FORSCHUNG — 167 SiO2 ist ein Modellsystem für Kristallstrukturen von Dioxiden, insbesondere bei hohen Drücken. Die Hochdruckphasen von SiO2 wie Coesit und Stishovit sowie das Phänomen der druckinduzierten Amorphisierung von Quarz in Form von Lamellen werden als die besten Indikatoren für den Nachweis von natürliche Impaktprozessen in der Erdgeschichte angesehen [4]. Die Bildungsmechanismen der SiO2-Hochdruckphasen und der lamellaren Amorphisierung sind aber weitestgehend ungeklärt. Zur Entschlüsselung dieses Rätsels wurden neuartige Experimente der dynamischen Kompression in Diamantstempelzellen in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Elektronensynchroton (DESY) entwickelt [5-6]. Die Experimente erlauben eine schnelle Kompression von Kristallen auf bis zu ca. 60 GPa im Sekundenmaßstab und eine simultane zeitaufgelöste Aufnahme von Röntgenbeugungsaufnahmen. Experimente an vororientierten Quarz-Einkristallen zeigen, dass sich Quarz unter dynamischer Kompression in Form von orientierten Lamellen in eine bislang unbekannte, Rosiait-strukturierte Phase umwandelt (Abb. 2). Da diese Phase bei Normaldruck metastabil ist, zerfällt Rosiait während der Dekompression zu amorphen Lamellen, die exakt wie die amorphen Lamellen in Quarz Eine neue SiO2-Phase und ihre Rolle für die druckinduzierte Amorphisierung aus natürlichen Impaktkratern aussehen. Damit lässt sich das seit den 1950er Jahren bestehende Phänomen der lamellaren Amorphisierung nun erklären. [4] Langenhorst, F. (2024) Silica in a State of Shock. Nature Geoscience, DOI: 10.1038/s41561-024-01477-3. [5] Otzen C., Liermann HP, Langenhorst F. (2024) A New Mechanism for Stishovite Formation during Rapid Compression of Quartz and Implications for Asteroid Impacts. Journal of Geophysical Research.Planets DOI: 10.1029/2023je008126. [6] Otzen C., Liermann HP., Langenhorst F. (2023) Evidence for a Rosiaite-Structured High-Pressure Silica Phase and its Relation to Lamellar Amorphization in Quartz. Nature Communications DOI: 10.1038/ s41467-023-36320-7. Abb. 2. Schematische Darstellung der Orientierungsbeziehung zwischen Rosiait und Quarz (Bild: Christoph Otzen, modifiziert nach Otzen et al. 2023). Auf einer neuen Forschungsstelle befasst sich Dr. habil. Alexey Potapov mit der Rolle von Staubkörnern und deren heterogener Katalyse bei der physikalisch-chemischen Entwicklung im Weltraum, vom interstellaren Medium über protostellare Hüllen und protoplanetare Scheiben bis hin zu Planetensystemen einschließlich unseres Sonnensystems. Einer der Schwerpunkte ist die Bildung komplexer organischer und präbiotischer Moleküle unter astrophysikalisch und im Sonnensystem relevanten Bedingungen. Dabei werden Laborexperimente an kosmischen Staubkornanaloga mit astronomischen Beobachtungen kombiniert. Beispielsweise wurde das Phänomen der Absorption von Wassermolekülen durch Silicate in porösen Silicat/WasserEis-Gemischen untersucht, die den kosmischen Staubkörnern in kalten astrophysikalischen Umgebungen entsprechen. [67 Potapov A. (2024) Astrochemistry involving dust grains. Bunsen-Magazin, DOI: 10.26125/d4pf-x734. [8] Potapov A. and Garrod R. (2024) Influence of the C + H2O → H2CO solid-state reaction on astrochemical networks and formation of complex organic molecules. Astronomy & Astrophysics, DOI: 10.1051/0004-6361/202450958. [9] Potapov A., Jäger C., Mutschke H., Henning T. (2024) Trapped water on silicates in the laboratory and in astrophysical environments. The Astrophysical Journal, DOI: 10.3847/15384357/ad2c07. Heisenberg-Stelle zu astrochemischen Prozessen auf kosmischen Staub Abb. 3. Experimentaller Aufbau von INSIDE (INterStellar IceDust Experiment) Foto: Alexey Potapov.
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