Meteoriti [Ana Černok, 2012]

Škola meteorske astronomije, Istraživačka stanica Petnica, 2012.

Transcript

1. Meteoriti Ana černok Bayerisches Geoinstitut Bayreuth
2. Intro...  Meteoroid: manja nebeska tela ili čestice prašine koja nastaju raspadanjem kometa ili asteroida  Meteor: svetlosna pojava koja nastaje ulaskom tela/ čestice (meteoroida) velike brzine u Zemljinu atmosferu. Jonizovani gas u okolini te čestice emituje svetlost  Meteorit: veći i čvršći meteoroid koji izdrži prolazak kroz Zemljinu atmosferu i dospe do površine Zemlje  Ulaze u Zemljinu atmosferu brzinom 11-72 km/s  Imaju sagorelu koru i često aerodinamičan oblik  Pad (Fall): Meteoriti koji su bili uočeni tokom leta kroz atmosferu  Nalaz (Find): Svi ostali
3. POSTANAK Sunčevog sistema U pocetku bese... Big Bang  Danas verujemo da je Sve postalo u Velikom prasku pre oko 13 Ga  Nastali H (Z=1-3) i He (Z=4) (Li u tragovima Z=6-7)  Ostatak PSE nastao nukleosintezom u zvezdama (različiti procesi: fuzija, s- proces, r-proces)  Materija stvorena u zvezdama oslobadja se u medjuzvezdani prostor zvezdanim vetrovima ili konačim uništenjem zvezda (novae, supernovae)
4.  Kondenzacija prvih planetezimala odigrala se u “niskotemperaturnim” uslovima 30 K (periferni protodisk)  Centralni delovi protodiska jesu dostigli visoke temperature, ali u fazi koja je prethodila kondenzaciji prvobitnih tela (u pre – T Tauri fazi) KONDENZACIJA White (2006), Chapter 10 - Cosmochemistry
5. POSTANAK Sunčevog sistema  Sunčev sistem formiran je pre 4.56 Ga kolapsom interstelarne materije pod dejstvom gravitacije (moguća i eksplozija obližnje zvezde)  Iz molekularnog oblaka (= interstelarna materija s elementima veće mase, gustine)  Prvi stadijum u postanku Sunca trajao je oko 100 000 godina, sve dokle nije otpočela fuzija H u He
6. POSTANAK Sunčevog sistema  Oko proto-Sunca kružio je oblak gasa i prašine, koji je većim delom bio privučen ka središtu  Zbog odrzanja ugaonog momenta, oblak je postajao sve tanji i konačno formirao disk u ravni rotacije  Iz ovog protodiska lokalnom akrecijom materije nastali su planetezimali (>1 km); ostaci tih planetezimala su asteroidi  Fragmenti ovih objekata su najčešći izvor meteorita koji dospeju na Zemlju
7. POSTANAK Sunčevog sistema  Daljom akrecijom iz planetezimala nastale su planete  Unutrašnji deo diska topliji – stenovite planete; spoljašnji deo hladniji – snow line – gasovite planete  Izmedju unutrašnjih i spoljašnjih planeta Asteroidni pojas – poreklo najvećeg broja meteorita
8.  Prvo kondenzuju refraktorni elementi (= oni koji kondenzuju u visokotemperaturnim uslovima)  ukazuju na lokalno kratkotrajno zagrevanje (flash heating)  Metali: Re, Os, Hf, Zr, Ir, Ru  Ovo su izuzetno retki elementi – kondenzovaće u najsitnije kapljice KONDENZACIJA: Refraktorne inkluzije
9.  Nakon toga Ca, Al, Ti – nastaju Ca-Al inkluzije (CAI) ili refraktorne inkluzije (Temperatua: 1800 K)  Prvi kondenzati najstariji materijal u SS: 4567 miliona godina  Kapljice (Fremdlinge) retkih metala pronadjene u CAI-ma  U inkluzijama takodje povećane koncentracije ostalih refraktornih elemenata: U, Th, Zr, Ba i Lantanidi (rekte zemlje) KONDENZACIJA: Refraktorne inkluzije
10. Allende CAIs
11. Allende Ca,Al-rich inclusion (CAI)
12.  Metali: Fe i Ni, potom Mg i Si  prvi silikatni minerali (Fe, Mg, Si)  Olivin (Fe,Mg)2SiO4  Piroksen (Mg,Fe)2Si2O6  Nastaju hondrule: sitne (0.1-5 mm) kapljičaste frakcije koje se u najvećoj meri sastoje od olivina i piroksena  Nastale 1 – 4 Myr nakon CAIs (Amelin et al., 2002, Bizzarro et al, 2004)  Ostale komponente: Ca-silikati, Fe-Ni metal… KONDENZACIJA: Hondrule
13. Olivin Olivin i piroksen
14. Allende: CAI i hondrule
15. © NASA Hondrule u meteoritu
16. Hondrula pod mikroskopom
17. NAJSTARIJI METEORITI: Hondriti  Hondriti su najprimitivniji materijal u Sunčevom sistemu  Sastoje se od komponenata koje su kondenzovale pre 4.5 Ga i od tada ostale nepromenjene  Zbog svog “primarnog” sastava često ih poredimo sa ostalim planetarnim materijalima, da opišemo koliko je materijal “evoluirao” (evolved)  Najčešća klasa meteorita White (2006), Chapter 10 - Cosmochemistry
18. Iron meteorites Stony Iron meteorites Achondrites ~9% Carbonaceous Chondrites ~4% Enstatite Chondrites ~2% Ordinary Chondrites 80% Meteorite: Fall statistics (n=1101) Most studied meteorites fell to the Earth ≤0.1 Ma ago
19. METEORITI: Hondriti  Naziv su dobili po hondrulama  Sadrže:  Hondrule  Refraktorne inkluzije (CAI )  Metale  Sitnozrni matriks  (~µm komponente)  U matriksu takodje presolarna prašina  (MM i IPD) Chondrite from Dar al Gani. 4 cm wide, it shows numerous varieties of chondrules in a matrix of metal flakes
20.  Na osnovu relativnog odnosa ova tri elementa podela na obične (Ordinary), enstatitske (Enstatite) i karbonske (Carbonaceous)  Obični (Ordinary): dalja podela na 1. H (high iron) – dosta oksidovanog Fe, olivin 2. L (low iron) – misli se na oksidovano Fe 3. LL (low total iron) – niske koncentracije oksidovanog, redukovanog i metalicnog Fe, kao i drugih siderofilnih (Fe- sličnih) elemenata  Enstatitski  Gotovo svo prisutno Fe je redukovano do elementarnog stanja (metal), tako da je Si:Fe odnos veći nego kod O-hondrita  Nastaje enstatit (Mg-piroksen)  Karbonski (ugljenicni): najprimitivniji medju hondritima, neki ne sadrže ni hondrule (CI meteorit se najčešće koristi za poredjene) * Stara podela I-III; danas se dodatno koriste uz C-O-E nomenklaturu HONDRITI: Podela
21. Dhofar (Ordinary Chondrite H) (Petnička kolekcija North West Africa (Ordinary L) North West Africa (CO)
22. HONDRITI: Zaključno  Nakon mnogih naučnih diskusija prihvaćeno je da raznolikost medju klasama hondrita prevashodno odrazava lokalne varijacije u sastavu pre-solarne magline, a ne metamorfoze primarnog materijala
23. RAZVOJ planetezimala  Haotičnim sudaranjima dolazi do akrecija – povećavanje mase i dimenzija (do 500km u prečniku)  Povećanje temperaturnog gradijenta  Najveći izvor toplote 26Al i drugi iščezli radioaktivni elementi (elementi koji imaju kratak period poluraspada)  Pronadjeni produkti raspada: 26Mg i ostali  Ostali izvori toplote: impakti, gravitaciono sažimanje  Niski pritisci (2 kbar u jezgru) – potrebne visoke temperature za inicijalno stapanje  ~1200K Fe-Ni, ~1300K silikati
24.  Silikatni i metalični rastopi inkopatibilni – dolazi do diferencijacije materijala  Teži metalični rastopi migriraju ka centru i formiraju jezgro (Fe-Ni)  Lakši silikatni (olivin, piroksen) rastopi migriraju ka površini  Daljim sudaranjima i impaktima može doći do konglomerizacije čitavog tela RAZVOJ planetezimala
25. METEORITI: Ahondriti  Osnovna razlika u odnosu na hondrite – nemaju hondrule  Potiču s površine diferenciranih tela – bogatiji silikantim materijalom, siromašniji u metalima  Stenoviti – diferencirani – znatno maldji  Slični bazaltnim stenama sa Zemlje, pokazuju teksture magmatskih stena (materijal koji kristališe iz rastopa)  Ukupno čine oko 8% svih meteorita  Najvažnije grupe su tzv. HED:  Eukriti (Mg (Ca) – piroksen), veoma slični bazaltima  Diogeniti (Mg (Fe) – piroksen)  Hovarditi (breča sastavljena od prethodne dve klase)  Potiču sa asteroida 4 Vesta (asteroidni pojas, 530 km prečnik) NWA 3147 eukrit
26. METEORITI: Ahondriti - Eukriti • Potiču sa asteroida 4 Vesta (asteroidni pojas, 530 km prečnik) Textural similarity of the basaltic eucrite Stannern (left; pyroxenes white to gray; pyroxene, brown to buff) compared with a terrestrial basalt (right; same with highly colored olivine grains). Image © 2005 T. E. Bunch Dawn
27. AHONDRITI: SNC  Predstavljaju posebnu grupu ahondrita jer su znatno mladji (~ 1.25 Ga)  Hemijski sastav, a posebno sastav plemenitih gasova (Ar) ukazuju da potiču sa Marsa  To zaključujemo jer nam je poznat sastav atmosfere Marsa po uzorcima sa Vikinga, 1976  Grupa dobila ime po predstavnicima: Shergottite, Naklithe i Chassignite, oko 70 predstavnika Poznati predstavnik:  ALH 84001 nastao pre 4 Ga  Udarom meteorita pre 15 Ma izbačen iz Marsove atmosfere  Dospeo na Zemlju pre 13.000 godina  Malu grupu u ahondritima predstavljaju i meteoriti sa Meseca (tzv. Lunaniti, Lunanites)
28.  Potiču iz jezgara nekadašnjih razorenih asteroida (planetezimala)  Uglavnom sačinjeni od Fe-Ni legura  Niskotemperaturna legura sa manje 6% Ni je kamacit – Heksaedrit  Visokotemperaturna legura sa ~10% Ni – taenit, meteorit Oktaedrit  Ataksiti – više od 14% Ni (sastoje se od sitnih lamela kamacita i taenita)  Klasifikacija I-IV na osnovu (opadajuce) koncentracije Ga i Ge Gibeon, oktaedrit, 1836. (Petnicki uzorak Campo del Cielo) Widmanstätten- Strukture: Poznata samo iz gvoždjevitih meteorita; Veoma sporo hladjenje 1 – 100 stepeni za milion godina, na temp. 700-450 stepeni. Iz taenita u kamacit METEORITI: Gvoždjeviti
29.  Kontakt jezgra i kore  Nekompatibilni rastopi silikata u rastopu metala  Veliki olivini Podela: 1. Mezosideriti (bogatiji silikatima 2. Palasiti (metal i olivin) (Petnička kolekcija) Mezosiderit Vaca Muerta, pre 1864. Palasit Brahin, 1810. METEORITI: Stenovito - gvoždjeviti
30. Tradicionalna klasifikacija Podela: • Stenoviti (hondriti, ahondriti) • Gvoždjeviti • Stenovito-gvoždjeviti White (2006), Chapter 10 - Cosmochemistry
31. NEZVANIčNA Interpretacija Podela: • Stenoviti (hondriti, ahondriti) • Gvoždjeviti • Stenovito-gvoždjeviti Timing of events in the first 100 Myr of the solar system as determined mostly by Hf– W chronometry (Kleine et al. 2008)
32. FORMIRANJE Zemlje  Prvobitno akumulacija mase kroz udare malih tela mase ~10% mase proto -Zemlje  U ranijoj fazi kad je masa proto-Zemlje ~60 % konacne mase, impaktor u potpunosti ostaje u Zemljinom mantlu  U kasnijim fazama razvoja kada je Zemlja blizu svoje konacne mase, jezgro impaktora se stapa sa zemljinim jezgrom  Nastajanje velikih magmatksih okeana Rubie et al. 2011
33.  Veruje se da je Mesec nastao kada je Teia (Theia) – objekat veličine Marsa – udario u Protozemlju pre 4.5 Ga;  Zemlja je tada dostigla 80%-90% svoje sadašnje mase FORMIRANJE Meseca
34. • do danas je potvrdjeno ~180 impaktne strukture na Zemlji • izuzev jednog (Vradefort krater), svi su formirani pre manje od 2 Ga; čak 170 je mladje od 700 Ma MESEčEV STADIJUM LHB 3.8 Ga
35. Jednostavne kraterske strukture Prečnika manjeg od 4 km (2 km za sedimente) Komplksne kraterske strulture Prečnik ve i od 4 km; centralno uzvisenje Barringer Crater, Arizona Chicxulub Crater, Yucatan
36. Sa Zemlje... Iz svemira... Mnogi ahondriti su breče (Petnička kolekcija) IMPAKTNE STENE: Breče
37. ca. 15 Ma IMPAKTNE STENE: Tektiti - Moldaviti (Petnička kolekcija)
38. Krater Elgygytgyn
39. Organizovana potraga za meteoritima: ANSMET http://geology.cwru.edu/~ansmet/ • Do 1978. godine u kolekcijama širom sveta nalazilo se ukupno oko 3000 meteorita • Od početka organizovanih ekspedicija na Antarktiku dodatnih 10 000
40. Astromaterials Research and Exploration Science: ARES NASA Johnson Space Center ALH 84001 http://ares.jsc.nasa.gov/ares
41. Literatura:  Sara R. Russel: The Formation of the Solar System, Bicentennial Review (2007). Journal of the Geological Society, London.  Timothy J.McCoy, David W.Mittlefehldt, Lionel Wilson: Asteroid Differentiation (from Meteoritics and the Early Solar System II)  W. M. White: Geochemistry, Chapter 10 – Chosmochemistry (2006). Online edition http://www.imwa.info/geochemistry/