Alkalien in Chondren - offenes oder geschlossenes System?

Abstract

Natrium als Spurenelement in Olivin kann mit der Elektronenstrahl-Mikrosonde bei hohen (<600nA) Meflstr men bis zu einer Mefluntergrenze von 0.0015 wt.% Na2O in Olivin hinreichend genau gemessen werden. Die Ergebnisse sind mittels Sekund rionen-Massenspektrometrie verifiziert und innerhalb der Fehler identisch. Der Verteilungskoeffizient von Natrium zwischen Olivin und silikatischer Schmelze hat in eisenfreien Systemen einen Wert von D(Na) = 0.00139 ± 0.00039 und ist nicht signifikant temperaturabhaengig. In eisenhaltigen Systemen ist dieser Verteilungskoeffizient auch linear vom FeO-Gehalt der Olivine abh ngig. Diese Abhaengigkeit kann durch die empirische Formel:D(Na) = 0.00014 (±0.000095) * FeO(ol) + 0.00145 (±0.00075) ausgedrueckt werden. Es wurde ein Modell zur Berechnung der Na2O-Zonierung in Olivinkoernern bei deren Kristallisation aus einer chondritischen Schmelze erstellt. Diesen Daten wurden entsprechende Na2O-Konzentrationen aus Messungen von realen Olivinen in Chondren gegenuebergestellt. Hierbei zeigen sich bei den Startwerten Abweichungen mit Werten zwischen 0.6 - 1.5. Diese Abweichungen werden mit fortschreitender Kristallisation kleiner und naehern sich dem Modell an. Da diese Daten um den Wert 1 streuen, kann dies auf Messungenauigkeiten zurueckzufuehren sein. In diesem Fall sind die Chondren als vollstaendig geschlossene Systeme zu betrachten. Alternativ koennen nur Prozesse der Evaporation und Kondensation fuer die Unterschiede verantwortlich sein. Dies bedeutet, dass diese Chondren zu Beginn ihrer Bildung einen anderen Na-Bulkwert hatten als zum Zeitpunkt der endgueltigen Erstarrung. Wenn diese fruehen Differenzen durch Evaporations- oder Kondensationsprozesse verursacht wurden, sind mindestens 60 % des Natriums jeder untersuchten Chondre von primaerer Natur und maximal 40 % des heutigen Wertes sind rekondensiert. Die magmatische Entwicklung der Chondre spiegelt sich in jedem Fall in der Zonierung der Natriumkonzentrationen in Kern-Rand-Profilen von Olivinen wieder. Daher kann die Chondrenbildung im wesentlichen als ein Prozess in einem geschlossenen System verstanden werden. Durch den nachgewiesenen Erhalt wesentlicher Teile des Natriums bei der Chondrenbildung koennen die Ergebnisse der Na-Verdampfungsexperimente verschiedener Autoren verwendet werden, um die Bildungsbedingungen der Chondrenbildung einzugrenzen. Das kanonische Bildungsmodell geht von einen niedrigen Gesamtdruck im solaren Nebel von Ptot = 10-6 bis 10-4 bar aus. In diesem Fall waere das Natrium ungeachtet aller moeglicher Na- oder O2-Partialdruecke in Minuten vollstaendig evaporiert. Ein Aufheizereignis von wenigen Minuten Dauer zur Vermeidung der Verdampfung kann dabei wegen des Widerspruches zu den Chondrentexturen ausgeschlossen werden. Eine vollstaendig sekundaere Wiederzufuhr des gemessenen Natriums, wie es aus dem kanonischen Modell zu erwarten waere, kann wegen der Zonierungsprofile in den Olivinen ebenfalls ausgeschlossen werden. Als Alternative bleibt eine Bildung bei hoeheren Druecken. Bei einem konstanten Gesamtdruck von Ptot = 1 bar variiert die Zeit bis zur vollstaendigen Na-Evaporation von wenigen Minuten bis zu vielen Stunden und Tagen. Der Sauerstoff-Partialdruck pO2 unterdrueckt als signifikanter Parameter die Evaporation. Nur ein hoher pO2 von etwa 10-7 bar kann den Zeitrahmen zur vollstaendigen Evaporation des Na auf mehrere Stunden ausdehnen. Nur eine Aenderung des Natriumpartialdruckes oder der Sauerstoffanteils des Nebels kann das chemische Gleichgewicht Na2O(liq) = 2 Na(g) + 0.5 O2 derart verschieben, dass eine signifikante Evaporation wirksam verhindert wird. Zur Erhoehung des Natriumpartialdruckes ist jedoch auch eine sehr hohe Materiedichte notwendig. Diese kann aber nicht durch einen ueberproportionalen Anstieg der Chondrenzahlen erreicht werden, da dies zu vermehrten Kollisionen und wahrscheinlich zu frueher Zerstoerung der Chondrentexturen fuehren wuerde. Als Moeglichkeit bleibt eine Erhoehung des Sauerstoffanteils durch hohe Konzentrationen von Wassermolekuelen oder Eis.