4  Kosmochemie, Meteorite & die Entstehung von Planeten [54:16]

Zum Abschluss der Einführung in die Geochemie schauen wir uns an wie Meteorite aussehen. Also die ersten Gesteine unseres Sonnensystems, und die Bausteine der Planeten. Da Meteorite das Baumaterial auch der Erde sind, sind sie natürlich sehr ähnlich wie die Erde zusammen gesetzt, haben in etwa dieseleben Elementkonzentrationen und dieselbe Mineralogie wie die Erde. Es gibt jedoch auch große Unterschiede. So sind die Haupt-Komponenten der Meteorite selbst ganz anders entstanden, wie alles auf der Erde. Wie genau wissen wir noch nicht, auch wenn es sehr viele Vermutungen und Vorschläge zu deren Bildungsprozessen gibt. Zum Schluss werden wir sehen, dass Planeten in 3 Wachstumsschritten von nm-winzigem, interstellaren Material über 18 Größenordnungen zu hunderttausenden Kilometern großen Planeten angewachsen ist. Und von da an wird es in den nächsten Stunden über die Erde und die damit verbundene Geochemie gehen. Das Rüstzeug, das zu verstehen, haben wir nun.

4.1 Fall & Fundgebiete von Meteoriten [10:26]

Bis Mitte des letzten Jahrhunderts kannte man nur wenige hundert Meteorite. Erst mit gezielten Expeditionen in heiße und kalte Wüsten stieg die Zahl bis heute auf über 40.000 an. Die äußeren Schichten der Meteorite heizt sich beim Flug durch die Atmosphäre auf und schmilzt, da Steine jedoch schlechte Wärmeleiter sind, bleibt das innere der Meteorite auf kalter Weltraumtemperatur. Das ermöglich es uns Meteorite zu studieren, und dabei etwas über die Frühphase und Entstehung unseres Sonnensystems und der Planeten zu lernen. Die ähnliche Zusammensatzung der Meteorite mit dem Erdmantel, und auch von Lava, erklärt das Schwarz der Schmelzkruste. Daher sind Meteorite leicht auf hellen Ebenen heißer und kalter Wüsten zu erkennen.

In welchen Umgebungen können Meteorite leicht gefunden werden?

Auf hellen, weiten Flächen wie sie in heißen und kalten Wüsten vorkommen.

Woran erkennt man Meteorite im Gelände?

Schmelzkruste, feine Risse in der Schmelzkruste, schwarz/bräunlich Oberfläche, gerundete OberflächeEisenoxid-Ausblühungen, oftmals magnetisch.

Wie heißt das Asteroiden-Bruchstück, das durch die Atmosphäre fliegt?

✓Meteor

✗Meteoroid

✗Meteorit

Wie heißt eine häufige Art chondritischer Meteorite (=Chondrite)?

✓gewöhnliche Chondrite

✗Haupt-Chondrite

✗häufige Chondrite

Wie nennt man Bruchstücke desselben Meteoriten?

✗Zwillingsmeteorite

✓verwandte Meteorite

✓gepaarte Meteorite

4.2 Ein Blick auf Geschichte und Typen von Meteoriten [12:01]

Dass Meteorite vom Himmel fallen, ist schon lange bekannt. Dass Meteorite jedoch von anderen Himmelskörpern stammen und irgendwann mit unsere Erde kollidieren, weiß man sicher erst seit etwas mehr als 200 Jahren. Seitdem ist deren besondere Bedeutung bekannt, und Meteorite werden zerteilt und detailliert untersucht. Meteorite sind das Material, aus dem die Planten aufgebaut wurden, und diesen daher grundsätzlich ähnlich. Jedoch sind gerade einige Komponenten primitiver Chondrite sehr anders, und daher von besonderem Interesse, um die speziellen Prozesse im frühen Sonnensystem zu verstehen, welche diese Komponenten gebildet haben. Eine seltenere Komponenten – Ca,Al-reiche Einschlüsse, kurz: CAI – sind außerdem die ältesten Komponenten unseres Sonnensystems, nämlich 4,568 Ga – und definieren damit das Alter unseres Sonnensystems.

Welche grundlegendenArten von Meteoriten gibt es?

Stein-, Stein-Eisen-, und Eisen-Meteorite

Welche Komponenten und Mineral treten in Meteoriten auf?

Komponenten: Chondren, Matrix, CAI, Metall, SulfidMinerale: Olivin, Pyroxen, Feldspat, Metall (Kamacit & Taenit), Sulfid

Wie heißt eine der wichtigsten Meteoritengruppen?

✓Chondrit

✗Stein-Meteorit

✗differenzierter Meteorit

Wie heißt der Forscher, welcher im Jahr 1794 die Meteoritenwissenschaft begründet hat?

✗Wegener

✗Goethe

✓Chladni

Wie tief schmilzt die äußere Schicht eines Meteors beim Atmosphärendurchtritt auf?

✓ca. 1000 µm

✓ca. 1 mm

✗ca. 1 cm

4.3 Die Einteilung der Meteorite in Klassen [7:28]

Keine Frage: Trockene Klassifikation gehört nicht zu den aufregendsten Themen. Trotzdem ist das grundlegend, und immerhin hat unsere gesamte Wissenschaft seinerzeit in Griechenland damit angefangen, dass Dinge sortiert, eingeteilt und eben verschieden benannt wurden. Also schauen wir uns das ebenfalls an. Es ist dabei wichtig, grundlegend das Prinzip der Einteilung zu verstehen. Es ist nicht entscheidend, jede Verästlung kennen und benennen zu können. Die wichtigen Begriffe wie differenziert/undifferenziert, Chondrit/Achondrit, Eisenmeteorit, kohlige/gewöhnliche Chondrite, sowie die Idee hinter den Klassifikationsprinzipien sollten jedoch mindestens bekannt sein.

In welche 2 grundlegende Klassen können Meteorite eingeteilt werden?

Differenzierte & undifferenzierte Meteorite.

Nenne Beispiele für Achondrite

Mars, Erde, Mond, HED, Aubrite, Ureilite, …

Aus welchen Meteoritengruppen lernen wir am meisten über Prozesse in der protoplanetaren Scheibe?

✓Undifferenzierte Meteorite

✓Chondrite

✗Eisen-Meteorite

✗Differenzierte Meteorite

Zur welchen Gruppe gehören die Meteorite, welche fast dieselbe Zusammensetzung wie die Sonne haben?

✓kohlige Chondrite

✗gewöhnliche Chondrite

✗Enstatit Chondrite

Welche Meteoriten-Gruppe ist die häufigste?

✗kohlige Chondrite

✓gewöhnliche Chondrite

✗Enstatit Chondrite

✗Achondrite

✗Eisenmeteorite

✗Mond-Meteorite

4.4 Die Komponenten der Chondrite [12:26]

Nun schauen wir wie Chondrite im Inneren ausschauen. Chondrite sind besonders interessant, da sie von undifferenzierten Mutterkörpern (=Asteroiden) stammen, und Material enthalten, das in der protoplanetaren Scheibe entstand, und seit über 4,5 Ga nicht verändert wurde. Chondrite enthalten 2 Hauptkomponenten: Chondren & Matrix, sowie 2 Nebenkomponenten: CAIs und Metalle/Sulfide. Chondren wurden in kurzen (→ Minuten bis Stunden) Hochtemperatur-Ereignissen (> 2000 K) in der protoplanetaren Scheibe gebildet. Der Mechanismus für diese H-T-Ereignisse ist bis heute umstritten und Forschungsgegenstand. Eventuell waren das Schockwellen in der protoplanetaren Scheibe, die Kollision von Asteroiden, Blitze – oder Chondren sind in mehreren, unterschiedlichen Prozessen entstanden. Klar ist, dass CAIs als erste entstanden, und etwa 2-4 Ma später Chondren. In jedem Fall findet man Chondren überall, es muss also ein sehr weit verbreiteter und häufiger Prozess gewesen sein, der Chondren gebildet hat. Daher sind diese, der Bildung, Chronologie, etc. intensiver und aktueller Forschungsgegenstand, auch hier in Frankfurt.

Beschreibe die wesentlichen Komponenten in Chondriten, deren Größe, Häufigkeit, Aussehen, etc.

Chondren: in der Regel 200 bis 1000 µm kleine, knorpelige Komponenten. Diese haben unterschiedliche Strukturen, z.B. porphyrische oder radialstrahlige Chondren. Oftmals auch fragmentiert. 20 - 80 vol. Matrix: Feinkörniges Material zwischen allen Komponenten. Meist µm-fein. 20 - 80 vol.
CAIs: Unregelmäßig geformte Komponenten, ähnlich groß wie Chondren, bestehen hauptsächlich aus Ca & Al. Bis zu 3 vol. Opak-Phasen: Hauptsächlich Metall und Sulfid. Tritt in der Matrix auf, aber auch in Chondren. Bis zu 10 vol.%

Zeichne aus dem Kopf die ungefähre Struktur eines Chondriten.

Vgl. mit z.B. Allende aus dem Video.

Chondrite sind undifferenzierte Meteorite

✓Wahr

✗Falsch

Chondren sind häufiger in:

✗kohligen Chondriten

✓gewöhnlichen Chondriten

Chondrite sind nach ihren Hauptkomponenten ›Chondre‹ benannt.

✓Wahr

✗Falsch

4.5 Der Beginn unseres Sonnensystems [11:55]

Wir haben nun gelernt wie alle Zutaten entstanden, um die Erde zu bauen, und wie sich diese Zutaten in immer neuen Strukturen entwickelt haben, aus diesen die Erde schließlich selbst entstehen konnte. Es fehlt nur der letzte Schritt, wie aus protoplanetaren Scheiben Planeten entstehen. In dieser abschließenden Einheit werden wir daher sehen, wie Planeten entstehen. Natürlich bleibt es bei einem ersten Einblick, und einer ersten Idee, wie das funktioniert, bzw. wie wir uns derzeit vorstellen, wie das funktioniert. Denn an vielem forschen wir noch, auch ganz aktiv am IfG hier in Frankurt.

Beschreibe den Materiekreislauf in unserer Galaxie.

Sterne explodieren → bilden diffuses, interstellares Material → daraus bilden sich dichte Materialwolken → diese kollabieren → weiter Verdichtung führt zur Fusion von Wasserstoff und der Bildung neuer Sterne → um einige können sich protoplanetare Scheiben bilden → in diesen wächst Material zu immer größeren Objekten, schließlich zu Planten → irgendwann explodiert der Stern → alles beginnt von vorn.

Beschreibe die entscheidenden Schritte des Größenwachstums in der protoplanetaren Scheibe.

ISM: nm bis ~µm → meteorische Komponenten: µm bis cm → Asteroide: cm bis hunderte km → Planeten: bis hundert Tausend km

Wie lange ist die ungefähre Lebenszeit protoplanetarer Scheiben?

✗10 - 20 a

✗10 - 20 ka

✓10 - 20 Ma

✗10 - 20 Ga

Wie groß in etwa war die Molekülwolke, aus der unser Sonnensystem entstanden ist?

✓1 LJ

✗1 AU

✗10 LJ

✗1 AU

✗100 LJ

✗100 AU

Das Sonnensystem war zu Beginn isotopisch homogen

✗Wahr

✓weitgehend

✗fast gar nicht

✗Falsch

Päsenzphase

Entweder machen wir das Spiel ›mündliche Prüfung‹ oder schreiben die Probeklausur.

Wie es nun weitergeht

Die Geschichte über Meteorite, Kosmochemie und die Entstehungunseres Sonnensystems und unserer Planeten ist noch lange nicht auserzählt. Und wenn Du noch mehr darüber erfahren willst, dann komm gerne zur Kosmochemie im Master-Studium, oder entscheide Dich für eine von vielen interessanten Bsc-Arbeiten überKosmochemie & Meteorite. Melde Dich gerne bei mir.

Dann geht es nach der nächsten Präsenzveranstaltung weiter mit Horst Marschall und Hardcore-Geochemie

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