Untersuchung der Struktur und Chemie von Staubpartikeln des Kometen Wild 2, die während der STARDUST Mission der NASA aufgesammelt wurden mittels konfokaler nano-Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Analyse (Nano-SXRF), Raster-Röntgenstrahldiffraktion (SXRD) (ESRF-Grenoble) und Transmissionselektronenmikroskopie
Final Report Abstract
Die Proben, die während NASA’s Stardust Mission zum Kometen 81P/Wild 2 in Aerogel (Si-Schaum) eingefangen wurden, wurden mit Synchrotron induzierter Röntgenfluoreszenz und dem Transmissionselektronenmikroskop untersucht und zeigen einen unerwartet hohen Anteil an kristallinen Hochtemperatur Mineralphasen, allerdings konnten bis jetzt keine eindeutigen Beweise für wasserhaltige Mineralphasen gefunden werden. Die Analysen die während dieser Arbeit durchgeführt wurden, haben die Existenz von Proto-Enstatit, Olivin und Ca-, Al-reichen Einschlüssen (CAIs) nachgewiesen. Untersuchungen am Transmissionselektronen Mikroskop (TEM) an zwei 70 nm dicken TEM Schnitten (Track 32 (C2027,3,32,3,4; C2027,3,32,3,8)) haben gezeigt, dass es sich bei der vorliegenden Mineralphase um kristallinen, nahezu reinen Mg–Enstatite (Mg/Si 0.858; Fe/Si 0.027; Ca/Si 0.01; Al/Si 0.009; Cr/Si 0.01) handelt. Der Enstatit ist charakterisiert durch eine hohe Anzahl von Stapelfehlern parallel der (100) Ebene, die alternierende Klino- und Ortho-Enstatit Lamellen umfasst. Zusätzlich wurde ein gehäuftes Auftreten von 4,5Å Lamellen parallel zu (100) dokumentiert. Diese mikrostrukturellen Eigenschaften sind indikativ für die direkte Umwandlung von Proto– Enstatit (PEN) zu Klino–Enstatit (CLEN), die Temperaturen > 1275 K und schnelles Abkühlen benötigt (>10K/h). Die Existenz des PEN Precursors impliziert eine Hochtemperaturkomponente in Wild 2 Kometenmaterial. Eine 3D Rekonstruktion des Endpartikels aus Track C2044,0,37 erlaubt die Aussage über eine inhomogene Elementverteilung innerhalb des Korns. Die dokumentierte Verteilung im und um das Korn herum erlaubt das Verständnis über Herkunft der Elemente, d.h. welche Elemente sind ”echt“ und welche Elemente stammen aus dem Aerogel. Dies ist von Bedeutung für die Rekonstruktion der Chemie des Kometenmaterials. Zudem erlaubt die hochauflösende Methode die Elementverteilung auf einer sub–mikrometer Skala zu betrachten. Daher konnte eine stäbchenförmige Verteilung der Elemente Cr und Fe evaluiert werden, die der kryptokristallinen Struktur von Olivin–Pyroxen Chondren ähnelt. Diese Interpretation unterstützt die bereits in ”Stardust“ Material gefundenen chondren–ähnliche Objekte und stellt damit einen weiteren Beweis für eine HT Phase dar. Eine CAI Phase, die zusätzlich zu dem bekannten Korn ”Inti“ identifiziert wurde, wurde in Track 110 (C2012, 0, 110,0, 0) gefunden. Es wurden konfokale und konventionelle Röntgenfluoreszenzanalysen (RFA) am Synchrotronring ESRF durchgeführt. Entlang des Tracks wurden für die zwei grössten Partikel (das Endpartikel und ein weiteres) erhöhte Ca–Konzentrationen gemessen, die 30mal höher sind als der CI-Wert. Zusätzlich wurden erhöhte Ti–Konzentrationen festgestellt, die einen Faktor 2 über CI liegen. Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde für die Elemente Ca, Ti, Fe und Ni auf die beiden Ca und Ti angereicherten Partikel angewendet. Die Ergebnisse der PCA zeigen, dass das Endpartikel eine ähnliche Zusammensetzung wie Anorthit oder Grossit aufweist, und das zweite Partikel ähnlich zu Gehlenit, Monticellit oder Dmitryivanovit (CaAl2O4) ist. Gehlenit z.B. kondensiert aus einem abkühlenden Gas mit solarer Zusammensetzung bei ca. 1600 K, Anorthit bei wenig niedrigeren Temperaturen (1416 K). Diese drei Hochtemperaturphasen die während des Projekts nachgewiesen werden konnten, verstärken die Idee, dass Kometen nicht in Isolation gebildet wurden, wie zuvor angenommen, sondern Massentransportprozesse stattgefunden haben müssen, die Material aus den inneren heissen Bereichen in die äusseren kalten Bereiche transportiert haben. Aufgrund ihrer Bildungstemperaturen müssen diese Minerale nahe der Protosonne entstanden und danach in die äusseren Bereiche transportiert worden sein. Verschiedenen Mechanismen wurden hierfür bereits postuliert.
Publications
- (2006) Comet 81P/Wild 2 Under a Microscope – Science 314, 1711–1716
Brownlee, D., Tsou, P., Alèon, J.,Alexander, C.M., Araki, T., Bajt, S., Baratta, G.A., Bastien, R., Bland, P., Bleuet, P., Borg, J., Bradley, J.P., Brearley, A., Brenker, F.E. et al.
- (2006) Elemental Compositions of Comet 81P/Wild 2 Samples Collected by Stardust – Science 314, 1731–1735
Flynn, G., Bleuet, P., Borg, J., Bradley, J.P., Brenker, F.E. et al.
- (2007) Kosmischer Staub. Der Ur-Materie des Sonnensystems auf der Spur. – Labor & More, 40-41
Brenker, F., Schmitz, S. & Vollmer, C.
- (2008) Microstructural Indications for Protoenstatite Precursor of Cometary MgSiO3 Pyroxene: A Further High Temperature Component of Comet Wild 2. Astrophys. J. Lett. 681, L105-L108
Schmitz, S. and Brenker, F.E.
- (2009) In–situ identification of a CAI candidate in 81P/Wild2 cometary dust by confocal high resolution synchrotron X-ray fluorescence (SR-XRF). Geochim. Cosmochim. Acta 73, 5483–5492
Schmitz, S., Brenker, F.E., Schoonjans T., Vekemans, B., Silversmit, G., Vincze, L., Burghammer, M. and Riekel C.
- (2009) X-ray fluorescence nanotomography on cometary matter from Comet 81P/Wild2 returned by Stardust. Anal. Chem.
Silversmit, G., Vekemans, B., Brenker, F.E., Schmitz, S., Burghammer, M., Riekel C. and Vincze, L.
(See online at https://doi.org/10.1021/ac900507x)
