Planetáris kőzet- és anyagvizsgálat

Bérczi Szaniszló

A földtudományok első lépései a Hold felszínének föltérképezésében

A Naprendszer anyagait bemutató cikksorozat első részében a kis égitestek anyagát vizsgáltuk és a kondritos kisbolygó fejlődéstörténetét tekintettük át. A mostani részben a holdi fejlődéstörténet nagyobb eseményeit mutatjuk be, amelyekről az Apolló expedíciókon begyűjtött kőzetminták és a holdi meteoritek is tudósítanak.

A Naprendszer űrszondákkal végzett kutatása a Föld és a Hold vizsgálatával indult. A Hold anyagainak föltérképezése során a földtan által 300 éve kitaposott utat járták végig. Ennek lényege, hogy első lépésként az égitest felszínén lévő kőzettesteket azonosították. Ezeket nagy holdi események hozták létre. Egy évtized alatt az U. S. Geological Survey munkatársai megalkották a hold rétegtanát. Nem volt azonban segítségükre fosszilia az egymást át nem fedő rétegek relatív sorrendjének meghatározására, vagyis a földtani korrelációra.

Ekkor ismerték föl, hogy a kőzettestekhez tartozó forma is lehet zárvány szerepű. Igaz, fokozatosan tartozik hozzá, az egyre több reá rakódó kráter, de a kőzettest felszínén megfigyelhető krátereket ugyanolyan „fosszilia” szerepkörben kezdték alkalmazni, mint korábban a biológiai, majd azt követően a radioaktív elemekkel tették. Megszületett a kráterstatisztika, melynek segítségével ma már a Naprendszer távoli égitesteinek is meg tudjuk határozni a korát.

Sztratigráfia (rétegtan) a Földön és a Holdon

A földi sztratigráfia axiómái

A szilárd kérgű bolygótestekről készült geológiai térképeken a kőzettestek a "főszereplők". Azokat a kőzettesteket ábrázolják, színes formában, amelyek a felszínre nyúlnak. A kőzettestekkel valójában gyakran a felszínen megfigyelhető formákat térképezik föl és arra törekszenek, hogy a kőzettesteket még a felszín alá nyúlásukban is nyomon kövessék. A kőzettest rétegekből rétegtani (sztratigráfiai) egységeket, sorozatokat állítanak össze.

A kőzettestek föltérképezése során axiómákat állítottak össze. Az axiómákat megelőzi egy alapföltevés, mely a következő: az égitest felszíne tömbökből áll, 3D kiterjedésű kőzettestekből, melyeknek a körvonalai, elhelyezkedése, egymáshoz való viszonya mérhető, föltérképezhető.

A legismertebb axióma a települési törvény (Nicolaus Steno, dán természettudós állította föl az 1600-as években). Az égitest felszínén található kőzetrétegek (kőzettestek) közül az a fiatalabb, amelyik fölötte van a másiknak. A rétegek sora így rendre fölfelé haladva egyre fiatalabb kőzettesteket jelez.

A következő két fontos és elismert axióma annak a tapasztalatnak a kiterjesztése, amit ma, itt a Földön megfigyelhetünk. Megfigyelhetjük, hogy

milyen folyamatok alakítanak ki kőzettesteket: pl. üledékképződés a tengerben, vulkanizmus, stb., és hogy

milyen folyamatok változtatják e kőzettestek egymáshoz való viszonyát: pl. tektonizmus, intrúzió, stb.

A kiterjesztési kettős-axióma azt mondja ki, hogy amilyen folyamatok hatnak ma és itt a Földön, azok hatottak korábban is, és másutt is a Föld felszínén. Az időbelit aktualizmusnak, a térbelit uniformitarizmusnak is nevezik, de mindkettő a jelen folyamatok működésének térbeli és időbeli kiterjesztése.

A következő két fontos axióma a kőzettestek közötti viszonyokból von le időrendi következtetést. Az egyik megállapítja, hogy az a tektonikus folyamat, amely elmozdít egymáshoz képest két kőzettestet, fiatalabb, mint a két elmozdított kőzettest. A másik azt állítja, hogy az a kőzettest, amely más kőzettestbe való behatolással jött létre, fiatalabb, mint az őt bezáró kőzettest.

Az utolsó fontos axióma a korreláció lehetőségét fogalmazza meg zárványok segítségével. A zárványok bezárásának axiómája egyrészt ugyanolyan viszony-axióma, mint az előző kettő, másrészt azonban magában hordozza az Univerzumra is kiterjeszthető anyagszerkezeti rétegtan lehetőségét is. Ez az axióma kimondja, hogy a bezárt test (zárvány) mindig idősebb, mint a bezáró kőzet. A földtani korreláció alkalmazására azért van szükség, mert a kőzettestek nem folytonos réteget képviselnek ill. mert különböző helyeken az égitest felszínén más és más típusú kőzetek egyidejűségét is fontos megállapítani. Röviden: a rétegek oldalirányú folytonosságát tudjuk kimutatni a korreláció segítségével.

A zárványok önálló fejlődéstörténeti sorozatot képeznek akkor, ha az élővilág fossziliáit alkalmazzuk a korreláció megállapításánál. Vannak azonban időközben fölfedezett másféle zárványok is: ilyenek például a radioaktív elemek, melyek bomlásukkal szintén saját fejlődéstörténetet képeznek. A zárványok tehát rávilágítanak arra a tényre, hogy a rétegtan (sztratigráfia) lényegéhez tartozik az, hogy két független, saját fejlődéstörténetet őrző eseményszálat vet egybe, hasonlít össze.

A Naprendszerbe kilépve új típusú zárványokra lesz szükségünk ahhoz, hogy a korrelációt égitestek közötti tartományokra is kiterjesszük. Olyan zárványokra lesz szükségünk, melyek több égitest felszínén is megtalálhatók, és valamilyen tulajdonságuk időben változik. Ilyen zárványok a kráterek, s korrelációra alkalmas kőzetprovinciák az égitestfelszíni krátermezők.

Holdi sztratigráfia

A Hold volt az első égitest, melyre a sztratigráfia Földön kifejlesztett, de más égitestre kiterjesztett axiómáit alkalmazták. A kőzettestek tulajdonságait, az átfedési viszonyokat először fotometriai úton, távcsöves fénykép-felvételekről, majd űrfelvételekről állapították meg.

A rétegtani térképező munka egyik összefoglalása a holdi rétegtani oszlop, amit mi most egy lépcsőzetes azték piramis formájában mutatunk be. Ebben fölsoroljuk a holdi rétregtan fő emeleteit, melyek egyúttal a holdi kőzetképződés nagy korszakait is jelentik.

A holdon a sugársávos kráterek a legfiatalabbak (Kopernikuszi emelet), ezeket követik lejjebb a még mindig fiatalosan tagolt morfológiájú, de már sugársáv nélküli kráterek (Eratoszthenészi emelet). Mindkét fiatalabb emelet rétegei többnyire csak kráternyi foltokban vannak jelen a Hold felszínén, bár előfordulnak Eratoszthenészi marék is (és a Tycho vagy a Kopernikusz kráter sávjai is messzire nyúlnak, különösen telihold idején láthatjuk ezt). A foltnyi rétegtani egységek alatt nagy kiterjedésű kőzettesteket alkotó két emelet következik. Az egyik az Imbriumi, mely az Imbrium medencéhez kapcsolódott a definiáláskor kijelőlt területen (Imbriumi emelet). A másik, a még idősebb egység a Nektár medencéhez kapcsolódik (Nektári emelet). Legalul fekszik a krátermezőkkel borított terravidékek (pre-Nektári) emelete.

A holdi sztratigráfia idealizált rétetani piramisa: Felülről rendre a következő rétegtani egységek sorakoznak:

Kopernikuszi (fiatal, sugársávokkal is rendelkező kráterek tartoznak ide),

Eratoszthenészi (fiatal, de sugársáv nélküli kráterek tartoznak ide),

Imbriumi (az Imbrium medence kialakulásától, kidobott takarók, mare elöntések tartoznak ide),

Nektári (a Nektár medence kialakulásától kezdve képződött medencék, márék tartoznak ide),

pre-Nektári (minden Nektár medence előtti kőzettest ebbe a rétegtani emeletbe tartozik).

Azóta a rétegtan alapelveit több más naprendszerbeli égitestre is alkalmazták, így a Marsra, a Merkúrra, a Jupiter Galilei féle holdjaira és jelenleg a Vénusz geológiai térképezése folyik. A XIX. század egyik nagy tevékenysége lesz a Naprendszer léptékű rétegtan (sztratigráfia) kidolgozása.

Hosszú ideig a Naprendszer bolygói és holdjai esetében csak ennek az égitestet borító rétegsornak a vizsgálata vált lehetővé: a felszíni rétegek azonosítására nyílt mód a fényképi felvételeken. Ma az űrkutatás egyik nagy kihívása az, hogy a bolygótestek geológiai föltérképezése után tegye lehetővé a klasszikus földtan másik fontos hierarchiaszintjének, a kőzetmintáknak a vizsgálatát is. A Hold esetében ez már részben megvalósult. Az Apolló expedíciókból is és a földre hullott meteoritek anyagából is vizsgálhatjuk ma már a Hold anyagait.

A Hold kőzetei

NASA Holdkőzetek

Az 1969 és 1972 közötti öt év alatt hat sikeres leszállást hajtottak végre a NASA űrhajósai a Holdon. A begyűjtött kőzetminták össztömege 384 kilogramm. Ezek az első tudatosan gyűjtött naprendszerbeli anyagkészletek. Ugyanebben az időszakban három Luna űrszonda robot is hozott talajmintát a Holdról az orosz űrkutatás keretében.

A NASA 20 példányban elkészített egy 12 vékonycsiszolatból álló készletet a felsőoktatás számára. Az oktatási holdkőzet mintasorozat jó áttekintést ad a Hold főbb kőzettípusairól. Vizsgálatuk képet ad a Holdon lejátszódott fontosabb kőzettani folyamatokról. Ezek a holdi kéreg kialakulása (az anortozit minta és a norit minta), a bazaltos mare elöntések kialakulása, s a bazaltok rétegződése (3 bazaltos minta és egy szitált frakció a narancs színű talajból, amit lávaszökőkút hozott létre), breccsák keletkezése (3 breccsa minta, egy-egy a felföldi és mare területről és egy a Fra Mauro Formációról) s a holdi regolit keletkezése (2 talajmintából szitált frakció és egy talajbreccsa).

A NASA Holdkőzet készlet két része: balra a holdi mintákat tartalmazó korong látható 6 beöntött anyagmintával. Jobbra a 12 vékonycsiszolatot tartalmazó készlet látható felülnézetben.

Anortozit

A Hold külső kérge az égitest összeállása után megolvadt. A magma óceánból kristályosodott ki az az anortozitos kéreg, amelyet mi egységesen holdi felföldeknek nevezünk. Arra, hogy a holdi magmaóceán a teljes holdra kiterjedt, az ásványok ritka földfém gyakorisága alapján következtettek: az anortozitok nagy pozitív európium anomáliájából és a holdi bazaltok nagy negatív európium anomáliájából. Néhány anortozit mintában még megfigyelhető a kőzet kumulátos szövete is.

            A Hold anortozitos kérgét a keletkezése utáni fél milliárd évben több nagyméretű égitest becsapódása érte. Ezek a becsapódások feltördelték az anortozitos kérget, körkörös medencéket hoztak létre, és hatalmas területekre terítették szét a kidobott törmeléktakarót. A hold kérgét alkotó anortozitos kőzetek ezért többségükben breccsás szövetűek. Az Apolló űrhajósok által hozott anortozit minták többségében megfigyelhetjük az összetördelt ásványokat, a breccsás szövetszerkezetet.

Anortozit minta a NASA készletből: a 60025 sz. kőzetminta részlete.

            A terra kőzeteket egy anortozit és egy norit minta képviseli. Az anortozit a holdi felföldek anyaga, szinte kizárólag csak földpát kristályokból áll. A valamikori nagyméretű (centiméteres) szemcsék a sok ütközéstől, becsapódástól, rengéstől mára összetöredeztek (60025). A vékonycsiszolaton megfigyelhetjük a blokkok elmozdulását, a szemcseperemek összetöredezését, az optikai tulajdonságok (pl. a kioltás) mozaicitását. Az anortozitok kialakulásának kora 4,4-4,2 milliárd év.

            A norit minta felerészt rombospiroxénből, felerészt plagioklász földpátból áll (78235). Durvaszemcsés kőzet, az ásványok nagysága az 5 mm-t is elérheti. Üveges erek is előfordulnak benne. A becsapódások ütközései nagyon megviselték ezt a kőzetet. A földpát nagy része maszkelynit üvegként található benne. Ma azt feltételezik, hogy a nóritok és más terra kőzetek is intrúzióként nyomultak be az anortozitos kéregbe.

Holdi bazaltok

            A holdi kéregbe történt nagy becsapódások medencéket alakítottak ki a Holdon. A Hold látható oldalán ezeket a körkörös medencéket bazaltláva folyások töltötték föl. A holdi vulkanizmus hosszú ideig eltartott, s a hígan folyó láva hatalmas távolságokon, vékony rétegekben terült szét. A holdi bazaltok keletkezésének kora csaknem egy milliárd évet fog át az Imbriumi korban, de kráterszámlálások alapján tudjuk, hogy léteznek olyan lávafolyások is, melyek az Eratoszthenészi korban keletkeztek. Ilyenek az Imbrium medencében föltérképezett lávafolyások is. Az Apolló expedíciókon földre hozott holdkőzetek kora 3, 7 és 3,2 milliárd év közé esik.

A holdi lávák vékony rétegekben terültek szét. A Holdi bazalt mintákat ezért legcélszerűbb egy vékony lávafolyás felszínétől lefelé haladva sorba rendezni és így bemutatni őket. A felszíntől lefelé haladva más és más jellegű szöveteket találunk egy lávafolyásban. A láva a mélység növekedésével egyre lassabban hűlt le, s ezért a kőzet szövetek a lehűlési sebesség csökkenése szerinti sorba lesznek rendezve. A szövetek az üveges elegyrészeket is tartalmazó szferulitos szövettől elindulva rendre a következő típusokat tartalmazzák: variolitos szövet, interszertális szövet, intergranuláris szövet, szubofitos szövet, ofitos szövet, poikilites szövet. A holdi bazaltok között a legtöbb típusra van példa, néha azonban csak úgy, hogy töredékként jelennek meg a breccsákban. Ilyen szövetsort földi ofiolitokban, vagy párnalávákban is találtak kutatók (Józsa, 2000).

            Három bazaltos vékonycsiszolat van a gyűjteményben, de összetételét tekintve ide tartozik a "narancs-színű talaj" minta is, tehát a bazaltokat négy minta képviseli a NASA készletben. Rendezzük el a holdkőzet-készlet négy, bazaltos összetételű mintáját egy olyan tulajdonság alapján, ami jól megfigyelhető a szövetükön: az ásványszemcsék mérete alapján. Tudjuk, hogy a lehűlés körülményei erősen hatnak a szemcseméretre. A gyorsan lehűlő szilikátolvadékból apró kristályok válnak ki, míg a hosszú ideig (pl. nagy mélységben) kristályosodó kőzetek durva szemcsés szövetűek lesznek. Ha tehát az átlagos szemcseméret, illetve a szemcsék egymáshoz való viszonya alapján készítünk el egy sorozatot a holdi bazaltokból, akkor voltaképpen a lehűlési sebesség szerinti anyagtérképet is fölvázoltuk. A mi lehűlési anyagtérképünkön (4. ábra) a függőleges tengelyen szerepel a lehűlési sebesség, a különféle szövetek pedig egymás alá kerülnek: az apró szemcsés felszínközeli, s rendre az egyre durvább szemcséjű mélységi szövetekkel zárul a sor.

            A leggyorsabban lehűlt anyagot a narancsszínű talajminta üvegcseppjei képviselik a sorozatban (74220). Ezek a holdi ásványi anyagok egyúttal a legszínesebbek is. A narancsszínű talajminta, egy 40-100 mikrométeres szemcsékből, többnyire szferulákból (gömböcskékből) álló szitált frakció. Feltehetően egy lávaszökőkút széjjelfröccsent, parányi olvadékcseppjeiből keletkezett. Üveges alapanyaguk mintegy szerkezeti ellenpontja a kristályos szerkezetű kőzetmintáknak. A hirtelen megszilárdult cseppek átalakulás nélkül megőrizték a láva forrásvidékének, a holdi köpenynek az olvadék-összetételét.

A lehűlési sebesség szerinti szövetsorban alájuk kerül az ugyancsak gyorsan lehűlt, de már a mélyből jövő lávában nagyobbra nőtt ásványszemcséket is tartalmazó szövet, melyben ásványnyalábok (plagioklász földpát és piroxén) figyelhetők meg (12002). A piroxén-tűkristályok körbe veszik a korábban a mélyben már megnőtt, és a magma által fölhozott olivin-kristályokat, s így alakítják ki a porfíros szövetet. A 12002 számú minta porfíros szövete úgy alakult ki, hogy a kristályosodás már a mélyben megkezdődött, s a kiömlő láva már tartalmazta az olvadékból elsőként kikristályosodó ásványokat, az olivineket. Ezeket aztán körbevették a szálas-tűs piroxének és a földpátok.

            A szövetek sorában harmadik bazaltminta már nagyobb ásványokat is bőven tartalmaz (70017). (Ez a minta a hazai szarvaskői, DNy-bükki gabbrónknak is rokona nagy titántartalma alapján.) A 70017 sz. bazaltban a piroxének saját színe a halvány rózsaszín barackvirághoz hasonló, de a fekete, átlátszatlan (opak) ilmenit kristályok, melyek fontos elegyrészei a 70017 számú bazaltnak, sötétre színezik a vékonycsiszolatot. A spinell szemcsék többnyire négyzetes vagy hatszöges metszetű fekete (opak) ásványként figyelhetők meg, az ilmenitek gyakran vázkristályosak, beöblösödéseket mutatnak a vékonycsiszolatban. Igen ritkán megfigyelhetünk armalcolit ásványokat is, melyek hosszúkás hordó alakúak. Az armalcolitot a Holdon fedezték föl és az elsőként leszállt űrhajósokról (Armstrong, Aldrin, Collins) nevezték el.

A NASA holdőzet készlet 4 bazaltmintájának szövete lehűlési sebesség szerinti sorozatba rendezve és összevetve az acélok edzésére készített szövetdiagrammal, melyen a különböző szövetű acélok is lehűtési sebességük szerint következnek. A szövet mintázata annál apróbb szemcsés, minél közelebb történt a lehűlése a felszínhez, s ezért minél nagyobb volt a lehűlés sebessége.

            A lehűlési sorban negyedik egy poikilites szövetű minta (12005). Ebben - a lehűlésnek immár egy késői szakaszában -, nagy szemcsékbe ágyazottan láthatók a korábban kivált kicsiny szemcsék. A korán kiváló kristályszemcséket még olvadék vette körül, ezért szép, saját alakkal kristályosodtak. A 12005 számú bazalt minta szövetében a nagy méretű földpátok és piroxének kristályosodtak utoljára, s ezért bezárják a szép, sajátalakú olivineket és néhány ilmenit és spinell szemcsét.

Breccsák

            Még az anortozitoknál is tördeltebb ásványvilág szökik a szemünkbe a breccsákat megfigyelve a mikroszkópban (5. ábra). A becsapódások ütése összetett átalakító folyamatokat indít el a felszíni kőzeteken. Ipari folyamatok hasonlatával élve: mint a "malom" őrli, mint a "vihar" forgószele teríti, s mint a "kemence" forrósága összesüti a törmelékeket. A breccsák némelyike sokszor átesett ezen a tortúrán, ezért alakulhatott ki soknak a "breccsa-a-breccsában" szövete (14305, 72275).

Sok breccsában különböző eredetű kőzetszilánkok és töredékek keveredtek össze (polimikt breccsák), míg más breccsák egyetlen megelőző kőzet (protokőzet) összetördeléséből alakultak ki (monomikt breccsa). Sok breccsában a mátrix anyaga megolvadt és újrakristályosodott. A becsapódási kráter közepén találjuk azokat a kőzeteket, amelyek a megolvadt kőzetekből és a rájuk visszahullott törmelékekből alakultak ki. A 65015 számú felföldi breccsában a megolvadt mátrixból olyan nagyméretű piroxén ásványok kristályosodtak ki, amelyek az apró plagioklász földpát szemcséket poikilitesen magukba zárják. Más breccsákban nagyméretű kőzettöredékeket, kőzetszlánkokat találunk beágyazva. A breccsák jelentőségét az adja, hogy bennük több távoli területről származó idegen kőzetszilánk is megtalálható. Így a 6 expedíciós gyűjtőhely a breccsák révén sokkal nagyobb kiterjedésű gyűjtési területet reprezentál összekeveredett kőzetszilánkjaival.

Holdi breccsák a NASA készletből „breccsa a breccsában” szövettel.

Porminták

            A NASA-készletben a negyedik anyagminta típus a talajmintáké. A talajminták is a távoli vidékekről odaszállított változatos anyagvilágot, kőzet- és ásványtöredék darabokat hordozzák és így a felszíni keveredési folyamatokra is utalnak. Szitált frakciók 60-100 mikrométeres szemcsékkel. A 68501 sz. minta a felföldekről, a 70181 sz. minta pedig a mare vidékekről tartalmaz töredékeket, kőzetszilánkokat, ásványszemcséket.

A 68501 sz. mintában főleg anortozitos szilánkok fordulnak elő néhány felföldi típusú bazalt szilánk is megtalálható közöttük. A 70181 sz. minta főleg a mare bazaltok ásványtöredékeit tartalmazza. Előfordul a szemcsék között néhány odakeveredett narancs talaj gömböcske is.

Ugyancsak a talaminták sorába illik a 15299-es számú regolit breccsa. Ebben üveges alapszövetbe beágyazva találhatjuk meg a kőzet- és ásványszilánkokat. Olyan kisméretű gömböcskék (szferulák) is megfigyelhetők bennük, amelyek becsapódások idején keletkeztek. Méretük 10-20 mikrométer, s így észrevehetően kisebbek, mint a lávaszökőkutak 60-100 mikrométeres szferulái.

Összegzés a Hold kőzeteiről

             Az űrkutatási módszerekkel megszerzett első expedíciós kozmikus anyaggyűjtemény csoport a Holdról származik. Az Apolló expedíciók gyűjtötte 384 kilogrammos készletnek csak egy részét dolgozták föl eddig. A Hold felszíni folyamatairól sok fontos ismeretet gyűjtöttünk már az Apolló 11 anyagának megismerésével. Ezek közül kiemelkedő jelentőségű a holdi anortozitok kéregalkotó szerepe, a nagyon idős holdi kőzetvilág kormegállapításai, a nagy mélységből származó lávaszökőkúti szferulák holdi köpeny eredete, a mare bazaltok sokfélesége és néhány mare bazalt nagy titántartalma.

            Ma a holdi kőzeteket összetételük szerint a bázisos-ultrabázisos földi kőzetek közé interpolálhatjuk be. Nagyobb magnézium tartalma alapján több holdi kőzet már a pikrites ultrabázisos tartományba esik. (12002, 70017). Azonban a becsapódások által elvégzett anyagkeveredéseknél három fontos csoportot különítenek el a holdi talajok forrásvidékeire. Az egyik a felföldek anortozitja, a másik a viszonylag nagy vastartalmú mare bazaltok csoportja s a harmadik a káliumban, Ritka FöldFémekben és foszforban (P) való gazdagsága miatt KREEP-nek nevezett komponens. Ez utóbbi komponens a Mare Imbriumtól való távolodással csökken a talajösszetevők között. A három fő forrástípust a későbbi Clementine és Lunar Prospector műholdak sugárzásos összetétel analizátorai is jól el tudták különíteni. Így ma, a hat leszállás kicsiny felszíni mintavételezése ellenére a Hold egészére kiterjedő összetételi térképek állnak már rendelkezésünkre a holdfelszín anyagairól. (A Hold túlsó oldalán szintén van egy fontos KREEP forrás, s ez a South Pole Aitken nevű nagy becsapódásos medence.)

A Hold fejlődéstörténete

Azokkal a kőzetmintákkal, amelyeket a térképezésből már ismert geológiai környezetből gyűjtöttek, pontosítani lehetett a sztratigráfiában már megismert holdi fejlődéstörténetet is. A holdi terrák anortozitjai és a bennük mért ritka földfémek eloszlása különös és fontos eseménysort bizonyított. Egykor a Hold külső rétegei megolvadtak s 4,4 milliárd évvel ezelőtt az egész égitestre kiterjedő magmaóceán borította a Holdat. (A földi külső rétegek kezdeti megolvadására a holdi anortozitos kéreg keletkezésének fölismerése után gondoltak először.) A magmaóceán lehűlése során a plagioklász földpát (CaAl2Si2O8) az olvadékzóna tetején gyűlt össze, s létrehozta a világos színű felföldek anortozitját. A nagyobb sűrűségű ásványok az olvadékzóna aljára süllyedtek. Ez az első holdi differenciálódási korszak mintegy fél milliárd évig tartott.

A vastagodó holdi kéregre történtek a nagy körkörös medencéket létrehozó becsapódások, melyek feltördelték a holdi kérget. A töréseken át bazaltos láva szivárgott a felszínre és egy - másfél milliárd éven át működő vulkáni tevékenységgel feltöltötte a Hold látható oldali medencéit. A bazaltok a hold köpenyéből származnak. Némelyik közülük titánban igen gazdag, mint például az Apolló 11 és 17  leszállási helyéről gyűjtöttek.

A bazaltos vulkanizmus csendesedésével a nagy felszínformáló események elültek a Holdon. Az egyre vastagodó holdi kéregre egyre kevesebb becsapódás történt. A folyamatos kráterbombázás a talajt ma is állandóan őrli, keveri és süti össze breccsákká.  A holdi breccsa a breccsában szövetű kőzetek, a talaj anyagából összesült breccsák, a becsapódáskor megolvadt anyagból keletkeztek talajbreccsák mind ezt igazolják.

Ugyancsak fontos új ismeretek, ritka kőzettípusok származnak a holdi meteoritek ma már 104 példányt is elért készletéből. Ezek között olyan csoportok is szerepelnek, melyek eltérőek a leszállási helyeken gyűjtöttektől. Ilyen például a legidősebb YAMM holdi bazaltok csoportja. Ezekről illetve a marsi meteoritek vizsgálatáról a sorozat következő cikkeiben szólunk majd.

Ezúton is köszönetet mondunk a NASA Johnson Space Center Kozmikus Anyagok Laboratóriumának a mintakészlet kölcsönzéséért.

A meteoritok szerepe a bolygófejlődés tanulmányozásában

Az anyag fejlődéstörténetét mozaikdarabjaiból illesztjük össze. A fizika elsősorban a Forró Univerzumtól a galaxisokon és csillagokon átívelő szakaszt, valamint a velük párhuzamosan zajló atommagképződést kutatja. A Naprendszer anyagfejlődését az elmúlt évszázad meteorit, később holdkőzet, marsi meteorit és a bolygótestek űrszondás vizsgálatai vitték a figyelem középpontjába. De a bolygók megismerése a Földtest felszínének és anyagainak kutatásával kezdődött. A földtan a felszínen található anyagi rendszereket, a kőzettesteket vizsgálta, rendszerezte, eredetüket és egymáshoz való viszonyukat megállapította és rendszerbe foglalta. A születő földtudomány az élővilág kutatóiban jó szövetségesre lelt és a földtan és a biológia szövetségében született meg a földtan egyik fontos történeti ága, a biosztratigráfia. A földtan fosszilia sorozatokat rekonstruált az egymásra települt rétegekben és távoli kőzettesteket is össze tudott egyetlen nagy kőzettestté kapcsolni (korreláció a földtanban). A biológia anyagfejlődés-történeti epizódokra tett szert a fokozatosan változó fossziliákban és rekonstruálni tudta a biológiai evolúció szakaszait (relatív sorrendekkel). A történeti képet pontosítani lehetett egy újabb szövetséges tudományág, a fizika bevonásával. A radioaktivitás volt az a jelenségkör, ami a fizikát a földtan szövetségesévé tette. Az atomok magjára is lehetett alkalmazni azt az elvet, a zárványok bezárásának elvét, amit már a biológiai alkalmazásnál is fölhasználtak: „Egy kőzettest, amely be van zárva egy másik kőzettestbe (úgy, hogy az teljesen beágyazza, körbefogja a bezárt testet), mindig egykorú, vagy idősebb a bezáró kőzettestnél.” A zárvány a radioaktív sugárzás esetén a sokféle sugárzó atommag, ezek sokasága, (a lebomlási sorok), ameléyek szintén benne maradnak a kőzetekben. A lebomlási sorok megismerése abszolút kormeghatározássá fejlődött, miközben a Forró Univerzum modellt is megalkották a 20. század ötvenes éveiben.

A Naprendszer űrszondákkal végzett kutatása a Föld és a Hold vizsgálatával indult. A Hold anyagainak föltérképezésére ismét a földtan módszereit alkalmazták és megalkották a Hold rétegtanát (Shoemaker, Wilhelms, Hackman, U. S. Geological Survey). Kőzettesteket azonosítottak, melyeket nagy holdi események hoztak létre. Ebben a munkában nem lehetett segítségükre fosszilia, ezért az egymást át nem fedő rétegek relatív sorrendjének meghatározására (a korrelációra) a kőzettest felszínén megfigyelhető krátereket kezdték, ugyanolyan „fosszilia” szerepkörben alkalmazni, mint korábban a biológiai, majd azt követően a radioaktív elemekkel tették. A megszületett kráterstatisztika segítségével ma már a Naprendszer távoli égitestjein azonosított kőzettömbök korát is meg tudjuk határozni.

Nem idézhetjük föl a módszerek sokaságát, melyekkel a Föld korát és belső szerkezetét, a felszínközeli nagy kéreglemezek dinamikáját rekonstruálták. Ez a munka napjainkban is zajlik. De a földtudomány Naprendszertudománnyá történt kibontakozásaazért is szép és példaértékű, mert vizsgálati stratégiákat is átörökített. Egyik ilyen tudomány-filozófiai program (paradigma) az égi és a földi jelenségek összekapcsolásának az elve. Korábban a naptár, a geometria égi és földi alkalmazása, a mozgástörvény fölismerése, a színképelemzés is ilyen programok voltak. A Naprendszer kutatása megfiatalította ezt a programot. A földtudomány stratégiai szerkezetében benne van ez a kettős hierarchiaszint vizsgálat. A földtudományban a testünk mérete alatti és fölötti anyagszerveződési szinteket egyszerre kutatjuk. Föltérképezzük a kőzettesteket, majd mintát veszünk belőlük és kőzettani, mikroszkópi, s ma már számos más módszerrel is vizsgáljuk az anyagok állapotváltozásait, valamint összevetjük a kőzettestek vizsgálatából levont következtetésekkel. Így járt el a földtan a Föld felszínén és a felszín közelében található kőzettestek vizsgálata során és járhatunk el más égitestek esetén is.

De a Naprendszer bolygói és holdjai esetében jobbára csak az egyik hierarchia szintnek a vizsgálata vált lehetővé: a felszíni rétegek azonosítására nyílt mód a fényképi felvételeken. Ma az űrkutatás egyik nagy kihívása az, hogy egyre szélesebb égitest-vizsgálati körben tegye lehetővé a másik fontos vizsgálati szintnek, a kőzetmintáknak a vizsgálatát is. A Hold esetében ez már részben megvalósult. Más égitestek csoportjairól azonban egy másik természeti jelenségkörből kaptunk segítséget. Ez pedig a földre hullott meteoritek anyaga.

Meteoritok a kis égitestekről: a kisbolygók fejlődéstörténete

A meteoritok többsége kicsiny égitestek letörött darabja. Kozmikus események, becsapódások szakították ki őket az anyaégitestből és a Naprendszerben pályáikon mozogva hosszabb idő után csapódtak a Földre. A szülő égitest néhányszor 10 km-től néhány 100 km-ig terjedő átmérőjű kisbolygó lehetett. A meteoritok töredékként is magukban hordozzák a szülő égitest fejlődéstörténetét. Amikor tehát a meteoritokat tanulmányozzuk, kicsiny égitestek anyagátalakulásait követjük nyomon.

A meteoritokat ma három nagy anyagtípusba sorolva csoportosítják: kő-, kő-vas- és vasmeteoritokként. Ezek közül a kőmeteoritok két részre bonthatók, kondritokra és akondritokra. Az akondritokban már nincsenek kondrumok. Hogy hogyan lesznek kondritokból akondritok, izgalmas anyagfejlődés-történeti kérdés és a meteoritika tudományának egyik fő területe ez. Mi is most e kondritos meteoritok átalakulásait tanulmányozzuk, dióhéjban.

A kondritok tizedmilliméterestől a centiméteres méretig terjedő nagyságú kicsiny gömböket, görögül kondrumokat (magokat) tartalmazó meteoritok, s ezekről kapták nevüket. A kondritok a hullott meteoritek körében 85 százalékot tesznek ki. Közöttük az igen ősinek tartott szenes kondritok csak néhány százaléknyi csoportot alkotnak, mert könnyen málló, elmorzsolódó anyagúak, s hulláskor többségük széttöredezik apró darabokra. Ilyen a Magyarországon hullott híres kabai meteorit is, amely azonban szép alakú, a légkörön való áthaladás nyomait olvadéksugarakkal lesimított, sugarasan-kúposan mintázott - ablatált - felületén is magán viselő darab.

A meteoritok több hőtörténeti szakasz átalakulásait hordozzák anyagukban, szövetükben. Mostani vizsgálatainkban kétféle szakaszt fogunk megkülönböztetni. Egy első fölmelegedési (és lehűlési) szakaszt, amely a Naprendszer kialakulásakor zajlott le. Ekkor fejlődtek ki a Nap körüli ásványi anyagok s alkottak öveket csökkenő hőmérsékletük szerinti elrendeződésben. Megkülönböztetjük ettől azt a második fölmelegedési szakaszt, amely már a kis égitest belsejében zajlott le. Ez a szakasz két részre osztható. A korábbi a kis égitest fölmelegedésének az a szakasza, amikor az emelkedő hőmérséklet hatására az égitest ásványi anyagai átkristályosodnak. (Ennek egyik speciális esete, amikor az átkristályosodás víz hatására történik.) Későbbi a kis égitest további fölmelegedésének az a szakasza, amikor az emelkedő hőmérséklet hatására megolvadások történnek és a kis égitest öves szerkezetűvé differenciálódik. Mindegyik szakasz vizsgálatához először a kondritok szövetével kell megismerkednünk.

A kondritok és jelentőségük az égitestek fejlődéstörténetében

A kondritok szövete

A kondritok szövete, első közelítésben, két fő összetevőből áll: kondrumokból és mátrixból. Majd tárgyalunk kisebb mennyiségben jelen lévő összetevőket is, mint például a "fehér zárványokat" (CAI), melyek a spinellhez hasonlóan nagy olvadáspontú ásványokból állnak, vagy a kondrumokat körülvevő peremeket.

A kondritos szövet sok esetben ellentmondásos szerkezetű. Míg a mátrix finom szemcsés, alacsony hőmérsékleten keletkezett ásványokból áll, addig a kondrumok is, és a CAI-k is magas olvadáspontú anyagok. Az a tény, hogy a kétféle keletkezési hőmérsékletű ásványi összetevők együtt vannak, nem „egyenlítődtek ki” kémiai szempontból, azt jelzi, hogy az az égitest, vagy égitest-zóna, amelyből a szenes kondrit meteoritanyaga leszakadt, sohasem melegedett fel eléggé (szenes kondritok, 3-as szövettípusúnak osztályozott kondritok).. Ha fölmelegedett volna, a kondritos anyag „átsült” volna, s kémiailag harmonizálódott volna a kondrumoknak és a mátrix szövetének az ásványos anyaga. Ez nem történt meg, meteoritünk tehát ősi, különféle eredetű anyagokból összetapadt kőzet. Ez az ősi anyag a Naprendszer születése körüli idők anyagait hordozza.

Gyakoriságuk és ősiségük (4,5 milliárd évesek) alapján a kondritos meteoriteket tekintik a Naprendszer ősi kőzetanyagának.

A kondritok ásványtani osztályozása: a kondrit típusok

A kőmeteoritok ásványai leginkább a magmás kőzetek ásványaival rokoníthatók, s a kondritokéi pedig a földi köpenyt alkotó ásványokkal: olivinnel és alacsony Ca tartalmú piroxénekkel. E két fő ásványi összetevő alapján készült a századelőn a Rose-Prior-, majd a kémiai összetételi mérésekkel kiegészített Urey-Craig és a Wiik-Mason osztályozás. Ezek alapján a 60-as években már öt nagy kondrit csoportot különítettek el: az ensztatit kondritokat (E), az olivin-bronzit (H), az olivin-hipersztén (L), az amfoterit (LL) és az olivin-pigeonit (C-III. ilyen a híres kabai meteorit is, 1. ábra.) kondritokat valamint a szenes kondritokat (C), melyek később a zárójelben álló betű jeles rövidítést kapták. (Az ensztatit, a bronzit, a hipersztén és a pigeonit piroxénváltozatok, melyek különböző arányban tartalmaznak Mg és Fe komponenst, a pigeonit pedig az előbbieknél több Ca-ot is tartalmaz.) A szenes kondritokat Wiik a C-I., C-II. és a C-III. szenes kondrit csoportokba sorolta, csökkenő illóelem tartalmuk alapján. A kondritok (egyes szenes kondritok kivételével) mindig tartalmaznak fémes összetevőt, Fe-Ni ötvözetet és FeS szulfidot is. A kondritos meteoritek ásványai azok, amelyeket kémiai modellekkel le tudtak vezetni a 70-es években a Nap körül kialakult, majd lehűlt Szoláris ködből.

A kondritos ásványi anyagok keletkezése az öves Naprendszer kialakulása során

Az anyag fejlődéstörténetéről formálódó összképben döntő jelentőségű a meteoritok vizsgálata. A szilárd felszínű égitestekre simán leszállt űrszondák mérései előtt kizárólag a meteoritok tanulmányozásával gyűjtött kőzettani ismereteink voltak más égitestek anyagáról. A meteoritok anyagvizsgálata tárta föl, hogy a meteoritek ásványai, szöveti alkotóelemei, ezek ásványai a Naprendszer születésének idejéből származnak. A csillagászati modellekkel összhangban ma elfogadott az a nézet, hogy a csillaggá összehúzódó kozmikus por- és gázköd fölmelegedett, központi forró tartományai létrehozták a Napot, a körülötte keringő ködből pedig anyagcsomók váltak ki, azok megformálták a Naprendszer ásványait, melyek ütközésekkel nagyobb égitestekké halmozódtak. Ezek alapján a meteoritek anyagvizsgálata során kérdezhetjük meg, hogy e folyamatnak milyen megfogható lépései maradtak fenn? A meteoritok tehát fontos láncszemek akkor amikor az anyag fejlődéstörténeti képet egyre részletesebben meg akarjuk ismerni.

A Nap körüli por- és gázköd anyagát kétféle erő csomósította, halmozta nagyobb testekké. Az egyik erő, mely elektromágneses és kvantumos hatások együttese, ásványszemcséket hozott létre. Apró szemcsékben kristályok váltak ki, melyek az ütközések során összetapadtak, s egyre nagyobb anyaghalmazokká álltak össze. A másik erő, a gravitáció, fokozatosan jutott szervező szerephez a bolygók fölhalmozódása és megformálása során. A kilométeres nagyságú égitestek, a planetezimálok, ütközéseikkel egyre nagyobb méretű égitestekké tömörültek, melyek egymás pályáit már egyre nagyobb mértékben befolyásolták.

A Naprendszer a Napot körülvevő anyagokból és égitestekből áll. Mindegyik égitest és anyaga is a korai Napot körülvevő por- és gázködből alakult ki. E por és gázköd tömege mintegy századrésze a Nap tömegének, de a Naprendszer forgó mozgását ezek a Napon kívüli anyagok hordozzák keringő mozgásukban. A Nap körüli köd a Nap fölmelegedésével együtt fölforrósodott, s később lehűlt. A Naptól való távolsággal együtt változott a köd hőmérséklete, s ezzel a kristályos anyagok összetétele. A legfontosabb ásványok sorozatát táblázatunk mutatja be a Lewis és Barshay féle modell szerint. A kondritos meteoritek főleg ebből az ásványsorból épülnek föl (*de nehogy valaki ezt bevágja!!!!):

            A Naphoz közeli forró tartományokban kiváló ásványok sorozatát Grossman és Larimer határozta meg. Ezek jelentőségét az adja, hogy a kondritos meteoritek kis mennyiségben enneka forró övnek az ásványait is tartalmazzák (*de nehogy valaki ezt bevágja!!!!):

Mindkét ásványsorozat tagjai közvetlenül meg is figyelhetők a meteoritekben. A Lewis-Barshay modell - ahogy említettük már, - a kondritokban, a Grossman-Larimer sorozat pedig a kálcium-alumínium oxid zárványokban (CAI). Ezekről szólunk most részletesebben.

A kálcium-alumínium oxid zárványok (CAI)

 A belső Naprendszer ásványait a tűzálló kerámiák anyagaiként ismerjük. (pl. a korund) A tűzálló ásványok kicsiny halmazokba gyűltek össze és rétegesen kristályosodtak egymás után. A kondritos meteoritekbe beépülten találjuk őket, s ezeket a főleg kálciumból (Ca) és alumíniumból (Al) fölépülő világos színű ásványegyütteseket CAI-knak nevezték el a meteoritkutatásban (CAI = Ca-Al-Inclusions = Ca-Al-zárványok.)

Egy CAI réteges fölépülését folyamatosan növekedő kristályos anyagcsíraként képzelhetjük el. Először korund (Al2O3), és perovszkit (CaTiO3), válik ki, majd sorra melilit (Mg2Al2SiO7), spinell (MgAl2O4), majd diopszid (CaMgSi2O6), végül anortit (CaAl2Si2O8) rétegek következnek. CAI ásványok (fehér zárványok) összetételét először Sztrókay Kálmán magyar kutató mérte meg a kabai meteoritban. Röntgendiffrakciós méréseiben Sztrókay a fehér zárványokat spinell összetételűnek találta.

A kondrumok kialakulása

A fő kőzetalkotó szilikátok alkották a belső bolygók övében kiváló ásványok nagy részét. Ezek olvadékcseppeket alkottak egykor, mert a korai Nap kitörései egyes tartományokban úgy fölforrósították a por- és gázködöt, hogy az addig már kialakult és összetapadt kristályok megolvadtak, majd lehűltek. A tizedmilliméteres-milliméteres nagyságú gömböcskékre (a kondrumokra) fokozatosan tapadt rá a körülöttük található por is. A kondrumok és a maradék poranyag összetapadással és ütközésekkel egyre nagyobb égitestekbe halmozódott. A mai kondritos meteoritek azokból a kisebb méretű kondritos égitestekből származnak, amelyek nem melegedtek föl a Naprendszer elmúlt 4 és fél milliárd éve alatt.

A megolvadt cseppek kihűltek, kikristályosodtak. E kondrumok, mint a Nap körüli porfelhő szemcséi, beépültek az apró szemcsés alapanyagú kondritos meteoritekbe. A kondrumok többféle szövetűek lehetnek, ahogyan ezt a mikroszkópban a vékonycsiszolatokon megfigyelhetjük (5. ábra). A kőzettanban használt nevükön adjuk meg a hat fő típust. Lehetnek belső szöveti mintázatot nem, vagy alig mutató üveges vagy kriptokristályosak (1), sugarasak (angolul excentro-radiálisak) (2), lemezesek (angolul barred) (3), porfírosak (4), granulárisak vagy szemcsések (5) és poikilites piroxén kondrumok (6). E kondrumok gyorsabban- lassabban lehűlt szilikátolvadék cseppekből keletkeztek. Az olvadékok összetétele is fokozatosan változott helyről helyre a Naprendszerben. Mind a hatféle kondrum előfordul a különféle kondrit típusokban, de különböző arányban vannak bennük. A kondrit típusokat ásványtani és kémiai tulajdonságaik alapján osztályozták.

A kondrum szemcsék szövete többféle lehet, ahogyan ezt a mikroszkópban a vékonycsiszolatokon megfigyelhetjük

A kondrumok megőrizték a Nap körüli gázködben lezajlott eseményeket a környezetükben található anyagok ásványos és kémiai összetételében is. A kondrumok egy része, miután megszilárdult, még különféle változásokon esett át addig, amíg a kondritos kisbolygók anyagává vált. A kondrumok körül különféle peremeket találunk. Ezek részben még a Nap körüli por- és gázködben lezajlott események tanúi, más peremek viszont már a kis égitesten lezajlott (pl. vizes) átalakulás termékei. Egyes kondrumoknak aprószemcsés kristályok alkotta porpereme van, ami arra utal, hogy a kondrum, megszilárdulása után még hosszú ideig sodródott a Nap körüli por- és gázködben, míg hozzá nem tapadt egy halmozódó anyagcsoporthoz. Egyes kondrumokat éppolyan magmás szövetű perem vesz körül, mint maga a szilikátcsepp anyaga. Ezek úgy jöhettek létre, hogy a már megszilárdult kondrum felületére gyűlt port újabb napkitörés megolvasztotta. Egyes kondrumok a külső részeiken, vagy a peremükön tartalmazzák a fémes vasnikkel cseppeket. Ez arra utal, hogy a kondrumok forogtak, ezért a nagyobb sűrűségű összetevők fokozatosan a kondrum felületére sodródtak.

A meteoritok anyaga a kisbolygókból származik

             A kisbolygók reflexiós színképének a meteoritok színképével történt összehasonlításával már az 1970-es évekre átfogó kép alakult ki a csillagászatban arról, hogy a meteoritok forráshelye a kisbolygók öve. A 80-as évekre már a kisbolygó övön belül is zónákat tudtak elkülöníteni, amelyekre más és más uralkodó kisbolygó-színkép-típus volt jellemző (Gradie, Tedesco). A kisbolygó öv külső peremén a szenes kondritok a gyakoriak. S bár ma még nem rendelkezünk kőzettani módszerekkel elemezhető mérési anyaggal a külső Naprendszer jegeket is tartalmazó ősi anyagegyütteseiről, ezeknek a színképében már előfordulnak a vízjégre jellemző elnyelési vonalak. Ugyancsak a reflexiós színképek elemzésével mutatták ki azt is, hogy a külső Naprendszer fő ásványi anyaga a vízjég. Az óriásbolygók holdjai, a Szaturnusz gyűrűjének anyaga és az üstökösök anyaga a legismertebb vízjég azonosítások a Külső Naprendszerben.

A kondritos kis égitest fejlődéstörténete

A kis égitest fölmelegedésének első szakasza: átkristályosodás (metamorfózis)

Amikor az anyag fejlődéstörténeti képben az égitestté összeállt anyaghalmazok fejlődéstörténetét kutatjuk, akkor a meteoriteket egy másik szempontrendszer szerint kell megvizsgálnunk. Az égitestben eltöltött idő nyomait keressük meg bennük. Fokozatosan bontakozott ki az az eseménytörténeti szakaszolás, melynek nyomán a Naprendszerben töltött időszakot és a kis égitestben eltöltött időszakot jól el lehetett határolni.

Az 1960-as években megindult Hold-kutatás föllendítette a meteoritikát is. 1967-re összegződött a kondritos fejlődés vizsgálatának eredménye is. Van Schmus és Wood, cikkében a kondritokat, szövetük és kémiai változásaik alapján, átalakulási sorozatba rendezte el. A kondritos összetételű kicsi égitest lassú fölmelegedésének hatására az égitest anyaga fokozatosan átrendeződik és ez az átrendeződés figyelhető meg a kondritok szövetén. A lassú átmelegedés szilárd fázisú diffúziót eredményez, ennek számos hatása van a szövetre: fokozatosan elhalványodnak az éles peremű kondrumok, kémiai kiegyenlítődések történnek az ásványok összetételében, redox folyamatok változtatják a fémvas/oxidált vas arányt, a szövet fokozatosan átkristályosodik. (Mindezek a lépések jól tanulmányozhatók a NIPR antarktiszi meteoritgyűjtemény vékonycsiszolat készletén).

1953-ban tette közzé Urey és Craig az akkor ismert 90 kondrit kémiai összetételén végzett analízisét. Ebből az összefoglaló munkából az a diagram vált fontos anyagtérképpé, amely a vasvegyületek mennyiségét ábrázolja. A szerzőkről Urey-Craig Diagramnak (UCD) elnevezett koordinátarendszerben a függőleges tengelyre a fémvas és szulfidvas mennyiségét, a vízszintes tengelyre pedig az oxidált vas mennyiségét mérték föl. A diagramra fölvitt pontok két tartományra különültek el. Ezeket a szerzők H (nagy) és L (kicsi) vastartalmú tartománynak nevezték el.

Három évvel később, 1956-ban, Wiik finn geokémikus tette közzé vizsgálatainak eredményét. Ő 30 nagyon pontos kondritos meteorit összetétel meghatározás (több mérést maga végzett el) alapján azt találta, hogy a H-k és az L-ek két egyenesre esnek az UCD-n. A H-k 27 súlyszázalékos összvastartalmat, az L-ek 21 súlyszázalékos összvastartalmat képviseltek. E kondritos meteoritek egy jelentős része azonban nagy széntartalmú, ún. szenes kondrit volt. Wiik nem sorolta be őket a H csoportba, hanem leválasztotta őket és a C jelű szenes kondritokat 3 részcsoportba különített el, az illóelem tartalom szerint. Később Friderickson és Keil az L csoporttól elkülönítette a kissé alacsonyabb összvastartalmú LL csoportot és külön definiálták az E (ensztatitos piroxénű) csoportot is. Így alakult ki a kondritok ötös csoportbeosztása.

A fölmelegedés hatására lezajlott szöveti átalakulások mindegyik kondrit csoportban megfigyelhetők. Ezért az összetétel (kezdeti feltétel) szerinti ensztatit (E), bronzit (H), hipersztén (L), amfoterit (LL) és szenes (C) kondrit csoportok osztályára "merőlegesen" egy másik rendező elv is kialakult a kondritos meteoritek áttekintésére, fejlődésük történetének kiolvasására. A kondritok osztályozásának ez a kétparaméteres rendszere a van Schmus-Wood táblázat, melynek petrológiai osztályai (ma petrológiai típusai) hőtörténeti fejlődési fokozatokat jelentenek.

Van Schmus-Wood

A Van Schmus - Wood sorozatok táblázata. A minták a NIPR Antarktiszi Meteoritek kőzetgyűjtemény vékonycsiszolatai alapján készült. Az E, H, L, LL, C csoportok valószínűleg különböző kezdeti feltételekkel indult égitesteket jelölnek, a számok a Van Schmus – Wood féle petrológiai osztályok, amelyek fölmelegedési fokozatokat jelölnek.

A melegedés hatására történő lassú átkristályosodás (metamorfózis) során a kondritos szövet fokozatos átalakulása figyelhető meg. A kondrumok fokozatosan elmosódott körvonalúvá válnak, majd teljesen szétfoszlanak a diffúzió hatására. Ugyancsak a hőmérséklet emelkedésével fokozódó diffúzió hatására kémiai kiegyenlítődés történik az egyes ásványok kémiai összetételében, elsősorban a mátrix és az ásványok között. A leginkább tanulmányozott folyamat az olivinek és a piroxének Fe és Mg tartalmában történő kiegyenlítődés. A van Schmus-Wood által definiált szövettani típusok sorozatának végén a még kondritos kémiai összetételű, de a kondrumokat már nem mutató, szemcsés szövet áll.

A további fölmelegedés már parciális olvadási folyamatokat indít el. Az idők során egyre több olyan - viszonylag ritka - meteoritot találtak és tanulmányoztak, amely ugyan még kondritos összetételű, de már teljesen elveszítette kondrumos szövetét. Ezeket primitív akondritoknak nevezték el. Ma ezeket tekinthetjük a kondrumos meteoritekkel indult hőtörténeti fejlődés második szakaszában a kiindulási állomásnak. (Ilyen meteoritek az acapulcoitok, lodranitok, melyekben, kis mértékben a vas megolvadását, és bazaltos komponens parciális megolvadását is megfigyelték.)

A kondritos égitest fölmelegedésének utolsó szakaszát képviselik a primitív akondritok. Egy differenciálódási előtti, még kondritos összetételű állapotot rögzítenek. Ezekből olvadnak ki a legalacsonyabb olvadáspontú összetevők: a vas és a bazalt.

A kondritos összetételű kis égitest fölmelegedésének második szakasza: parciális megolvadások, anyagátrendeződések (differenciáció)

A kis égitest köpenye: ureilit és lodranit: Leegyszerűsítve a primitív akondritokban meginduló kiolvadási folyamatokat két fő anyag távozik el belőle: a vas és vasszulfid "lefelé", a kis égitest belsőbb övei felé, és a bazaltos magma "fölfelé", a kis égitest felszínére is kiömölve. Ennek eredményeként a primitív akondritos összetételű kőzetből egy kiürült, de még mindig sok kondritos vonást őrző akondrit típus marad meg maradékanyagként, amely a kis égitest köpenyét alkothatja. Két fontos akondrit (kondritos szövet nélküli) meteorit csoportot találtak eddig: ezek az ureilitek és a lodranitok.

Az ureilitek különleges akondritok. Ősi bélyegeket és átalakulási meg átkristályosodási jegyeket is hordoznak szövetükben. Ősi bélyeg a nagy széntartalom (4 súlyszázaléknyi is lehet, s ez annyi, mint a C-I. szenes kondritoké) és az olivin-pigeonitos fő ásványi összetétel. A kondritokra jellemző vastartalom lecsökkent már bennük, tehát a vas és a szulfid összetevő többsége kifolyt már ebből a meteorit típusból. Eltávozott azonban egy alacsonyabb olvadáspontú és a bazaltokra jellemző összetételű komponens is belőlük. Ezért az ureilitek egy differenciálódott, eredetileg kondritos összetételű kis égitest köpeny-anyagának tekinthetők.

differenciálódó kondrit

A kondrumok szétbomlásáig, a szövet átkristályosodásáig eljutott kondritos anyag (primitív akondrit) differenciálódni kezd. A vas és a vasszulfid összetevők a kis égitest mélyebb rétegei felé (pallazitok, vasmeteoritok), a nátriumban és kalciumban gazdag összetevők bazaltos parciális olvadékai a kis égitest felszíne felé (bazaltos akondritok) vándorolnak (migrálnak). A visszamaradó ásványtársulások a földi felsőköpenyt alkotó peridotitokhoz hasonlóak (ureilitek, lodranitok). Ezeket a meteoriteket égitestmetszetre rendezve mutatjuk be.

Jellegzetes az ureilitek szövetében az, hogy a nagy méretű olivin és piroxén ásványokat fekete perem határolja. Az ásványok közötti hézagokat szén, fémes vasnikkel és vasszulfid tölti ki. Olyan egy ureilites szövet, mintha ólomkeretes üvegablakot látnánk szabálytalan poligonokkal kitöltve. A szén főleg grafit, amely kissé redukálta is az ásványok peremvidékét, s ennek hatására parányi vasszemcsék váltak ki az olivin és piroxén ásványok peremén. Ez a fémkiválási zóna szintén hozzájárul az ásványokat övező "ólomkeretes" peremekhez a szöveti képben.

A kis égitest magja: vasmeteoritek és pallazitok: A viszonylag gyakori vasmeteoritek utaltak már arra korábban is, hogy a vas megolvadt és kifolyt az eredetileg kondritos kőzetből jó néhány kis égitesten. Ugyancsak külön meteorit típusként számon tartottak bazaltos akondritokat is, melyek a bazaltot alkotó ásványokból (piroxén és földpát) állnak, s e két típus szépen beleillik abba a folyamatsorba, amit a kondritos égitest fejlődéstörténetének középső szakaszából le is lehet vezetni. A primitív akondritos összetételű égitestben a vas lefelé folyik ki és létrehozza a kis égitest magját, a kisebb sűrűségű bazaltos parciális olvadék pedig az égitest felszíne felé távozik, létrehozva annak a kérgét. Jelenleg egy nagyobb kisbolygót ismerünk bazaltos színképű felszínnel és ez a Vesta kisbolygó. Van azonban számos kicsiny, kilométeres - 10 kilométeres méretű töredék égitest ilyen a kisbolygó övben. Ezek az átalakulási termékek is tanulmányozhatók a NIPR antarktiszi meteoritgyűjteményének vékonycsiszolatain.

A pallazitok olyan kő-vas meteoritok, melyekben több a fémes összetevő, mint a szilikátos. A vasnikkel fázis folytonos mátrixot alkot, melyben olivin (s néha piroxén) kristályok helyezkednek el. Vékonycsiszolatban a fémes fázis átlátszatlan (opak), s ezért a beágyazott, (fémmel körbevett) szilikátok jól megfigyelhetők. A szilikát ásványok lehetnek lekerekítettek, máskor pedig kristálylapokkal határoltak, vagy éles töréses pereműek. Metszetben az is megfigyelhető a fémes fázison, hogy kisebb nagyobb vasszulfid tartományok szintén be vannak ágyazva a fémes vasnikkel fázisba. Még olvadt állapotában ez a két fázis, a vasnikkel és a vasszulfid, egymással nem elegyedő (nem keveredő) olvadékot képez. A vasszulfid színe sárgásabb, a vasnikkel fázisé ezüstszürke. A fémes fázisok színkülönbségét még inkább előhozza az étetésnek nevezett eljárás. Ennek során savval maratják meg a lecsiszolt fémes felületet.

A láthatóvá vált fémes szövetszerkezetnek a vasnikkel fázis esetén külön nevet is adtak. Widmannstadten mintázatnak nevezik első leírójának nevéről. A nikkeldús fázis a gamma vas, taenit, (kohászati nevén austenit), melynek kristályrácsát laponcentrált köbös elemi cellák alkotják. A nikkelszegény fázis az alfa vas, kamacit, melynek kristályrácsát tércentrált köbös elemi cellák alkotják. Lehűlés és lassú kristályosodás során oktaéder lapok szerint elrendeződő lemezek alakjában válik ki az alfa vas, peremén pedig a gamma vas, s ez a mintázat jelenik meg különböző irányú térmetszetekben a levágott és lecsiszolt vasmeteorit felületeken. Minél nagyobb a nikkel tartalom, annál vékonyabbak az alfa vas rétegek.

kondritos égitest fejlődésetörténete

Összefoglaló áttekintés a kondritos kis égitest fejlődéstörténetéről. A kondritok és a különféle, kondritos eredetű differenciálódott meteoritek egy kis égitest fejlődéstörténetének egymás után következő időszakaiban alakultak ki. A kis égitestről időrendben megrajzolt metszeteken egy hosszú anyagátalakulási eseménysor láncszemeit alkotják e kőzetek, melyekből fölvázolhatjuk a kis égitest fokozatosan kialakuló réteges szerkezetét is.

A kis égitest kérge: bazaltos akondritok: A bazaltos akondrit elnevezéssel a kőmeteoritek köréből származó néhány magmás szövetű kőzettípust jelölnek. Egy fejlett és differenciálódott kis égitest kérgének a kőzetszilánkjai ezek. De tisztán magmás szövete csak az eukrit-howardit-diogenit sorozat szélső tagjainak van, s persze ugyanezek előfordulnak breccsás szövettel is. (A Howardit, Eukrit Diogenit név betűszóvá olvasásával HED meteoritoknak is nevezik őket.) Ásványtani szempontból ezek a kőzetek piroxénből és földpátból állnak. A diogenitek esetében a piroxén Mg-gazdag rombospiroxén, (szövete újrakristályosodott szemcsés szövet). A másik szélső tag, az eukrit esetében ezek az ásványok pigeonit+plagioklász. A howarditok átmeneti breccsás kőzettípust képeznek az eukritek és a diogenitek között. A diogenit-howardit-eukrit sorozat kémiai összetétel szempontjából sokmindenben hasonlít a földi komatiit-pikrit-modern kori tholeiites bazalt sorozatra (például a sorozat kőzeteiben fokozatosan csökken a magnézium mennyisége, s ezzel párhuzamosan a sziliciumdioxid tartalom fokozatosan növekszik). Ez arra is utalhat, hogy a kis égitesten fölgyorsítva játszódott le egy olyan folyamat, amit a Földön is megfigyelhetünk. Kezdetben, a vékony kéreg esetén, nagy Mg-tartalmú lávák (komatiitok, vagy hozzá hasonló nagy Mg- tartalmú lávák) ömlenek a felszínre, majd a kéreg fokozatos vastagodása miatt az egyre kisebb Mg-tartalmúak érik már csak el a felszínt.

A meteoritok szövetében megfigyelhető jelenségek: A kondritok forráshelyéül szolgáló égitesteken a termikus fejlődéstörténet következő szakaszaira következtethetünk a NIPR 30 vékonycsiszolatból álló mintagyűjteményében is megfigyelhető kondritos szöveti jegyek alapján.

1) kezdeti kondritos állapotok, ősi szövet, fölmelegedésre utaló nyomok nélkül,

2) a fölmelegedés megkezdődik és ennek hatására a kondrumok körvonalai elhalványodnak, a szövetszerkezet átalakul,

3) a fölmelegedés hatására széndiffúzió (ureilitben) és vasredukció (szemcseeloszlás változásban),

4) további fölmelegedés hatására a szilikátok szövetének átalakulása diffúzióval,

5) még további fölmelegedés hatására primitív akondritos szövet fejlődik ki,

6) még további fölmelegedés hatására vasmegolvadási termékek jelennek meg (pallazit),

7) parciális olvadás nyomán bazaltos akondritok (diogenit, howardit, eukrit) keletkeznek.

Összefoglalás (2. rész)

A kozmikus anyagok vizsgálata jelentősen kiterjedt az elmúlt fél évszázadban. Az űrkutatás arra törekszik, hogy anyagokat gyűjtsön más égitestekről és a kozmikus anyagok vizsgálatához, mert az égitestekre és a kozmikus környezet anyagaira vonatkozó kutatások a leggyorsabban fejlődő vizsgálati területek közé tartoznak. Most a kisbolygókról származó meteoritokat vizsgáltuk.

            A meteoritokat egy elképzelt Földnél kisebb kicsi égitest töredékeinek értelmezhetjük. A kondritos kisbolygó a Naprendszer ősi anyagából jött létre. Kicsi méreténél fogva csak néhány kis méretű kondritos égitest tudta megőrizni az ősi anyagokat, mert kis mérete folytán rövid ideig tartott benne az a fölmelegedés, amit a rövid felezési idejű radioaktív elemek hoztak létre benne.

            A kissé nagyobb kisbolygónak is csak néhány millió éves fölmelegedési idő állt rendelkezésére. De ezalatt égitestünk olyan fejlődési állomásokon ment végig, amelyek előbb fokozatosan átalakították majd kismértékben szét is válogatták az ősi kondritos anyagegyüttest és sűrűségük szerint övekre is tagolta:

 A bolygótestek anyagából kiolvasható fejlődéstörténeti epizódokat a legnagyobb kőzetbolygónak, a Földnek a komplex története koronázza meg, ahol a leghosszabb ideig tartó és legváltozatosabb bolygófejlődési történeti szakaszt láthatjuk működni a lemeztektonika formájában.