Schockeffekte in Karbonaten

Während des Chicxulub-Impaktereignisses vor 65 Ma wurde CO2 aus den mächtigen Plattformsedimenten im Targetbereich freigesetzt. Es wird vermutet, dass dieses klimawirksame Gas tiefgreifende ökologische Veränderungen auslöste, die zur Massenextinktion an der Kreide-Tertiär-Grenze beigetragen haben. In diesem innovativen Forschungsprojekt wurde erstmals der Versuch unternommen, die Menge an freigesetztem CO2 zu quantifizieren. Dazu wurden Stoßwellenexperimente (Laser, Gaskanonen, Sprengstoff), schnelle Entlastungsexperimente (Vielstempelpresse), Rückreaktionsexperimente und Modellierunegn durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass entsprechend dem neu berechneten Phasendiagramm für CaCO3 bei den im Druckbereich < GPa im wesentlichen eine Aufschmelzung, jedoch keine Zersetzung der Kalzite erfolgt. Die Freisetzung von CO2 erfolgt erst bei deutlicher Druckentlastung und sehr hohen Stoßwellenresttemperaturen. Die Resultate lassen vermuten, dass die Menge an CO2, die in natürlichen Impaktprozessen aus Karbonaten freigesetzt wird, in nahezu allen Modellen überschätzt wird. Kohlendioxid scheint somit nicht wesentlich zum Massensterben vor 65 Ma beigetragen zu haben.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, PROCOPE, CNRS-INSU, Russian Foundation for Basic Research, TRM large scale facility grant

Beteiligte Wissenschaftler:

Priv.-Doz. Dr. Alexander Deutsch (Leiter), Dr. Ulrich Horneman (Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Effringen), Prof. Boris A. Ivanov (Russ. Akademy of Sci., Moskau), Dr. Falko Langenhorst (Bayerisches Geoinstitut Bayreuth), Dr. Pierre Agrinier (IPG-Paris), Dr. Isabelle Martinez (IPG-Paris), Prof. Dr. Urs Schärer (IPG-Paris), Dr. Michel Boustie (ENSMA, Futuroscope, Frankreich), Dr. Andre Migault (ENSMA, Futuroscope, Frankreich)

Veröffentlichungen:

Agrinier, P., Deutsch, A., Schärer, U., Martinez, I. (2001): Fast back-reactions of shock-released CO2 from carbonates: an experimental approach. Geochim. Cosmochim. Acta, in press

Ivanov, B.A., Deutsch, A. (2001): The phase diagram of CaCO3 in relation to shock compression and decomposition. Submitted to Phys. Earth Planet. Interiors

Ivanov, B.A., Langenhorst, F., Deutsch, A., Hornemann, U. (2001): How strong was impact-induced CO2 degassing in the K/T event? Numerical modeling of laboratory experiments. Proceedings of the Conference Catastrophic events & Mass Extinctions: Impacts and beyond (eds. Ch. Koeberl and K. G. Mac Leod). Geol. Soc. Amer. Spec. Pap., in press

Langenhorst, F., Boustie, M., Deutsch, A., Hornemann, U., Matignon, Ch., Migault, A., Romain, J.P. (2001): Experimental techniques for the simulation of shock metamorphism: A case study on calcite. Submitted to Springer series "High-Pressure Shock Compression of Solids" Spec. Vol. "Shock Chemistry and Meteoritic Applications" (ed. T. Sekine), Springer Berlin -Heidelberg - New York

Deutsch, A., Langenhorst, F. (2000): Shocked calcite - dynamic compression and adiabatic decompression experiments, modeling and observations in nature. 31. Intern. Geol. Congress, Rio de Janeiro, Brazil - CD-ROM

Ivanov, B.A., Langenhorst, F., Deutsch, A., Hornemann, U. (2000): How strong was impact-induced CO2 degassing in the K/T event? In Catastrophic events & Mass Extinctions: Impacts and beyond. LPI Contribution #1053, 80-81. Lunar Planetary Inst. Houston, TX.

Agrinier, P., Deutsch, A., Schärer, U., Martinez, I. (1999): On the kinetics of the reaction of CO2 with hot CaO during impact events: An experimental study. ESF program "Response of the Earth System to Impact Processes", workshop Oceanic Impacts: mechanisms and environmental perturbations, Bremerhaven, Abs. vol. 9-11

Deutsch, A. Langenhorst, F., Hornemann, U., Ivanov, B.A. (1999): Shock-dissociation of calcite: a new experimental approach. Ber. Deutsch. Min. Ges., Beihefte Eur. J. Mineral. 11, 57

Langenhorst, F., Zotov, N., Deutsch, A., Hornemann, U. (1999): Systematic shock experiments on calcite in the 10 - 100 GPa range, Annual report, BGI, 163-164.

Langenhorst, F., Deutsch, A., Hornemann, U., Ivanov, B.A., B. Poe (1999): Impact metamorphism of calcite: shock and rapid decompression experiments, and the equation of state ICDP/KTB-Kolloquium der DFG, RU Bochum

Ivanov, B.A., Horneman, U., Deutsch, A., Langenhorst, F. (1999): Shock-dissociation of calcite I: experiments and modeling. ESF program "Response of the Earth System to Impact Processes", workshop Geological and Biological Evidence for Global Catastrophes Quillan / Espéraza (France), Abs. vol., 43

Langenhorst, F., Deutsch, A., Ivanov, B. A. (1999): Shock decomposition of calcite: CO2 production. EGS 24th, Geoph. Res. Abstracts 1, #3, 704

Langenhorst, F., Deutsch, A., Hornemann, U., Poe, B. (1999): Shock and rapid multi-anvil experiments on calcite. EUG 10, J. Conf. Abs. 4, 269