Meteoriten - Die Urgesteine unseres Sonnensystems
Meteoriten sind Steine oder Eisenstücke, die vom Himmel fallen. Sie haben die Menschen schon immer fasziniert, sie waren für große Katastrophen verantwortlich und sie wurden für göttliche Zeichen gehalten. Doch was hat es wirklich mit ihnen auf sich? Was können uns die Meteoriten erzählen? Genau mit diesen Fragen beschäftigt sich ein eigener Wissenschaftszweig: Die Meteoritik dt.: Meteoritenkunde
Meteoriten sind meist Bruchstücke von Planeten, Monden oder Asteroiden, die durch eine Kollision aus ihrem Mutterkörper herausgesprengt wurden. Es sind Gratisproben von verschiedenen terrestrischen Körpern in unserem Sonnensystem, die wir frei Haus geliefert bekommen. Oft explodieren Meteoriten beim Eintritt in die Erdatmosphäre in einer Höhe von 40 bis 20 km Höhe, da sie dabei sehr stark erhitzt werden. Ihre Bruchstücke fallen dann in einem elliptischen Streufeld auf die Erdoberfläche. Es kommt aber auch vor, dass sich ein solcher Brocken aus dem All als Ganzes in die Erdoberfläche bohrt. Das zieht dann oft große Katastrophen nach sich. Man geht z.B. davon aus, dass die Ära der Dinosaurier vor etwa 65 Mio. Jahren auf diese Weise ihr jähes Ende fand. Das machte den Weg zur Entwicklung der Säugetiere und somit auch der Menschheit frei. Charakteristisch ist bei allen Meteoriten die Schmelzkruste. Sie entsteht, wenn sich der Meteorit beim Flug durch die Erdatmosphäre sehr stark erhitzt. Typisch sind dabei die Regmaglypten, napfartige Abdrücke, die in etwa wie Daumenabdrücke in Knetmasse aussehen. Sie entstehen durch die Luftströmung. Besonders ausgeprägt sind diese bei Eisenmeteoriten. Ein Meteorit kann niemals komplett aufschmelzen und so bleibt sein Inneres im Originalzustand. Deshalb können sie uns sehr viel über unser Sonnensystem und seine Entstehung erzählen.
Je nach Herkunft und Beschaffenheit kann man Meteoriten in verschiedene Kategorien einordnen.
(Bild 1) Regmaglypten auf der Oberfläche des Meteoriten NWA 869 (Einfach unten auf die Bilder in der Galerie klicken)
Mond- und Marsmeteoriten
Wer einmal mit dem Fernglas oder einem Teleskop den Mond betrachtet hat, weiß, dass es auf seiner Oberfläche Krater gibt, von denen Strahlen über einen großen Teil der Mondoberfläche auszugehen scheinen. Es handelt sich um das Material, welches während des Impaktes aus dem Mondboden herausgesprengt wurde und wieder auf die Oberfläche zurückgefallen ist. Man nennt diese Krater wegen ihres Aussehens auch Strahlenkrater. Man kann sich leicht vorstellen, dass ein Teil des herausgeschleuderten Materials die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes überschritten hat und auf nimmer Wiedersehen ins Weltall geschleudert wurde. Dort vagabundierten diese Meteoriden über sehr lange Zeit alleine durch unser Sonnensystem, bis sie vom Schwerefeld eines Planeten, wie die Erde, eingefangen werden und auf ihn stürzen. Entweder verglühen die Meteoriden vollständig in der Erdatmosphäre als Meteore (im Volksmund Sternschnuppe) oder sie erreichen als Meteoriten den Boden. Das Tolle ist, da Gestein sehr schlecht Wärme leitet, weist der Meteorit zwar eine Schmelzkruste auf, aber das Innere bleibt unverändert und kann von Wissenschaftlern untersucht werden. Anhand von nuklearchemischen Analysen wurde festgestellt, dass es auch Marsgestein bis zur Erde geschafft hat. Und es kommt noch besser: Mittlerweile ist die Forschung sogar in der Lage festzustellen, aus welcher Region auf dem Mond oder dem Mars das Gestein kommt, falls Vergleichsproben aus der Raumfahrt vorliegen.
(Bild 2) Der Mondmeteorit setzt sich aus dem Regolith (Gesteinsstaub) der Mondoberfläche zusammen, während der Marsmeteorit ein Olivin aus 1,00 - 1.50 Tiefe der Marsoberfläche ist.
Chondrite
Um die Herkunft der Chondrite (sprich: Kondrite) zu erklären, müssen wir einen Zeitsprung zurück zu den Anfängen unseres Sonnensystems vor ca. 4,5 Milliarden Jahren machen. Zu dieser Zeit begann eine riesige Gas- und Staubwolke, der solare Urnebel, zu rotieren und bildete die protoplanetare Scheibe, in deren Mitte sich die Materie durch Gravitation immer stärker konzentrierte und schließlich die Sonne hervor brachte. Die Staubkörner in den Außenbereichen begannen durch Akkretion (elektrostatische Anziehung) aneinander zu haften und bildeten schließlich immer größer werdende Klumpen, die weiteres Material durch Gravitation einfingen und so zu den Planetesimalen (Vorläufer der Planeten) heranwuchsen. In einem Bereich des Sonnensystems endete diese Entwicklung an dieser Stelle: Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Hier konnte sich aufgrund der immensen Schwerkraft des Jupiters kein Planet bilden und so reisen diese Felsbrocken (Asteroiden) und Kleinplaneten immer noch in diesem Entwicklungsstadium um die Sonne. Oft kommt es dabei vor, dass die Asteroiden miteinander kollidieren und sie oder Bruchstücke von ihnen aus dem Asteroidengürtel herausgeschleudert werden und dadurch im wahrsten Sinne des Wortes "auf die schiefe Bahn" geraten. Dabei können sie dann vom Schwerefeld eines Planeten eingefangen werden und als Meteoriten auf seiner Oberfläche einschlagen. Ein sehr prominenter Meteoritenfall der jüngsten Vergangenheit ist der Fall eines Chondriten über der russischen Stadt Chelyabinsk am 15.02.2013.
(Bild 3) Ein Bruchstück des Chelyabinsk-Meteoriten. Typisch für frisch gefallene Chondriten sind die nahezu schwarze Schmelzkruste und die hellen Chondren im Innern.
Für die Wissenschaft sind Meteoriten ein elementarer Teil der Sonnensystemforschung. Es sind unveränderte Proben des solaren Urnebels, dessen genaue Zusammensetzung anhand der Chondrite erforscht werden kann. Wenn man einen Chondriten aufschneidet und die Schnittstelle schleift und poliert, werden die einzelnen Chondren (Staubkörner des solaren Urnebels, daher der Name Chondrit) sichtbar. Hierbei handelt es sich um all die Stoffe, aus denen auch die Erde besteht: Zum Beispiel die Minerale Olivin, Pyroxen und Plagioklas. Außerdem enthalten sie auch Kalzium, Kohlenstoff, Eisen, Eisensulfid und Nickel. Auch wir Menschen bestehen aus genau diesen Stoffen. Zum Beispiel das Kalzium in unseren Knochen und das Eisen (Hämoglobin) in unserem Blut. Jedes Atom unseres Körpers war also Teil des solaren Urnebels und wurde vorher in einem Stern aus Wasserstoff und Helium erbrütet. Die Chondrite sind der wissenschaftliche Beweis, dass die Erde und auch wir Menschen aus Sternenstaub bestehen.
Die Chondrite machen übrigens etwa 86% der Meteoriten aus.
(Bild 4) Die Chondren (Silikatkügelchen), aus denen sich die Planeten formten.
Nickel-Eisen-Meteoriten
Etwa fünf Prozent der Meteoriten sind Nickel-Eisen-Meteoriten. Doch wie kommt es, dass es Meteoriten gibt, die vollständig aus Metall bestehen? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir wieder einen Zeitsprung um etwa 4,5 Milliarden Jahre zurück machen, in die Zeit, in der sich die Planetesimale in der protoplanetaren Scheibe bildeten. Manche von ihnen wurden so groß, dass sie sich durch den radioaktiven Zerfall der Elemente in ihrem Inneren sehr stark erhitzten und verflüssigten. Dadurch sanken die schweren Stoffe wie Eisen und Nickel nach unten zum Mittelpunkt und die leichteren Stoffe stiegen nach oben, Richtung Oberfläche. Im Asteroiden entsteht also, genau wie in unserer Erde, ein Nickel-Eisenkern. Diesen Vorgang nennt man Differenzierung. Wenn nun zwei solcher differenzierten Asteroiden sehr stark miteinander kollidieren, kann es passieren, dass ihre Nickel-Eisenkerne freigelegt werden und nun ohne Gesteinsschichten komplett oder in Fragmenten durch unser Sonnensystem wandern. Auch diese Kerne und Kernstücke werden von den Gravitationsfeldern der Planeten angezogen, so gelangen sie auch auf unsere Erde. Wird ein solcher Meteorit angeschnitten, geschliffen, poliert und geätzt, werden die inneren Strukturen wie die Widmannstättenschen Figuren oder Neumannlinien sichtbar. Wie genau das funktioniert, kann man weiter unten nachlesen.
(Bild 5) Eine typische Ansicht eines Nickel-Eisenmeteoriten.
Stein-Eisen-Meteorite
Sie sind sehr nahe mit den Eisenmeteoriten verwandt und zählen ebenfalls zu den differenzierten Meteoriten. Es handelt sich um Bruchstücke aus der Grenzschicht zwischen dem Eisenkern und den Gesteinsschichten eines Asteroiden. Ein Gemisch aus Eisen und Stein.
Anchondrite
Auch die Anchondrite zählen zu den differenzierten Meteoriten. Sie stammen von der Oberfläche eines differenzierten Asteroiden und enthalten deshalb kein Eisen oder Nickel. Die Meteoriten von Mond, Mars oder Kleinplaneten wie (4)Vesta zählen zu den Anchondriten. Sie stammen von den Oberflächen differenzierter Himmelskörper.
Augen auf beim Meteoritenkauf!
Wer sich selbst einmal einen Meteoriten zulegen möchte, sollte einiges beim Kauf beachten. Hier gilt: Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser. Meteoritengestein ist seltener als Gold, Platin oder Diamant und kann sehr teuer sein. deshalb gibt es viele schwarze Schafe unter den Mineralienhändlern. Hier sind einige Tipps zum sicheren Kauf:
Wo und bei wem kaufe ich einen Meteoriten?
Kaufen sie Meteoriten nur bei Händlern, die sich der IMCA, (International Meteorite Collectors Association) angeschlossen haben. Der Beitritt der Händler ist freiwillig. Meteoritenhändler der IMCA legen bei jedem Kauf ein Echtheitszertifikat mit dem genauen Fundort oder Fall des erworbenen Meteoriten bei. Auf Wunsch teilt er dem Käufer seinen Namen und Adresse mit. Daran erkennt man einen seriösen Händler. Schlecht beraten ist der jenige, der Meteoriten z.B. auf dem Trödelmarkt oder im Esoterikladen kauft. Ähnliches gilt für das Internet. Hier sollte man nur bei renommierten Händlern zuschlagen, die Papiere liegen hier immer mit bei.
Woran erkenne ich einen echten Meteoriten?
- Wenn der angebotene Meteorit eine Schmelzkruste besitzt, ist dies ein sicheres Zeichen seiner Echtheit. Kein irdisches Gestein besitzt eine Schmelzkruste.
- Bei Nickel-Eisen-Meteoriten sind die Widmannstättenschen Figuren oder auch Neumannlinien ein untrügliches Zeichen der Echtheit. Sie entstehen nur in der Schwerelosigkeit, wenn sich Eisen mit 1° pro Jahrtausend abkühlt.
- Da über 90% der Meteoriten Eisenhaltig sind, reagieren sie zumeist auf einen Magneten.
- Sind an Bruchstellen Silikatkügelchen (Chondren) zu erkennen, ist es höchstwahrscheinlich ein Chondrit und daher ein echter Meteorit. Oft blitzen auch kleine Eisenpartikel zwischen dem Chondren auf.
Welche irdischen Gesteine und Mineralien werden oft als Meteoriten angeboten?
- Markasit: Auch als Feuerstein bekannt. Unsere Vorfahren in der Steinzeit verwendeten ihn, um durch heftiges Aneinanderschlagen Funken zum Feuermachen zu erzeugen. Seine Oberfläche ähnelt vom Aussehen in etwa der Schmelzkruste eines Chondriten, es fehlen jedoch die typischen Regmaglypten (napfartige Einbuchtungen). Markasit ist nicht magnetisch und an seiner inneren Struktur ist leicht zu erkennen, dass er nicht außerirdischen Ursprungs ist.
- Eisenerz: Zwar besteht Eisenerz den Magnettest, doch man kann schon anhand der Oberflächenstruktur erkennen, dass es sich auf keinen Fall um einen Eisenmeteoriten handeln kann. Zwar sind an der Oberfläche oft Vertiefungen zu erkennen, doch diese sind im Verhältnis zu ihrem Durchmesser viel zu tief, um wie Regmaglypten auszusehen. Außerdem befinden sich in ähnlicher Anzahl und Dimension auch Ausbuchtungen auf der Oberfläche. Das ist bei einem echten Meteoriten niemals der Fall.
(Bild 6) Werden gerne als Meteoriten angeboten, sind jedoch irdischer Herkunft.
Campo del Cielo - Die Innenansicht eines Meteoriten
Wie sieht ein Eisenmeteorit von Innen aus? Ich machte das Experiment. Mit einem interessanten Ergebnis.
Jedes Jahr im Mai fahre ich nach Essen auf den ATT (Astronomischer Tauch- und Trödeltreff), die größte Astronomiemesse Europas. Dort kann man auch an mehreren Ständen von zertifizierten Händlern Meteoriten und Teile von Meteoriten kaufen. Da ich schon immer mal ein größeres Stück außerirdischen Metalls besitzen wollte, kaufte ich mir ein Teil des Eisenmeteoriten vom Campo del Cielo ("Feld des Himmels") in Argentinien. Eisenmeteoriten sind Zeugen der Entstehung unseres Sonnensystems und mit 4,5 bis 4,6 Milliarden Jahren älter als unsere Erde. Sie stammen aus den Kernen größerer Asteroiden und Protoplaneten, die durch Kollisionen mit anderen Himmelskörpern zerstört wurden. Lange Zeit vagabundieren diese Bruchstücke durch das Sonnensystem und werden manchmal durch das Schwerefeld eines Planeten eingefangen und schlagen dort ein. Auch auf der Erde. 1576 wurde der Eisenmeteorit Campo del Cielo (eingeschlagene Meteoriten werden immer nach dem Einschlagsort benannt), erstmals erwähnt. In höheren Atmosphärenschichten ist er explodiert und in viele Fragmente zerborsten, deshalb befinden sich im Einschlagsgebiet 122 Gruben und Krater. Bisher wurden über 100 Tonnen Material geborgen, welches vor 4.000 bis 6.000 Jahren vom Himmel gefallen ist. Er gehört zu den Oktaedriten und hat folgende Zusammensetzung: 92,6% Fe, 6,68% Ni, 0,43% Co, 0,25% P, 407ppm Ge, 87ppm Ga, 3,6ppm Ir.
Da ich einen Teil des Meteoriten gekauft habe, hat mein Stück Campo del Cielo eine Fläche, die durch das Zersägen entstanden ist. Und genau diese Fläche möchte ich nutzen, um das Innere des Meteoriten zu zeigen. Dazu muss die Fläche zuerst eben und danach immer feiner geschliffen werden. Ich habe also sehr grob, mit 80er Schleifpapier angefangen und dann mit 120er, 240er, 320er, 400er, 600er und schließlich mit 800er Papier immer feiner geschliffen. Die Zahl gibt übrigens die Körnung und damit Feinheit des Papiers an, es werden die Körner pro Quadratzentimeter angegeben. Nun, da auch der Feinschliff erledigt war, ging es ans Polieren der Fläche. Mit handelsüblicher Polierpaste polierte ich die Schnittfläche auf Hochglanz, bis ich mich darin spiegeln konnte.Nachdem auch das erledigt war, begann der heikelste Teil meiner Arbeit: Das Ätzen der polierten Oberfläche mit Salpetersäure.
Vorsicht! Salpetersäure ist brandfördernd, ätzend und ihre Dämpfe hochgiftig! Deshalb: Gummihandschuhe und Schutzbrille tragen! Raum gut belüften! Bei Augen- oder Hautkontakt sofort mit viel Wasser abspülen!
Ich benutzte einen größeren Blumenuntertopf auf glasiertem Ton, einem säurebeständigem Material. Mit der Pipette träufelte ich ein wenig Salpetersäure (65%) in die Mitte des Untersetzers. Nun legte ich den Meteoriten mit der polierten Fläche hinein und wartete einige Minuten. Es rauchte und ein wenig und es bildeten sich einige Blasen. Nun nahm ich den Meteoriten wieder heraus und spülte ihn gut unter fließendem Wasser ab. Sofort war das Ergebnis zu erkennen. Da das Eisen unterschiedlich dicht ist, wird an manchen Stellen mehr und an anderen Stellen weniger weggeätzt. So kann man die innere Struktur eines Meteoriten sichtbar machen. In diesem Fall sieht man, dass das Stück aus mehreren Teilen zusammengebacken ist. Das zeugt davon, dass dieses Material beim Eintritt in die Erdatmosphäre sehr stark durch die Explosion deformiert wurde. Aus diesem Grund sieht man auch keine Widmannstättenschen Figuren, sondern Neumann-Linien. Die Widmannstättenschen Figuren entstehen nur in der Schwerelosigkeit, wenn das Eisen über eine sehr lange Zeit geschmolzen ist. Dann kristallisiert sich das Eisen in Form von Oktaedern, einer achtflächigen, symmetrischen Figur. Durch starke Hitze, Erschütterungen oder Deformierungen werden diese zerstört und es entstehen Neumann-Linien, wie in meinem Teil. Es sind parallele Linien, die sich aus zwei Richtungen kreuzen.
Zum Schluss reinigte ich die Oberfläche mit Isopropanol und trug zwei mal Zapon-Lack auf die frisch geätzte Oberfläche auf, um sie vor Korrosion zu schützen. Der Lack ist hauchdünn und nach dem Trocknen unsichtbar.Auf diese Weise konnte ich über mein Stück des Campo del Cielo - Meteoriten einiges erfahren. Es hat mir sehr viel Spaß gemacht und war sehr interessant.
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Pallasiten:
Stein-Eisen-Meteoriten
Pallasiten sind Meteoriten, die in einer Eisen-Nickelmatrix Olivine enthalten. Doch wie kommt das? Pallasiten sind anders, als die unten beschriebenen Chondriten, von differenzierten Himmelskörpern. Nach der Akkretion (Zusammenballung) der Staubteilchen in der Protoplanetaren Scheibe rund um die noch junge Sonne kam ab einer Größe von einigen hundert Kilometern die Gravitation (Schwerkraft) ins Spiel. Die Brocken wurden immer größer und vereinigten sich durch Kollisionen, bis sie die Planetesimale (Vorläufer der Planeten) bildeten. Mit bis zu mehreren tausend Kilometern Durchmesser enthielten sie durch radioaktiven Zerfall heiße, geschmolzene Kerne. Da das schwerere Material (Eisen, Nickel) in die Mitte des Planetesimals absinken, entsteht ein Eisen-Nickelkern. Doch es gibt eine Übergangsschicht zwischen dem Metallkern und dem Gesteinsmantel. Und genau daher stammen die Pallasiten. Wenn also zwei Planetesimale unter großer Wucht miteinander kollidierten, wurde unter anderem auch diese Übergangsschicht herausgesprengt. Nun vagabundierten die Pallasiten durchs All und wurden dann, Milliarden Jahre später, durch die Gravitation der Erde eingefangen.
Rechts: Ein Stück eines Pallasiten aus Sericho in Kenia, gefunden 2016.
Meteoriten - Boten aus dem All
Meteoriten sind Steine, Eisenstücke oder ein Gemisch von beiden, die vom Himmel fallen. Sie haben die Menschen schon immer fasziniert, sie waren für große Katastrophen verantwortlich und sie wurden für göttliche Zeichen gehalten. Doch was hat es wirklich mit ihnen auf sich? Was können uns die Meteoriten erzählen? Genau mit diesen Fragen beschäftigt sich ein eigener Wissenschaftszweig: Die Meteoritik dt.: Meteoritenkunde.
Meteoriten sind Bruchstücke von Planeten, Monden oder Asteroiden, die durch eine Kollision aus ihrem Mutterkörper herausgesprengt wurden. Es sind Gratisproben von verschiedenen terrestrischen Körpern in unserem Sonnensystem, die wir frei Haus geliefert bekommen. Oft explodieren Meteoriten beim Eintritt in die Erdatmosphäre in einer Höhe von 40 bis 20 km Höhe, da sie dabei sehr stark erhitzt werden. Ihre Bruchstücke fallen dann in einem elliptischen Streufeld auf die Erdoberfläche. Es kommt aber auch vor, dass sich ein solcher (sehr großer) Brocken aus dem All als Ganzes in die Erdoberfläche bohrt. Das zieht dann oft große Katastrophen nach sich. Man geht z.B. davon aus, dass die Ära der Dinosaurier vor etwa 65 Mio. Jahren auf diese Weise ihr jähes Ende fand. Das machte den Weg zur Entwicklung der Säugetiere und somit auch der Menschheit frei. Charakteristisch ist bei allen Steinmeteoriten die Schmelzkruste. Sie entsteht, wenn sich der Meteorit beim Flug durch die Erdatmosphäre sehr stark erhitzt. Typisch sind dabei die Regmaglypten, napfartige Abdrücke, die in etwa wie Daumenabdrücke in Knetmasse aussehen (links im Bild). Sie entstehen durch die Luftströmung. Besonders ausgeprägt sind diese bei Steinmeteoriten. Meteoriten können niemals komplett aufschmelzen und so bleibt ihr Inneres im Originalzustand. Deshalb können sie uns sehr viel über unser Sonnensystem und dessen Entstehung erzählen.
Meteoriten - der Stoff aus dem wir gemacht sind
Je nach Herkunft und Beschaffenheit kann man Meteoriten in verschiedene Kategorien einordnen.
Rechts im Bild sehen wir einen Chondriten (sprich: Kondriten). In der Frühzeit des Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, wurde die Sonne von der Protoplanetaren Scheibe umkreist, aus der sich später die Planeten formten. Diese Scheibe bestand aus Gas und Staub. Der Staub klumpte mit der Zeit zusammen (elektrostatische Akkretion). Das ist die gleiche Kraft, die auch den Staub unterm Bett zu Wollmäusen formt. Sollten Sie einmal eine Wollmaus entdecken, seien Sie gewiss: So ist auch unser Sonnensystem entstanden! Aber zurück zu den Meteoriten. Im gezeigten Chondriten sind diese zusammengeklumpten und durch die Sonne erhitzen Körner (Chondren, daher der Name) zu sehen. Sie bestehen aus den unterschiedlichsten Stoffen: Eisen, Nickel, Feldspat, Olivin, Kohenstoff, Kalzium und einige andere. Das Kalzium in unseren Knochen, das Hämoglobin in unserem Blut, der Kohlenstoff in unseren Zellen... All das war schon da, bevor es die Erde überhaupt gab! Wir sind sprichwörtlich aus Sternenstaub!
Nicht alle Klumpen (Meteoriden) wurden zu Planeten, viele blieben in ihrem Ursprungszustand bestehen und umkreisen die Sonne noch heute. Vorzugsweise im Asteroidengürten zwischen Mars und Jupiter. Manchmal kommt es vor, dass die Erde Meteoriden mit ihrem Gravitationsfeld einfängt. Diese treten dann in die Erdatmosphäre ein und verglühen meistens. Ab und zu erreicht ein solcher Brocken die Erdoberfläche und man spricht dann von einem Meteoriten.
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