Experimental hydrothermal alteration of carbonaceous chondrites and their meaning for Ceres’ brine composition

Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen der Raumfahrtmission Dawn zum Zwergplaneten Ceres entstanden. Angezeigt durch seine Gestalt und Schweredaten wird vermutet, dass auf diesem Korper eine Differentiation zwischen Eis und Gesteinsmaterial stattgefunden hat. Durch das Auftreten von hellen Flecken, sog. Faculae, an der insgesamt extrem dunklen Oberflache von Ceres, konnte die Existenz von salinaren Losungen nachgewiesen werden, die eindeutig mit endogenen Prozessen in Verbindung stehen. In dieser Arbeit wurden hydrothermale Alterationsversuche an undifferenziertem meteoritischen Material (gewohnlichen und kohligen Chondriten) durchgefuhrt, um die Zusammensetzung von salinaren Losungen zu bestimmen, die als Analogon zu denen im Inneren von Ceres dienen kon-nen. Die Experimente wurden bei einem Wasser-/Gesteinsverhaltnis von ca. 100 und einer Temperatur von 90 °C fur die Dauer von 2, 5, 12, 50, 100 und 200 Tagen durchgefuhrt. Die Losungszusammensetzung wurde mit IC und ICP-MS analysiert und ergab, dass sowohl in kohligen wie auch gewohnlichen Chondriten das Sulfat- uber das Chlorid-Anion dominiert. Die Hauptkationen in den Losungen der kohligen Chondrite (Murchison und Jbilet) treten in der abnehmenden Reihenfolge Mg > Ca > Na > K bei Murchison bzw. Ca > Mg > Na > K bei Jbilet auf und zeigen ihren Hauptanstieg bis zum Tag 50. Die gewohnlichen Chondrite enthalten Na als Hauptkation und in geringeren Konzentration K, Cl, Ca und Mg. Der Nachweis von durch die Experimente verursachter mineralogischer Veranderungen in den residualen Probenpulvern mittels RDA war sehr eingeschrankt moglich aufgrund der schwachen Signale von Calcit und Anhydrit, verursacht durch die geringe Probenmenge. Das gleiche gilt fur die Reflexionsspektren der kohligen Chondrite, in denen sich eine leichte Zunahme in den durch Schichtsilikate verursachten Absorptionsbanden nahe 0.370, 0.405, 0.480, 0.950 und 1.13 µm und eine Abnahme der Absorption bei 0.73 µm andeutet. In einem zweiten Schritt wird die Entwicklung der experimentellen Losungen wahrend des Gefrierens und der anschliesenden Evaporation unter Anwendung des FREZCHEM Modells fur zwei unterschiedliche Szenarien untersucht: Erstens fur ein Wasser Szenario und zweitens fur ein NH4-CO2 Szenario. Im ersteren Fall ist die Losung hauptsachlich in Na, K und Cl angereichert und die ausfallenden Phasen sind Ca-, Mg-, Na-, K-Mg- und Na-Mg-Sulfate (Gips, Anhydrit, Meridianit, Epsomit, Kieserit, Mirabilit, Picromerit, Blodit) und Na-, K-, Mg- und K-Mg-Chloride (Halit, Sylvinit, Carnallit, Bischofit). Im NH4-CO2 Szenario ist die Losung hauptsachlich in NH4, Cl, CO3, Na und K angereichert und die ausfallenden Phasen sind Ca-, Mg-, Na-, K-Mg-, Na-Mg- und NH4-Sulfate (Gips, Meridianit, Epsomit, Mirabilit, Picromerit, Blodit, Ammoniumsulfat), sowie Ammoniumchlorid und Magnesit. Die vorliegende Arbeit bestatigt auf der Basis experimentell erhobener Daten die konservativen Modelle zur Entwicklung chondritischer Eluate wie sie beispielsweise fur Jupiters Eismonde existieren. Verglichen mit den aktuellen Daten des Dawn VIR Spektrometers stimmen die Ergebnisse des NH4-CO2 Szenarios in der vorliegenden Arbeit mit den auf Ceres detektierten Ca-Mg-Karbonaten uberein, so wie auch mit Ammoniumchlorid als moglicher ammoniumhaltiger Phase. Das Natriumkarbonat (Natrit), welches von VIR auf Ceres detektiert wurde, ist in den hier durchgefuhrten geochemischen Modellierungen nicht rekonstruierbar. Die fernerkundliche Analyse von Sulfaten auf Ceres ist noch mehrdeutig. Daher ist Ceres' Verbindung zu chondritischen Losungen wie sie aus terrestrischen Meteoritenproben erzeugt wurden schwer zu beurteilen.