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Ultraschalluntersuchung von Kratern
Redaktion
/ Pressemitteilung der Technischen Universität München
astronews.com
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.
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.
"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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