dc.contributor.author
Visser, Robbin
dc.date.accessioned
2019-12-10T14:00:38Z
dc.date.available
2019-12-10T14:00:38Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/26023.2
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-25782.2
dc.description.abstract
Meteoritic breccias can contain material that is not yet available in current meteorite collections as individual rocks. These materials can significantly contribute to answering questions related to the formation, environment, and evolution history of planetary bodies. Volatile-rich clasts are a great example of material that occurs in brecciated meteorites and can be used to answer questions related to the above mentioned topics.
Volatile-rich clasts in general are characterized by abundant volatile-bearing secondary formed minerals and can be subdivided into two main types: 1) The CM-like type, which contains chondrules with accretionary rims, tochilinite-cronstedtite intergrowths (TCI), carbonates, and Fe-Ni sulfides dispersed in a very fine phyllosilicate matrix. 2) The CI-like type clasts that contain a fine-grained phyllosilicate matrix with embedded magnetite, Fe-Ni sulfides, carbonates, accessory minerals, and very rarely chondrules or fragments of them. The mineralogy of the two types of clasts shows a strong association to the well-known CM and CI chondrites, respectively. However, it is unclear whether the volatile-rich clasts are actually similar to the analogue chondrites or whether they represent material that is not yet present in our meteorite collections. The goal of this thesis is to not only characterize the volatile-rich clasts and investigate the differences between the clasts and the chondrites, but also to obtain a better understanding of the associated parent body processes, such as; (i) the source and extent of the thermal histories (ii) the timing and source(s) of hydrothermal alteration (iii) the degree of equilibration and origin of sulphides within the parent bodies.
To resolve these processes, we apply a variety of analytical methods. Raman carbon thermometry of organic matter dispersed in the matrix was used to resolve the thermal history in terms of heating source, peak temperatures, extent, and influence of heating on highly volatile element isotope compositions of the volatile-rich clasts and analogue meteorites. Additionally, the formation processes of sulfides were investigated using S isotope compositions of the abundant Fe-Ni sulfides in the CI- and CM-like clasts. Finally, the Mn-Cr ages of dolomite in CI-like clasts and calcite in CM-like clasts were ascertained to constrain the timing of hydrothermal alteration among the clasts and chondrites.
The estimated peak temperature of the organic matter indicates that CI-like clasts experienced an average peak temperature of 65 ± 25 °C; very similar to the CM-like clasts with an average of 70 ± 25 °C. The CM and CI carbonaceous chondrites in this study experienced similar temperatures between 50 °C and 75 °C. The peak temperatures were most likely the result of 26Al decay that triggered hydrothermal alteration. No evidence was found, that indicates additional heating by impacts or interaction with the host rock leading to a higher peak temperature than during their formation. Considering the thermal histories and the mineralogy it seems that the clasts and chondrites represent similar material. The S isotope compositions of sulfides, however, show a completely different result. Although the S isotope compositions of Fe-Ni sulfides in CM chondrites and CM clasts are very similar, the S isotope compositions of sulfides in CI-like clasts and those in CI chondrites are considerably different. Moreover, CI-like clasts have negative δ34S values, whereas the CI chondrites have positive δ34S values. The difference between these two materials, although having a similar mineralogy and thermal history, is the first evidence that the parent bodies of the CI-like clasts sampled different (S) isotopic reservoirs. For this reason, CI-like clasts can better be referred to as C1 clasts.
The observation of different parent bodies with similar mineral compositions and peak temperatures can be used to constrain a key process in the early solar system; hydrothermal alteration. To constrain whether hydrothermal alteration was a near-contemporaneous event among parent bodies in the outer solar system, or whether it consisted of multiple events, Mn/Cr ages of carbonates were determined. Additionally, Mn/Cr ages will also be used to determine if the isotopic differences between C1 clasts and CI chondrites are caused by a dissimilarity in hydrothermal processes and thus the formation of the secondary formed minerals. The formation age of carbonates in CM, CR, C2ung¬, and CI chondrites as well as those in C1 and CM clasts correspond adequately to heat produced during the 26Al decay. This indicates that the carbonates in the majority of the material precipitated 2-6 Ma after CAI (Calcium-aluminum-rich inclusion) formation from a hydrothermal fluid induced from ice that melted during the heat production of 26Al decay. Not all samples analyzed in this dissertation revealed an age due to the lack of 53Cr enrichments. This lack of 53Cr is most likely a result of small-scale localized differences of Mn/Cr concentrations in the fluid from which the carbonates precipitated. It is therefore plausible, that the small nature and the limited amount of available carbonates in the C1 clasts resulted in a sample bias where only carbonates that precipitated from low 53Cr/52Cr and 55Mn/52Cr fluid domains were analyzed.
In summary, this dissertation shows that the mineralogy and thermal history of volatile-rich clasts and the CM and CI chondrites are similar and point toward a low-temperature (<100 °C) hydrothermal formation. Isotopic studies however, still show significant differences between C1 clasts and CI chondrites and suggest that C1 clasts originate from spatially separated parent bodies that sampled different isotopic reservoirs compared to CI chondrites. Additionally, Mn/Cr ages of carbonates in various chondrites and clasts suggest that hydrothermal alteration was a near-contemporaneous event among different parent bodies in the outer solar system induced by 26Al decay.
en
dc.description.abstract
Meteoritische Brekzien können gelegentlich Material enthalten, das in aktuellen Meteoritensammlungen nicht als individuelle Proben verfügbar ist. Diese Materialien können einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung von Fragen im Zusammenhang mit der Entstehung und Entwicklungsgeschichte von planetaren Körpern leisten. Volatilreiche Einschlüsse sind ein hervorragendes Beispiel für Material, das in brekziierten Meteoriten vorkommt und können verwendet werden, um Fragen im Zusammenhang mit den oben genannten Themen zu beantworden.
Volatilreiche Einschlüsse sind im Allgemeinen durch sekundär gebildete volatil-haltige Minerale gekennzeichnet und können in zwei verschiedene Typen unterteilt werden: 1) Der CM-artige Typ, der Chondren mit akkretionären Rändern, Tochilinit-Cronstedtit-Verwachsung (TCI), Karbonate und fein verteilte Fe/Ni-Sulfide in einer sehr feinen Schichtsilikatmatrix enthält. 2) Der zweite Typ ist der CI-artige Typ und besteht aus einer feinkörnige Schichtsilikatmatrix, jedoch mit Magnetit, Fe/Ni-Sulfiden, Karbonaten, akzessorischen Mineralen und sehr selten auch Chondren oder Fragmente von diesen. Die Mineralogie der beiden Typen von Einschlüssen zeigt eine starke Assoziation zu den bekannten CM- bzw. CI-Chondriten. Sind die volatil-reichen Einschlüsse tatsächlich den CI und CM Chondriten ähnlich oder handelt es sich um Material, das in unseren Meteoritensammlungen noch nicht vorhanden ist?
Das Ziel dieser Arbeit is nicht nur, die volatilreichen Klasten zu charakterisieren und die Unterschiede zwischen Klasten und Chondriten zu Untersuchen, sondern auch, um ein besseres Verständnis für die übergeordneten Prozesse dieser Materialien zu erlangen, so wie; (i) die Quelle und das Ausmass der thermischen Vergangenheit (ii) der Zeitpunkt und die Quelle(n) der hydrothermalen Alteration (iii) das Equillibrium und die Herkunft der Sulfide in den Mutterkörpern.
Um diese Prozesse zu verstehen, wurden verschiedene Methoden angewandt. Raman-Kohlenstoffthermometrie von in der Matrix verteiltem organischem Material wurde verwendet, um den temperatur Entwicklung bezüglich der Wärmequelle, maximal Temperaturen, Ausmaß, und Einfluss auf leichtflüchtige Elementisotopezusammesetzungen der volatilreichen Einschlüsse und den CI und CM Meteoriten aufzulösen. Zusätzlich wird die Bildung von Sulfiden untersucht mit den S-Isotopenzusammensetzung der häufig vorkommenden Fe/Ni-Sulfide in den CI- und CM-artigen Einschlüssen. Schließlich wird das Mn/Cr-Alter von Dolomit in CI-artigen Einschlüssen und von Calcit in CM-artigen Einschlüssen bestimmt, um das Alter der wässrigen Alteration der Einschlüsse und das der Chondrite zu bestimmen.
Die maximale Temperatur der Einschlüsse basierend auf der Organik zeigt, dass CI-ähnliche Einschlüsse eine durchschnittliche Temperatur von 65 ± 25 °C aufweisen; sehr ähnlich zu den CM-artigen Einschlüssen mit einem Durchschnitt von 70 ± 25 °C. Die kohligen CM und CI Chondrite in dieser Studie zeigen ähnliche Temperaturen zwischen 50 °C und 75° C. Die Höchsttemperaturen in diesen Proben waren höchstwahrscheinlich das Ergebnis des Zerfalls von 26Al, der die wässrige Alteration auf dem Mutterkörper auslöste. In diesen Proben wurden keine Hinweise gefunden, die auf eine weitere Erwärmung durch Impakte oder Wechselwirkungen mit dem Wirtsgestein hinweisen. In Anbetracht der thermischen Vorgeschichte und der ähnlichen Mineralogie scheinen die Einschlüsse und die Chondrite dasselbe Material zu sein. Die S-Isotopenzusammensetzungen von Sulfiden zeigen jedoch ein völlig anderes Bild. Trotz sehr ähnlicher S-Isotopenzusammensetzungen von Fe/Ni-Sulfiden in CM-Chondriten und CM-Einschlüssen unterscheiden sich die S-Isotopenzusammensetzungen zwischen CI-artigen Einschlüssen und CI-Chondriten erheblich. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die CI-artigen Einschlüsse in einem ähnlichen negativen δ34S-Bereich liegen wie die CM-Einschlüsse und CM-Chondriten, jedoch zeigen die CI-Chondriten generell positive δ34S Werte. Dieser Unterschied zwischen zwei Materialien mit einer ähnlichen Mineralogie und thermischen Vorgeschichte könnte der erste Hinweis darauf sein, dass die CI-artigen Elternkörper der Klasten verschiedene (S) Isotopen-Reservoire beprobten.
Die Existenz verschiedener Mutterkörper mit einer ähnlichen Mineralogie und ähnlicher thermischer Vergangenheit kann dazu genutzt werden, um einen entscheidenden Prozess im frühen Sonnensystem zu verstehen; hydrothermale Alteration. Um festzustellen, ob die hydrothermale Alteration der verschiedenen Mutterkörper zur gleichen Zeit stattfand oder es sich um verschiedene Ereignisse gehandelt hat, wurden die Mn/Cr-Alter der gesamten Karbonate bestimmt. Zusätzlich können die Mn/Cr-Alter dazu genutzt werden, die isotopie Unterschiede zwischen C1 Einschlüssen und CI Chondriten auf einen zeitlichen Unterschied und damit auf die Bildung der sekundären Minerale zurückzuführen. Die Mn/Cr-Alter der Karbonate in CM, CR, ungruppierten C2 und CI Chondriten sowie die Alter der C1 und CM-artigen Einschlüssen überlappen mit den Altern für den Zerfall von kurzlebigem 26Al und der damit verbundenen Aufheizung. Aufgrund von nicht nachweisbaren Anreicherungen von 53Cr zeigen nicht alle in dieser Dissertation analysierten Proben ein Alter. Diese nicht nachweisbare Anreicherung von 53Cr ist aller Wahrscheinlichkeit nach das Ergebnis von lokalen Unterschieden in den Mn/Cr Konzentrationen des Fluids aus dem die Karbonate ausgefällt wurden. Es ist wahrscheinlich, dass die geringe Größe der Einschlüsse sowie Anzahl an Karbonaten in C1-artigen Einschlüssen zu Stichprobenverzerrungen führten und dadurch nur solche Karbonate analysiert wurden, die aus Fluiden mit niedrigem 53Cr/52Cr und 55Mn/52Cr ausgefallen sind.
Zusammengefasst zeigt diese Dissertation, dass sich die volatil-reichen Einschlüsse, sowie die CM und CI Chondrite in ihrer Mineralogie als auch in den Temperaturen der Alteration ähneln und auf eine Niedrigtemperatur-Hydrothermalbildung (<100 °C) hindeuten. Isotopenstudien zeigen jedoch, dass signifikante Unterschiede zwischen den CI Chondriten und den C1-artigen Einschlüssen existieren und dass letztere von einem räumlich getrennten Mutterkörper stammen, der unterschiedliche Isotopen Reservoire beprobt als der Mutterkörper der CI Chondrite. Weiterhin zeigen die Mn/Cr-Alter der Karbonate aus verschiedenen Chondriten und Einschlüssen, dass die hydrothermale Alteration durch den Zerfall von 26Al selbst auf verschiedenen Mutterkörper zu sehr ähnlichen Zeiten im äußeren Sonnensystem stattfand.
de
dc.format.extent
ix, 133 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
hydrothermal alteration
en
dc.subject
volatile-rich clasts
en
dc.subject
characterization
en
dc.subject
thermal history
en
dc.subject
parent body formation
en
dc.subject.ddc
500 Natural sciences and mathematics::550 Earth sciences::550 Earth sciences
dc.subject.ddc
500 Natural sciences and mathematics::550 Earth sciences::552 Petrology
dc.title
Microbeam characterization of volatile-rich clasts - a tool to constrain early parent body hydrothermal processes
dc.contributor.gender
male
dc.contributor.firstReferee
John, Timm
dc.contributor.furtherReferee
Bischoff, Addi
dc.date.accepted
2019-11-08
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-refubium-26023.2-7
refubium.affiliation
Geowissenschaften
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