Eisen-60 als Wärmequelle zum Schmelzen und Differenzieren erdbildender Planetesimale und planetarer Embryos

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Peter Hoppe; Dr. Christian Vollmer
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404680406

Bis heute ist nicht abschließend geklärt, wie hoch die Konzentration von radioaktivem 60Fe (Halbwertszeit: 2.62 Myr) im solaren Nebel war und ob dessen Zerfall (in Ergänzung zu 26Al) einen signifikanten Beitrag zum Schmelzen und Differenzieren von Planetesimalen, den Bausteinen der terrestrischen Planeten, geleistet hat. In welchem Umfang die Bausteine der Erde bereits differenziert waren, hatte einen Einfluss auf die heutige Struktur von Kern und Mantel der Erde, wie auch auf die Häufigkeiten der volatilen Elemente (z.B. H, C, N) und von Wasser, wichtige Komponenten einer habitablen Erde. Aufgrund von Modellvorhersagen für die Produktion von 60Fe in Roten Riesen (AGB-Sterne) und Supernova-Explosionen erscheint es plausibel, dass 60Fe in signifikanten Mengen im solaren Nebel vorhanden gewesen sein könnte. Der hier vorgeschlagene Einsatz verschiedener nano- und mikroanalytischer Messtechniken an meteoritischen Proben zielt darauf ab, eine bessere Abschätzung für die Häufigkeit von 60Fe in den Planetesimalen, aus denen die Erde entstanden ist, zu erhalten. Unser experimenteller Ansatz basiert auf Fe-Ni-Isotopenmessungen mit hoher räumlicher Auflösung und einer nachfolgenden umfassenden mineralogischen Charakterisierung der Messpunkte. Die neue Sauerstoff-Primärionenquelle (Hyperion II von Oregon Physics) an der NanoSIMS des MPI für Chemie wird es ermöglichen, Fe-Ni-Isotopenmessungen mit wesentlich verbesserter räumlicher Auflösung als bisher zu machen. Objekte mit hohem Fe/Ni-Verhältnissen, eine Voraussetzung um Überschüsse von 60Ni aus dem Zerfall von 60Fe nachzuweisen, können mittels SEM-EMPA-Untersuchungen an einer Reihe von nur minimal alterierten Meteoriten lokalisiert werden. FIB/TEM-Untersuchungen und RIMS-Isotopenmessungen (mit CHILI, Universität Chicago) an Objekten mit 60Ni-Überschüssen werden es uns erlauben, die Signifikanz der abgeleiteten 60Fe/56Fe-Verhältnisse zu bewerten. Mit der FIB/TEM-Methode soll der mineralogische Kontext charakterisiert werden und damit der Grad der Störung des Fe-Ni-Isotopensystems durch sekundäre Alterierungsprozesse und Einschluss von nanometer- bis mikrometer-großen Metall- und Sulfidkörnern in den untersuchten Mineralen abgeschätzt werden. Fe-Ni-Isotopenmessungen mit CHILI sollen schließlich dazu verwendet werden, gefundene 60Ni-Überschüsse zu verifizieren, um potentielle nicht-identifizierte isobarische Interferenzen und extreme, intrinsische Massenfraktionierungseffekte in den Messungen mit der NanoSIMS auszuschließen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1833: Building a Habitable Earth
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Thomas Stephan