Flüssige Kondensate aus dem solaren Nebel

Chondren sind die Hauptbestandteile von Chondriten, weiche die ältesten und primitivsten Gesteine des Sonnensystems darstellen. Chondren wurden durch Aggregation von hauptsächlich festen Ausgangsmaterialien gebildet, die aufgeschmolzen wurden und tropfenförmige Körper bildeten, die sich unter rasch abkühlenden Bedingungen verfestigten. Obwohl Chondren aus festem Ausgangsmaterial entstanden sind, weisen sie normalerweise keine Fraktionierung der Spurenelemente auf Sie zeigen keine geochemische, normalerweise aber eine kosmochemische Fraktionierung. Die kosmochemische Fraktionierung manifestiert sich in Element Gehalten, die sich normalerweise mit der kosmochemischen Volatilität der Elemente ändern. Eine besondere Gruppe von Chondren, die in allen Chondriten auftritt, stellen die radialstrahligen Pyroxen- Chondren (RP), sowie die radialstrahligen Olivin-Pyroxen-Chondren (ROP) dar. Sie weisen krypro-kristalline bis radialstrahlige Texturen auf und stellen rasch abgekühlte Flüssigkeiten dar. Die wenigen Chondren, die bis jetzt aus dieser Gruppe analysiert wurden, weisen in den überwiegenden Fällen unfraktionierte refraktäre lithophile Element-Gehalte auf, sind aber an volatilen lithophilen Elementen und refraktären siderophilen Elementen verarmt. Diese Merkmale zeigen, daß das Material als flüssige Tröpfchen direkt durch Kondensation aus dem solaren Nebel entstanden sein könnten. Die meisten Modelle des solaren Nebels gehen nicht auf die zur Bildung dieser Chondren notwendigen Bedingungen ein, die einen um 100- 1000-fach höheren Partialdruck der kondensierbaren Elemente benötigen. Dieses Forschungsprojekt soll die Bildungsbedingungen sowie die Entstehung der RP und ROP Chondren klären. Die Verwendung von modernen micro-analytischen Methoden soll gut fundierte Schlüsse erlauben.

Chondren sind wesentliche Bausteine der Chondrite, die bei weitem häufigsten Meteoriten, Gesteine, die wir von der Erde nicht kennen, sehr alt sind (etwa 4,6 Ga) und die durch ihre chemische Zusammensetzung eine Herkunft aus dem solaren Urnebel anzeigen: Die chemische Zusammensetzung aller Chondrite ist sehr ähnlich jener der Sonne ohne deren nicht-kondensierbaren Gase (H, Edelgase). Der Aufbau der Gesteine ist ein sehr chaotischer, die einzelnen Bausteine haben sehr verschiedene chemische, mineralogische und isotopische Zusammensetzungen, haben offensichtlich alle eine individuelle Entwicklungsgeschichte. Dazu zählen auch die Chondren, enigmatische runde Objekte, welche offensichtlich einst wenigstens zum Teil flüssige Tropfen waren, welche rasch abkühlten und mehr oder weniger vollständig kristallisierten ("feuriger Regen" nach Sorby, etwa 1870). Ihre chemischen, mineralogischen und isotopischen Botschaften sind so chaotisch, wie die Gesteine, die sie aufbauen. Daher existiert auch noch immer kein brauchbares Modell für ihre Herkunft und Entstehung. Zwei große Probleme tun sich da auf: 1, Woher kommen die vielen notwendigen Komponenten und wie wurden sie in einen Tropfen gemischt? Und 2) Wo im solaren Urnebel und wie konnten flüssige Silikate gebildet werden? Die gängigen Modelle des solaren Urnebels kennen nur sehr niedrige Drucke (0,000x Atm.) und erlauben keine stabilen silikatischen Flüssigkeiten (Schmelzen). Die Folge der Probleme ist daher, dass es eine Unzahl von Modellen für die Chondrenbildung gibt, manche davon von Zeit zu Zeit populär werden, aber nicht besser, und allesamt unbefriedigend sind. Letzteres kommt auch daher, dass wir alle irdische Petrologen sind und gerne vergessen, dass der solare Urnebel nicht die Erde ist (oder so ähnlich wie sie war): die uns vertrauten Prozesse sind nicht die einzigen, welche das Produkt "Chondre" erzeugen können. Zur Überprüfung der unterschiedlichen Chondren-Bildungsmodelle wurden aus 15 verschiedenen Chondriten 114 hauptsächlich feinkörnige Pyroxen- und Pyroxen/Olivin-Mikro-Objekte zur petrologischen und geochemischen Bearbeitung ausgewählt. Mittels Optischer Mikroskopie, Raster-Elektronen-Mikroskopie und Elektronen-Strahl-Mikrosonde wurden texturelle und strukturelle Untersuchungen sowie Phasen-Analysen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass diese Objekte rasch abgekühlte Flüssigkeiten darstellen und dass jedes Objekt eine sehr komplexe und individuelle Entstehungsgeschichte aufzuweisen hat. Pauschalanalysen der Hauptelemente mittels ESM und der lithophilen (=steinliebende) Spurenelemente mittels Laser-Ablation-Inductively-Coupled-Plasma-Mass-Spectrometry (LA-ICP-MS) zeigen in vielen Objekten unfraktionierte (=solare) Verhältnisse von CaO/Al2 O3 , Yb/Ce, sowie Sc/Yb, und meist unfraktionierte Muster von Spurenelementhäufigkeiten der refraktären (schwer zu verdampfenden) lithophilen Elemente. Zusätzlich weisen alle Objekte ein fraktioniertes Si/Mg-Verhältnis auf. Diese Eigenschaften können nicht durch Akkretion und Aufschmelzung von festen Ausgangsmaterialien (die z.Z. populärste Theorie) entstanden sein. Alle Anzeichen sprechen jedoch für eine Bildung durch Kondensation aus dem solaren Nebel. Mittelvolatile und volatile Elemente, z. B. V, Cr, Mn, Fe, sowie K und Na) wurden wahrscheinlich durch metasomatische Prozesse den Chondren zugeführt (Austausch von Elementen zwischen frisch gebildeter Chondre und dem kühlenden solaren Urnebel). Dieser Prozess war offensichtlich in jedem einzelnen Fall unterschiedlich stark wirksam, was zu chaotisch anmutenden, unkorrelierten chemischen Zusammensetzungen führte. Und genau das ist es, was wir auch beobachten: jeder Baustein war alleine unterwegs und hat verschiedene Prozesse mit wechselnder Intensität registriert! Um zu testen, ob Pyroxen-reiche Chondren aus Tropfen entstanden, welche sich durch direkte Kondensation aus dem abkühlenden solaren Nebel bildeten, wurden Gleichgewichts-Kondensations-Berechnungen durchgeführt. Die Resultate zeigen, dass es tatsächlich möglich ist, silikatische Flüssigkeiten mit den gewünschten Eigenschaften durch Kondensation aus dem solaren Urnebel zu erhalten. Voraussetzungen dazu sind, dass der betroffene Teil der Urnebels an Staub angereichert war, einen etwas höheren Gesamtgasdruck hatte (0,001 statt 0,000x Atm.) und schon durch Kondensation von Forsterit (Olivin, Hauptmineral der Chondrite) Mg verloren hat. Unsere Untersuchungen zeigen also, dass Kondensation von Flüssigkeiten aus dem solaren Urnebel ein möglicher und ernstzunehmender Bildungsprozess für Chondren ist. Dieser Prozess ist im Stande, ein breites Spektrum von chemischen Zusammensetzungen zu erzeugen, welches durch metasomatische Prozesse im Abkühl-Stadium noch weiter gestreut wurden. Die Entwicklungs-Geschichten der einzelnen Objekte unterscheiden sich stark von einander, was auf eine individuelle Entstehung jedes einzelnen Objektes und auf chaotische Zustände im solaren Urnebel schließen lässt.