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Tesi etd-09012011-212250


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
FAZIO, AGNESE
URN
etd-09012011-212250
Title
Studio chimico-petrografico della meteorite metallica anomala Northwest Africa 6583: modello genetico e relazioni con le condriti enstatitiche e le aubriti
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE
Commissione
relatore Prof. D'Orazio, Massimo
Parole chiave
  • iron meteorites
  • enstatite chondrites
  • aubrites
  • Mn-Mg-Fe sufide
  • martensite
Data inizio appello
30/09/2011;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
30/09/2051
Riassunto analitico
Gli scopi della presente tesi sono stati quelli di classificare e proporre un modello per la genesi e l’evoluzione della meteorite metallica Northwest Africa 6583 (NWA 6583). Per raggiungere questi scopi sono stati condotti un dettagliato studio petrografico e chimico e numerosi confronti con altre meteoriti sia metalliche sia non metalliche.
Lo studio petrografico è stato effettuato mediante osservazioni al microscopio ottico a luce riflessa e al microscopio elettronico a scansione. L’analisi chimica totale del metallo è stata realizzata tramite Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS), mentre le analisi chimiche delle diverse fasi sono state eseguite alla microsonda elettronica. Da queste osservazioni e analisi è emerso che NWA 6583 è una meteorite metallica ungrouped, ovvero non appartiene a nessuno dei gruppi fino ad oggi conosciuti. Il metallo si contraddistingue per essere ricco di nichel (~18 wt%) e di elementi incompatibili (ad esempio Ga, Ge, As e Cu), inoltre questo contiene quantità significative di silicio (~0.13 wt%). Il metallo della meteorite ha una tessitura policristallina a grana fine compresa tra i 100 μm e i 2 mm. I singoli grani hanno tessitura martensitica.
L’assemblaggio dei minerali accessori è costituito da fasi silicatiche e da solfuri, fosfuri e elementi nativi. I silicati sono rappresentati da enstatite priva di ferro e in misura ridotta da diopside e forsterite anch’essi privi di ferro. Il solfuro più abbondante è la troilite (3.4 vol.%) che contiene elevate concentrazioni di cromo (~0.87 wt%) e titanio (~0.15 wt%); questa fase spesso include cristalli di solfuri di Mn-Mg-Fe appartenenti al gruppo della alabandite-keilite-niningerite, solfuri di Fe-Zn-Mn non ancora identificato, solfuri di Cu-Fe e solfuri di Fe-Ni. La schreibersite si trova sia come cristalli millimetrici sia come cristalli micrometrici diffusi nella matrice metallica. La grafite si trova come abbondanti rosette (fino a 5 mm di diametro) e come cristalli isolati. Il rame nativo è stato raramente trovato all’interfaccia tra il metallo Fe,Ni e la troilite (spessore di 10 μm).
Le caratteristiche composizionali del metallo e della troilite (alti contenuti di Si e di Cr+Ti rispettivamente), la presenza di solfuri costituiti da elementi litofili, di grafite e di silicati privi di ferro sono tutti importanti indizi di una formazione in un ambiente caratterizzato da una bassissima fugacità di ossigeno. Simili condizioni di riduzione sono tipiche di un altro importante insieme di meteoriti: le meteoriti enstatitiche (comprendente due gruppi di condriti, EH e EL, un gruppo di acondriti, le aubriti, e numerose meteoriti anomale). Date le somiglianze mineralogiche, è probabile che NWA 6583 si sia formata a partire da uno di questi gruppi.
Diversi modelli petrologici comunemente utilizzati in letteratura (e.g., Chabot, 2004, e Wasson, 1999) sono stati utilizzati in questo studio per descrivere la genesi di NWA 6583 attraverso la cristallizzazione di un liquido metallico. La tessitura del metallo e la composizione di NWA 6583 testimoniano un complesso processo di raffreddamento e cristallizzazione: la composizione altamente differenziata indica un lungo e lento raffreddamento; il metallo martensitico è invece indicativi di un raffreddamento molto rapido. È possibile quindi ipotizzare che la formazione di NWA 6583 sia avvenuta in più stadi.
Il primo stadio è quello relativo alla formazione di un liquido metallico e alla sua cristallizzazione (tasso di raffreddamento >104 °C/Ma, Goldstein et al., 2009). Sulla base dei dati attuali non è possibile dare una spiegazione univoca a questa prima fase della storia di NWA 6583. I due possibili scenari limite sono legati o alla differenziazione di un asteroide di composizione simile a quella delle condriti enstatitiche con la conseguente formazione di un nucleo metallico, o a un violento impatto che ha riscaldato e fuso la superficie del corpo genitore. Il secondo scenario è il più probabile, considerata anche la presenza di silicati in NWA 6583.
Il secondo stadio è sicuramente attribuibile ad un impatto che ha riscaldato improvvisamente e liberato il solido metallico γ-Fe,Ni che si è trasformato senza diffusione in α2, martensite, alla temperatura di circa 270°C.
Lo stadio finale della storia di NWA 6583 è il riscaldamento (T > 1000°C, Axon, 1963) durante l’attraversamento ablativo dell’atmosfera terrestre, questo è responsabile della fusione dei cristalli di troilite e schreibersite entro 2 mm dalla superficie esterna della meteorite.


The aims of this thesis are the full petrographic and geochemical characterization of the Northwest Africa 6583 (NWA 6583, 1.8 kg) iron meteorites and the interpretation of its petrogenesis and evolution. The petrographic study was carried out using the optical (reflected light) and scanning electron microscope (SEM-EDS), while chemical analyses were performed by Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS) (bulk metal) and Electron Microprobe Analysis (EPMA) plus SEM-EDS (mineral phases). The results show that NWA 6583 is a chemically “ungrouped” iron, characterized by high contents of Ni (~ 18 wt%) and incompatible siderophile and chalcophile elements (e.g. Ga, Ge, As, Cu, Sn, Sb). In particular the metal of NWA 6583 shows an anomalously high content of Si (~0.13 wt%). NWA 6583 has a polycrystalline texture (grain size 0.1-2.0 mm) and the metal shows a martensitic texture. The accessory mineral assemblage includes silicates and sulphides, phosphides and native elements. Silicates are represented by iron-free enstatite and subordinate iron-free diopside and forsterite. The most abundant sulfide is troilite (~ 3.4 vol.%) characterized by high contents of Cr (~0.87 wt%) and Ti (~0.15 wt%); this phase commonly hosts crystals of Mn-Mg-Fe sulfides belonging to the alabandite-keilite-niningerite group, an unidentified Fe-Zn-Mn sulfide, chalcopyrite and Fe-Ni sulfides. Schreibersite occurs as large crystals and as tiny crystals scattered in the metal matrix. Graphite occurs as abundant subspherical rosettes (up to 5 mm in diameter) and as isolated flakes. Native copper has been rarely found at the interface between Fe-Ni metal and troilite (~10 μm thickness).
The compositional features of metal and troilite (high Si and high Cr+Ti, respectively), the occurrence of sulfides of lithophile elements and graphite, and the iron-free composition of the silicates are all important clues to the formation of this meteorite in an extremely reducing environment. Similar redox conditions are typical of three important groups of stony meteorites: the EH and EL chondrites, and the aubrites. Indeed the meteorites belonging to these groups are characterized by mineral assemblages and compositions similar to NWA 6583.
Several petrologic models currently used in the literature (e.g. Wasson and Richardson 2001; Chabot 2004) have been used to describe the genesis of NWA 6583 by crystallization of a liquid metal. The metal texture and composition of NWA 6583 testify to a complex process of cooling and crystallization: the highly differentiated composition indicates protracted, slow cooling; in turn, the martensite metal is indicative of very fast cooling. We therefore suggest a three step origin of NWA 6583.
The first, high temperature step is represented by the crystallization of a liquid metal generated by a melting episode of a chondritic precursor, likely of E chondrite parentage. It isn’t possible provide a unique explanation for this first phase of NWA 6583 history. The two solutions are a magmatic origin or an impact-melt origin. The latter is the more likely, based on the presence of silicate inclusions.
The second step is related to an impact. It disrupted the parent body inducing an increase of the subsolidus cooling rate through the martensitic transition (~270°C).
The final step in the history of NWA 6583 is the reheating during its ablative flight though the Earth atmosphere which was responsible of the melting of troilite and schreibersite crystals close to the external surface of the meteorite (T > 1000°C, Axon, 1963).


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