8 Strukur & Klassifikation
Teil 1: Element-Zusammensetzungen der Chondren (1 - 2)
Die Chondren der Chondren-Population eines Chondriten sind nicht alle gleich zusammengesetzt, sondern unterschiedlich. Das ist unter anderem schon in der Chondren-Klassifikation in Typ I, II, bzw. A, AB, B erkennbar (-> diese müssen bekannt sein). Die Gesamtzusammensetzungen der Chondren in Chondren-Populationen individueller Chondrite zeigen dabei eine bestimmte Verteilung. Ebenso haben SEE typische Muster in Chondren. Informiere Dich über die Gesamtzusammensetzungen von Chondren und Chondren-Populationen in Chondriten und was sich daraus über die Bildungsbedingungen und -regionen der Chondren ableiten lässt. Verwende außerdem MetBase, um selbst ein Diagramm der Verteilung von Chondren-Zusammensetzungen in verschiedenen Chondriten anzufertigen.
Lernziele
Nenne ungefähre Zusammensetzungsintervalle wichtiger Elemente einer typischen Chondren-Population eines Chondriten. Beschreibe die Verteilung der Gesamtzusammensetzungen der Chondren-Population eines Chondriten. Zusammensetzungen eines Chondriten. Beschreibe die Muster und Häufigkeiten von SEE in Gesamt-Chondren. Erkläre, weshalb Chondren in einem Chondrit unterschiedliche Gesamt-Zusammensetzungen haben. Begründe, aus wie viel verschiedenen Reservoiren Chondren eines Chondriten stammen. Anwendung von MetBase auf konkrete Fragestellungen.
Teil 2: Isotopen-Zusammensetzungen der Chondren (3)
Die Chondren haben unterschiedliche Isotopen-Gesamtzusammensetzungen. Die Unterschiede dieser Isotopen-Gesamtzusammensetzungen können für verschiedene Elemente sehr unterschiedlich sein. Das hängt in der Regel damit zusammen, welcher Prozess die Isotope fraktioniert hat. Die Isotopen-Gesamtzusammensetzungen der Chondren in einem Chondrit zeigen oftmals eine bestimmte Verteilung. Schaue Dir die Isotopen-Zusammensetzung von Chondren und deren Verteilung in einem Chondriten an, und was daraus über die Bildungsbedingungen und -regionen der Chondren abgeleitet werden kann.
Lernziele
Nenne Intervalle von Gesamt-Chondren Isotopen-Zusammensetzung wichtiger Elemente. Setze die Breite der Isotopen-Intervalle in Bezug zum Mechanismus der Isotopen-Fraktionierungsprozesse. Beschreibe die Verteilung der Gesamt-Chondren Isotopenzusammensetzungen der Chondren-Population eines Chondrites. Belege anhand der Isotopen-Zusammensetzung der Chondren deren Bildung aus einem gemeinsamen Reservoir.
Teil 3: Größen und Größenverteilungen der Chondren (4 - 5)
Chondren haben bestimmte Größenverteilungen und unterschiedliche, mittlere Größen in den verschiedenen Chondrit-Gruppen. Schaue Dir an, wie die Chondren-Größenverteilungen aussehen, und was sich daraus über die Chondren-Bildung lernen lässt.
Lernziele
Kenne ungefähr die Chondren-Größen in den verschiedenen Chondriten. Beschreibe die Chondren-Größenverteilungen und argumentiere, was sich daraus für die Chondren-Bildung ableiten lässt. Erkläre den Unterschied in den 2D und 3D Chondren-Größenverteilungen.
Teil 4: Isotopische Zusammensetzung der Meteorite (6 - 7)
Die Isotopen-Zusammensetzung von Gesamt-Meteoriten wird genutzt, um unterschiedliche Bildungsregionen der Meteorite zu identifizieren. Damit dient sie gleichzeitig als Klassifikationsmerkmal. Zwei häufig genutzte Schemata dafür sind einmal die Sauerstoff-Isotope, und zum Anderen nukleosynthetische Anomalien. Diese beiden Schemata sind prinzipiell verschieden. Lerne den Unterschied dieser Schemata, erkläre wie diese verwendet werden und was aus diesen für unser Verständnis der protoplanetaren Scheibe abgeleitet werden kann.
Lernziele
Erkläre die verschiedenen Steigungen im Sauerstoff 3-Isotopen-Plot. Erkläre massen(un)abhängige Fraktionierung. Beschreibe, wie Sauerstoff-Isotope als Meteoriten-Klassifikation genutzt werden, und wo sich die verschiedenen Meteorite, aber auch weitere Komponenten, sowie die Sonne im Sauerstoff 3-Isotopen-Plot finden. Argumentiere, wie die nukleosynthetische Dichotomie der Meteorite entstand, und setze diese dabei in Bezug zu präsolaren Körnern und einer möglichen Strukturierung der protoplanetaren Scheibe, sowie dem Einfluss Jupiters auf diese hypothetische Strukturierung.
8.1 Gesamt-Chondren Element Verteilungen
Chondren eines Chondriten haben variable Gesamt-Zusammensetzungen. Die Verteilungen sind üblicherweise unimodal und in etwa normal bis log-normal. Unimodal bedeutet nur ein Peak, d.h., Chondren eines Chondrits haben keine multi-modalen Verteilungen. Allerdings können multi-modale Verteilungen für einzelne Elemente auftreten, z.B. für refraktäre Elemente wie Al. Wahrscheinlich sind das dann Chondren, denen refraktäres Material wie z.B. CAIs zugemischt wurden. Die meist unimodalen Verteilungen entstanden wahrscheinlich durch Gas-Schmelz Austausch während der Chondren-Bildung. Die Mischung unterschiedlicher Precursor-Körner ist unwahrscheinlich, da diese µm-klein waren. Werden Tausende bis Millionen solcher kleiner Precursor-Körner für ein Chondren Precursor-Aggregat gemischt, ergibt das immer die mittlere Zusammensetzung der Precursor. D.h., Chondren hätten in dem Fall alle dieselbe Zusammensetzung. Chondren eines Chondrites haben in gleicher Weise unterschiedliche Isotopen-Zusammensetzungen.
Zwischen etwa 10 und 30 Gew%. Dieser Bereich ist deutlich höher, wenn MgO betrachtet wird (Element -> Oxid Umrechnungsfaktor: 1.65).
Unimodal und etwa normal bis log-normal. Seltener, und nur für einige Elemente auch multi-modal. Zum Beispiel im Fall von Al, wenn wahrscheinlich CAI-ähnliches Material einem Teil der Chondren beigemischt wurde.
✓Wahr
✗Falsch
✗Mischung mit SiO2
✗Die Chondren kommen aus Reservoiren mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
✓Gas-Schmelz Austausch
✗Zumischung präsolarer Körner
✓Wahr
✗Falsch
8.2 SEE Gesamtzusammensetzung von Chondren
Die SEE-Muster von Gesamt-Chondren aller Chondrit-Gruppen sind überwiegend unfraktioniert, flach, und meist angereichert relativ zu CI. Offensichtlich entstanden Chondren aus Material das zuvor nicht fraktioniert wurde und etwas angereichert an SEE war. CAIs haben oftmals hohe SEE-Konzentrationen und unterschiedlich fraktionierte SEE-Muster, und können daher als eine signifikante Komponente ausgeschlossen werden.
Die SEE sind in Chondren meist gegenüber CI angereichert, und zwar um einen Faktor zwischen 1.2 und 2, meist rund um 1.5
Das ist sehr wahrscheinlich nicht richtig. Die SEE-Muster in Chondren sind in der Regel Flach, wohingegen CAIs oft fraktionierte SEE-Muster haben. Diese sollten von den Chondren ererbt werden – was nicht beobachtet wird. Jedoch haben einige Chondren auch fraktionierte SEE-Muster, und diese Chondren haben sehr wahrscheinlich etwas CAI-Material eingebaut. Die meisten Chondren erhielten ihre flachen SEE-Muster allerdings von unfraktioniertem, refraktären Material. Das kann als weiterer Beleg verwendet werden, dass CAIs in einer anderen Region gebildet wurden als Chondren.
✓Wahr
✗Falsch
✓Wahr
✗Falsch
✗Wahr
✗Nein, umgekehrt
✓Falsch
8.3 Stabile Isotopen-Zusammensetzungen von Gesamt-Chondren
Die Isotopen-Zusammensetzungen sind in den Chondren-Populationen der verschiedenen Chondrite unterschiedlich. Die leichten Isotope bis 18O – und mit 41K – haben relative Abweichungen vom jeweiligen Isotopen-Standard zwischen etwa -25 to +20‰, und im Falle von 15N zwischen -134 to +164‰. Für alle anderen stabilen Isotopensysteme sind die Abweichungen sehr viel geringer, typischerweise zwischen -2 and +1‰. Nur zwei Chondren haben höhere Abweichungen von fast -4‰ (88Sr und 114Cd). Liegen die Isotope-Daten auf Massen-Fraktionierungslinien, sind diese Isotopen-Abweichungen entsprechend sehr wahrscheinlich das Ergebnis massen-abhängiger Prozesse. Liegen die Isotope-Daten dagegen auf nicht Massen-Fraktionierungslinien, sind diese Abweichungen in dem meisten Fällen (außer z.B. O-Isotope) das Ergebnis von Mischungsprozessen. Dabei wurden z.B. nukleosynthetische Komponenten den Chondren zugemischt (-> ›massen-unabhängige Fraktionierung‹).
Meist nur wenige ±Promill. Leichte Elemente können im Bereich von ±Prozent liegen, bis – sehr selten – Zehner ±Prozent.
Massen-abhängige und massen-unabhängige Prozesse.
✓Kinetisch
✗Mischung
✓Gleichgewicht
✓Masse
✗Größe
✗Zugabe präsolarer Körner
✗Masse
✗Größe
✗Volatilität
✗Llithophil/Siderophil
✗Kinetisch
✓Mischung
✗Gleichgewicht
✗Masse
✗Größe
✓Zugabe präsolarer Körner
✓Geringe Masse
✗Kleine Größe
✓Volatil
✗Llithophil
8.4 Mittlere Chondren-Durchmesser in den verschiedenen Chondrit-Gruppen
Die Chondren-Populationen einer Chondrit-Gruppen streuen über ein Intervall an Durchmessern, deren Verteilung meist normal bis log-normal ist. Die mittleren Chondren-Durchmesser der Chondren-Populationen in den verschiedenen Chondrit-Gruppen variieren von ca. 900 µm in CV und CK Chondriten bis hinunter zu ca. 150 µm in CM Chondriten. Clan-Beziehungen sind erkennbar zwischen z.B. CV und CK oder CO and CM Chondriten, deren Chondren-Populationen jeweils dieselben, mittleren Chondren-Durchmesser haben.
Die Chondren der verschiedenen Chondrit-Gruppen können nicht gemischt worden sein, da fast jede Gruppe eine andere, mittlere Chondren-Größe hat. Chondrit-Gruppen mit ähnlichen mittleren Chondren-Größen bilden einen Clan – jedoch nicht nur wegen der mittleren Chondren-Größen. Die verschiedenen mittleren Chondren-Größen belegen unterschiedliche Chondren-Bildungsbedingungen in den Chondren-Bildungsregionen der verschiedenen Chondrite.
CV-CK und CM-CO.
✗Wahr
✓Falsch
✓CC
✗OC
✗EC
✗K
✗R
✓CC
✗OC
✗EC
✗K
✗R
8.5 Chondren Größen-Verteilungen
Chondren eines Chondriten sind unterschiedlich groß, mit ungefähr Log-Normalverteilungen. Die mittlere Chondren-Größen sind sehr variabel zwischen den einzelnen Chondrit-Gruppen, und charakteristisch für jede Gruppe. Die Formen der Verteilungen sind ebenfalls unterschiedlich, wenn auch nur leicht. Die Chondren-Größenverteilungen sind eine wichtige Rahmenbedingung für die Chondren-Bildung. Die Verteilung könnte von unterschiedlich großen Chondren Precursor-Aggregaten ererbt sein, die wahrscheinlich stochastic aggregierten. Die Größenverteilung könnten auch durch unterschiedlichen Verlust und Zugewinn an Material während des Gas-Schmelz-Austausches entstanden sein, der stattfand, während sich die Chondren bildeten. Alternativ wurde vorgeschlagen, dass eine Größensortierung zur beobachteten Verteilung führte. Nichtsdestotrotz müssen die Chondren zuvor unterschiedlich groß gewesen sein, um sortiert werden zu können.
Diese sind unimodale, normal bis log-normale Verteilungen.
- Größensortierung: theoretische Berechnung können die Form der Chondren-Größenverteilung reproduzieren. Allerdings können natürlich nur Chondren unterschiedlicher Größe sortiert werden. Daher kann Größensortierung allein nicht die unterschiedlichen Größen der Chondren erklären. Größensortierung ist wahrscheinlich auch ein Problem für Einzel-Reservoir Modelle für Chondren und Matrix. (ii) Chondren-Precursor: Chondren agglomerierten aus µm-kleinem Staubmaterial. Dieser Prozess produzierte womöglich unterschiedlich große Chondren-Precursor, aus denen in der Folge unterschiedlich große Chondren wurden. (iii) Evaporation & Rekondensation/Chondren-Bildung: Einzelne Chondren erfuhren womöglich leicht unterschiedliche Bildungsbedingungen während sie entstanden. Leichte Unterschiede in z.B. Peak-Temperatur, Evaporation und Rekondensationsraten, usw. könnten zu unterschiedlichen Chondrengrößen geführt haben. (iv) Unterschiedliche Herkunft: Chondren könnten sich an verschiedenen Orten gebadet haben, mit jeweils einer anderen Größe. Diese Chondren wurden nachfolgend gemischt. Allerdings würde man in diesem Szenario multimodal Chondren-Größenverteilungen erwarten.
✗Wahr
✓Falsch
✓… 155 µm
✗… 1550 µm
✗… 155 mm
✓… 0,155 mm
✗Wahr
✓Falsch
8.6 Klassifikation und der Sauerstoff (O) 3-Isotopen Plot
Meteorite unterscheiden sich signifikant in ihrer Sauerstoff-Isotopen Zusammensetzung. Diese wird daher als Klassifizierungsmerkmal verwendet. Meteorite einer Gruppe können jedoch über einen Bereich mit unterschiedlichen O-Isotopen Zusammensetzungen streuen. Ebenso streuen die Komponenten der Meteorite, wie etwa Chondren oder CAIs. Besonders auffällig ist, dass bestimmte Meteoriten-Gruppen wie die kohligen Chondrite, aber auch Komponenten wie Chondren oder CAIs entlang einer massenunabhängigen Korrelation mit einer Steigung nahe 1 fallen. Der Sonnenwind hat eine sehr 16O-reiche Zusammensetzung nahe denen der CAIs. Wahrscheinlich ist das die ursprüngliche Zusammensetzung unseres Sonnensystems, und die heute beobachteten Zusammensetzungen in den Meteoriten, deren Komponenten, aber auch die Zusammensetzung anderer planetarer Körpern wie der Erde, dem Monde oder dem Mars haben sich durch nachfolgende Prozesse entwickelt. Eine Möglichkeit ist hier die Mischung mit einer sehr 16O-armen Komponente, wie sie in ›Astrosilikaten‹ gemessen mit Werten von +150 ‰ wurden, die in der Verlängerung auf der Mischungsgeraden mit der Steigung von ca. 1 liegen.
8.7 Gesamt-Meteorit Nukleosynthetische Isotopen Dichotomie
Meteorite teilen sich anhand ihrer nukleosynthetischer Anomalien (z.B. 54Cr vs 50Ti) in zwei Gruppen: kohlige Chondrite und nicht-kohlige Chondrite. Möglicherweise wurden im äußeren Sonnensystem den kohligen Chondriten präsolare Körner mit stark anomalen Isotopen-Verhältnissen zugemischt, während den nicht-kohligen Chondriten – gravitativ abgeschirmt von Jupiter – diese präsolaren Körner nicht zugemsicht wurden.
Mindestens zwei Eigenschaften sind eindeutig unterschiedlichen zwischen verschiedenen Objekten. In diesem Fall die Isotopen-Zusammensetzungen verschiedener Meteorite.
Die beiden unterschiedenen Gruppen werden ›kohlig‹ und ›nicht-kohlig‹ genannt. Die Dichotomie zwischen diesen sind Unterschiede in manchen Isotopen-Anomalien, in diesem Fall in 50Ti und 54Cr.
✓Wahr
✗Falsch
✗Wahr
✓Falsch
✗Die protoplanetare Scheibe war bei ihrer Entstehung in einen äußeren Bereich mit und einen innen Bereich ohne präsolare Körner strukturiert.
✓Präsolare Körner wurden zum äußeren, aber nicht innern Sonnensystem zugemischt.
✗Jupiter verhinderte, dass das innere Sonnensystem mit präsolaren Körnern kontaminiert wurde.
✗Die Zumischung unterschiedlicher Mengen präsolarer Körner zu kohlen und nicht-kohligen Meteoriten.