Risse und Spalten, abhängig von Größe, Energie und Einschlagwinkel des Himmelskörpers. Das Ausmaß dieser Schädigungszone können geophysikalische Messverfahren bislang nur ungenau erfassen. Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) arbeiten deshalb daran, die Bildung von Kratern besser zu verstehen: Sie haben dafür Miniatur-Meteorite unter Laborbedingungen einschlagen lassen - und unterziehen die Krater einer Ultraschallanalyse.

Bis zu 30.000 Kilometer pro Stunde schnell sind die Metallkugeln, die die Forscher auf einen Sandsteinblock schießen. Im Labor des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik in Freiburg simulieren die Miniatur-Meteorite die Zerstörungskraft von echten Einschlägen: Einen Zentimeter große Projektile hinterlassen einen sechs Zentimeter breiten und einen Zentimeter tiefen Sandsteinkrater.

Dabei fällt die tatsächliche Schädigung im Inneren des Gesteins weitaus größer aus, als mit bloßem Auge oder im Mikroskop erkennbar ist - das haben Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) mithilfe von Ultraschalltomographie ermittelt. Bis zu achtmal breiter als der eigentliche Krater ist die Zone, in der unterirdisch Risse und Spalten verlaufen.

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"Bei natürlichen Kratern können wir oft nur Vermutungen darüber anstellen, welche Schäden von dem Meteoriteneinschlag selbst stammen und welche Risse nachträglich durch die Verwitterung des Gesteins entstanden sind", erläutert Prof. Christian Große vom TUM-Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung. Mit den Ultraschallmessungen können die Wissenschaftler nun systematisch erheben, wie sich Größe, Energie und Einschlagswinkel eines Meteoriten auf die Beschaffenheit der unterirdischen Schädigung auswirken. "Bei einem senkrechten Aufprall können wir beispielsweise eine halbkugelförmige Schädigungszone erfassen. Trifft der Meteorit schräg auf, kann das anders aussehen", so Große.

Zusammen mit Geowissenschaftlern, Physikern und Ingenieuren arbeitet Große daran, die Bildung von Meteoritenkratern besser zu verstehen. Hintergrund der Forschungen ist auch, dass Kollisionen fester Körper zu den wichtigsten Prozessen bei der Entstehung von Objekten in unserem Sonnensystem zählen. "Mit den Kraterexperimenten können wir auch ihre Wirkung auf die Erde besser abschätzen", unterstreicht Große.

Mithilfe des Ultraschall-Tomographen lassen sich Grad und Ausbreitung der verborgenen Risse im Gestein erfassen, ohne die wertvollen experimentellen Krater zu beschädigen. Dazu wird ein akustisches Signal in einer bestimmten Frequenz durch den Sandsteinblock geschickt. Weil sich die Schallwellen im Gestein mit 3.000 Metern pro Sekunde etwa zehnmal schneller ausbreiten als in der Luft, verursachen Risse und Spalten Signale mit größerer Amplitude.

Auf der Basis dieser Signale erstellen die Wissenschaftler Geschwindigkeitsfelder, die sichtbar machen, wo die Schallwellen von Rissen aufgehalten werden. "Im nächsten Schritt verändern wir gezielt die Schussenergie und den Einschlagswinkel der Miniatur-Meteorite - und damit auch den unterirdischen Teil der Krater", erklärt Große.

Die Untersuchungen werden im Rahmen der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Forschergruppe MEMIN (Multidisciplinary Experimental and Modeling Impact Crater Research Network) durchgeführt. Die Gruppe verfolgt das Ziel, die Prozesse bei Hochgeschwindigkeitseinschlägen und die Bildung von Meteoritenkratern mit experimentellen und numerischen Verfahren zu analysieren.

MEMIN ist eine ortsübergreifende Forschergruppe, an der neben dem Museum für Naturkunde Berlin, das Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik Freiburg, die Universität Freiburg, das Geoforschungszentrum Potsdam, die Technische Universität München, die Universität Münster und die University of California in Berkeley beteiligt sind. Das Projekt ist 2009 gestartet und konnte in diesem Jahr eine zweite Förderphase über drei Jahre erreichen.

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siehe auch
Meteoriten: Meteoriteneinschläge im Labor - 15. Dezember 2010
Links im WWW
Technische Universität München
MEMIN (Multidisciplinary Experimental and Modeling Impact Crater Research Network)
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