Ursprung seltener Meteoriten geklärt

Als unsere Sonne ein noch junger Stern war, bildete sich um sie herum eine kreisende Scheibe aus Gas und Staub. Mit der Zeit klumpte Staub zusammen. Es bildeten sich Brocken, die mit anderen kollidierten, sich dabei deren Masse einverleibten und weiter­wuchsen. Aus solchen Brocken entstanden die heutigen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars, aber auch hundert­tausende von Asteroiden, die zwischen Mars und Jupiter den Asteroiden-Haupt­gürtel bilden. Zu den größten bekannten Asteroiden des Hauptgürtels zählen der Zwergplanet Ceres und der Asteroid Vesta.

Durch Kollisionen zwischen Asteroiden wurden immer auch Trümmer ins All geschleudert, die als Meteoriten auf die Erde niedergingen. Diese Steine bieten einen einmaligen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnen­systems und erlauben es Wissenschaftlern, verschiedene Typen von Asteroiden zu bestimmen. Besonders interessant für die Forschung sind Meso­sideriten. Diese Meteoriten sind aus Silikat­gestein-Bruchstücken und Metall, in der Regel Eisen und etwas Nickel, zusammengesetzt. Die beiden Komponenten weisen ein ungeordnetes Gefüge auf. Wissen­schaftler gehen deshalb davon aus, dass sie von einem „differen­zierten Asteroiden“ stammen müssen, also einem solchen Himmelskörper, der einst über eine Kruste, einen Mantel und einen flüssigen Kern verfügte.

Die Bruchstücke gehörten demnach zur Kruste, das Metall stammt aus dem Kern. Dass sich die beiden Komponenten mischen und zu einem kompakten Gestein formieren konnten, deutet auf einen Zusammenprall des Asteroiden mit einem anderen hin. Bisher rätselt man nach wie vor, wie und wann Meso­sideriten entstanden. Auch war es bislang kaum möglich, solche Meteoriten einem bestimmten Asteroiden zuzuordnen. Nun bestimmte eine Forscher­gruppe um Maria Schönbächler vom Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich, das Alter von fünf Meso­sideriten anhand von hoch­präzisen Messungen des Blei- und Urangehalts von Zirkonen aus solchen Meteoriten. Zirkone bilden sich in Magmakammern. Sie sind äußerst robust und eignen sich deshalb für die Datierung von Gesteinen, in denen sie eingebettet sind.

Die Datierung und Bestimmung der chemischen Zusammen­setzung der Meso­sideriten erlaubte es Schönbächlers Mitarbeiter Makiko Haba und Jörn-Frederik Wotzlaw schließlich auch, die Steine aus dem All einem Asteroiden zuzuweisen, und zwar wie vermutet dem Groß­asteroid Vesta. Die Forscher datierten zwei Zirkon-Generationen der Mesosideriten auf rund 4,56 und 4,52 Milliarden Jahre. Die älteren Zirkone stammen von Silikatgestein, welches sich bildete als die Oberfläche von Vesta allmählich abkühlte und erstarrte. Die jüngere Generation hingegen zeugt von einem heftigen Streif­schuss durch einen weiteren Asteroiden, der eine große Bresche bis in den flüssigen Kern schlug. Die Trümmerteile aus verschiedenen Zonen flogen ins All, lagerten sich aber mehrheit­lich aufgrund der Schwerkraft Vestas auf der entgegen­gesetzten Stelle des Einschlags wieder ab. Dies führte in Vestas Kruste zu einer lokalen Verdickung und zur Vermischung der verschiedenen Komponenten.

„In der Regel ist es sehr schwierig bis unmöglich, Meteoriten bestimmten Ursprungs­asteroiden zuzuweisen“, sagt Schönbächler. Auf Vesta gekommen sind die Forscher nicht nur aufgrund der Datierungen und der chemischen Zusammen­setzung der untersuchten Mesosideriten. Auf diesen Asteroiden weisen auch Beobachtungs­daten der Nasa-Raumsonde Dawn. Auf ihrer Reise zum Zwergplaneten Ceres umkreiste die Sonde mehrere Male Vesta und untersuchte unter anderem dessen Oberfläche. Dies gab Aufschluss über die dort vorhandenen Gesteine. Auf Fotos von Vestas Südpol sind zudem eine Verdickung der Kruste und zwei jüngere Einschlag­krater zu erkennen. Dort schlugen lange nach der Ablagerung des Kollisions­materials kleine Asteroiden ein und schleuderten Teile davon ins All, die höchst­wahrscheinlich als Meteoriten auf der Erde landeten und schließlich in Schön­bächlers Labor gründlich untersucht werden konnten.

ETHZ / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. K. Haba et al.: Mesosiderite formation on asteroid 4 Vesta by a hit-and-run collision, Nat. Geo., online 10. Juni 2019; DOI: 10.1038/s41561-019-0377-8
• Planetare Geochemie, Institut für Geochemie und Petrologie, ETH Zürich