Ein rückgestreutes Elektronenbild welches das Ergebnis der Nachahmung des Kern-Kristallisationsprozesses zeigt. Rechts ist flüssiges Metall und links festes Metall zu sehen.
Credit: Nancy Chabot and Peng Ni
Zusammensetzung von eisenreichen Meteoriten durch die Kernkristallisation erklärt
Eine neue Arbeit unter der Leitung von Peng Ni und Anat Shahar vom Carnegie Institut for Science decken neue Details über die ältesten planetaren Objekte unseres Sonnensystems auf, die vor langer Zeit bei Kollisionen zerbrochen sind. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die unterschiedlichen chemischen Signaturen dieser Meteoriten durch den Prozess der Kernkristallisation in ihren Mutterkörpern erklärt werden können, was unser Wissen über die Geochemie in der Jugend unseres Sonnensystems vertieft. Die Ergebnisse wurden in Nature Geoscience veröffentlicht.
Viele der Meteoriten, die durch die Atmosphäre unseres Planeten sausten und auf die Erdoberfläche prallten, waren einst Teile von größeren Objekten, die irgendwann in der Geschichte unseres Sonnensystems durch Kollisionen auseinander brachen. Die Ähnlichkeit ihrer chemischen Zusammensetzung zeigt den Forschern, dass sie als Teil gemeinsamer Mutterkörper entstanden sind, auch wenn sie Jahrhunderte voneinander getrennt und an sehr unterschiedlichen Orten auf der Erde niedergingen.
Die Entschlüsselung der geologischen Prozesse, die diese Mutterkörper geformt haben, könnte uns mehr über die Geschichte unseres Sonnensystems und die prägenden Jahre der Erde lehren. Um wirklich zu verstehen, was unseren Planeten in die Lage versetzte, lebensfreundlich zu werden, und um auch anderswo nach bewohnbaren Welten zu suchen ist es entscheidend, sein Inneres zu verstehen – in Vergangenheit und Gegenwart.
„Wie die Gesteinsplaneten unseres Sonnensystems entstanden diese Planetesimale aus der Gas- und Staubscheibe, die unsere Sonne in ihrer Jugend umgab“, erklärte Hauptautor Ni. „Und wie im Fall der Erde sank auch bei den Planetesimalen das dichteste Material in Richtung Zentrum und bildete unterschiedliche Schichten.“
Es wird angenommen, dass Eisenmeteoriten die Überreste von Kernen alter, auseinander gebrochener Mutterkörper sind.
„Eine Geschichte der Differenzierung ihrer Schichten wird in ihrem chemischen Aufbau aufgezeichnet, wenn wir sie lesen können“, sagte Shahar.
Es gibt vier stabile Eisenisotope. (Jedes Element enthält eine eindeutige Anzahl von Protonen, aber seine Isotope haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.) Dies bedeutet, dass jedes Eisenisotop eine geringfügig andere Masse hat als die anderen. Einige Isotope werden von bestimmten chemischen Reaktionen bevorzugt – was wiederum den Anteil eines Isotops am Endprodukt der Reaktion beeinflusst.
Die Spuren dieser Bevorzugung finden sich in Gesteinsproben und können uns helfen, die Prozesse zu verstehen, die diese Meteoriten-Mutterkörper geschmiedet haben.
Frühere Untersuchungen zu den Verhältnissen von Eisenisotopen in Eisenmeteoriten führten zu einer rätselhaften Beobachtung: Im Vergleich zum Rohmaterial, aus dem die Mutterkörper gebildet wurden, sind sie mit schweren Eisenisotopen angereichert.
Zusammen mit Nancy Chabot und Caillin Ryan vom Labor für Angewandte Physik der Johns Jopkins Universität stellten Ni und Shahar fest, dass diese Anreicherung vollständig durch die Kristallisation des Kerns eines Mutterkörpers erklärt werden kann.
Die Forscher stellten im Labor die vermuteten Bedingungen des frühen Sonnensystems nach, um die Temperaturen der Kernkristallisation in Eisenmeteoriten-Mutterkörpern zu simulieren. Modelle des Kristallisationsprozesses, einschließlich anderer Elementkonzentrationen – zum Beispiel von Gold und Iridium sowie von Eisenisotopen – bestätigten ihre Ergebnisse.
5. August 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
