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Meteoriten

Ursprung kosmischer Diamanten aufgedeckt

Probe eines Ureilit-Meteoriten in einer spektroskopischen Darstellung: Diamant (rot), Graphit (blau). (Bild: Cyrena Goodrich)

Edelsteine der besonderen Art: Forscher haben in Ureilit-Meteoriten die größten bekannten extraterrestrischen Diamanten entdeckt und vor allem aufgeklärt, wie sie entstanden sein könnten. Ihre Ergebnisse widersprechen dabei der bisherigen Vermutung, dass sich die Kohlenstoffkristalle langsam im Inneren eines verlorenen, mindestens Merkur-großen Protoplaneten unseres Sonnensystems gebildet haben. Die Wissenschaftler fanden stattdessen Hinweise darauf, dass die exotischen Diamanten in der Frühzeit unseres Sonnensystems durch den Druck bei der Kollision von Kleinplaneten miteinander oder mit großen Asteroiden entstanden sind.

Millionen von Brocken unterschiedlicher Größe schweben durch unser Sonnensystem. Diese Asteroiden sind Überbleibsel aus der Jugend unserer kosmischen Heimat, als sich die Planeten aus einer gigantischen Gas- und Staubwolke bildeten, die unsere Sonne umgab. Wenn die Brocken ohne zu verglühen auf die Erdoberfläche gelangen, können sie deshalb interessante Informationsquellen bilden: Untersuchungen des Materials ermöglichen Rückschlüsse auf Prozesse in der geheimnisvollen Frühphase des Sonnensystems. Eine besondere und seltene Kategorie von Meteoriten sind dabei die sogenannten Ureilite. Man geht davon aus, dass es sich um Fragmente eines größeren Himmelskörpers handelt, der im Rahmen des kosmischen Billardspiels durch gewaltige Kollisionen mit anderen Kleinplaneten oder großen Asteroiden vollständig zertrümmert wurde.

Wie entstanden die „edlen“ Einschlüsse?

Es ist bereits bekannt, dass Ureilite häufig größere Mengen an Kohlenstoff, unter anderem in Form von Graphit oder aber von winzigen Diamanten enthalten. Man vermutete bisher, dass diese besonderen Steinchen ähnlich entstanden sind wie ihre irdischen Pendants. Auf unserem Planeten haben sie sich in der Tiefe aus Kohlenstoff durch lange andauernden Druck des darüberliegenden Gesteins gebildet und gelangten später in Oberflächenbereiche. Eine entsprechende Entstehung der Diamanten aus den Ureiliten würde bedeuten, dass sie sich ebenfalls im Inneren eines vergleichsweise massereichen Himmelskörpers gebildet haben. Um den nötigen Druck zu vermitteln, müsste er etwa so groß wie Mars oder Merkur gewesen sein. Somit wäre dieses Bildungsszenario ein interessanter Hinweis auf die Existenz solcher Protoplaneten im frühen Sonnensystem, die im Verlauf der weiteren Entwicklung wieder verschwunden sind.

Den Ureiliten und ihren „kostbaren“ Einschlüssen hat nun ein internationales Forscherteam eine Studie gewidmet. Sie haben dazu Proben von drei Ureilit-Meteoriten entnommen und sie durch Elektronenmikroskopie, Spektroskopie und weitere Analysemethoden untersucht. Dabei stießen sie auf die gesuchten extraterrestrischen Edelsteine, und zwar auf die größten bisher bekannten: Sie könnten zwar kaum einen Ring zieren, aber die Rekordhalter sind immerhin über 0,1 Millimeter groß. Neben diesen Exemplaren fanden die Wissenschaftler in dem Material auch zahlreiche Nester von nur Nanometer großen Diamanten sowie von Nano-Graphit.

Wie sie berichten, ergaben die genaueren Analysen des Materials keine Merkmale, die eine Bildung unter den hohen statischen Drücken oder den langen Wachstumszeiten im Inneren eines Planeten erfordern würden. Stattdessen stießen die Forscher auf Eigenschaften, die auf eine Bildung der Diamanten durch eine schnelle Schockumwandlung von Graphit hinweisen. Letztlich entstanden die Diamanten demnach offenbar bei einem ähnlichen Prozess, wie er bei der industriellen Herstellung von synthetischen Diamanten genutzt wird.

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Schlagartige Entstehung

Konkret fanden die Forscher bei den Nano-Diamanten sogenannte Lonsdaleit-Lagen, eine nur durch plötzlichen, sehr starken Druck entstehenden Modifikation. Zudem zeigten auch Silikat-Minerale der untersuchten Ureilit-Gesteine typische Anzeichen eines solchen Schocks, berichten die Wissenschaftler. „Unsere umfangreichen neuen Untersuchungen zeigen, dass sich diese ungewöhnlichen extraterrestrischen Diamanten durch den immensen Schockdruck beim Einschlag eines großen Asteroiden oder gar Kleinplaneten auf der Oberfläche des Ureilit-Mutterkörpers bildeten. Es ist durchaus möglich, dass es eben dieser gigantische Einschlag war, der letztlich zur vollständigen Zerstörung des Kleinplaneten führte“, sagt Co-Autor Frank Brenker von der Goethe-Universität Frankfurt.

Aus der Studie geht somit auch klar hervor, dass für die Bildung der Diamanten in den Ureiliten kein Mars-großer Mutterkörper erforderlich war – ein Befund, der eine wichtige Bedeutung für Modelle der Entwicklung unseres Sonnensystems hat. „Auch die größeren Ureilit-Diamanten sind kein Hinweis auf die Existenz von Mars- oder Merkur-großen Protoplaneten in der frühen Phase unseres Sonnensystems, aber dennoch für die immensen, zerstörerischen Kräfte, die zu dieser Zeit herrschten“, sagt Brenker abschließend.

Quelle: Goethe-Universität Frankfurt, Fachartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1919067117

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