ezetés a kőzettanba 2

Bevezetés ezetés a kőzettanba 2. Földtudományi BSc szak Dr. Harangi Szabolcs tanszékvezető egyetemi tanár ELTE FFI Kőzettan-Geokémiai Tanszék 0-502 szoba, e-mail: szabolcs.harangi@geology.elte.hu geology.elte.hu 2009. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 1/75 Bevezetés ezetés a kőzettanba - tematika 1. Mi a kőzet? Milyen információk bújnak meg a kőzetekben? Hogyan vizsgálhatók a kőzetek? Legfontosabb kőzettípusok Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 2/75 1

Bevezetés ezetés a kőzettanba - tematika 2. Mióta vannak kőzetek? A Naprendszer kőzetei - meteoritok A Föld kialakulása Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 3/75 Meteoritok - definíció Meteorit: Földön kívüli ( extraterresztrikus ) anyagból származó szilárd kőzettest, ami behatol a Föld légkörébe és eléri a Föld felszínét Többségük aszteoridákból származik, de vannak meteorit darabok a Marsról és a Holdról is! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 4/75 2

Meteoritok - definíció Aszteroida öv: A Mars és a Jupiter keringési pályája között helyezkedik el. A Jupiter gravitációs vonzása miatt néhány aszteroida (Apollo aszteroidák) elliptikus pályára kerül, ami keresztezheti a Föld keringési pályáját. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 5/75 Meteoritok Elsődleges osztályozás: 1. Hullott (falls) megfigyelt meteorit hullásból származó darabok 2. Talált (finds) a meteorit hullásról nincs megfigyelés Hol található a legtöbb meteorit? Antarktisz és Szahara! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 6/75 3

Meteoritok - eloszlás Dar Al Gani meteorit: a Földön talált az egyik legnagyobb tömegű szenes kondrit (össztömeg:: 180 kg) (Legnagyobb: Allende meteorit (>2000 kg)) Meteoritvadászat a Szahara sivatagában Forrás: http://www.saharamet.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 7/75 Meteoritok - eloszlás Dar Al Gani meteorit a Szaharából (Líbia) A lelet! Forrás: http://www.saharamet.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 8/75 4

Meteoritok - eloszlás Dar Al Gani meteorit a Szaharából (Líbia) 95 kilónyi meteorit a sivatag homokjában! Forrás: http://www.saharamet.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 9/75 Meteoritok - eloszlás Dar Al Gani meteorit a Szaharából (Líbia) A szerteszét heverő meteorit darabok olykor pontosan összeilleszthetők! Az összeillesztet meteorit tömege 15,5 kg! Forrás: http://www.saharamet.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 10/75 5

Meteoritok - osztályozás Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 11/75 Meteoritok - osztályozás E = Ensztatit H = High Iron L = Low iron LL = Low iron + Low other metals C = Carbonaceous Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 12/75 6

Meteoritok - eloszlás Meteorit típus Hullott (%) Talált (%) Antarktisz Szahara Szenes kondrit 4.6 2.7 2.5 Közönséges kondrit 80 87.9 94.3 Ensztatit kondrit 1.6 0.7 1 Akondrit 7.9 5.8 0.3 Kő-vas meteorit 1.1 0.7 1 Vasmeteorit 4.8 2.2 0.6 Bishop és Geiger (1995) nyomán Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 13/75 Meteoritok - osztályozás Elsődleges osztályozás alapja: Teljes kőzet kémiai összetétel Kőzetszövet Nem differenciált (primitív) meteoritok: Összetételük hasonlít a Nap fotoszférájának összetételéhez, koruk 4,5 milliárd év. Ezért feltételezik, hogy ezek a kőzetdarabok a Naprendszer legősibb képződményei, amelyek a napköd anyagából képződtek, abból az anyagból, amiből a Föld is kialakult. Vizsgálatukkal bepillanthatunk a Naprendszer és a bolygók kialakulásának folyamataiba. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 14/75 7

Meteoritok - osztályozás Elsődleges osztályozás alapja: Teljes kőzet kémiai összetétel Kőzetszövet 1. Nem differenciált (primitív) meteoritok 2. Differenciált meteoritok: Olyan égitestekből származnak, amelyek fejlődésük során részleges olvadáson mentek keresztül és különböző összetételű egységekre (fémes, szilikátos) különültek el. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 15/75 Meteoritok - osztályozás További osztályozás alapja: oxigénizotóp összetétel kémiai összetétel ásványtani jellemzők kőzettani jellemzők Csoportok (groups) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 16/75 8

Meteoritok - osztályozás Kondritok Olyan meteoritok, amelyek kerekded alakú, mm nagyságú szilikátos kondrumokat tartalmaznak A Naprendszer legidősebb kőzetei (4,567 milliárd évesek) Összetételük ultramafikus, fő alkotójuk a Fe, Mg, Si és O A leggyakoribb meteorit típus CO kondrit sok kondrummal, ami mellett fémes vas-nikkel ötvözet is látható Forrás: http://www.saharamet.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 17/75 Meteoritok - osztályozás Kondritok további osztályozás 14 csoport, ami három fő osztályba sorolható 1. Szenes kondritok 2. Közönséges kondritok 3. Ensztatit kondritok Fő ásványfázisok: Olivin Ortopiroxén Klinopiroxén Földpát Fe-Ni ötvözet (kamacit, taenit) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 18/75 9

Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Felépítésük: - Kondrumok (kivéve a CI kondritok!) - Fe-Ni fémötvözet - refraktórikus Ca-Al-gazdag zárványok (CAI) - amőba-alakú olivin aggregátumok (AOA) - finomszemcsés alapanyag - 1,5-6% szenet tartalmazhatnak CV kondrit az Allende meteorit Forrás: http://www.meteorlab.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 19/75 Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Kondrumok: magmás gömböcskék, amelyek hirtelen kristályosodtak ki a Naprendszer történetének kezdeti fázisában. Egyesek teljesen, mások részben olvadt állapotban voltak. Elsősorban olivinből, piroxénből állnak, ami mellett Fe-Ni fémötvözet is gyakori piroxén kristályokból álló kondrum Tűs olivin kristályokból álló kondrum Porfíros olivin kristályokból álló kondrum Forrás: http://www4.nau.edu/meteorite/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 20/75 10

Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Refraktórikus zárványok: mm-cm nagyságúak, nem tartalmaznak illó elemeket. Nagy hőmérsékletű folyamat során alakultak ki, ami kondenzációból, elpárolgásból és olvadásból állt. Két típus: CAI (Ca-Al zárványok), amelyek spinel, melilit, hibonit, perovszkit és Al-Ti diopszid ásványokból áll AOA (amőba-alakú olivin aggregátumok), amelyek finomszemcsés olivinből, Fe- Ni ötvözetből, továbbá refraktórikus komponensekből, mint pl. diopszidból, anortitból, spinelből és melilitből állnak. CAI az Efremovka meteoritból (röntgenkép) A PCA 91082 meteorit röntgenképe: a vörös Mg, a zöld Ca, a kék Al. Jól felismerhetők a kondrumok és a CAI Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 21/75 Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Refraktórikus zárványok: CV meteoritok röntgenképe: a vörös Mg, a zöld Ca, a kék Al. Jól megfigyelhető a CAI és AOA kémiai különbözősége Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 22/75 11

Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Refraktórikus elemek Azok az elemek, amelyek 1450 o K felett kondenzálódnak: pl. Al, Ca, Ti, ritkaföldfémek, platinafémek. 1450-1350 o K hőmérsékleten a Mg és Si kondenzálódik olivin és piroxén ásványok jönnek létre, a vas fémes formában vagy Fe-Ni ötvözetként jelenik meg. 1250-650 o K hőmérséklet tartományban kondenzálódnak az alkáliák és az ún. közepesen illó elemek. 650 o K alatt kondenzálódnak az ún. erősen illó elemek Korábban úgy gondolták, hogy a Naprendszer kialakulása egy homogén napködből történt csökkenő hőmérséklet melletti kondenzációval. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 23/75 Meteoritok - osztályozás Kondritok: : szenes kondritok Mátrix: változó mennyiségben lehet jelen. Aprószemcsés, jellemzően gazdag illó komponensekben. Változó ásványtartalmú, főleg víztartalmú szilikátokból (filloszilikátok), továbbá vízmentes szilikátokból, oxidokból, Fe-Ni ötvözetből, szulfidokból és szerves anyagból épül fel. Ritkán tartalmaz preszoláris szemcséket is. Összetétele arra utal, hogy nem esett át magas hőmérsékletű folyamaton, azaz olvadáson és differenciáción. Ezért ezek az anyagok tükrözik leginkább a napködben zajlott fizikai és kémiai folyamatokat. A víztartalmú ásványok arra utalnak, hogy az aszteroida erős vizes közegben végbement átalakuláson ment keresztül. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 24/75 12

Meteoritok - osztályozás Kondritok: : CI kondritok Ivuna-típusú kondritok: eddig összesen 5 darab tartozik ide Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 25/75 Meteoritok - osztályozás Kondritok: : CI kondritok Ivuna-típusú kondritok: eddig összesen 5 darab tartozik ide >99%-ban mátrixanyagból állnak, nem tartalmaznak sem kondrumot, sem CAI-t! A legprimitívebb kémiai összetételű meteorit, amelynek összetétele a Nap fotoszférájához hasonló, kivéve az erősen illó elemeket Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 26/75 13

Az Ivuna meteorit (CI kondrit) Meteoritok - kondritok A 0,7 kg tömegű meteorit a tanzániai Ivuna közelében landolt 1938 december 16-án. Korábban úgy vélték, hogy egyike azon ritka meteoritoknak, amelyek primitív extraterresztrikus ősmaradványt tartalmaz. Később ez az állítás megdőlt, azonban újabban kimutatták két egyszerű aminosav jelenlétét. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 27/75 Az Orgueil meteorit (CI kondrit) Meteoritok - kondritok A francia Orgeuil közelében 1864 május 14-én esett a Földre. Mintegy 20 darabját találták meg, amelyek össztömege 12 kg volt. Az akkori vizsgálatok már jelezték, hogy mintha szerves anyag is lenne benne. Többek között Pasteur is vizsgálta a kőzetet, óvatosan megfúrta a közepét, azonban nem talált benne mikroorganizmust. Az 1960-as években új vizsgálatok történtek, amelyek során újra fosszilizált alga-szerű képleteket véltek felismerni. 2001-ben az újravizsgálat az Ivuna meteorithoz hasonlóan egyszerű aminosavakat fedezett fel benne. Forrás: http://www.meteorlab.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 28/75 14

Az Allende meteorit (CV3 típusú kondrit) Meteoritok - kondritok CAI kondrum 1969 február 8-án csapódott a földbe a mexikói Allende közelében. Mindeddig több mint 2000 kg tömegű törmelékdarabot találtak, azaz az ismert szenes kondrit mennyiség mintegy 80%-át alkotja. A kormérések alapján az egyik legősibb kőzetdarab. A Ca-Al zárványokban (CAI) csillagközi szemcséket is találtak, amelyek a Naprendszer keletkezése előtt már léteztek. Forrás: http://www.meteorlab.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 29/75 Meteoritok - kondritok Kondritok: ensztatit kondritok Ritka meteorit típus, ami elsősorban ensztatitból (ezek főleg kondrumokban vannak) áll, a vas fém vagy szulfid formában fordul elő. Mindez arra utal, hogy az E kondritok olyan aszteroidákból származnak, amelyek O-szegény környezetben voltak (Merkur pályáján?). A kanadai Abee közelében talált E kondrit az egyik legkülönlegesebb a meteoritgyűjteményben. Kisebb-nagyobb törmelékdarabokból áll (breccsa), amelyek szegélyén fémes vas van. Újabban, a breccsás szerkezetet becsapódási olvadási folyamattal magyarázzák. Ez az egyetlen ilyen példány a Földön! Abee kondrit Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 30/75 15

Meteoritok - osztályozás Akondritok Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 31/75 Meteoritok - osztályozás Akondritok Olyan meteoritok, amelyek definíció szerint nem tartalmaznak kondrumot. Kevesebb a fémes Fe tartalmuk is, kisebb mennyiségben fordul elő víz-tartalmú ásvány az alapanyagban és nincsen bennük szén. Kialakulásuk: kondritos anyagokból különböző mértékű olvadási, majd frakciónációs folyamattal. 2 fő típus (olvadás mértéke szerint): 1. Primitív akondritok Kémiai összetételük kondritos, de kőzetszövetük magmás vagy metamorf jellegű 2. Differenciált akondritok Erőteljes olvadási és differenciálódási folyamaton mentek keresztül, némileg hasonlóak a földi magmás kőzetekhez. A bazaltos összetételű eukriteket például sokan embrionális bolygókezdemények kéreganyagának tartják. Némelyikük ütközés nyomát viseli, a howarditok jellemzően breccsás szerkezetűek Ide tartoznak a Marsról és a Holdról származó meteoritok is! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 32/75 16

Meteoritok - osztályozás Primitív akondritok Primitív akondritok jellemző mikroszkópos képe: a kőzetszövet magmás kőzetekre emlékeztet Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 33/75 Meteoritok - osztályozás Differenciált akondritok Differenciált akondritok jellemző mikroszkópos képe: a kőzetszövet magmás kőzetekre emlékeztet Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 34/75 17

Meteoritok - osztályozás Akondritok: : SNC meteoritok Ezek a Marsról származó meteoritok (SNC: Shergottites, Nakhlites, Chassignite), amelyek egy meteorit becsapódás következtében kerülhettek az űrbe. Koruk jóval fiatalabb, mint a meteoritok többsége: 1,3 milliárd év Kőzetszövetük magmás folyamatot tükröz (pl. ásványkumulátumok jelenléte). Összetételük bazaltos és ultrabázisos (lherzolitos( lherzolitos), az egyetlen Chassignite pedig dunites,, azaz alapvetően olivinből áll. A kőzetekbe talált Ar és N gáz aránya megegyezik a Viking űrszonda Marson mért értékeivel, ami alapján feltételezik onnan való származásukat Egy kőzetdarab a Marsról: a Nakhla meteorit (piroxén ásványkumulátum, ami magmás differenciáció során jöhetett létre) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 35/75 Meteoritok - osztályozás Akondritok: : SNC meteoritok A Chassigny meteorit több mint 90%-ban olivinből áll Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 36/75 18

Meteoritok - osztályozás Akondritok: : Marsi meteoritok az ALH84001 meteorit Ez az Antarktiszon (Allan hegyen) meteorit némileg eltér az SNC meteoritoktól. Kora 4,5 milliárd év, feltehetően a Mars ősi kérgének darabja lehet. 96%-ban ortopiroxénből áll. 1996-ban nagy port vert fel az a bejelentés, hogy a kőzetben nanofossziliákat találtak, ami a marsi életről tanúskodhat, azonban többen megkérdőjelezik ezek jelenlétét. Ugyanakkor mások a víz korai jelenlétét vázolták fel a Marson a meteoritban végzett nemesgáz (jód, xenon izotópok) vizsgálatok alapján. Az ALH84001 meteorit ortopiroxenit, ami karbonátot is tartalmaz (jobboldali kép) Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 37/75 Meteoritok - osztályozás Akondritok: Marsi meteoritok az ALH84001 meteorit Az ALH84001 meteorit kőzetének feltételezett keletkezési módja Forrás: //www.psrd.hawaii.edu/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 38/75 19

Meteoritok - osztályozás Vasmeteoritok Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 39/75 Meteoritok - osztályozás Vasmeteoritok Több mint 90%-ban vasból állnak, ami mellett még nikkel a jellemző komponens. Kialakulásuk oka feltehetően magmás differenciációs folyamat, amelynek során a nehéz vas és nikkel frakcionálódik a szilikát fázistól és a differenciált aszteroidák magjába süllyed. A fémes fázis jellegzetes képet rajzol ki a vasmeteoritok vágott felületén, amit Widmanstätten tten mintázatnak nak neveznek. Ez a mintázat a szabályos α Fe- Ni ötvözet (kamacit( kamacit) ) és a nagy Ni-tartalmú területek (tetragonális és szabályos Fe-Ni ötvözetek; taenit) ) összenövéséből származik. A kamacit vékony lamellákat formál, sokszor oktaéder lapok szerint (oktehedrit). A tisztán kamacit tartalmú vasmeteoritokban (Ni<6%) nem jelenik meg a Widmanstätten tten mintázat, ezeket a kamacit szerkezetéből hexahedritnek nevezik A kamacit-taenit taenit szételegyedés lassú hűlésre utal, ami legalább 70 km sugarú vas-gazdag testet feltételez. A kémiai összetétel (pl. Ni vs. Ir vagy Ge tartalom) alapján 13 csoportot különböztetnek meg. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 40/75 20

Meteoritok - osztályozás Vasmeteoritok Hexahedrit Nevét a szabályos kamacit (α Ni-Fe) kristályról kapta Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 41/75 Meteoritok - osztályozás Vasmeteoritok Oktahedrit Jellegzetes vékonyszálú Widmanstätten tten mintázat Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 42/75 21

Meteoritok - osztályozás Kő-vasmeteoritok Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 43/75 Meteoritok - osztályozás Kő-vasmeteoritok Közel egyenlő mennyiségben tartalmaz szilikát fázist (olivin( olivin), Fe-Ni fémötvözetet (kamacit( kamacit-taenittaenit összenövés) és troilitet (FeS) ezt a meteorit típust pallazitnak nevezik. A kőzet szövete arra utal, hogy a fémes fázis olvadt állapotban volt, amikor keveredett a szilikátos anyaggal. Egy lehetséges magyarázat, hogy két differenciált aszteroida ütközött egymással, amelynek során az egyik olvadt magja keveredett a másik szilárd köpenyanyagával. A meteoritok kora 4,5 milliárd év, azaz a fémes mag elkülönülése a Naprendszer fejlődésében egy korai folyamat lehetett. Pallazit: olivin szemcsék ülnek Fe-Ni fémötvözetben Forrás: Treatise of Geochemistry Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 44/75 22

Meteoritok: : Magyarországi leletek Forrás: http://www.nhmus.hu/kutatas/adatbazisok/meteorit/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 45/75 Meteoritok: : Magyarországi leletek JELMAGYARÁZAT Vörös jel: megfigyelt hullás Zöld jel: meteoritlelet ismeretlen hullásból kőmeteorit vasmeteorit ismeretlen nincs fellelhető példány példány(ok) más gyűjtemény(ek)ben példány(ok) az MTM-ben Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 46/75 23

Meteoritok: : Magyarországi leletek Kaba (1857): CV szenes kondrit Jellegzetes olvadási barázdák a meteorit felszínén A kabai meteorit röntgenképe Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 47/75 Meteoritok: : Magyarországi leletek Knyahinya/Csillagfalva (1866): közönséges kondrit A lehullott kődarabok számát 1200-ra becsülik Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 48/75 24

Mocs (1883): közönséges kondrit Meteoritok: : Magyarországi leletek Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 49/75 Meteoritok: : Magyarországi leletek Kaposfüred (1995): vasmeteorit (IVA) A legutóbbi (1995 május 7) ismert meteorit becsapódás kőzete. A jellemző Widmanstätten mintázat, a 7.8% Nitartalom alapján IVA típusú oktahedrit vasmeteorit Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 50/75 25

Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Legősibb kőzetek, amelyek a Naprendszer kialakulásának kezdetén jöttek létre Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 51/75 Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Primitív meteoritok összetétele tükrözi azt az anyagot, amiből a bolygók, pl. a Föld képződött. Differenciált meteoritok információt adnak a föld-típusú bolygók kialakulásáról, a kezdeti folyamatokról Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 52/75 26

Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Mi történt a Naprendszer kialakulásának hajnalán? Mi okozhatta a Naprendszer kialakulását? Mennyi idő alatt történt ez az esemény? CA zárványok (CAI) tartalmaznak darabokat a protoszoláris csillagközi anyagból! Rövid felezési idejű izotópok jelenléte a kondrumokban és a CA-zárványokban! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 53/75 Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Rövid felezési idejű izotópok jelenlétének jelentősége CAI és kondrumok olyan izotópokat tartalmaznak, amelyek 4,6 milliárd éve rövid felezési idejű izotópok radioaktív bomlása során jöttek létre. Pl. 26 Al 26 Mg, 60 Fe 60 Ni, 41 Ca 41 K Az 26 Al felezési ideje 740000 év, azaz már rég lebomlott. Azonban a primitív meteoritokban többlet mennyiségben van jelen 26 Mg izotóp, amiből visszaszámolható az egykori 26 Al/ 27 Al izotóparány. A különböző 26 Al/ 27 Al izotóparány a kondrumokban és CA zárványokban arra utal, hogy ezek különböző időben alakultak ki (relatív kronométer) a számítások szerint a kondrumok a CA zárványok képződését követően mintegy 1-3 millió évvel később alakultak ki. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 54/75 27

Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Rövid felezési idejű izotópok jelenlétének jelentősége E rövid felezési idejű izotópok tehát már léteztek a Naprendszer keletkezése előtt, egyedüli forrásuk a 26 Al és 60 Fe arány alapján - feltehetően szupernova robbanás lehetett nem sokkal a Naprendszer képződése előtt! Mindezek alapján a csillagközi anyag gravitációs összehúzódása néhány tízezer évvel ezen izotópok keletkezését követően történt! A rövid felezési idejű izotópok bomlása jelentékeny hőtermeléssel is járt, ami megolvaszthatta a kis aszteroida testeket (kondrumok és CAI) Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 55/75 Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Kondrumok és CAI miért olvadtak meg? Kőzetszövet alapján olvadt cseppekből jöhettek létre, a hűlés nagyon gyors lehetett néhány óra vagy akár néhány perc. A kondrumok kb. 25%-a többször is olvadt állapotba kerülhetett. Közepesen illó elemek jelenléte arra utal, hogy a kondrumok anyaga viszonylag alacsony hőmérsékletű térségben lehetett (T<650 o K), valószínűleg egy protoplanetáris por- és gázfelhőben. Olvadás oka: valószínűleg villámlás vagy nyomáshullám miatt, ami a porfelhő gravitációs instabilitásából származhatott CAI: kisebb mennyiségben van jelen. Valószínűleg hosszabb ideig olvadt állapotban lehetett, mint a kondrumok és viszonylag lassabban hűlhettek le. Az azonos izotópösszetétel arra utal, hogy azonos helyen keletkezhettek. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 56/75 28

Föld kialakulása Mit üzennek a meteoritok? Kondritok és differenciált meteoritok kialakulása A kondritok mátrixa illóban gazdag, nem utal arra, hogy valamikor is olvadt állapotban volt. Az illótartalom azt jelzi, hogy alacsony hőmérsékletű területről származik. A kondritok anyaga tehát különböző helyeken képződött anyagokból állt össze. Az akkréció esetenként olyan hőmérséklet emelkedéssel járt, hogy az égitestek anyaga megolvadt, amelyben elkülönült egy fémes mag. Kezd tehát összeállni a Naprendszer kezdeti története és a Föld kialakulásának folyamata! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 57/75 Föld kialakulása A Naprendszer csillagközi molekuláris felhő gravitációs összeomlásával keletkezhetett 4.6 milliárd éve. A gravitációs instabilitás oka: feltehetően egy közeli szupernova robbanás nyomáshulláma, ami forgásra és összehúzódásra késztette a csillagközi anyagot, valamint nehéz elemeket juttatott bele. Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 58/75 29

Föld kialakulása A csillagközi felhő összehúzódása megemelte a hőmérsékletet a központi részen, ami magfúziós folyamatot indított el és ezzel kialakult az Ős-Nap. Az Ős-Nap körüli gáz- és porfelhő a növekvő forgási sebesség miatt diszkosz-szerűen szétlapult. Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 59/75 Föld kialakulása A lapult porfelhő idővel gyűrűkre szakadozik, amelyben véletlenszerű ütközések és összetapadások révén kisebb-nagyobb gravitációs centrumok jönnek létre, ezeket planetezimáloknak (bolygócsíráknak) nevezzük. Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 60/75 30

Föld kialakulása A planetezimálok összeütközése és összeforrása során egyre nagyobb testek jönnek létre planetáris akkréció időszaka Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 61/75 Föld kialakulása Föld akkréciója: két eltérő model! 1. Homogén akkréció 2. Heterogén akkréció Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 62/75 31

Föld kialakulása Föld akkréciója: két eltérő model! 1. Homogén akkréció A Föld egy hideg, homogén anyagból alakult ki, ami később az akkréció és a rövid felezési idejű izotópok bomlása miatti hőmérséklet emelkedés következtében megolvadt, ami elősegítette a belső differenciációt. A modellből következik, hogy a teljes Föld összetétele kondritos. Probléma: a szenes meteoritokban a vas részben oxidált állapotban van, azaz egy jelentős redukciós folyamat szükséges, hogy a vas fémes állapotba kerüljön ez valószínűtlen! Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 63/75 Föld kialakulása Föld akkréciója: két eltérő model! 2. Heterogén akkréció Az akkréció a Naprendszer kialakulását követően viszonylag gyorsan elkezdődik. Az összeálló anyagok sorrendje nagyjából követi a kondenzációs sort (refraktórikus illó elemek) A Föld mintegy 85%-a (ős-föld) a Naptól kb. 1 AU (kb. 150 millió km) távolságban jött létre egy illószegény és redukált jellegű anyagból A későbbi differenciáció homogenizálta a heterogén anyagegyüttest A földi anyag fennmaradó része meteoritbecsapódások során keletkezett. A becsapódó égitestek illógazdagok voltak és oxidáltak (szenes kondritok), amelyek >1 AU távolságból érkeztek Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 64/75 32

Föld korai története Intenzív becsapódások, izotópok radioaktív bomlása erőteljes hőmérséklet emelkedéshez vezetett: magma óceán létrejötte, a Föld belső differenciációja, a földmag elkülönülése. Forrás: http://www.black-cat-studios.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 65/75 Föld korai története A földmag elkülönülése max. 30 millió év alatt végbemehetett! A földmagban elkülönült a vas, nikkel és platinafémek jelentős része. Az utóbbiak azonban a vártnál nagyobb mennyiségben vannak jelen a földköpenyben, ami későbbi meteorit becsapódásokkal magyarázható. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 66/75 33

Föld korai története A Hold keletkezése Hatalmas becsapódás a Föld kialakulását követő mintegy 150 millió éven belül. A szétrepülő törmelékanyagot a Föld gravitációs ereje befogta. Forrás: http://www.cosmographica.com/ Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 67/75 Föld korai története A Föld történetének legkorábbi eseményei Halliday, 2001, Nature Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 68/75 34

Föld korai története A Föld legidősebb kőzetei Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 69/75 Föld korai története A legidősebb kőzetek A legidősebb kőzet: Acosta gneisz: 4,05 milliárd éves Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 70/75 35

Föld korai története A legidősebb kőzetek 3,7 milliárd éves metamorf kőzet (Isua( gneisz, amfibolit telérrel) Grönlandról Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 71/75 Föld korai története A cirkonásványok története Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 72/75 36

Föld korai története A legidősebb kéreganyag a Földön: 4,4 milliárd éves cirkon Ausztráliából (Jack( Hills)! Valley, 2005, Sci. Am. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 73/75 Föld korai története Cirkon oxigén-izotóp izotóp összetétel: hideg, nedves környezetből való származás: Az első földkéreg korai kialakulásának bizonyítéka! Valley, 2005, Sci. Am. Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 74/75 37

Föld korai története A cirkonásványok története Harangi Sz. (2006-2009): Bevezetés a kőzettanba - 2 Földtudomány BSc dia 75/75 38