"Seit mehr als 60 Jahren dient dieses lamellenartige Glas als Indikator für einen Asteroideneinschlag, aber niemand wusste bisher, wie es überhaupt zu dieser Struktur kommt", sagt Liermann. "Dieses Jahrzehnte alte R?tsel haben wir nun gel?st." Die Forscher hatten dazu jahrelang Techniken weiterentwickelt, mit denen sich Materialien unter Hochdruck im Labor untersuchen lassen. Dazu wird die Probe in der Regel in einer sogenannten Stempelzelle zwischen zwei kleinen Diamanten zusammengepresst. So lassen sich kontrolliert extreme Drücke wie im Erdinneren - oder wie bei einem Asteroideneinschlag - erzeugen.

Charakteristische Lamellen

Für seine Versuche verwendete das Team eine dynamische Diamantstempelzelle, in der sich der Druck w?hrend der Messung sehr schnell ver?ndern l?sst. Darin pressten die Forscher kleine Siliziumdioxid-Kristalle mit sehr regelm??igem Kristallgitter immer st?rker zusammen und durchleuchteten sie w?hrenddessen mit dem intensiven R?ntgenlicht von PETRA III, um ihre innere Struktur zu erkunden. "Die Kunst ist, den simulierten Asteroideneinschlag langsam genug ablaufen zu lassen, um ihn im R?ntgenlicht verfolgen zu k?nnen, aber nicht zu langsam, so dass die für einen Asteroideneinschlag typischen Effekte noch entstehen k?nnen", sagt Liermann. Als richtige Zeitdauer erwiesen sich dabei Experimente im Sekundenma?stab.

"Wir konnten beobachten, dass sich die Quarzstruktur bei einem Druck von ungef?hr 180 000 Atmosph?ren pl?tzlich in eine enger gepackte ?bergangsstruktur umwandelt, die wir Rosiait-artig nennen", berichtet Erstautor Christoph Otzen, der seine Doktorarbeit über diese Untersuchungen schreibt. "In dieser Kristallstruktur schrumpft der Quarz um ein Drittel seines Volumens. Die charakteristischen Lamellen formen sich genau dort, wo der Quarz diese sogenannte metastabile Phase bildet, die vor uns noch niemand in Quarz hat identifizieren k?nnen." Rosiait ist ein oxidisches Mineral, nach dem die auch bei anderen Materialien bekannte Kristallstruktur benannt worden ist. Es besteht nicht aus Siliziumdioxid, sondern ist ein Bleiantimonat (eine Verbindung aus Blei, Antimon und Sauerstoff).

Kollaps in ungeordnete Struktur

"Je h?her der Druck steigt, desto gr??er wird der Anteil mit Rosiait-artiger Struktur im Quarz", erl?utert Otzen. "L?sst der Druck wieder nach, wandeln sich die Rosiait-artigen Lamellen aber nicht in die ursprüngliche Struktur von Quarz zurück, sondern sie kollabieren zu Glaslamellen mit ungeordneter Struktur. Diese Lamellen sehen wir auch in Quarzk?rnern aus Ablagerungen von Asteroideneinschl?gen." Menge und Orientierung der Lamellen lassen dabei Rückschlüsse auf den Druck beim Einschlag zu. "Seit Jahrzehnten werden solche Lamellen zum Nachweis und zur Analyse von Asteroideneinschl?gen genutzt", betont Langenhorst. "Aber erst jetzt k?nnen wir ihre Entstehung genau erkl?ren und verstehen."

Für die Untersuchung haben die Forscher nicht die gr??ten technisch m?glichen Drücke verwendet. "Im Bereich der h?chsten Drücke entsteht so viel Hitze, dass das Material schmilzt oder verdampft", erl?utert Langenhorst. "Aufgeschmolzenes Material, das wieder zu Gestein erstarrt, gibt uns erstmal keine nützliche Auskunft. Wichtig ist jedoch genau der Druckbereich, in dem Minerale charakteristische Ver?nderungen im festen Zustand durchlaufen, und genau das haben wir in diesem Fall untersucht."