Mineralogical zonation in chondrules and chemical chondrule-matrix complementarities in carbonaceous and Rumuruti chondrites

Friend, Pia (2017). Mineralogical zonation in chondrules and chemical chondrule-matrix complementarities in carbonaceous and Rumuruti chondrites. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Chondritic meteorites (´chondrites`) are primitive early solar system materials; the composition of chondrites—especially of CI chondrites—represent the average solar system composition. The two main components of chondrites are (i) chondrules, µm to mm-sized silicatic melt droplets, and (ii) matrix, an opaque and fine-grained unequilibrium mineral assemblage. The origin of these two constituents, especially for the heat source required for melting chondrules, is still enigmatic. In this work, the genetic link between chondrules and matrix was studied. A mineralogical zonation with olivine minerals dominating the cores and low-Ca pyroxenes at the margins are present in at least 75% of all chondrules studied in chapter 2. In total, 256 chondrules of 16 different carbonaceous and Rumuriti chondrites (R chondrites) were studied. The low-Ca pyroxene rims were formed by addition of Si to the chondrules (or their precursor) from the surrounding nebula gas, which later condensed to form matrix. Hence, chondrules were open systems and gained 3-15 wt.% material by this process. In chapters 3 and 4, bulk chondrule, matrix and bulk meteorite compositions of the recently found CM chondrite Jbilet Winselwan (JW) and of three different R chondrites were studied. Bulk chondrule and matrix compositions were obtained with the electron microprobe and bulk meteorite compositions with X-ray spectrometry. Jbilet Winselwan and the R chondrites show chemical complementarities. Thus, although bulk meteorite compositions are CI chondritc (=solar), chondrules and matrix have different compositions. The amount of matrix in the studied chondrites are at least 50 vol.%. All chondrites have higher than bulk ratios of Fe/Mg, Si/Mg, Al/Ti, Al/Ca in the matrices and vice versa in chondrules. Bulk chondrite ratios are (except Si/Mg in R chondrites) CI chondritic. These complementarities, together with the solar bulk composition of the meteorites, can only be explained when chondrules and matrix formed from a single reservoir. In chapter 4, complementarity is, to my knowledge, for the first time reported in non-carbonaceous chondrites. It is assumed that carbonaceous and non-carbonaceous chondrites formed in distinct regions within the solar system. A joint formation of chondrules and matrix is required for both reservoirs.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

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Chondritische Meteorite („Chondrite") sind primitive Materialen aus dem frühen Sonnensystem. Ihre Zusammensetzung (insbesondere der CI-Chondrite) repräsentiert die durchschnittliche Zusammensetzung des Sonnensystems. Die beiden Hauptkomponenten der Chondrite sind (i) Chondren, µm bis mm-große, silikatische Schmelztröpfchen, und (ii) Matrix, ein opakes und feinkörniges Mineralgemisch. Die Entstehung beider Komponenten, insbesondere der Urspung der Hitzequelle welche die Chondren zum Schmelzen brachte, ist unbekannt. In dieser Arbeit wurde der genetische Zusammenhang zwischen Chondren und Matrix untersucht. Eine mineralogische Zonierung mit überwiegend Olivinen in den Chondrenzentren und Ca-armen Pyroxenen in den Rändern sind in mindestens 75% der in Kapitel 2 untersuchten Chondren zu finden. Insgesamt wurden 256 Chondren in 16 verschiedenen kohligen sowie Rumuruti Chondriten (R Chondrite) untersucht. Die Pyroxene der Chondrenränder bildeten sich durch Aufnahme von Si aus dem umgebenden Gas, welches später zu Matrix kondensierte. Chondren (oder ihre Vorläufer) fungierten als offene Systeme und erhielten auf diese Weise eine Massenzunahme von 3-15 Gew.%. In den Kapiteln 3 und 4 wurden mit der Elektronenestrahlmikrosonde die chemische Zusammensetzung von Chondren und Matrix des CM Chondriten Jbilet Winselwan (JW), sowie dreier R Chondrite bestimmt. Die jeweiligen Gesamtgesteinszusammensetzungen der Meteorite wurden außerdem mittels Röntgenfluoreszenzspektrometrie analysiert. Die untersuchten Chondrite haben mindestens 50 Vol.% Matrix. Die Matrices der Chondrite haben erhöhte Verhältnisse von Fe/Mg, Si/Mg, Al/Ti und Al/Ca gegenüber den Gesamtmeteoriten; Chondren haben entsprechend niedrigere Verhältnisse. Die Gesamt-zusammensetzung der Meteorite ist (bis auf Si/Mg in den R Chondriten) CI-chondritisch (solar). Diese komplementären Zusammensetzungen können im Zusammenhang mit den solaren Elementhäufigkeiten der Meteorite nur erklärt werden, wenn sich Chondren und Matrix gemeinsam im gleichen Reservoirs gebildet haben. In Kapitel 4 wird, zu meinem Wissen, Komplementarität das erste Mal in nicht-kohligen Chondriten beschrieben. Es wird vermutet, dass kohlige und nicht-kohlige Chondrite aus unterschiedlichen Regionen des frühen Sonnensystems stammen. Eine gemeinsame Bildung von Chondren und Matrix muss in beiden Reservoiren angenommen werden.

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