Isotopenanalyse primitiver Meteoriten enthüllt, dass Sonnensystem aus „schlecht gemischtem Kuchenteig“ gebildet wurde

Neue Arbeit enthüllt, dass das Kalium der Erde durch einen meteoritischen Lieferdienst eingetroffen ist.

Das Kalium der Erde, das durch einen meteoritischen Lieferdienst eingetroffen ist, zeigt neue Forschungsergebnisse unter der Leitung von Nicole Nie und Da Wang von Carnegie. Ihre Arbeit, veröffentlicht am 26. Januar in der Zeitschrift Wissenschaft, zeigt, dass einige primitive Meteoriten eine andere Mischung von Kaliumisotopen enthalten als die, die in anderen, stärker chemisch verarbeiteten Meteoriten gefunden werden. Diese Ergebnisse können dabei helfen, die Prozesse aufzuklären, die unser Sonnensystem geformt und die Zusammensetzung seiner Planeten bestimmt haben.


„Die extremen Bedingungen im Inneren von Sternen ermöglichen es Sternen, Elemente durch Kernfusion herzustellen“, erklärte Nie, ein ehemaliger Carnegie Postdoc jetzt bei Caltech. „Jede Sterngeneration sät das Rohmaterial, aus dem nachfolgende Generationen geboren werden, und wir können die Geschichte dieses Materials im Laufe der Zeit verfolgen.“

Ein Teil des im Inneren von Sternen produzierten Materials kann in den Weltraum geschleudert werden, wo es sich als Wolke aus Gas und Staub ansammelt. Vor mehr als 4.5 Milliarden Jahren brach eine solche Wolke in sich zusammen und bildete unsere Sonne.  

Die Überreste dieses Prozesses bildeten eine rotierende Scheibe um den neugeborenen Stern. Schließlich verschmolzen die Planeten und andere Objekte des Sonnensystems aus diesen Überresten, einschließlich der Mutterkörper, die später auseinanderbrachen und zu Asteroiden und Meteoriten wurden.


„Indem wir Variationen in den in Meteoriten aufbewahrten Isotopenaufzeichnungen untersuchen, können wir die Ausgangsmaterialien zurückverfolgen, aus denen sie entstanden sind, und eine geochemische Zeitachse der Entwicklung unseres Sonnensystems erstellen“, fügte Wang hinzu, der jetzt an der Chengdu University of Technology ist.

Jedes Element enthält eine eindeutige Anzahl von Protonen, aber seine Isotope haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. Die Verteilung verschiedener Isotope desselben Elements im gesamten Sonnensystem spiegelt die Zusammensetzung der Materiewolke wider, aus der die Sonne geboren wurde. Viele Sterne trugen zu dieser sogenannten solaren Molekülwolke bei, aber ihre Beiträge waren nicht einheitlich, was durch die Untersuchung des Isotopengehalts von Meteoriten bestimmt werden kann.

Wang und Nie – zusammen mit den Carnegie-Kollegen Anat Shahar, Zachary Torrano, Richard Carlson und Conel Alexander – maßen die Verhältnisse von drei Kaliumisotopen in Proben von 32 verschiedenen Meteoriten.


Kalium ist besonders interessant, weil es ein sogenanntes mäßig flüchtiges Element ist, das für seinen relativ niedrigen Siedepunkt benannt ist, der dazu führt, dass es ziemlich leicht verdunstet. Infolgedessen ist es schwierig, nach Mustern zu suchen, die in den Isotopenverhältnissen flüchtiger Stoffe vor der Sonne liegen – sie bleiben einfach nicht lange genug unter den heißen Sternentstehungsbedingungen, um eine leicht lesbare Aufzeichnung zu führen.

„Mit sehr empfindlichen und geeigneten Instrumenten fanden wir jedoch Muster in der Verteilung unserer Kaliumisotope, die von präsolarem Material geerbt wurden und sich zwischen den Meteoritenarten unterschieden“, sagte Nie.  

Sie fanden heraus, dass einige der primitivsten Meteoriten, sogenannte kohlenstoffhaltige Chondrite, die sich im äußeren Sonnensystem bildeten, mehr Kaliumisotope enthielten, die durch riesige Sternexplosionen, sogenannte Supernovae, produziert wurden. Während andere Meteoriten – diejenigen, die am häufigsten auf die Erde stürzen, sogenannte nicht kohlenstoffhaltige Chondrite – die gleichen Kaliumisotopenverhältnisse aufweisen, die auf unserem Heimatplaneten und anderswo im inneren Sonnensystem zu sehen sind.

„Dies sagt uns, dass es wie bei einem schlecht gemischten Kuchenteig keine gleichmäßige Verteilung der Materialien zwischen den äußeren Bereichen des Sonnensystems, wo sich die kohlenstoffhaltigen Chondrite gebildet haben, und dem inneren Sonnensystem, wo wir leben, gab“, schloss Shahar.


Carnegie Earth und Planetenwissenschaftler haben jahrelang daran gearbeitet, die Ursprünge der flüchtigen Elemente der Erde aufzudecken. Einige dieser Elemente wurden möglicherweise den ganzen Weg vom äußeren Sonnensystem auf dem Rücken von kohligen Chondriten hierher transportiert. Da jedoch das Muster der vorsolaren Kaliumisotope, die in nicht kohligen Chondriten gefunden wurden, mit dem auf der Erde übereinstimmten, sind diese Meteoriten die wahrscheinliche Quelle des Kaliums unseres Planeten.

„Erst vor kurzem haben Wissenschaftler eine einst lange gehegte Überzeugung in Frage gestellt, dass die Bedingungen im Sonnennebel, der unsere Sonne hervorbrachte, heiß genug waren, um alle flüchtigen Elemente zu verbrennen“, fügte Shahar hinzu. „Diese Forschung liefert neue Beweise dafür, dass flüchtige Stoffe die Entstehung der Sonne überleben könnten.“

Weitere Forschung ist erforderlich, um dieses neue Wissen auf unsere Modelle der Planetenentstehung anzuwenden und zu sehen, ob es irgendwelche lang gehegten Überzeugungen darüber, wie die Erde und ihre Nachbarn entstanden sind, korrigiert.

Referenz: „Meteoriten haben geerbte nukleosynthetische Anomalien von Kalium-40, das in Supernovae produziert wird“ von Nicole X. Nie, Da Wang, Zachary A. Torrano, Richard W. Carlson, Conel M. O'D. Alexander und Anat Shahar, 26. Januar 2023, Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.abn1783


Diese Arbeit wurde unterstützt durch a

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