Ryugu-Asteroid-Ursprünge im Sonnennebel von Karbonaten entschlüsselt.

15. August 2023 Funktion

Dieser Artikel wurde gemäß dem redaktionellen Prozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Redakteure haben die folgenden Merkmale hervorgehoben, um die Glaubwürdigkeit des Inhalts sicherzustellen:

• Tatsachenüberprüfung
• Peer-reviewed-Publikation
• Vertrauenswürdige Quelle
• Korrekturgelesen

von Hannah Bird , Phys.org

Die Japanische Raumfahrtagentur sendete 2019 die Raumsonde Hayabusa2 zum Asteroiden 162173 Ryugu, einem in der Nähe der Erde kreisenden Asteroiden, der aus Gesteinsfragmenten eines größeren Mutterkörpers besteht. Mehrere Rover brachten Proben von der Oberfläche des Asteroiden zur Erde zurück, um von Wissenschaftlern untersucht zu werden.

Die Proben deuten auf chemisch primitive Meteoriten hin, ähnlich den Ivuna-Typ-Chondriten, und enthalten bestimmte chemische Verbindungen, die auf das Vorhandensein von Wasser hinweisen. Insbesondere Veränderungen der Asteroidenoberfläche durch Wasser auf dem Mutterkörper, bei geschätzten Temperaturen von bis zu 150°C, führten zur Bildung von Sekundärmineralien (einschließlich Phyllosilikaten, Carbonaten, Sulfiden und Oxiden), und die Forscher hatten zum Ziel, den Zeitrahmen und die Bedingungen für diese Veränderungen zu verstehen.

In einer Studie, die in Nature Geoscience veröffentlicht wurde, untersuchten 89 Wissenschaftler von Universitäten und Forschungsinstituten weltweit die Entstehung des Asteroiden. Dabei konzentrierten sie sich auf zwei bestimmte Verbindungen: Kalziumkarbonat (Calcit) und Kalzium-Magnesium-Karbonat (Dolomit). Die Kohlenstoffquelle für diese Carbonate soll Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan und/oder organische Stoffe sein, die sich in der solaren Nebelwolke gebildet haben, aus der man annimmt, dass sich das Sonnensystem entwickelt hat.

Die Proben wurden mit speziellen Mikroskopen für Petrologie (die Erforschung von Gesteinen) untersucht, wobei sowohl Kristalle von Calcit (<10 Mikrometer Größe) als auch Dolomit (10er Mikrometer) identifiziert wurden, wobei letzteres dominanter war.

Messungen der Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotope (zwei oder mehr Formen des gleichen Elements mit unterschiedlichen Atommassen) helfen, die Temperatur und die Sauerstoffbedingungen der Umgebung bei der Ablagerung des Minerals zu bestimmen. Diese Werte waren variabel und viel höher als die für Calcit auf der Erde, wobei das 18O/16O-Verhältnis 24-46 ‰ (Teile pro Tausend) höher und das 13C/12C-Verhältnis 65-108 ‰ höher war.

Im Gegensatz dazu waren die Dolomitmessungen deutlich begrenzter, nämlich 31-36 ‰ für 18O/16O und 67-75 ‰ für 13C/12C. Infolgedessen kommen die Forscher zu dem Schluss, dass Calcit auf dem Asteroiden zuerst in einem weiten Temperatur- und Sauerstoffbereich entstanden ist, bevor Dolomit in einer deutlich begrenzteren Umgebung kristallisierte, mit stabilen hohen Kohlendioxidwerten und geschätzten Temperaturen von 37 ± 10°C. Diese Erkenntnisse sind bisher einzigartig für die Asteroiden Ryugu und Ivunu und wurden nicht in anderen hydrierten Meteoriten identifiziert.

Die größere Variation der Sauerstoffisotopenverhältnisse in Calcitkristallen wird teilweise darauf zurückgeführt, dass sich die Bildungstemperaturen im Bereich von 0-150°C stark unterscheiden. Dies allein würde jedoch dazu führen, dass die Kohlenstoffisotope eine positive Korrelation aufweisen, was nicht der Fall ist. Stattdessen geben die Forscher an, dass das 18O/16O des Wassers und das 13C/12C der Carbonationen im Laufe der Zeit und des Raums variieren.

Infolgedessen stellen sie die Hypothese auf, dass das 18O/16O-Verhältnis während der frühen Bildung des Sonnensystems höher war, bevor eine wässrige Veränderung des Asteroiden stattfand, und dass es im Laufe der Zeit abgenommen hat, da mehr Kristalle durch Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen gebildet wurden. Der isotopische Unterschied zwischen Calcit- und Dolomitkristallen wird daher dadurch erklärt, dass erstere aus weniger "evolvierten" Flüssigkeiten kristallisieren, bevor die letzteren gebildet wurden, wobei Calcium auch leichter aus dem Gestein ausgelaugt wurde als Magnesium.

Vier Szenarien werden betrachtet, um die Variabilität von 13C/12C zu erklären: 1) Rayleigh-Typ isotopische Fraktionierung, bei der 12C-reiche Verbindungen bevorzugt freigesetzt werden (wie Methan), 2) fraktionierte Kristallisation, bei der die Bildung früher Carbonate die Zusammensetzung des verbleibenden Reservoirs verändert, aus dem nachfolgende Carbonate kristallisieren können, 3) Mischung mehrerer Kohlenstoffreservoirs mit unterschiedlichen 13C/12C-Verhältnissen und 4) Variationen in Sauerstoff und Wasserstoff, die dazu führen, dass sich die Isotope von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan ändern, aus denen Kohlenstoff für die Kristalle gewonnen wird.

Von diesen Szenarien werden der Rayleigh-Typ isotopischer Fraktionierung ausgeschlossen, da er höhere 13C/12C-Verhältnisse in Dolomit, der aus "evolvierteren" Flüssigkeiten entsteht, verursachen würde, was den Beobachtungen in den Proben widerspricht. Ähnlich sind die fraktionierte Kristallisation und die Mischung von Kohlenstoffreservoirs ausgeschlossen, da die Mischzeiten für den Asteroiden Ryugu zu kurz wären.

Therefore, it is the latter scenario of varying oxygen that is suggested as the main driver of changes in 13C/12C ratios. This resulted from the oxidation of iron in the rock by water and is measured based upon the production of hydrogen released from the water. The hypothesis matches observations of increasing iron in the meteorite with progressive alteration.

Overall, the 13C-rich environment is noted to be rare in the solar system beyond carbonates in meteorites and the research team suggest the parent body of the Ryugu meteorite formed within a cold fringe of the solar nebula.

Journal information: Nature Geoscience

© 2023 Science X Network