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Ryugu: Übersehener Stoff des Asteroiden könnte ursprüngliche Chemie bewahrt haben
Ein Widerspruch im kosmischen Gestein: Der Asteroid Ryugu und manche Meteoriten wurden durch Wasser stark verändert, bewahrten aber eine chemische Zusammensetzung aus der Frühzeit des Sonnensystems. Neue Röntgenanalysen liefern nun Hinweise auf einen bisher unterschätzten, kaum kristallinen Stoff. Er könnte erklären, wie sich Mineralien umwandelten, ohne alle ursprünglichen Unterschiede auszulöschen.
Kanazawa (Japan). Kohlige Asteroiden gelten als Zeitkapseln aus der Frühzeit des Sonnensystems, weil ihre Elementverhältnisse denen der ursprünglichen planetenbildenden Materie ähneln. Doch die gleiche Gesteinsklasse trägt deutliche Spuren früher Reaktionen mit Wasser. Dabei wandelten sich viele ursprüngliche Mineralien um, obwohl die chemische Gesamtzusammensetzung erstaunlich wenig verändert blieb.
Besonders deutlich zeigt sich dieser Gegensatz bei Proben des Asteroiden Ryugu, die die japanische Mission Hayabusa 2 zur Erde brachte. Ähnliche Eigenschaften haben kohlenstoffreiche Meteoriten, darunter die sogenannten CI-Chondrite. Ihre feinkörnige Grundmasse wurde bisher vor allem als Mischung zweier wasserhaltiger Schichtsilikate gedeutet: Serpentin und Saponit.
Forscher der Kanazawa University um Prof. Keisuke Fukushi haben nun Proben von Ryugu und drei Meteoriten mit einer besonderen Röntgenmethode untersucht. Die Messung zeigt, wie Magnesiumatome in ihrer unmittelbaren Umgebung gebunden sind, selbst wenn ein Material kaum geordnete Kristalle bildet. Zum Vergleich dienten die Spektren bekannter Minerale und künstlich hergestellter Magnesiumsilikat-Hydrate.
Die Proben von Ryugu sowie die Meteoriten Ivuna und Tarda zeigten Abweichungen, die eine Mischung aus Serpentin und Saponit nicht ausreichend erklärte. Erst die Berücksichtigung eines zusätzlichen, schwach kristallinen Materials verbesserte die Übereinstimmung deutlich. Beim Meteoriten Orgueil lieferten herkömmliche Schichtsilikate allerdings ebenfalls eine besonders gute Erklärung, sodass die Zuordnung dort weniger eindeutig ausfällt.
Der zusätzliche Bestandteil ähnelt einem Magnesiumsilikat-Hydrat, kurz M-S-H. Es enthält Magnesium, Silizium und gebundenes Wasser, besitzt aber keine weitreichend regelmäßige Kristallstruktur. Solche Stoffe sind aus der Zementforschung und aus irdischen alkalischen Umgebungen bekannt, wurden bei der Deutung von Asteroidenproben jedoch bisher kaum berücksichtigt.
„Das besonders Interessante an M-S-H ist, dass es sehr unterschiedliche Magnesium-Silizium-Verhältnisse aufnehmen kann“, erklärt Prof. Keisuke Fukushi.
Entscheidend könnte die chemische Wandelbarkeit dieses Materials sein. Laborversuche und bereits veröffentlichte Löslichkeitsdaten zeigen, dass M-S-H sehr unterschiedliche Anteile von Magnesium und Silizium enthalten kann, ohne jeweils ganz andere Bedingungen im Wasser zu benötigen. So könnten schon in einer gemeinsamen wässrigen Umgebung Gesteinsbestandteile mit verschiedener Zusammensetzung entstanden sein.
Ein Teil des Materials könnte sich später in stärker geordnete Schichtsilikate wie Serpentin und Saponit umgewandelt haben. Andere Anteile blieben womöglich in ihrem wenig kristallinen Zustand erhalten. Auf diese Weise wäre es möglich, dass die Gesteine mineralogisch stark verändert wurden, während sich Unterschiede in ihrer chemischen Zusammensetzung teilweise erhielten.
Allerdings beweisen die Röntgenspektren nicht, dass in sämtlichen Proben eine eindeutig abgrenzbare neue Mineralphase vorliegt. Sie erfassen die unmittelbare Umgebung der Magnesiumatome, während unterschiedliche Materialmischungen ähnliche Signale hervorbringen können. Aus den Anpassungswerten lässt sich auch nicht unmittelbar ableiten, wie viel M-S-H-ähnliches Material tatsächlich im Gestein steckt.