Der Einfluss von Mantel Rheologie auf die frühe Differenzierung eisiger Satelliten

• Antragstellerin: Dr. Tiziana Boffa Ballaran
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248760695

Eismaterialien, hauptsächlich aus H2O, aber auch mit Ammoniak und Methan bilden den Hauptteil von Neptun und Uranus und darüber hinaus die 22 großen Satelliten, die die äußeren Planeten umkreisen. Diese Satelliten, die vermutlich vor allem vor der Auflösung des solaren Nebels akkretierten, sind von besonderem Interesse für die Planetenforschung, da sie eine Reihe verschiedener geologischer Besonderheiten aufweisen, einschließlich dem einzigen Beweis für außerirdische flüssige Ozeane, aktive Plattentektonik und Vulkanismus. Die vielfältigen Oberflächenstrukturen dieser Satelliten spiegeln unterschiedlichste interne Prozesse wieder, wie sie seit der Akkretion aktiv waren und zum Beispiel zu einer unterschiedlichen Differenzierung der Innenräume geführt haben. Ein Schlüsselparameter der Steuerung früher Differenzierung ist der Wärmeverlust aus dem Innenraum durch Konvektion. Nur Körper, die ausreichend schnell konvektive Vorgänge aufbauen konnten, vermochten Temperaturen niedrig genug zu halten, um ein Schmelzen und vollständige Differenzierung zu verhindern. Dies scheint der Fall auf zum Beispiel Callisto gewesen zu sein. Um solche frühzeitigen dynamischen Prozesse zu erforschen, müssen detailliert die Einschränkungen der Viskosität eisiger Materialien mittels Labormessungen rheologischer Eigenschaften erfasst werden. Derzeit sind solche Daten für die Bedingungen und Kompositionen, wie sie für eisige Satellite gelten, nicht verfügbar. In der vorliegenden Studie werden die mechanischen Eigenschaften von Eis und eisigen Verbindungen bei Drücken und Temperaturen untersucht werden, die mit dem gesamten Spektrum der Bedingungen, wie bei Eismonden gegeben, kompatibel sind. Darüber hinaus werden strukturelle und elastische Daten für viele eisige Materialien einschließlich Clathrate extrahiert werden, für die Daten bei hohen Drücken fehlen. Belastung und Spannung beziehungen aus Experimenten mit der Diamantstempelzelle werden zur Ableitung von Fließgesetzen genutzt werden. Bei diesen Experimenten werden mittels eines völlig neuen Ansatzes der Verwendung der Einkristall-Röntgenbeugung Gitterspannungen bestimmt werden. Durch die Untersuchung von Einzel- und Mehrfach-Kristall-Assemblagen, werden grundlegend neue Einsichten lokaler Belastungs störungen innerhalb polykristalliner Assemblagen gewonnen werden. Eise sind perfekte Modellmaterialien, mittels derer Modelle entwickelt werden können, die von entscheidender Bedeutung für die Interpretation rheologischer x-ray Hochdruckmessungen für Silikat-Materialien sind. Strukturelle, statische und dynamische Eigenschaften von Eis werden in Modelle für die interne Zusammensetzung und Viskosität der großen Eismonde von Jupiter und Saturn integriert werden. Diese Modelle werden verwendet werden, um Faktoren zu prüfen, die während und im Anschluss an die Akkretion zur Differenzierung einiger Satelliten in von Eis umgebener Silikat-Kerne geführt haben, während andere wiederum undifferenziert geblieben sind.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1385: The first 10 Million Years of the Solar System - a Planetary Materials Approach
• Beteiligte Person: Professor Dr. Daniel J. Frost