U bevindt zich op Marco Langbroek’s pagina over meteorieten 

 

Achondrieten vormen een zeldzame subgroep binnen de steenmeteorieten. Slechts 8% van de steenmeteorietvallen betreft een Achondriet. Anders dan de Chondrieten, die de hoofdgroep onder de steenmeteorieten vormen, bevatten zij juist géén chondren. Het gaat in ieder geval voor een deel om gesteenten afkomstig van gedifferentieerde moederlichamen (waaronder Mars, 4 Vesta, de maan en diverse ongeidentificeerde planetoiden) waar metalen en silikaten zich grotendeels gescheiden hebben. De metalen in het moederlichaam vormden zo een nikkelijzerkern, de bron van ijzermeteorieten. De silikaten vormden een mantel, waaruit na stolling enkele belangrijke typen onder de Achondrieten zijn ontstaan. Het gaat derhalve om van oorsprong magmatische gesteenten – vaak van plutonisch of basaltisch karakter. Dat maakt hen ook een stuk moeilijker identificeerbaar dan Chondrieten. Ze lijken immers sterk op aardse basalten en plutonieten. Niet voor alle Achondrieten gaat deze genese echter op. Sommige Achondrieten, met name de Ureilieten, kunnen misschien ook direct uit condensatie in de zonnenevel zijn ontstaan.

Nederland heeft één Achondriet: de Ellemeet uit 1925 (zie het overzicht van Nederlandse meteorieten). Het is een Diogeniet, een Achondriet uit de hier onder besproken HED-groep.

 

De HED-groep: brokstukken van 4 Vesta?

De belangrijkste groep onder de Achondrieten wordt gevormd door de HED-groep, bestaande uit:

Howardieten

Eucrieten

Diogenieten

Er zijn in totaal een honderd-tal meteorieten uit de HED-groep bekend. Eucrieten maken daarvan 48% uit, Howardieten 35% en de Diogenieten (zoals de Nederlandse Ellemeet) zijn met een aandeel van 17% het zeldzaamst binnen deze groep. Op basis van hun chemische samenstelling komen deze meteorieten waarschijnlijk allen van het zelfde moederlichaam. Dat moederlichaam is vermoedelijk de planetoide 4 Vesta: het spectrum van verschillende delen van deze grote planetoide lijkt zeer sterk op dat van basaltische Eucrieten respektievelijk Diogenieten. Er zijn geen andere planetoiden met een vergelijkbaar spectrum, met uitzondering van de "Vestoid" familie nabij Vesta zelf, welke waarschijnlijk bij een grote inslag vrijgekomen brokstukken (in de orde van 1-10 km groot) van Vesta zijn.

 

Een stukje Vesta? Deze gepolijste doorsnede van een fragment van de Millbillillie meteoriet (val 1960, Australië), een basaltische Eucriet en ooit deel van een lavastroom aan het oppervlak van 4 Vesta, verteld een eigen stukje planetoidale geschiedenis. Er zijn duidelijk lithologische verschillen te zien in de vorm van fijnkristallijne matrix en middelkristallijne en grofkristallijne clasts, de laatsten ovaloide en met sub-ophitische struktuur. De verschillende clasts en de matrix hebben ondanks hun verschillende kristalgrootte de zelfde chemische samenstelling. Een dergelijke opbouw wordt een monomicte breccia genoemd. De grofkristallijne en middelgrofkristallijne clasts zijn brokjes van het oorspronkelijke basalt, afkomstig van extrusie (vulkanisme) op het oppervlak van Vesta 4.5 miljard jaar geleden waarbij lavastromen met een maximale lengte van enkele tientallen kilometers en dikten in de orde van 5-20 meter gevormd werden. Een miljard jaar later, ongeveer 3.55 miljard jaar geleden (op basis van 39Ar-40Ar dateringen) vond een krater-vormende inslag op het oppervlak van Vesta plaats. Het basalt werd aan gruis geslagen (breccia-vorming), en door de door de schok veroorzaakte warmte deels gesmolten. De donkergrijze, fijnkristallijne, glashoudende matrix links in de foto is een voorbeeld van zulk "impact melt" gesteente. In het originele stukje is onder de microscoop ook een dunne ader glas te zien, eveneens veroorzaakt door smelt door inslag. Ook in de kristalstruktuur van niet gesmolten delen van het basalt vonden door invloed van warmte veranderingen plaats ("thermal annealing"). Alles bij elkaar, vormt dit een aanwijzing dat deze meteoriet een stukje uit de bodembreccia van een krater is welke 3.55 miljard jaar geleden op Vesta gevormd werd. Nog weer later is de meteoriet zelf bij een nieuwe inslag de ruimte in geslingerd. Zie ook: Yamaguchi et al. (1994).

 

In de vroege fase van haar ontstaan (de eerste 10 miljoen jaar na accretie uit de zonnenevel, 4.5 miljard jaar geleden) smolt Vesta onder invloed van verval van radioaktieve elementen (vermoedelijk vooral 26Al) in haar gesteente. Er trad differentiatie op waarbij een kern van metaal werd gevormd en een mantel van silikaat. Dit vloeibare mantelmateriaal vormde een magma-oceaan. Onder verschillende condities in deze magma-oceaan vormden zich de Eucrieten en Diogenieten. De Diogenieten bestaan vrijwel geheel uit grofkorrelige Orthopyroxeen. De Eucrieten zijn te onderscheiden in Gabbro’s (cumulate Eucrites) en basalten (basaltic Eucrites). De Diogenieten (zoals de Nederlandse Ellemeet meteoriet uit 1925) en de Gabbroitische "cumulate Eucrites" zijn vermoedelijk uitgekristaliseerd in de diepere delen van de magma oceaan, terwijl de basaltische Eucrieten extrusieproducten zijn, resultaat van stolling van vulkanisch basalt aan en nabij het oppervlak. Alle drie de typen zijn dus ontstaan uit een magma, waarbij de lichtere (basaltische) delen omhoog stegen in de mantel en zo de basaltische Eucrieten vormde, en zwaardere delen uitkristalliseerden op diverse diepten. Terwijl het rijzende magma afkoelde, trad fractionele kristallisatie op: bij verschillende temperaturen en druk kristalliseerden verschillende bestanddelen in het magma uit en vormde losse kristallen in het vloeibare magma. De resulterende losse kristallen in het magma vormden een bezinksel (cumulaat) welke op diepte onder het oppervlak van de planetoide de Diogenieten en de cumulate Eucrieten opleverde. De overblijvende vloeibare delen van het magma stegen verder en stolden na extrusie aan of nabij het oppervlak tot de basaltische Eucrieten. De meeste Eucrieten vertonen herkristallisatie-verschijnselen die op metamorphose duiden. Dat kan onder invloed van de warmte van nieuwe extrusies zijn gebeurd, maar is waarschijnlijker het gevolg van schokmetamorphose door inslagen. Door deze inslagen zijn ook de dieper liggende Diogeniet- en cumulate Ecrietlagen bloot komen te liggen en brokstukken van Diogenieten en Eucrieten mechanisch vermengd. De resulterende Howardieten zijn polymicte breccia’s, bestaande uit clasts van divers (in hoofdzaak Eucritisch en Diogenitisch) gesteente en impact melt gesteente, met glasbolletjes en een glasachtige matrix. Vermoedelijk zijn ze dus restanten van het regolieth, de door inslagen omgewoelde en verpulverde puinlaag van het oppervlak van de planetoide.

Bij een serie grote inslagen op Vesta zijn brokstukken van deze planetoide weggeworpen, en uiteindelijk als HED meteorieten op aarde beland. Hubble Space Telescope beelden van 4 Vesta uit 1996 tonen de aanwezigheid van een enorme inslagkrater met een doorsnede van 460 kilometer en een diepte van tenminste 13 kilometer op het zuidelijk halfrond van de planetoide, naast nog een tweetal kleinere maar eveneens forse kraters (ongeveer 160 en 150 km diameter). Bij de vorming van de grote 460 km krater is naar schatting1.2 x 106 km3, 1% van het volume van Vesta, aan ejecta geproduceerd. In de naaste omgeving van de planetoide zijn nog steeds tal van brokstukken van deze gebeurtenis te vinden, die als het ware een "spoor" van brokstukken vormen vanaf de baan van Vesta tot aan de 3:1 resonantie met Jupiter, vanwaar deze brokstukken in een aardkruisende baan verstoord kunnen worden. Net als Vesta hebben deze soms tientallen kilometers grote "Vestoiden" spectraaleigenschappen die sterk overeenkomen met die van Eucrieten en Diogenieten (zie Binzel en Xu (1993); en Thomas et al. (1997)). Voordat deze inslag plaats vondt hebben er diverse eerdere grote inslagen op Vesta plaatsgevonden, waarvan de sporen nog in de HED-meteorieten terug te vinden zijn. Gas-retentie leeftijden van HED-meteorieten leveren ontgassings-gebeurtenissen op die in HED-meteorieten specifiek rond 4.2 miljard jaar, 3.6 miljard jaar en 1.2-1.8 miljard jaar blijken te liggen. Ze zijn aanwijzingen voor grote inslagen op Vesta rond de genoemde momenten. De inslagen welke uiteindelijk de HED-meteorieten de ruimte inwierpen zijn (veel) jonger dan 1.2 miljard jaar. De cosmic exposure leeftijden van HED-meteorieten vertonen blijkens onderzoek van Welten et al. (1997) twee opvallende pieken rond 40 en vooral 23 miljoen jaar, en kleinere pieken rond 13 en 8 miljoen jaar. Dit wijst op tenminste 4 tot 5 inslagen of inslag-episodes waarbij meteorieten van het HED moederlichaam (vermoedelijk in hoofdzaak Vesta zelf en niet zozeer de Vestoiden) zijn vrijgemaakt, waarbij vooral de inslag-episode rond 23 miljoen jaar geleden verantwoordelijk is voor een hoop materiaal dat als HED meteorieten de aarde wist te bereiken. De exposure leeftijd van de Nederlandse Ellemeet Diogeniet valt binnen de prominente piek rond 23 miljoen jaar geleden. Het lijkt erop dat de twee voornaamste pieken in de exposure leeftijden, rond 23 en 40 miljoen jaar geleden, de enige zijn welke substantieel Diogeniet-materiaal hebben vrijgemaakt.

.

Planetoide 4 Vesta, het moederlichaam van de HED-meteorieten, gefotografeerd door de auteur van deze website vanuit Voorschoten

 

De SNC-groep: brokstukken van Mars?

Een andere Achondriet-groep welke thans in het brandpunt van de belangstelling staat, is de SNC-groep en aanverwante meteorieten. De SNC-groep in de strikte zin bestaat uit:

Shergottieten

Nakhlieten

Chassignieten

Recentelijk is daar ook nog een meteoriet aan toegevoegd die duidelijk wel gerelateerd is, maar een afwijkende samenstelling van de bovenstaande deelgroepen heeft:

ALH84001

Het aantal leden van de SNC-groep in de brede zin bedraagt niet meer dan een goed dozijn: ze zijn dus uiterst zeldzaam. Het meest algemeen in deze groep zijn de Shergottieten. De Chassigny en de ALH84001 deelgroep zijn ieder slechts met één exemplaar vertegenwoordigt.

SNC-meteorieten zijn net als de meeste meteorieten uit de HED-groep basaltische en ultramafische stollingsgesteenten: hun zuurstofisotopensamenstelling geeft aan dat ze van één en het zelfde gedifferentieerde moederlichaam moeten stammen. De chemische samenstelling van de Shergottieten komt overeen met die van Marsgesteenten zoals vastgesteld door de Viking-landers: en de edelgasabundanties zowel als de abundanties van N2 en CO2 van EETA79001, een Shergottiet gevonden op Antarctica, komen overeen met de samenstelling van de Marsatmosfeer. De kristallizatie-ouderdom van deze meteorieten is soms erg jong (de jongsten zijn 330 miljoen jaar), en binnen ons zonnestelsel heeft naast op de aarde voor zover we weten alleen op de planeet Mars en op Io nog zo recent vulkanisme plaatsgehad. Daarnaast zijn er nog diverse andere aanwijzingen uit de chemische samenstelling en de magnetische karakteristieken van deze meteorieten die aansluiten bij een oorsprong op Mars. Net als de HED-meteorieten van Vesta, hebben de SNC-meteorieten hun oorsprong in bij grote inslagen van de planeet weggeworpen brokstukken.

De Shergotietten, genoemd naar een meteoriet welke in 1865 viel bij de plaats Shergotty in India (een andere val werd waargenomen in 1962 bij Zagami, Nigeria: de rest betreft vondsten op Antarctica, in de Sahara en in de VS), vallen uiteen in de basaltische en lherzolitische Shergottieten. Basaltische Shergottieten zijn brokstukken van een lavastroom aan of nabij het oppervlak van Mars. Lherzolitische Shergottieten zijn iets grofkorreligere plutonitieten en vermoedelijk dan ook op grotere diepte uitgekristalliseerd. Shergottieten zijn zwaar geschokt door inslagen en vertonen zware impact melt verschijnselen.

De Nakhlieten ter contrast, genoemd naar een meteoriet welke in 1911 viel in de oase Nakhla in Egypte (en daarbij een hond doodde), zijn nauwelijks geschokt. Ook Nahklieten zijn basaltisch en dus van vulkanische oorsprong: het zijn brokken van lavastromen afgezet aan het oppervlak of zeer dicht onder het oppervlak van Mars. Vermoedelijk zijn het cumulate bestanddelen uit een magma. Ze vertonen jongere omzettingsverschijnselen ontstaan bij een lage temperatuur welke vermoedelijk al op Mars zelf onder invloed van water ontstaan zijn. De ouderdom van de Nakhlieten bedraagt 1.3 miljard jaar. De omzettingingsprodukten in deze meteorieten hebben een ouderdom tussen 600 en 100 miljoen jaar.

De Chassigny meteoriet is uniek en viel in 1815, in Frankrijk. Het is een Duniet, ooit uitgekristalliseerd in een intrusielichaam. Zijn ouderdom is 1.3 miljard jaar.

Ook de ALH84001 meteoriet is uniek en werd in 1984 gevonden op de blauw-ijs velden bij de Allan Hills op Antarctica. Hij bestaat uit Orthopyroxeen en werd dan ook aanvankelijk misgeclassificeerd als een Diogeniet! Begin jaren ’90 (gepubliceerd in 1994) ontdekte Mittlefehldt dat het om een aan de SNC-groep gerelateerde meteoriet en derhalve om een "Mars meteoriet" moest gaan. De steen is een plutoniet, uitgekristaliseerd op grote diepte, en heeft thermische metamorphose ondergaan. Door schokmetamorphose heeft het gesteente scheuren opgelopen die zijn opgevuld met secundaire mineralen. De meteoriet bevat diverse omzettingsprodukten en secundaire mineralen, onder andere carbonaten, mogelijk onstaan als gevolg van afzetting in een heetwaterbron. ALH84001 is vooral bekend geworden nadat McKay et al. in 1996 bekend maakten dat er sporen van voormalig en dus buitenaards leven in de meteoriet te vinden waren. De aanwijzingen bestonden uit microscopisch kleine, nano-bacterie-achtige mogelijke fossiele vormen (veel kleiner dan hun aardse tegenhangers), en enkele mineralen, zoals magnetiet, waarvoor een biochemische oorsprong verondersteld wordt (ze zouden zijn gevormd door magnetotactische bacterieën, en zijn vergelijkbaar in grootte en vorm met op aarde gevormde biochemische mineralen). Als dit klopt, dan heeft niet alleen de aarde, maar ook Mars ooit eencellige levensvormen gekend. De conclusies van McKay et al. liggen echter nog steeds zwaar onder vuur van andere onderzoekers.

 

Lunaieten: brokstukken van de maan

Naast brokstukken van (vermoedelijk) 4 Vesta en van Mars, zijn er ook brokstukken van de maan op aarde aangetroffen, de:

Lunaieten

Het gaat om basaltische meteorieten met een samenstelling die overeenkomt met die van de stenen welke de Apollo-astronauten van de maan mee terugbrachten. De eerste (Y-793274) werd in 1979 gevonden op Antarctica, maar pas na de vondst van ALHA81005 (eveneens op Antarctica) in 1981 werden deze meteorieten als brokstukje van de maan herkend. Daarna volgden er meerdere vondsten, een vijftiental inmiddels in totaal, vrijwel allen op Antarctica, maar ook één (Calcalong Creek) in Australië, en recentelijk ook vondsten in Oman en in de Sahara. Er zitten basaltische breccia’s onder, en Gabbro’s. Net als bij de HED en SNC meteorieten, gaat het om brokstukken die bij grote kratervormende inslagen op de maan van het maanoppervlak zijn weggeworpen.

 

Andere Achondriet-groepen:

Behalve de Lunaieten, de HED-groep en de SNC-groep, bevat de Achondriet-groep ook nog de volgende typen; hun oorsprong is vaak nog slecht begrepen.

Ureilieten

De zeer zeldzame Ureilieten zijn de Achondritische tegenhangers van de koolstofchondrieten. Ze bevatten een zeker aandeel organische elementen (koolstof, in de orde van ~2-6%, voornamelijk in de vorm van grafiet en diamant, naast o.a. coheniet), terwijl de grofkorrelige matrix in hoofdzaak uit Olivijn en Pyroxeen bestaat. Ze lijken sterk op ultramafische gesteenten. Verklaringen voor hun ontstaan, waarover geen concensus is, varieren van condensaten uit de zonnenevel tot gedeeltelijke smeltresidues uit een gedifferentieerd moederlichaam. De groffe korrelgrootte van deze meteorieten suggerereert in ieder geval dat ze op grote diepte in hun moederlichaam ontstaan zijn. Meest waarschijnlijk gaat het bij Ureilieten toch om het (ongesmolten) residue van fraktionering door gedeeltelijke smelt in het moederlichaam en niet om primaire condensaten uit de zonnenevel. Er blijven echter onbegrepen aspekten aan dit type meteoriet kleven, zodat vooralsnog geen enkele manier van ontstaan helemaal kan worden uitgesloten.

Aubrieten

Aubrieten zijn breccias welke grotendeels uit ijzeroxide-loos Enstatiet (Mg2Si2O6) bestaan, en worden daarom ook wel naar analogie met de Enstatiet-chondrieten, Enstatiet-achondrieten genoemd. Ze staan vermoedelijk dan ook in nauw verband tot de Enstatiet-chondrieten, komen vermoedelijk van een moederlichaam uit het zelfde deel van de zonnenevel maar kunnen niet van het zelfde moederlichaam als de Enstatiet-chondrieten komen. Het lijkt erop dat oorspronkelijk chondritisch Enstatiet-materiaal onder invloed van plutonisme een smeltproces heeft ondergaan, waarbij zware elementen zoals ijzer en ijzersulfiden en lichtere basaltische bestanddelen zoals Plagioklaas uit het Aubritische smeltresidue verdwenen zijn. Dat vereist zeer hoge temperaturen in het oorsprongs-magma van 1500° C of meer, temperaturen waarbij gedeeltelijke smelt (en dus overblijvend Enstatiet-chondriet materiaal) van het moederlichaam onwaarschijnlijk is. Helemaal bevredigend is dit model niet: er zouden dan ook chemisch aan de Aubrieten gerelateerde basaltische meteorieten moeten bestaan, evenals vergelijkbare basaltische clasts in de Aubriet breccia’s zelf. Mogelijk zijn deze echter door explosief pyroclastisch vulkanisme waarbij de pyroclastische bestandelen direkt de ruim te in verdwenen verloren gegaan. De Aubrietische breccia’s vormden in ieder geval aan het oppervlak van een moederlichaam, door de vorming van een regolieth-laag (omgewoeld verpulverd puin door inslagen op het oppervlak). Ze bevatten tal van unieke, niet op aarde voorkomende mineralen.

Angrieten

Angrieten, een zeldzaam kleine groep genoemd naar de Angra dos Reis meteoriet, zijn ook al van die merkwaardige grotendeels onbegrepen meteorieten. Het zijn basalten bestaande uit Olivijn, Pyroxeen en Plagioklaas en derhalve afkomstig van een gedifferentieerd moederlichaam. Het zijn de meest alkali-arme basalten in het zonnestelsel. Het Plagioklaas is rijk aan Calcium, Aluminium en Titanium. De samenstelling van de groep is echter nogal heterogeen. Mogelijk gaat het om van oorsprong chondritisch materiaal welke een metamorphose door gedeeltelijke smelting ondergaan heeft.

Brachinieten

Brachinieten zijn Olijvijn-rijke stollingsgesteenten of metamorphe gesteenten, dat is niet helemaal duidelijk. Het zou kunnen gaan om sterk gemetamorpheerd gesteente van een van oorsprong chondritische samenstelling: het zou ook kunnen gaan om een geheel uniek stollingsgesteente welke een oorsprong heeft in een smeltresidue. De samenstelling van de groep is intern nogal heterogeen en wellicht hebben ze niet allen een zelfde oorsprong.

Lodranieten-Acapulcoieten

Lodranieten en Acapulcoieten zijn merkwaardige meteorieten die ook wel eens ingedeeld worden bij de steenijzermeteorieten, vanwege hun relatief hoge aandeel nikkelijzer. De zelfde interpretatieve problemen als bij de Brachinieten en Aubrieten komen naar voren. Ze ontstonden wellicht door metamorphose van gesteente met een van oorsprong chondritisch, en sterk nikkelijzer houdende samenstelling, welke gedeeltelijke smelt heeft ondergaan, varierend van 1% tot 25%. De Acapulcoieten hebben de minste smelt ondergaan, de Lodranieten meer smelt, bij iets hogere temperaturen. Binnen een specifiek temperatuurbereik (ongeveer 1000° C voor de Acapulcoieten; ongeveer 1200° C voor de Lodranieten) smolten bepaalde zwavel-nikkelijzerverbindingen en herkristalisserden de silikaatbestanddelen.

Winonaieten

Winonaieten zijn wellicht in hun onstaansgeschiedenis gerelateerd aan de IAB en IIICD ijzermeteorieten. Eén huidig scenario omvat een inslag in een deels gedifferentieerd moederlichaam, waardoor een deel van het oppervlak van het moederlichaam smolt en lokaal scheiding van zware en lichte elementen optrad. De silikaatrijke toplaag van de smelt leverde de Winonaieten. Er is echter nog weinig overeenstemming over de ontstaanswijze van deze meteorieten. Op Winonaieten lijkende hoekige inclusies worden echter gevonden in sommige IAB ijzermeteorieten.

 

Overzicht:

 

Naast Achondrieten, bestaat er nog een andere, veel omvangrijkere groep steenmeteorieten: de chondrieten. Meer over chondrieten leest u op de sub-pagina:

 

 

Bronnen:

R.P. Binzel & S. Xu (1993) Chips off of Asteroid 4 Vesta: Evidence for the parent Body of Basaltic Achondrite Meteorites. Science 260, 186-191.

K. Keil (2000) Thermal alteration of asteroids: evidence from meteorites. Planetary and Space Science 48, 887-903.

D.W. Mittlefehldt et al. (1998) Non-chondritic meteorites from asteroidal bodies. In: J.J. Papike (ed.) Planetary Materials (Reviews in Mineralogy 36).

H.Y. McSween (1999) Meteorites and Their Parent Planets. Cambridge University press.

H.Y. McSween & A.H. Treiman (1998) Martian meteorites. In: J.J. Papike (ed.) Planetary Materials (Reviews in Mineralogy 36).

T. Michel & O. Eugster (1994) Primitive xenon in diogenites and plutonium-244-fission xenon ages of a diogenite, a howardite, and eucrites. Meteoritics 29, 593-606.

P.C. Thomas et al. (1997) Impact Excavation on Asteroid 4 Vesta: Hubble Space Telescope Results. Science 277, 1492-1495.

K.C. Welten et al. (1997) Cosmic-ray exposure ages of diogenites and the recent collisional history of the howardite, eucrite and diogenite parent body/bodies. Meteoritics & Planetary Science 32, 891-902

A. Yamaguchi et al. (1994) Textural variations and impact history of the Millbillillie Eucrite. Meteoritics 29, 237-245.


Tekst en foto’s © Marco Langbroek, Dutch Meteor Society, 2001