Hvordan stenede jernmeteoritter dannes

Meteoritter giver os indsigt i den tidlige udvikling af solsystemet. Ved at bruge SAPHiR-instrumentet ved forskningsneutronkilden Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) ved det tekniske universitet i München (TUM), et videnskabeligt hold har for første gang simuleret dannelsen af ​​en klasse af stenet jernmeteoritter, såkaldte pallasitter, på et rent eksperimentelt grundlag.

"Pallasitter er de optisk smukkeste og usædvanlige meteoritter, " siger Dr. Nicolas Walte, undersøgelsens første forfatter, med entusiastisk stemme. De tilhører gruppen af ​​stenede jernmeteoritter og omfatter grønne olivinkrystaller indlejret i nikkel og jern. På trods af årtiers forskning, deres nøjagtige oprindelse forblev indhyllet i mystik.

For at løse dette puslespil, Dr. Nicolas Walte, en instrumentforsker ved Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) i Garching, sammen med kolleger fra Bavarian Geoinstitute ved University of Bayreuth og Royal Holloway University of London, undersøgte pallasitdannelsesprocessen. I en første, det lykkedes dem eksperimentelt at reproducere strukturerne af alle typer pallasitter.

Implementering af SAPHiR-instrumentet

For sine eksperimenter, holdet brugte SAPHiR multi-ambolt-pressen, som blev oprettet under ledelse af prof. Hans Keppler fra det bayerske geoinstitut ved MLZ og den lignende MAVO-presse i Bayreuth. Selvom neutroner fra FRM II endnu ikke er blevet tilført SAPHiR, eksperimenter under høje tryk og ved høje temperaturer kan allerede udføres.

"Med en pressestyrke på 2400 tons, SAPHiR kan udøve et tryk på 15 gigapascal (GPa) på prøver ved over 2000 °C, " forklarer Walte. "Det er det dobbelte af det nødvendige tryk for at omdanne grafit til diamant." For at simulere kollisionen mellem to himmellegemer, forskerholdet krævede et tryk på kun 1 GPa ved 1300 °C.

Hvordan dannes pallasitter?

Indtil for nylig, pallasitter blev antaget at dannes ved grænsen mellem den metalliske kerne og asteroidernes klippekappe. Ifølge et alternativt scenarie, pallasitter dannes tættere på overfladen efter kollisionen med et andet himmellegeme. Under sammenstødet blander smeltet jern fra kernen af ​​slaglegemet sig med moderkroppens olivinrige kappe.

De udførte eksperimenter har nu bekræftet denne effekthypotese. En anden forudsætning for dannelsen af ​​pallasitter er, at asteroidens jernkerne og klippekappe er delvist adskilt på forhånd.

Alt dette skete kort efter deres dannelse for omkring 4,5 milliarder år siden. I denne fase, asteroiderne varmede op, indtil de tættere metalliske komponenter smeltede og sank til midten af ​​himmellegemerne.

Nøgleresultatet af undersøgelsen er, at begge processer - den delvise adskillelse af kerne og kappe, og den efterfølgende påvirkning af et andet himmellegeme - er påkrævet for at pallasitter kan dannes.

Indsigt i solsystemets oprindelse

"Generelt, meteoritter er de ældste direkte tilgængelige bestanddele i vores solsystem. Solsystemets alder og dets tidlige historie udledes primært fra undersøgelsen af ​​meteoritter, " forklarer Walte.

"Som mange asteroider, Jorden og månen er lagdelt i flere lag, bestående af kerne, kappe og skorpe, " siger Nicolas Walte. "På denne måde, komplekse verdener blev skabt gennem agglomerationen af ​​kosmisk affald. I tilfældet med Jorden, dette lagde i sidste ende grundlaget for livets fremkomst."

Højtryksforsøgene og sammenligningen med pallasitter fremhæver væsentlige processer, der fandt sted i det tidlige solsystem. Holdets eksperimenter giver ny indsigt i kollisionen og materialeblandingen af ​​to himmellegemer og den efterfølgende hurtige nedkøling sammen. Dette vil blive undersøgt nærmere i fremtidige undersøgelser.