Analyse der elementaren Zusammensetzung von extraterrestrischen Proben mithilfe der Instrumentellen Neutronenaktivierungsanalyse am Forschungsreaktor FRM II

Abstract

In the present work, meteorites of dierent origins were analyzed for their elemental composition. These were one Martian (North-West-Africa 4925), one Lunar (NWA 7986), one Iron (Gibeon/Namibia, 1838) and 3 HED meteorites (Dhofar 1675, NWA 2690, NWA 2698). They all belong to the group of Achondrites. In addition, three common Chondrites – found in Germany (Cloppenburg, Oldenburg and Benthullen) – were analyzed. The analysis was performed using Instrumental Neutron Activation Analysis (INAA) at the Research Reactor Munich II (FRM II). After the samples were activated with neutrons, the mass fractions of most elements were determined by γ-spectroscopy. This method allows to examine the mass fraction down to the ng/g range. By that even trace elements in the samples could be analyzed. A clear dierence was found between Chondrites and Achondrites. While the ordinary Chondrites showed a high similarity to the element distribution in the early solar system, the Achondrites showed a clear differentiation of heavy and light elements. The reason for this difference is most likely the formation of a nucleus in the mother body of the Achondrites. In addition, it was found that many of the samples had a high Ba concentration, which probably resulted from weathering effects on Earth. It is also noticeable that in the Martian meteorite sample NWA 4925 a relatively high Cr mass fraction was measured compared to the already described Martian meteorite Ksar Ghilane 002. In addition, it turned out that the REE (Rare Earth Elements) contents in the lunar meteorite NWA 7986 showed a high degree of agreement with the mean values of the REE in Earth’s crust. This finding is in line with the common model of the moon formation by the collision of a protoplanet with the Earth. However, it cannot be ruled out that the mass fraction of REE in the lunar meteorite NWA 7986 was influenced by weathering on Earth.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurden Meteoriten unterschiedlichen Ursprungs auf ihre elementare Zusammensetzung hin untersucht. Dabei handelte es sich um einen Mars- (North-West-Africa 4925), einen Mond- (NWA 7986), einen Eisen- (Gibeon/Namibia, 1838), sowie 3 HED-Meteorite (Dhofar 1675, NWA 2690, NWA 2698). Diese gehören alle zur Gruppe der Achondriten. Auÿerdem wurden drei in Deutschland gefundene gewöhnliche Chondrite (Cloppenburg, Oldenburg und Benthullen) analysiert. Die Analyse der elementaren Massenanteile erfolgte mithilfe der Instrumentellen Neutronenaktivierungsanalyse (INAA) am Forschungsreaktor München II (FRM II). Nachdem die Proben aktiviert wurden, konnten die Massenanteile der meisten Elemente mithilfe der γ-Spektroskopie bestimmt werden. Diese Methode erlaubte die Untersuchung der Massenanteile bis in den ng{g Bereich, wodurch sogar Spurenelemente in den Proben detektiert werden konnten. Ein klarer Unterschied konnte zwischen Chondriten und Achondriten festgestellt werden. Während die gewöhnlichen Chondrite eine hohe Ähnlichkeit zur Elementverteilung im frühen Sonnensystem aufwiesen, war bei den Achondriten eine klare Differenzierung von schweren und leichten Elementen zu erkennen. Die Ursache dafür ist sehr wahrscheinlich die Ausbildung eines Kerns im Mutterkörper der Achondriten. Außerdem konnte festgestellt werden, dass viele der Proben eine hohe Ba-Konzentration aufwiesen, welche wahrscheinlich ein Resultat der Verwitterungseffekte auf der Erde ist. Auffällig war zudem, dass in der Probe des Marsmeteoriten NWA 4925 im Vergleich zu dem bereits bekannten Marsmeteorit Ksar Ghilane 002 ein relativ hoher Cr-Massenanteil gemessen wurde. Außerdem war zu erkennen, dass die Gehalte an Metallen der Seltenen Erden (REE bedeutet „Rare Earth Elements“) im Mondmeteoriten NWA 7986 eine große Übereinstimmung zu den Durchschnittswerten der REE in der Erdhülle aufzeigten. Dieser Befund passt in das gängige Modell der Entstehung des Mondes durch die Kollision eines Protoplaneten mit der Erde. Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Massenanteile von REE im Mondmeteoriten NWA 7986 ebenfalls durch Verwitterung auf der Erde beeinflusst worden sind.