Kosmische Diamanten entstehen bei gigantischen planetaren Kollisionen

 

Frankfurt am Main (Weltexpresso) - Geowissenschaftler der Goethe-Universität haben in Meteoriten die größten extraterrestrischen Diamanten gefunden, die je entdeckt wurden – immerhin einige zehntel Millimeter groß. Frankfurter Wissenschaftler konnten jetzt zusammen mit einem internationalen Team von Forschern nachweisen, dass diese Diamanten in der Frühzeit unseres Sonnensystems während der Kollision von Kleinplaneten miteinander oder mit großen Asteroiden entstanden sind und widerlegen damit die These ihres Ursprungs tief im Innern von mindestens Merkur-großen Planeten. (PNAS, https://www.pnas.org/content/early/2020/09/22/1919067117)

Schätzungsweise mehr als 10 Millionen Asteroide kreisen im Asteroidengürtel um die Erde. Sie sind Überbleibsel aus der Frühzeit unseres Sonnensystems, als sich unsere Planeten aus einer großen, um die Sonne rotierenden Gas- und Staubwolke bildeten. Wenn Asteroiden aus der Umlaufbahn geworfen werden, stürzen sie zuweilen als Meteoroide auf die Erde. Sind sie groß genug, so verglühen sie beim Eintritt in die Atmosphäre nicht vollständig und können als Meteorite gefunden werden. Die geowissenschaftliche Untersuchung solcher Meteorite ermöglicht Rückschlüsse auf die Entstehung, Entwicklung aber auch den Untergang von Planeten im Sonnensystem.

Eine besondere Art von Meteoriten sind die Ureilite. Sie sind Fragmente eines größeren Himmelskörpers – wahrscheinlich eines Kleinplaneten – der durch gewaltige Kollisionen mit anderen Kleinplaneten oder großen Asteroiden vollständig zertrümmert wurden. Ureilite enthalten häufig größere Mengen an Kohlenstoff, unter anderem in Form von Graphit oder Nano-Diamanten. Die in nun entdeckten Diamanten mit Größen von über 0,1 und mehr Millimetern können nicht beim Aufprall der Meteoroide auf die Erde entstehen. Impakt-Ereignisse mit solch großen Energien würden zur vollständigen Verdampfung des Meteoriden führen. Daher ging man bisher davon aus, dass diese größeren Diamanten – ähnlich wie im Erdinneren – durch lange andauernden Druck im Inneren von Mars- oder Merkur-großen Planetenvorläufern entstanden sein mussten.

Wissenschaftler der Goethe-Universität haben jetzt zusammen mit Forschern aus Italien, den USA, Russland, Saudi-Arabien, der Schweiz und dem Sudan in Ureiliten aus Marokko und dem Sudan die größten bislang entdeckten Diamanten gefunden und detailliert analysiert. Neben den bis zu mehrere 100 Mikrometer großen Diamanten fanden sich in den Ureiliten auch zahlreiche Nester von nur Nanometer großen Diamanten und Nano-Graphit. Nähere Untersuchungen zeigten, dass bei den Nano-Diamanten auch so genannte Londsdaleit-Lagen auftreten, eine nur durch plötzlichen, sehr starken Druck entstehenden Modifikation von Diamanten. Ferner zeigten auch andere Minerale (Silikate) der untersuchten Ureilit-Gesteine typische Anzeichen eines Schockdrucks. Letztendlich war es das Auftreten dieser größeren Diamanten zusammen mit Nano-Diamanten und Nano-Graphit, der den Durchbruch ergab.

Prof. Frank Brenker vom Institut für Geowissenschaften der Goethe-Universität Frankfurt erklärt: „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. Damit sind – anders als bisher angenommen – die größeren Ureilit-Diamanten kein Hinweis auf die Existenz von Mars- oder Merkur-großen Proto-Planeten in der frühen Phase unseres Sonnensystems, aber dennoch für die immensen, zerstörerischen Kräfte, die zu dieser Zeit herrschten“

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der folgenden Institutionen bildeten das internationale Forschungsteam:

Department of Geosciences, University of Padova, Italien

Institut für Geowissenschaften, Goethe-Universität Frankfurt, Deutschland

Lunar and Planetary Institute, USRA, Houston, Texas, USA

Department of Earth and Environmental Sciences, University of Pavia, Italy

Astromaterials Research and Exploration Science Division, Jacobs JETS, NASA-JSC, Houston, Texas, USA

CNR Institute of Geosciences and Earth Resources, Padova, Italien

Vereshchagin Institute for High Pressure Physics RAS, Troitsk, Moscow, Russland

NASA Astromaterials Acquisition and Curation Office, NASA-Johnson Space Center, Houston, Texas, USA

Department of Civil, Environmental and Mechanical Engineering University of Trento, Italien

Saudi Aramco R&D Center, Dhahran, Saudi Arabia

Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz

SETI Institute, Mountain View, California, USA

Department of Physics and Astronomy, University of Khartoum, Khartoum, Sudan

Publikation: Fabrizio Nestola, Cyrena A. Goodrich, Marta Morana, Anna Barbaro, Ryan S. Jakubek, Oliver Christ, Frank E. Brenker, Maria C. Domeneghetti, Maria C. Dalconi, Matteo Alvaro, Anna M. Fioretti, Konstantin Litasov, Marc D. Fries, Matteo Leoni, Nicola P. M. Casati, Peter Jenniskens, Muawia H. Shaddad: Impact shock origin of diamonds in ureilite meteorites. Proceedings of the National Academy of Science https://www.pnas.org/content/early/2020/09/22/1919067117

Bilder zum Download:

Picture1: Planetare Kollision

Bildtext: Künstlerische Darstellung der Kollision zweier Proto-Planeten (Grafik: NASA/SOFIA/Lynette Cook)