Eine „Zeitkapsel“ aus dem Weltraum ist hier auf der Erde

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand das Sonnensystem aus einem chaotischen Nebel. Obwohl dieser Prozess unerreichbar scheint, können wir glücklicherweise viele Geheimnisse der Entstehung des Sonnensystems lüften, indem wir Chondriten untersuchen, die „Zeitkapseln“, die durch Zeit und Raum zur Erde gereist sind. Diese alten Gesteinsfragmente enthalten eine Fülle von Informationen, insbesondere die kleinen, runden Partikel, die sie enthalten – die Chondren.

Chondren sind ein wichtiger Bestandteil von Chondriten. Sie haben normalerweise einen Durchmesser von etwa einem Millimeter und bestehen hauptsächlich aus zwei Silikatmineralien, Olivin und Pyroxen. Die Bildung von Chondren erfolgt über einen Prozess vom Schmelzen bei hohen Temperaturen bis hin zum Abkühlen und Erstarren. In der Frühphase des Weltraums, bevor sich die Planeten versammelten, könnten Staubpartikel oder Asteroiden aufgrund von energiereichen Ereignissen wie Hochgeschwindigkeitskollisionen augenblicklich zu Tröpfchen geschmolzen sein und dann rasch abgekühlt und zu der Chondrenstruktur kristallisiert sein, die wir heute sehen.

Querschnitt eines typischen Chondriten: Dieser Meteorit wurde aufgeschnitten, um die Chondren freizulegen, die hauptsächlich aus Silikatmineralien wie Olivin bestehen. Zusätzlich zu Chondren enthalten Chondrite oft winzige Eisenpartikel, die nicht oxidiert (verrostet) sind, weil sie lange Zeit nicht der sauerstoffreichen Atmosphäre der Erde ausgesetzt waren. Dadurch sind sie leicht von irdischen Gesteinen zu unterscheiden, die kein Eisen in metallischer Form enthalten (zitiert nach Quelle 7).

Wenn ein typischer Chondrit aufgeschnitten wird, kommen nicht nur die schönen Chondren zum Vorschein, sondern auch mikroskopisch kleine Partikel aus nicht oxidiertem Eisen, wodurch er leicht von irdischen Gesteinen unterscheidbar ist. Chondriten sind die häufigste Meteoritenart und machen mehr als 85 % aller Meteoriteneinschläge aus. Sie stammen überwiegend aus dem Asteroidengürtel. Von diesen stammen vermutlich insbesondere gewöhnliche Chondriten von Asteroiden. Diese uralten Meteoriten entstanden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren und ihre Zusammensetzung ist der der Planeten im Sonnensystem sehr ähnlich. Aufgrund ihrer relativ alten, nicht wesentlich veränderten chemischen Zusammensetzung sind Chondrite zu einem wichtigen Träger für die Aufzeichnung der Entstehung des Sonnennebels und der frühen Stadien der Planetenentwicklung geworden. Wissenschaftler arbeiten jedoch noch immer daran, die darin enthaltenen tieferen Botschaften zu entschlüsseln. Chondriten verraten uns jedoch noch viel mehr. Bei der geochemischen Analyse von Chondriten fanden Wissenschaftler einzigartige Hinweise auf das Edelgas Helium. Es ist erwähnenswert, dass Chondriten auch das ursprüngliche Edelgas Helium enthalten, das für die Erforschung der Entstehung der Planeten im Sonnensystem von großer Bedeutung ist.

Helium-Isotopenverhältnisse in verschiedenen Proben (Sano, Y. (2018). Helium Isotopes. In: White, WM (Hrsg.) Encyclopedia of Geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39312-4_205)

Das Verhältnis der Heliumisotope (3He/4He) kann Wissenschaftlern dabei helfen, den Ursprung und die Verteilung der Materie im frühen Sonnensystem zurückzuverfolgen, den Prozess der Sternentwicklung aufzudecken und die physikalischen Umweltbedingungen im frühen Sonnensystem zu erforschen. 3He und 4He sind zwei stabile Isotope von Helium. Das natürliche Helium auf der Erde besteht zum größten Teil aus 4He und enthält nur einen sehr geringen Anteil 3He. Das 3He/4He-Verhältnis in der Erdatmosphäre beträgt etwa 1,4 x 10*-6. In den Sonnenwind- und Mondproben ist das 3He/4He-Verhältnis deutlich höher und erreicht 4 x 10*-4, was bedeutet, dass sie mehr Helium aus dem ursprünglichen Sonnensystem enthalten. Das Verhältnis von 3He/4He des aus hydrothermalen Quellen freigesetzten Heliums ist ebenfalls relativ hoch, hauptsächlich weil das ursprüngliche Helium im Kern freigesetzt wird. Die Messung des 3He/4He-Verhältnisses von Helium aus verschiedenen Quellen kann verwendet werden, um die Entwicklung der Erde und des Sonnensystems zu untersuchen, die Quelle des Mantelheliums zu ermitteln und geothermische Ressourcen abzuschätzen. In der geologischen Forschung ist das 3He/4He-Verhältnis ein wichtiger quantitativer Parameter. 4He entsteht auf der Erde hauptsächlich durch den Alphazerfall von Uran und Thorium. 3He stammt hauptsächlich aus der ursprünglichen Heliumkomponente des Sonnennebels, als die Erde entstand, und könnte auch aus künstlichen Kernreaktoren stammen. Das Helium des Mondes und undifferenzierter Gasplaneten wie Jupiter und Saturn weist ein 3He/4He-Verhältnis auf, das dem ursprünglichen Verhältnis der Sonne nahe kommt, etwa 2x10*-4. Dieses Helium behält die Signatur des Sonnennebels bei und lässt sich auf den Ursprung des Sonnensystems zurückführen. Das Verständnis der Heliumquellen in verschiedenen geologischen Strukturen und ihrer 3He/4He-Verhältnisse ist für die Erforschung der Kugelchemie und der Planetenwissenschaft von großer Bedeutung.

Heliumisotopen-geochemische Eigenschaften von Chondriten

Das Verhältnis von 3He und 4He weist bei Chondriten einzigartige Eigenschaften auf, insbesondere beträgt das in den Proben festgestellte 3He/4He-Verhältnis bis zu 10*-4, was dem von kohlenstoffhaltigen Chondriten und einigen Himmelskörpern ähnelt, von denen angenommen wird, dass sie aus den äußeren Regionen des Sonnensystems stammen. Dieser Unterschied in den Proportionen spiegelt unterschiedliche kausale Hintergründe und Eigenschaften der Quellregionen wider und hilft den Wissenschaftlern somit, die Verteilung und Entwicklung der Materie im frühen Sonnensystem zu verfolgen. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die Unterschiede in der Heliumisotopenzusammensetzung in Chondriten auch mit großräumigen kosmischen Ereignissen zusammenhängen könnten, beispielsweise mit Einschlagereignissen während der Planetenentstehung.

Ein 700 Gramm schwerer Meteorit NWA 869. Auf den geschnittenen und polierten Oberflächen der Proben sind Kügelchen und Metallflocken sichtbar. NWA 869 ist ein gewöhnlicher Chondrit (L4-6) (Wikipedia)

Hohe 3He-Konzentrationen könnten beispielsweise aus Supernova-Überresten uralter Sterne stammen, die außerhalb unseres Sonnensystems explodierten. Wenn Himmelsfragmente, die reich an diesen Heliumisotopen sind, durch Einschläge auf die Erde oder andere Planetensysteme gelangen, bringen sie Informationen über dieses uralte interstellare Medium in das innere Sonnensystem. Durch die Untersuchung von Heliumisotopen in Chondriten können Wissenschaftler nicht nur ein tieferes Verständnis der Anfangsbedingungen und materiellen Quellen der Entstehung des Sonnensystems gewinnen, sondern auch dazu beitragen, wichtige astronomische Ereignisse aufzuklären, die die Komponenten des Sonnensystems und ihre Entwicklungspfade beeinflussen. Diese Heliumspuren, die durch Zeit und Raum gereist sind, sind wie uralte Codes, die uns einen Blick in die kosmische Vergangenheit ermöglichen, die tief im langen Fluss der Geschichte verborgen liegt. Diese wertvollen „Fossilien“ haben uns ein neues Fenster zur Erforschung des Geheimnisses der Entstehung des Lebens im Universum geöffnet.

Quellen:

Busemann, H., Baur, H. & Wieler, R. (2000). Ursprüngliche Edelgase in „Phase Q“ in kohlenstoffhaltigen und gewöhnlichen Chondriten, untersucht durch schrittweises Ätzen im geschlossenen System. Meteoritics & Planetary Science, 35(5), 949-973.

Huss, GR, Lewis, RS, & Hemkin, S. (1996). Die „normale planetarische“ Edelgaskomponente in primitiven Chondriten: Zusammensetzung, Träger und Metamorphosegeschichte. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60(17), 3311-3340.

Schultz, L., Weber, HW, & Franke, L. (2005). Rumuruti-Chondriten: Edelgase, Expositionsalter, Paarung und Geschichte des Mutterkörpers. Meteoritics & Planetary Science, 40(4), 557-571.

https://www.universetoday.com/tag/chondrites/

https://www.britannica.com/science/chondrite

https://www.britannica.com/science/chondrule

http://www.faithfulscience.com/astronomy-and-cosmology/planetary-systems.html

Anhang:

Anhang: Mineralogische Klassifizierung von Meteoriten

Meteoriten sind wertvolle Zeugen der Materie des frühen Sonnensystems und enthalten wichtige Hinweise auf bedeutende wissenschaftliche Fragen wie die Entstehung des Universums, die Sternentwicklung und geochemische Prozesse. Sie stammen von verschiedenen Himmelskörpern im interplanetaren Raum und landen gelegentlich nach einer langen Reise von Milliarden von Jahren auf der Erde, wodurch sie für Wissenschaftler zu einem wichtigen Fenster werden, um die Geheimnisse des Weltraums zu erforschen. Die Klassifizierung von Meteoriten basiert hauptsächlich auf ihrer Mineralzusammensetzung, ihren strukturellen Eigenschaften, ihrer Isotopenzusammensetzung und anderen Faktoren. Sie lassen sich grob in drei Kategorien einteilen: Chondrite, Achondrite und Eisenmeteorite. Unter ihnen sind Chondrite der am weitesten verbreitete Typ. Sie enthalten eine große Zahl runder Partikel, die nur wenige Millimeter groß sind – die Chondren. Der Entstehungsprozess dieser Chondren liefert uns wichtige Informationen über die Hochtemperaturumgebung im frühen Sonnensystem. Achondrite enthalten keine oder fast keine Chondren und stellen das Krusten- oder Mantelmaterial des Mutterkörpers dar, das eine Schmelze und geologische Umwandlung erfahren hat, wie beispielsweise Marsmeteoriten, Mondmeteoriten und Vesta-Meteoriten. Eisenmeteorite bestehen hauptsächlich aus metallischem Eisen und Nickel und spiegeln die Zusammensetzung des Materials im Kern metallreicher Asteroiden wider. Durch eingehende Forschungen an verschiedenen Meteoritenarten können wir nicht nur die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des Sonnensystems zurückverfolgen, sondern auch ungelöste Rätsel in vielen Bereichen aufdecken, beispielsweise zur Zusammensetzung von Kruste und Kern verschiedener Planeten, zu Oberflächenprozessen und sogar zum Ursprung des Lebens. Daher ist die Klassifizierungsstudie von Meteoriten nicht nur die Schnittstelle zwischen Astronomie und Geowissenschaften, sondern auch ein wichtiger Weg, um die kontinuierliche Vertiefung des menschlichen Verständnisses des Universums zu fördern.

① Kohlenstoffhaltige Chondriten: Kohlenstoffhaltige Chondriten sind eine besondere Art von Chondriten. Sie zeichnen sich durch einen hohen Gehalt an organischen Verbindungen und Wasser sowie einen hohen Kohlenstoffgehalt aus. Dieser Meteoritentyp ist ein wichtiger fossiler Beleg für Material aus dem frühen Sonnensystem und gilt als einer der primitivsten Himmelsüberreste, der weder eine nennenswerte Hochtemperaturschmelze noch eine chemische Differenzierung erfahren hat. Zusätzlich zur üblichen Chondrenstruktur enthalten kohlige Chondriten auch eine Vielzahl von Mineralien wie Silikate, Eisenoxide, Sulfide und eine große Menge kohlenstoffhaltiger Materialien. Diese kohlenstoffhaltigen Materialien können amorpher Kohlenstoff, Graphit, organische Moleküle und sogar komplexe organische Verbindungen wie Aminosäuren sein, die die Grundlage des Lebens bilden. Darüber hinaus enthalten sie oft eine Vielzahl flüchtiger Elemente wie Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefel und Edelgase. Diese Komponenten sind von großer Bedeutung für die Untersuchung der Quellen von Wasser und organischer Materie im Sonnensystem, insbesondere auf der Erde. Durch die Analyse der Zusammensetzung und Struktur kohliger Chondriten können Wissenschaftler wertvolle Informationen über die Bedingungen im frühen Solarnebel, die Entwicklung der Materie im Asteroidengürtel des Sonnensystems und den Transport möglicher Lebensvorläufer aus dem interstellaren Raum zur Erde gewinnen.

Kohlenstoffhaltiger Chondrit Allende, kohlenstoffhaltiger Chondrit ist dunkelgrau bis schwarz Bild

Kohlenstoffhaltiger Chondrit, Allende-Meteorit, 4,560–4,568 Ga, Kohlenstoffhaltiger Chondrit-Allende-Meteorit, kleine zerbrochene Individuen. (1,4 cm Durchmesser) Kohlenstoffhaltige Chondrite sind dunkelgraue bis schwarze Chondrite mit einer relativ kohlenstoffreichen Matrix. Die erste große Probe eines kohligen Chondrits erhielten Meteorologen beim Einschlag des Allende-Meteoriten im Jahr 1969. Vor Allende war kohliges Chondritmaterial sehr selten. Allende ist der am intensivsten untersuchte und berühmteste kohlige Chondrit. Er traf die Erde am 8. Februar 1969 um 1:05 Uhr. Die bekannte Verteilung liegt in der Nähe der Stadt Allende im südöstlichen Teil des Bundesstaates Chihuahua im Norden Mexikos und erstreckt sich von Südwesten nach Nordosten. Das dunkle Material, das den oben gezeigten Felsen bedeckt, ist die ursprüngliche geschmolzene Kruste. Die verschmolzene Kruste stellt den äußeren Teil der ursprünglichen Gesteinsfragmente dar, die teilweise schmolzen, als der Allende-Feuerball durch die Erdatmosphäre flog. Die hellgrauen Bereiche zeigen das innere Erscheinungsbild des Gesteins (wo die verschmolzene Kruste auseinandergebrochen ist).

② Gewöhnliche Chondrite: Gewöhnliche Chondrite sind der häufigste Typ in der Meteoritenfamilie und machen etwa 85 % aller bekannten Meteoriten aus. Charakteristisch für diesen Meteoritentyp ist die große Anzahl winziger Chondren aus Silikatmineralien, die in der Frühzeit des Sonnensystems entstanden sind und Informationen über das ursprüngliche Nebelmaterial enthalten. Es weist nicht nur den niedrigsten Eisen- und Nickelmetallgehalt auf, auch seine chemische Gesamtzusammensetzung ist schlechter als die der H- und L-Gruppen. Durch die Untersuchung gewöhnlicher Chondriten können Wissenschaftler viele Informationen über die Materialzusammensetzung, Elementhäufigkeit, Isotopenverhältnisse sowie die physikalischen und chemischen Bedingungen während der Entstehung von Planeten im frühen Sonnensystem gewinnen. Da gewöhnliche Chondrite zudem weit verbreitet und leicht zugänglich sind, dienen sie als wichtiges Fenster zur Entstehung der Erde und anderer Planeten.

Gewöhnlicher Chondrit NWA 10114 L5 W1, S2 2380g

3 Enstatit-Chondrite: Enstatit-Chondrite sind eine seltene Art von Chondrit, deren Hauptmineralbestandteil Enstatit ist, ein Magnesium- und Eisensilikatmineral. Charakteristisch für diesen Meteoritentyp ist sein hoher Gehalt an Enstatit und verwandten Pyroxenen mit niedrigem Calciumgehalt und sein relativer Mangel an anderen in Chondriten häufig vorkommenden Mineralien wie Olivin. Ihre chemische Zusammensetzung lässt auf eine Entstehung in einer extrem reduzierenden Umgebung schließen, einem Teil der ursprünglichen Sonnennebelwolke, der reich an metallischem Eisen war und wenig Wasser oder flüchtige Stoffe enthielt. In der Frühgeschichte des Sonnensystems waren Enstatit-Mutterkörper wahrscheinlich die Überreste von Objekten in sehr trockenen Regionen des inneren Asteroidengürtels. Sie sind wichtig für die Untersuchung der Bedingungen im frühen Sonnensystem, insbesondere für das Verständnis der Materialzusammensetzung von Regionen, die weit entfernt von den Quellen von Wasser und anderen flüchtigen Substanzen liegen.

Enstatit-Chondrit-Impaktschmelzbrekzie NWA 6258
④R-Typ-Chondrit Rumuruti (R): Es handelt sich um einen relativ seltenen Chondrittyp, der sich von anderen Chondriten durch seine einzigartigen mineralogischen und chemischen Eigenschaften unterscheidet. Charakteristisch für diesen Meteoritentyp sind zahlreiche Kalzium-Aluminium-Einschlüsse (CAIs) und ein niedriger Eisengehalt. Außerdem enthält er große Mengen an Silikatmineralien wie Feldspat und Plagioklas sowie zahlreiche Chondrenstrukturen. Rumurutiites ist nach der Region Rumuruti in Kenia benannt, wo die ersten Meteoritenproben dieser Art entdeckt wurden. Ihre chemische Zusammensetzung und petrologischen Eigenschaften weisen darauf hin, dass sie im frühen Sonnensystem in einer relativ oxidierenden Umgebung entstanden sind, im Gegensatz beispielsweise zu Enstatit-Chondriten, die Produkte einer reduzierenden Umgebung darstellen. Da R-Typ-Chondriten einen höheren SiO2-Gehalt, einen geringeren Anteil an Metallen und Sulfiden sowie eine spezielle Kombination aus Chondren und Schmelzeinschlüssen aufweisen, liefern sie wertvolle Informationen für die Untersuchung der Entwicklung der Materialien des frühen Sonnensystems, der Differenzierungsgeschichte von Asteroiden-Mutterkörpern und der Bedingungen für die Planetenentstehung.

Mikrofotografien von unverhornten (a) und verhornten (b und c) R-Chondriten: (a) Hammadah al Hamra 119 (R4) unverhornt im Dünnschliffmaßstab. Kügelchen und Kügelchenfragmente sind in eine feinkörnige Matrix eingebettet; (b) Sphärolithische Verwitterungsbrekzie von Rumuruti (R3-6). Das Handexemplar besteht aus hellen und dunklen Fragmenten, die in eine detritische Matrix eingebettet sind. Der Anteil großer Klasten beträgt etwa 50 % (Schulze et al., 1994); (c) Dar al Gani 013 (R3-6) besteht aus nichtbrekziierter Lithologie (Typ 3), verschiedenen Arten von ausgewogenen Klasten und Impaktschmelzfragmenten (vergleiche mit Abbildung 3) (zitiert nach: https://www.researchgate.net/figure/Photomicrographs-of-unbrecciated-a-and-brecciated-b-and-cR-chondrites-a-Hammadah_fig1_313549596)

⑤Achondrit ist ein Silikatmeteorit, der keine Chondriten enthält. Chondriten sind die kleinen runden Körner, die in den meisten anderen Silikatmeteoriten enthalten sind. Achondrite stammen von Asteroiden, die so stark erhitzt wurden, dass sie schmolzen und sich in Kern, Mantel und Kruste differenzierten. Die größte Gruppe der Achondriten sind die Howardite, Eukrite und Diogenite, die wahrscheinlich von Vesta, dem zweitgrößten Asteroiden im Sonnensystem, stammen. Achondrite enthalten die Mineralien Olivin, Pyroxen und Feldspat, die beim Abkühlen des Mutterasteroiden entstanden. Dies liefert Erkenntnisse zu unserem Verständnis der geologischen Prozesse auf Asteroiden. Die chemische Zusammensetzung von Achondriten weist einen größeren Mangel an flüchtigen Elementen auf als die von Chondriten. Dies lässt darauf schließen, dass der Mutterasteroid auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wurde, um flüchtige Elemente freizusetzen. Achondrite machen etwa 8 % aller Meteoriteneinschläge aus. Sie sind wertvolle Proben für die Erforschung der Asteroidengeologie und der frühen Planetenentstehung.

Achondrit: Mai 2009 TKW: 2290 G Halbe Individuenzahl: 463 G Sehr frisches Endschnittgestein mit glatter Schnittfläche und glatter schwarzer Schale, in blockiger Form erhalten. Chromitkristalle erstrecken sich aus der Erdkruste. Eindeutig gepaart mit Peridot-Pyroxen NWA 5480. MB 101-Aufzeichnungen: Geschichte: Im Mai 2009 wurden von einem anonymen Entdecker östlich von Agaraktem in Mali vier Meteoriten gefunden. Physische Beschreibung: Vier nahezu vollständige Exemplare mit einem Gesamtgewicht von 2290 g. Petrologie: (R. Bartoschewitz, Bart) Cluster (ca. 50 Vol.-%) aus euhedralem bis subhedralem polykristallinem Olivin (ca. 1 mm, im Durchschnitt 0,1 mm), verteilt in Bändern, in einer Matrix aus xenolithischen bis subhedralen Pyroxenkörnern (ca. 1 mm), mit seltenem intergranularem Feldspat. Chromit und Metalle kommen hauptsächlich in Pyroxen- und Olivinkörnern vor. Geochemie: (R. Bartoschewitz, Bart; P. Appel, B. Mader, Kiel) Pyroxen Fs23,8-25,4Wo2,0-4,4, Olivin Fa29,3-30,3, Feldspat An76-83Ab1-5. Chromit Al2O3 = 14,4–15,4, TiO2 = 0,9–1,1, MgO = 4,1–4,8; Nickel = 0,3–1,1, Co = 0,7–0,9 (alle in Gew.-%). Klassifizierung: Olivindiorit, S1, sehr frisch.

Ein allgemeineres Klassifizierungsdiagramm sieht wie folgt aus:

Chondriten: Chondriten

Kohlenstoffhaltig: Kohlenstoffhaltiger Chondrit

Gewöhnlich: Gewöhnlicher Chondrit

Enstatit: Enstatit-Chondrit

Rumuruti (R): R-Typ Chondrit

Achondrite: Achondrite

Primitive Achondrite: Primitive Achondrite

Eisenmeteorite: Eisenmeteorite

Stein-Eisen-Meteoriten: Stein-Eisen-Meteoriten