Die chemische Heterogenität von CI Chondriten

CI Chondrite werden als die chemisch primitivsten Gesteine im Sonnensystem angesehen. Mit Ausnahme einiger stark volatiler Elemente entspricht die Gesamtzusammensetzung dieser Meteorite der der solaren Photosphäre, und damit der des gesamten Sonnensystems. Deshalb dient die Zusammensetzung der CI Chondrite als Standard in den Geowissenschaften.

Im Detail sind CI Chondrite regolithische Breckzien, die aus Fragmenten mit Größen von bis zu mehreren 100 mm bestehen, die in einer feinkörnigen Matrix eingebettet sind. Die Fragmente bestehen aus einer Grundmasse, die haupsächlich von Schichtsilikaten wie Smektit oder Serpentin dominiert wird. In diese Grundmasse sind alle anderen Mineralphasen wie Magnetite, Sulfide, Karbonate, Sulfate, Phosphate und andere eingebettet.

Ziel der Studie ist die Erfassung der chemischen Bandbreite dieser silikatreichen Fragmente, und damit verbundener möglicher chemischer Heterogenität. Dazu wurden zunächst 11 Dünnschliffe von 4 der 5 bekannten CI Chondriten mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) kartiert, danach über 90 silikatreiche Fragmente mit einer Elektronenstrahlmikrosonde auf ihre Gesamtzusammensetzung an Hauptelementen analysiert. Schließlich wurden mittels eines Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometer (TOF-SIMS) Elementverteilungbilder von mehreren Fragmenten aufgenommen.

Es wurden starke Variationen in der Zusammensetzung der Fragmente für fast alle Hauptelemente festgestellt: z.B. reicht der Gehalt an FeO in den Fragmenten von 9.2 bis 42.4 Gewichtsprozent (Gew%), der von SiO₂von 14.2 bis 43.8 Gew%. Phosphor und Calcium, die in den meisten Fragmenten niedrige Gehalte aufweisen, sind in einigen Fragmenten angereichert (P₂O₅ : 0.1 bis 5.2 Gew%, CaO < 0.1 bis 6.6 Gew%). Mit Hilfe des TOF-SIMS wurden Anreicherungen an F und Cl in manchen Fragmenten festgestellt, und Anzeichen für hohe Konzentrationen von Seltenen Erden in phosphatreichen Fragmenten gefunden.

Diese chemischen Unterschiede hängen mit der ebenfalls variierenden mineralogischen Zusammensetzung der Fragmente zusammen, so hängt z.B. der Gehalt an Eisen von der Zusammensetzung der Schichtsilikate, der Anzahl an Magnetiten oder Sulfiden und dem Vorkommen von Ferrihydrit in den Fragmenten ab.

In einem weiteren Schritt wurden mit Hilfe verschiedener statistischer Methoden - vor allem mittels hierarchischer Clusteranalyse - Gruppen von Fragmenten mit ähnlicher, möglicherweise charakteristischer Zusammensetzung gefunden.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Beteiligte Wissenschaftler:

Dipl. Min. Andreas Morlok, Prof. Dr. Addi Bischoff, Prof. Dr. Elmar K. Jessberger, Hdoz. Thomas Stephan, Dr. Detlev Rost, Dipl. Phys. Torsten Henkel

Veröffentlichungen:

Morlok, A., Bischoff, A., Henkel, T., Rost, D., Stephan, T., Jessberger, E.K.: The Chemical Heterogeneity of CI Chondrites on the Submillimeter Scale. Meteoritics & Planet. Sci. 35, Suppl., A113, 2000

Morlok, A., Bischoff, A., Henkel, T., Rost, D., Stephan, T., Jessberger, E.K.: The Chemical Heterogeneity of CI Chondrites. Lunar Planet. Sci. Conf. XXXII, Abstract #1530, LPI, Houston, CD-ROM, 2000