Järnmeteoriter i solsystemet är sammansatta av moderkärnor som tillhör de tidigaste krediterade kropparna i miljön. Kärnorna bildas i två isotopiskt distinkta reservoarer inklusive icke-kolhaltiga och kolhaltiga typer i det inre och yttre solsystemet. I en ny rapport som nu publicerats i Science Advances , Bidong Zhang och ett team av forskare inom Earth, Planetary and Space Sciences, vid University of California Los Angeles, och Applied Physics Laboratory vid Johns Hopkins University, mätte grundämnessammansättningen av kolhaltiga järngrupper med hjälp av fraktionerad kristallisationsmodellering för att rekonstruera bulk sammansättningar och kristallisationsprocesser av föregående moderasteroidkärnor.

Resultaten visade lägre svavel och högre fosfor i kolhaltiga järnkärnor jämfört med icke-kolhaltiga kärnor. Teamet kopplade det olika elementära överflödet bland kolhaltiga kärnor till fördelningen av kalciumaluminiumrika inneslutningar i den protoplanetära skivan, som kan ha transporterats till det yttre solsystemet och heterogent fördelat under de första miljoner åren av solsystemets historia.

Förstå den asteroidala sammansättningen av det tidiga solsystemet

Astrofysiker klassificerar de flesta meteoriter i två kategorier; de kolhaltiga (förkortade CC) och icke-kolhaltiga (förkortade NC) typerna som är beroende av kväve-, syre-, titan-, nickel-, volfram-, molybden- och ruteniumkompositioner. Den isotopiska dikotomien avslöjas via nukleosyntetiska anomalier som visar hur kolhaltiga meteoriter anrikas i snabba neutronfångstprocessnuklider, jämfört med icke-kolhaltiga meteoriter. En majoritet av meteoriterna verkar härstamma antingen från det inre solsystemet (icke kolhaltigt) eller det yttre solsystemet (kolhaltigt). Forskare antar att de två reservoarerna sannolikt separerades genom bildandet av Jupiter för mer än 1 miljon år sedan, efter bildandet av kalciumaluminiumrika inneslutningar (CAI).

Järnmeteoriter kan ytterligare kategoriseras i magmatiska och icke-magmatiska särdrag, där den förra bildades genom fraktionerad kristallisation i väl blandade smälta metalliska kärnor inom differentierade asteroider. De kemiska signaturerna och planeternas evolutionära historia av asteroida kärnor kan rekonstrueras genom fraktionerad kristallisationsmodellering. Befintliga modeller för kristallisation för CC-järngrupper och NC var främst baserade på rutenium, germanium, palladium, iridium, osmium eller guldelement.

I detta arbete använde Zhang och kollegor nya, högprecisionsdata för neutronaktiveringsanalyser kompletterade med induktivt kopplade plasmamasspektrometridata. De presenterade resultaten för 19 element och uppskattade sammansättningen av kolhaltiga järnkärnor och icke-kolhaltiga kärnor, för att förstå de processer som är ansvariga för att fraktionera siderofila element bland kärnorna och rekonstruera kristallisationsprocesser för CC-järnkärnorna.

Forskare kan typiskt modellera variationer i koncentrationerna av siderofila element i en magmatisk järnmeteoritgrupp via fraktionerad kristallisation. Till exempel kan ökande svavel- och fosforkoncentrationer i metalliska smältor påverka beteendet hos siderofiler. Dessutom, även om fosforkoncentrationerna mättes noggrant i de flesta järnmeteoriter, kan närvaron av svavel inte direkt bestämmas. Zhang och teamet skapade en ny modell för att fastställa en initial bulksammansättning med svavel och fosfor för att passa de flesta av de 18 interelementtrenderna av intresse. Strategin fungerade bra för en rad olika moment och ledde till utvecklingen av flera elementarklassificeringar i arbetet.

Högsiderofila element (HSE) och eldfasta metallklumpar (RME)

Forskarna visade hur de förhöjda bulkkoncentrationerna av högst siderofila element (HSE) i en kärna antingen berodde på moderkroppens redoxtillstånd eller en blandning av olika mängder av eldfasta högtemperaturmetaller från solnebulosan. Med kolhaltiga kondriter observerade forskarna att de mycket siderofila elementen anrikas i kalcium-aluminiumrika inneslutningar, jämfört med andra silikatrika komponenter och eldfasta metallklumpar, vilket bidrog till att bilda de primära värdarna för de mycket siderofila elementen.

Arbetet undersökte vidare de siderofila elementen och svavel/fosforförekomsten för att stödja idén att svavelinnehåll kan ha en betydande inverkan på differentieringstemperaturen för järnmeteoritens moderkroppar. De undersökte fraktioneringen av flyktiga och måttligt flyktiga siderofiler samt kristalliseringsprocesserna för att förstå ursprunget till CC- och NCC-järnkärnorna. Teamet uppskattade evolutionsmodellen för den sol-protoplanetära skivan och HSE-förekomsterna av de kolhaltiga järnkärnorna med hjälp av fraktionerade kristallisationsmodeller för att föreslå bildandet av HSE-berikade asteroider närmare Jupiter i tryckbulten, medan HSE-kondritiska asteroider bildades längre bort från Jupiter.

Utsikter:Asteroidal sammansättning av solsystemets första miljoner år

På detta sätt beskrev Bidong Zhang och kollegor de bulksammansättningar och kristallisationsprocesser som inträffade under de första miljoner åren av solsystemets historia för att skapa meteoritkärnor av kolhaltig typ av järn, vilket ledde till utvecklingen av metalliska smältor och asteroida kärnor. De genomförde fraktionerad kristallisationsmodellering för att rekonstruera bulksammansättningen och kristallisationsprocesserna för interelementtrender över kolhaltiga järnmeteoritgrupper.

Resultaten visade sammansättningen av den kolhaltiga (CC) järngruppen och icke-kolhaltiga (NC) järngrupperna för att visa deras bidrag till kristallisation och sammansättningsutveckling. Medan CC-järnkärnor kristalliserade i oxiderade miljöer jämfört med NC-kärnor, hade de lägre svavelhalter, högre fosfor, nickel och ökningar av mycket siderofila element i deras modersmältor, jämfört med NC-järnkärnor. + Utforska vidare

Att reda ut ett meteoritmysterium avslöjar historien om solsystemets ursprung

© 2022 Science X Network