Moderne Meteoritenforschung

Mineralogisches Museum
Universität Würzburg
Moderne Meteoritenforschung
Die moderne Meteoritenforschung lieferte vor
allem während der vergangenen drei Jahrzehnte
wesentliche Informationen und Erkenntnisse
über das Material und über das Alter unseres
Sonnensystems und damit auch über den
Aufbau und die chemische Entwik-klung unserer
Erde.
Das Material des Sonnensystems
Aus zahlreichen Beobachtungen der Erscheinungen im Weltall läßt sich ableiten, dass unser
Sonnensystem durch Kondensation aus einem
solaren Nebel hervorging. Undifferenzierte,
chondritische Meteorite enthalten kleine Kügelchen, Chondren genannt. Diese Chondren werden als Schmelztröpfchen angesehen, die bei
der Entstehung des Sonnensystems direkt aus
dem solaren Nebel erstarrt sind und in einer Matrix aus Silikatmineralen und Nickeleisen eingebettet wurden. Die Zusammensetzung der chondritischen Meteorite repräsentiert deshalb die
unveränderte Zusammensetzung der Ursprungsmaterie unseres Sonnensystems, z.B. hinsichtlich der Spurenelemente, der Seltenerdelemente
oder der Isotopensysteme. Anhand eines Vergleichs irdischer Gesteine mit diesem Ursprungsmaterial kann vieles über die geologische Entwicklung der Erde ausgesagt werden.
Links: Vergleich der Elementkonzentrationen in CI-Chondriten und in der Sonne. Die diagonale
Linie zeigt die Elementkonzentrationen der Sonne an. Die Konzentrationen der einzelnen
Elemente in den Chondriten fällt sehr genau auf diese Linie, mit Ausnahme der leichtflüchtigen
Elemente Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff.
Rechts: Eine in den Geowissenschaften gängige Darstellung zum Vergleich irdischer Gesteine mit
der Chondritzusammensetzung. Das interessierende Gestein, in diesem Falle zwei
unterschiedliche Basalttypen mittelozeanischer Rücken (MORB), wird hinsichtlich bestimmter
Elemente durch die Chondritzusammensetzung dividiert. Die Chondritzusammensetzung ist
durch die Basislinie des Diagramms repräsentiert (1). Der Kurvenverlauf der beiden Basalttypen
zeigt die unterschiedliche Abweichung dieser Gesteine von der Chondritzusammensetzung an.
Betrachtet wird hier die Gruppe der Seltenerdelemente, die in den Basalten deutlich höher
konzentriert ist als im Chondrit.
Zwischen der Sonne und den gasreichen äußeren Planeten bildeten sich bei der Entstehung des Sonnensystems auch die erdähnlichen Planeten,
ihre Monde und vor allem eine Vielzahl von Kleinkörpern, die Asteroide. Letztere gelten als Mutterkörper für einen Großteil der Meteorite und bewegen
sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Ebenso wie unsere Erde erlebten einige Asteroide eine stoffliche Trennung (Differentiation) der
Ursprungsmaterie in einen Kern aus Nickeleisen, in einen Mantel aus Silikatmineralen und Nickeleisen und in eine silikatreiche Kruste. Im Gegensatz
zu unserer Erde, bei der Differentiationsvorgänge bis heute anhalten, war die stoffliche Trennung bei den Asteroiden schon sehr kurz nach der
Entstehung des Sonnensystems abgeschlossen. Durch Kollisionen der Asteroide untereinander wurden einige Asteroide wieder zerstört, und einzelne
Fragmente stürzten im Laufe der Zeit als differenzierte Meteorite auf die Erde. Dabei geben uns vor allem die Stein-Eisen- und die Eisen-Meteorite
einen indirekten Einblick in die für uns unerreichbaren Mantel- und Kernbereiche unserer Erde.
Das Alter der Meteorite und der Planeten
Um das Alter von Meteoriten zu bestimmen benutzt man den radioaktiven Zerfall langlebiger radioaktiver Atome eines Mutterelements in stabile
Atome eines Tochterelements. Bei bekannter Zerfallsgeschwindigkeit eines Zerfallssystems kann man das Alter eines Meteoriten bestimmen, wenn
man mit einem Massenspektrometer die noch vorhandene Anzahl der radioaktiven Mutteratome und die schon vorhandene Anzahl der stabilen
Tochteratome in einem Meteoriten misst. Üblicherweise werden die Zerfallssysteme Uran – Blei, Rubidium – Strontium und Samarium –
Neodymium verwendet, für Eisenmeteorite auch Rhenium-Osmium.
Häufig zur Datierung verwendete
Zerfallssysteme
radioaktives
stabiles
Mutteratom  Tochteratom
238U

Halbwertszeit
[in Jahren]
206Pb
4.468 * 109

207Pb
0.7038 * 109
87Rb

87Sr
48.8
147Sm

143Nd
1.06
235U
*
109
* 1011
Diese Datierungen zeigten, dass fast alle Meteorite ein Alter von
4.56 bis 4.60 Milliarden Jahre haben. Dieses Alter wird heute als
Alter für das Sonnensystem angesehen.
Einige Steinmeteorite lieferten jedoch sehr viel jüngere Alter um
1.3 Milliarden Jahren oder 160 bis 200 Millionen Jahre. Es
handelt sich dabei um achondritische SNC-Meteorite, für deren
Herkunft der Mars angenommen wird. Diese Alter zeigen, dass
auf dem Mars zumindest bis in jungere geologische Zeit aktiver
Magmatismus stattgefunden hat.
Datierung einiger Meteorite
Meteorit
Methode
Juvinas (Achondrit)
Angra dos Reis (Achondrit)
Sm/Nd
Sm/Nd
Pasamonte (Achondrit)
Moore County (Achondrit)
Moama (Achondrit)
6 Chondrite
6 Achondrite
5 Eisenmeteorite
Sm/Nd
Sm/Nd
Sm/Nd
Sm/Nd
Rb/Sr
Re/Os
Alter
[Milliarden Jahre]
4.56 ±0.08
4.55 ±0.04
4.56 ±0.03
4.58 ±0.12
4.60 ±0.03
4.58 ±0.05
4.60
4.57 ±0.13
4.55
Nakhla (SNC-Achondrit)
Shergotty (SNC-Achondrit)
Sm-Nd
Sm-Nd
1.26 ±0.07
1.34 ±0.06