Identifizierung eines Mikrometeoriten vom G-Typ

Während unter den kosmischen Sphärulen der S-Typ (Silikat-Typ) mit den Untertypen Vitreous (Glass), CC (Cryptocrystalline), BO (Barred Olivine) und Po (Porphyritic) zahlenmäßig dominiert, sind Vertreter von I-Typ und G-Typ selten. In urbanen Sammlungen fehlen diese zumeist ganz, weil Sie nur schwer von den industriellen Sphärulen zu unterscheiden sind.

Im Folgenden wird beschrieben, wie ein G-Typ-Mikrometeorit (THMM480) in einer Probe eines Flachdachs identifiziert und verifiziert wurde, ohne dass er durch einen Anschliff zerstört werden musste.

light image G-Type
Lichtbild des Partikels (G-Typ)
light image G-Type
Lichtbild des gleichen Partikels (G-Typ) in einer anderen Position

Unter der Stereolupe in der Probe war dieser Partikel aufgrund seiner geringen Größe nur als auffällig schwarze, annähernd runde aber dennoch etwas irregulär geformte Sphärule zu erkennen. Die hier erkennbaren Oberflächenstrukturen waren dort allenfalls zu erahnen. Zusammen mit 61 weiteren Kandidaten für Mikrometeoriten in der Fraktion 100-150 µm einer Probe vom Juni 2019 eines großen Dachs durchging er den Weg der Überprüfung am Rasterelektronenmikroskop (REM).

Das Übersichtsbild der etwa 125 µm großen Sphärule passt zunächst einmal zu keinem der bekannten Kandidaten des S-Typs und auch nicht zum Typ Scoriaceous: Die Oberfläche wird von dentritischen Magnetiten dominiert, wie dies auch bei manchen industriellen Sphärulen der Fall ist. Darunter bzw. dazwischen liegt noch eine andere Phase mit bandartigen Strukturen und geringerer Elementmasse (dunklere Farbe im Bild):

BSE image G-Type THMM480
BSE-Aufnahme des Mikrometeorits THMM480 am REM

Die Spektralanalyse zeigte eine annähernd chondritische Zusammensetzung und das Vorhandensein von Nickel. Abweichend gegenüber Werten von Bulk-Messungen (flächige Messungen abseits von Metalltropfen) bei Vertretern des S-Typs sind jedoch:

  • der ungewöhnlich hohe Eisengehalt (ca. 55 %)
  • die Anwesenheit von Natrium (kommt sonst nur gelegentlich beim Typ Porphyritic vor)
  • die Anwesenheit von Schwefel (kommt sonst nur in Verbindung mit Metalltropfen oder -krusten vor)
  • die Anwesenheit von Kalium (wurde bisher nie gemessen, es sei denn bedingt durch organische Verunreinigungen, die am Mikrometeorit hafteten)
  • außergewöhnlich viel Titan
EDX bulk G-Type THMM480
Spektralanalyse (EDX) eines größeren Bereichs der Oberfläche des Mikrometeorits THMM480
EDX two phases G-Type THMM480
Spektralanalyse (EDX) der beiden unterschiedlichen Phasen: dendritische Magnetite (grüne Kurve) und chondritisches Material (blaue Kurve); Hinweis: die Bezeichnung Olivin im Diagramm ist irreführend

Die gezielte Messung an den beiden vorkommenden Phasen zeigt, dass Titan in den Magnetitkristallen eingebaut ist, was man von vielen Mikrometeoriten kennt. Durch die hohe Dichte der Magnetitkristalle ergibt sich der hohe Gehalt an Titan. Die untere Schicht offenbart Gehalte von Natrium, Schwefel und Kalium. Natrium und Schwefel gelten als Elemente, die schon bei weniger starker Erhitzung verdampfen. Kalium wird selten als signifikanter Bestandteil in Mikrometeoriten erwähnt, kommt aber nicht selten bei industriellen Partikeln vor. Diese ungewöhnlichen Elementvorkommen sowie das optische Erscheinungsbild ließ mich zunächst schließen, dass es sich vermutlich um einen irdischen Partikel handelt.

An einem anderen Tag schaute ich nochmal den Partikel am REM an und entdeckte beim Spielen mit der Kontrasteinstellung einen winzigen hellen Punkt, der auf den dendritischen Magnetitkristallen auflag (durch die geringere Kontrasteinstellung wirken diese nun dunkler als im vorherigen Bild):

BSE details G-Type THHM480
BSE-Aufnahme des Bereichs mit dem hellen Punkt (sehr hohe Elementdichte)

Die Messung des Elementspektrums dieses Punktes war dann der Durchbruch.

Spektralanalyse (EDX) des hellen Punkts: ein PGE-Tröpfchen

Dieses Spektrum hatte ich schon an anderen Mikrometeoriten beobachten können, es ist ein Mikrotröpfchen mit den Platin-Gruppen-Elementen (PGE) Osmium, Iridium, Platin, Ruthenium, Rodium und Palladium. Solche Tröpfchen kommen nicht selten bei Mikrometeoriten vor, für irdische Partikel hingegen wäre diese Zusammensetzung extrem ungewöhnlich.

Aber wie sollte man den Mikrometeoriten klassifizieren? War es ein BO (Barred Olivine) mit ungewöhnlich viel Magnetit auf der Oberfläche? Oder lässt der hohe Eisengehalt den Schluss zu, dass es sich um einen Verteter des G-Typ handelt?

Oberflächenbilder von Mikrometeoriten des G-Typs sind in der Literatur recht selten, da die Mikrometeorite für die Analysen oft zunächst anpoliert werden um den Blick in das unverwitterte Innere freizulegen. Ein Oberflächenfoto eines antarktischen Fundes findet sich in der Publikation „Micrometeorites“ von Folco und Cordier (2015) in Fig. 3j. Die Auflösung des Bilds ließ jedoch keinen Vergleich zu. Dieser erfolgte erste nach Zusendung des Originalbilds. Obwohl der Partikel aus der Literatur mit ca. 400 µm Durchmesser wesentlich größer ist und obwohl bekanntermaßen Mikrometeorite aus der Antarktis an der Oberfläche oft stärker verwittert sind als urbane Exemplare, so lässt sich doch das gleiche Muster erkennen:

G-Type (left: from Antarctica; right: urban, Germany) comparison
Vergleich zweier Mikrometeorite des G-Typs: a aus der Antarktis (400 µm Durchmesser) und b vom Dach in Deutschland (125 µm Durchmesser). Deren Oberflächenstruktur ist die gleiche: zahlreiche dendritische Magnetite mit bogenförmigen Rändern (oranger Pfeil) und darunter liegend chondritisches Material mit bandartiger Struktur (blauer Pfeil). Grafik links modifiziert nach Folco & Cordier (2015). Vielen Dank an Luigi Folco (Universität in Pisa) für die Zusendung der Originalgrafik!

Gemäß Literatur über antarktische Mikrometeorite sind für den G-Typ die Elementvorkommen von Na, K und S nicht charakteristisch. Möglicherweise handelt es sich bei THMM480 um ein weniger stark erhitztes Exemplar oder deren Elementvorkommen ist auf die geringe Verwitterung zurückzuführen.

In jedem Fall ist durch den Abgleich mit dem Bildmaterial eines antarktischen Vertreters der Nachweis gelungen, dass es sich bei THMM480 um den G-Typ handeln.


Identifying a G-type micrometeorite

While the S-type (silicate-type) with the sub-types Vitreous (Glass), CC (Cryptocrystalline), BO (Barred Olivine) and Po (Porphyritic) predominate among the cosmic spherules, representatives of the I-Type and the G-Type are rare. In urban collections, these are mostly completely absent because they are difficult to distinguish from the industrial spherules.

The following describes how a G-type micrometeorite (THMM480) was identified and verified in a sample of a flat roof without it being polished.

light image G-Type
light image of the particle (G-type)
light image G-Type
light image of the same particle (G-type) oriented differently

Due to its small size, this particle appeared under the stereo microscope in the sample as a conspicuously black, approximately round but nevertheless somewhat irregularly shaped spherule. The surface structures recognizable here could only be guessed at there. As one of a total of 62 candidates for micrometeorites in the 100-150 µm fraction of a sample taken from a large roof in June 2019, it went through the examination using a scanning electron microscope (SEM).

The overview image of the approximately 125 µm large spherule does not initially match any of the known candidates of the S-type or the Scoriaceous type: The surface is dominated by dendritic magnetites, as is the case with some industrial spherules. Below or in between there is another phase with ribbon-like structures and lower element mass (darker color in the picture):

BSE image G-Type THMM480
BSE image of the micrometeorite THMM480 on the SEM

Spectral analysis showed an approximately chondritic composition and the presence of nickel. Differences from expected bulk measurements (area measurements away from metal droplets) known from representatives of the S-type are:

  • the unusually high iron content (approx. 55%)
  • the presence of sodium (otherwise only occurs occasionally in the Po)
  • the presence of sulfur (otherwise only occurs in connection with metal droplets or crusts)
  • the presence of potassium (has not been measured before by myself, unless it is due to organic impurities adhering to the micrometeorite)
  • an extraordinary amount of titanium
EDX bulk G-Type THMM480
Spectral analysis (EDX) of a larger area of the surface of the micrometeorite THMM480
EDX two phases G-Type THMM480
Spectral analysis (EDX) of the two different phases: dendritic magnetites (green curve) and chondritic material (blue curve); please note that the term olivine in the diagram is misleading

The measurement of the two phases shows that titanium is built into the magnetite crystals, which is known from many micrometeorites. The high density of magnetite crystals results in the high titanium content. The lower layer contains some sodium, sulfur and potassium. Sodium and sulfur are considered to be elements that evaporate even at low heating. Potassium is rarely mentioned as a significant component in micrometeorites but is frequently observed in industrial spherules. This and the unusual visual appearance initially led me to the conclusion that it is probably an terrestrial particle.

On another day I looked at the particle again on the SEM and while playing with the contrast setting I discovered a tiny bright point that lay on the dendritic magnetite crystals (due to the lower contrast setting, these now appear darker than in the previous picture):

BSE details G-Type THHM480
BSE image of the area with the bright point (very high element density)

The measurement of the element spectrum of this point was the breakthrough.

EDX PGE droplet THMM480
Spectral analysis (EDX) of the bright point: a PGE droplet

I had already observed this spectrum on other micrometeorites, it is a microdroplet with the platinum group elements (PGE) osmium, iridium, platinum, ruthenium, rodium and palladium. Such droplets are not uncommon in micrometeorites, but this composition would be extremely unusual for terrestrial particles.

But how should one classify the micrometeorite? Was it a BO (Barred Olivine) with an unusual amount of magnetite on the surface? Or does the high iron content allow the conclusion that it is a representative of the G-type?

Surface images of G-type micrometeorites are quite rare in the literature, as the micrometeorites are often first polished to reveal the unweathered interior for the analysis. A surface photo of an Antarctic find can be found in the publication “Micrometeorites” by Folco and Cordier (2015) in Fig. 3j. The resolution of the image, however, did not allow any comparison. This took place first after the original picture was sent to me. Although the particle in the literature is approx. 400 µm in diameter and although it is known that micrometeorites from the Antarctic are often more weathered on the surface than urban specimens, the same pattern can be seen:

G-Type (left: from Antarctica; right: urban, Germany) comparison
Comparison of two G-type micrometeorites: a from Antarctica (400 µm diameter) and b from a rooftop in Germany (125 µm diameter). Their surface structure is the same: numerous dendritic magnetites with curved edges (orange arrow) and underlying chondritic material with a ribbon-like structure (blue arrow). Graphic on the left modified from Folco & Cordier (2015). Many thanks to Luigi Folco (University of Pisa) for sending the original photo!

According to the literature on Antarctic micrometeorites, the elements Na, K and S are not common for G-type. It is possible that the THMM480 is a less strongly heated specimen or these element occurrence are due to the slight weathering.

In any case, the comparison with the image material of an Antarctic representative succeeded in proving that the THMM480 is a G-type.