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Abb. 2. Rasterelektronenmikroskopische Abbildung der
Feinstrahl-Ionenpräpration eines winzigen Staubkorns das im
Rahmen der japanischen Hayabusa-Raummission
vom Asteroiden Itokawa zur Erde gebracht wurde.
Abbildung: Dennis Harries
Im Jahr 2005 landete die Raumsonde „Hayabusa“ der Japa-
nischen Weltraumbehörde JAXA auf dem erdnahen Astero-
iden 25143 Itokawa und brachte nach 5-jährigem Rückflug
staubkorngroße Proben von dessen Oberfläche zur Erde
zurück. Ziel der Mission war es, die Entstehung dieser Ur-
körper und das auf der Erde unbekannte Phänomen der
Raumverwitterung zu untersuchen. Bei der Raumverwitte-
rung handelt es um eine Schädigung von Mineraloberflä-
chen durch den Sonnenwind und Mikroeinschläge.
Mittels Ionenstrahlpräparation und Transmissionselekt-
ronenmikroskopie wurden die mineralogische Zusammen-
setzung und Struktur der winzigen Staubkörner bestimmt
(Abb. 2 und Abb. 3). Auf ihren Oberflächen konnten Mikro-
Verwitterung im Weltraum und die Hayabusa-Mission zum Asteroiden Itokawa
krater, amorphe Oberflächenschichten und nanokristalline
Phasen als Zeugnisse der Raumverwitterung nachgewiesen
werden. Diese Daten sind für die Interpretation von Fern-
beobachtungsdaten von großer Relevanz und helfen, die
dynamische Entwicklung der Umlaufbahnen von Asteroi-
den und ihre Einschlagswahrscheinlichkeiten besser zu
verstehen.
[2] Langenhorst F., Harries D., Pollok K., van Aken P.A. (2014): Mineralogy
and defect microstructure of an olivine-dominated Itokawa dust particle:
evidence for shock metamorphism, collisional fragmentation, and LL
chondrite origin. Earth, Planets and Space, 66. DOI:10.1186/1880-5981-66-
118.
[3] Harries D., Langenhorst F. (2014): The mineralogy and space weathering
of a regolith grain from 25143 Itokawa and the possibility of annealed solar
wind damage. Earth, Planets and Space, 66. DOI:10.1186/s40623-014-0163-1.
Als einziger Planet unseres Sonnensystems weist die Erde
ein Mosaik aus Lithosphärenplatten auf, die sich gegenei-
nander verschieben und dabei Gebirge sowie mittelozea-
nische Rücken entstehen lassen. Die Ursache für diese
Plattenbewegungen liegt in Prozessen im tief gelegenen
Erdmantel, in dem festen Gesteine in Form von Konvekti-
onswalzen zirkulieren. Wichtige Antriebsmotoren für das
Abtauchen von ozeanischen Platten in den Erdmantel
sind Phasenumwandlungen. Die Geschwindigkeit dieser
Umwandlungen hängt dabei von der Diffusion der chemi-
schen Elemente zwischen den Hauptmineralen der abtau-
chenden Ozeanplatte ab.
FORSCHUNG — 107
Stau im Erdmantel
Abb. 3. An einem Transmissionselektronenmikrop aufge-
nommene Elementverteilungskarte von Mineralkörnern im
Inneren eines Staubkorns vom Asteroiden Itokawa. Das Bild zeigt
zwei intermetallische Fe,Ni-Phasen (grün: Tetrataenit, blau:
Taenit) und ein Phosphat (rot: Merrillit). Abbildung: Dennis Harries
Anhand von Hochdruckexperimenten konnten wir
zeigen, dass die Diffusion von Elementen zwischen den
Mineralen Pyroxen und Granat unter den vorherrschenden
Druck- und Temperaturverhältnissen extrem verlangsamt
ist. Bei ca. 1 mm großen Mineralkörner bräuchte man rund
100 Millionen Jahre für einen kompletten Elementaus-
tausch. Die verlangsamte Diffusion erklärt die bislang un-
verstandene Stagnation von abtauchenden Platten in Tie-
fen von 410 bis 650 km.
[4] Van Mierlo W., Langenhorst F., Frost D.J., Rubie D.C. (2013): Stagnation
of subducting slabs in the transition zone due to slow diffusion in the majo-
ritic garnet. Nature Geoscience, 6. DOI: 10.1038/NGEO1772.