Der Meteorit Erxleben und die frühe Kosmochemie
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- Die ersten chemischen Analysen von Meteoriten
- Eisen Schwefel Magnesia Tonerde Kalkerde Kieselerde
- Der Meteorit Erxleben und die chemischen Analysen
- Analysenergebnisse des am 15. April 1812 gefallenen Meteoriten Erxleben, Angaben in Masseprozenten Analytiker Stromeyer
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- Summary: The meteorite Erxleben and early cosmological chemistry
| – 53 – Der Meteorit Erxleben und die frühe Kosmochemie Prof. Dr. habil. Siegfried Niese, Am Silberblick 9, 01723 Wilsdruff Vor 200 Jahren, am 14. April 1812, war be i Erxleben ein Meteorit auf ein Feld gefallen, der von in der Nähe arbeitenden Landarbeitern gefunden wurde. 1 Gleich drei Chemiker analysierten ihn – ein früher Höhepunkt der Untersuchung von Meteoriten. Dieser Anlass lädt dazu sein , sich mit dem Wirken jener Chemiker zu beschäftigen, die vor zwei Jahrhunderten chemische Analysen von Meteoriten mit den Methoden der Gravimetrie ausgeführt haben. Sie wurden meist von Apo- thekern durchgeführt, die später an Un iversitäten lehrten, und sie konnten dazu die bisher bei der Analyse von Metalle n, Gesteinen und Mineralen gesam melten Erfahrungen nutzen. Diese Analysen ermöglichten – ungeachtet der dem damali- gen Entwicklungsstand der Analytik geschuldeten Grenzen – die Unterscheidung von Körpern, die vom Himmel gefallen waren, auf natürliche Weise auf der Erde gebildet oder durch Mensch enhand geschaffen wurden. Sie lieferten die ersten entscheidenden Beweise für die kosm ische Herkunft der später als Meteoriten bezeichneten Objekte und markieren de n Anfang der Kosmochemie. Wichtig erscheint mir dabei, darauf hinzuweisen, dass die Zeitspannen zwischen dem be- obachteten Fall, der durchgeführten Analyse und der Veröffentlichung der Er- gebnisse in der Zeit um 1800 aus heutiger Sicht meist sehr kurz waren. Den Ab- schluss der Untersuchung bildet ein Verg leich historischer Analyseergebnisse des Meteoriten Erxleben mit Ergebnissen, die mittels des Verfahrens der Neutro- nenaktivierungsanalyse gewonnen wurden. Die ersten chemischen Analysen von Meteoriten Die ersten chemischen Analysen von Körpern, die man später als Meteoriten er- kannt hat, wurden im letzten Drittel des 18. Jahrhunderts dur chgeführt. Anfang des 19. Jahrhunderts war eine Reihe von St einmeteoriten gefallen, die m an bald danach analysierte, auch wenn man sich noch darüber stritt, ob sie irdischer oder kosmischer Herkunft waren. Als chem isch untrennbare Bestandteile, d.h. als „Elemente“ wurden neben einer Anzahl von Metallen und Nichtm etallen die da- Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 54 – mals noch nicht chem isch trennbaren Er den angesehen, wobei die Oxide des Magnesiums, Aluminiums, Siliciums und Calciums als Bittersalzerde oder Mag- nesia, Alaunerde oder Tonerde, Kieselerde und Kalkerde bezeichnet wurden. Die Elemente Calcium und Magnesium ware n erst 1808, Silicium und Aluminium erst 1824 und 1825 entdeckt worden. In der Gesteinsanalyse werden auch heute noch Gehalte von Hauptbestandteilen als Oxide angegeben. Für die Analyse wur- de nach dem Zerkleinern der Probe die metallische Komponente mit einem Mag- neten abgetrennt; Metall und Gestein wurden auch meist getrennt aufgelöst. In der Lösung des Metalls wurden Eisen und Nickel bestimmt. In der Lösung der Minerale wurden durch Fällungsverfahren die einzelnen Erden isoliert, zum Oxid verglüht und gewogen. Di e mit einem Magneten abtrennbaren Eisenkörner gab man im Ergebnis als gediegenes Eisen an , das aus dem Gesteinsmaterial abge- trennte dagegen als Eisenoxid. Die Eise nkörner in der Materialprobe sah m an dann bald als ein charakteristisches Me rkmal eines Meteoriten an. Oft wurden die Gehalte im Metall und im Gesteinsmaterial getrennt angegeben. Am 15. April 1769 wurden von dem französischen Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) die Ergebnisse der chemischen Analyse einer Probe des Meteoriten Luce, eines in Sarthe in Fr ankreich am 13. September 1768 gefalle- nen Gesteinskörpers, vor der Académie des Sciences in Paris vorgetragen. Im Ergebnis dieser ersten chemischen An alyse eines Meteoriten wurden 8,5% Schwefel, 36% Eisen und 55,5% verglasb are Erde gefunden. In der 1777 publi- zierten Arbeit sah m an den Stein für Schwefelkies an, der unter der Rasenerde vom Blitz getroffen und teilweise aufgeschmolzen worden war. 2 Meteoriten sah man damals als durch Blitzeinschlag ve rändertes oder von Vulkanen ausgewor- fenes irdisches Material an. Aus der ch emischen Analyse konnte man dabei auch nicht auf eine außerirdische Herkunft schließen. 1794 publizierte der deutsche Physiker und Astronom Ernst Florens Chladni (1756-1827) seine Schrift Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und
Meteoriten nach, dass Meteoriten außerirdischen Ursprung sein mussten. Die von Chladni aus einer Fülle von Überliefe rungen und Beobachtungen von Feuerbäl- len und auf die Erde gefallenen Objekten durch Ausschluss anderer Möglichkei- ten entwickelte Vorstellung von einer kos mischen Herkunft war dam als nicht von allen Gelehrten anerkannt. Deshalb wurde auch in den Folgejahren von eini- gen analysierten Meteoriten noch ei ne irdische Herkunft angenommen. 3 Chladni bezog sich auch auf Eisenmassen, von denen zuerst 1576 Captain de Miraval von einer Expedition ins Landesinnere von Ar gentinien ein Stück m itbrachte, näm- lich auf den sogenannten Meson de Fierro (Tisch aus Eisen). 1783 startete erneut Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 55 – eine Expedition in das Gran Chaco, Gu alamba, zu einem Gebiet, das von der in- digenen Bevölkerung Campo del Cielo, Feld des Himmels, genannt wurde, weil sie geglaubt haben soll, dass das Eise n vom Himmel gefallen sei. Aus den Ein- schlagkratern wurden bisher insgesamt ca. 100t geborgen. 4
1799 analysierte der französische Chem iker Joseph Louis Proust (1754-1826) in Madrid ein von dort stammendes Stück Eisen und fand darin 10% Nickel. Er leg- te sich nicht fest, ob es natür liches oder künstliches Material war. 5 Der hohe Ni- ckelgehalt wurde dann bald als ein Ch arakteristikum für einen Meteoriten angesehen. Die zweite Analyse eines Steinm eteoriten wurde im Jahr 1800 von Professor Barthold von der Centralschul e des Oberrheins in Colm ar publiziert. Er unter- suchte eine Probe des so genannten Ensi sheimer Donnersteins, eines am 7. No- vember 1492 auf einem Feld hinter der Stadtmauer von Ensisheim vom Himmel gefallenen, ursprünglich 127kg schweren Meteoriten. 6 Barthold bestim mte als erster die Oxide von Magnesium, Alum inium, Kalzium und Silizium, und fand dabei (in Masseprozenten): Er bezeichnete seinen Stoff als eisens chüssigen Ton oder ei ne Eisenstufe mit Hornstein. Er sah darin keinen Grund fü r eine kosmische Herkunft des Steines. Während Barthold in Colm ar 17% Tonerde fand, konnten die Pariser Chem iker Antoine Francois de Fourcroy (1755- 1809) und Louis-Nicolas Vauquelin (1763- 1829) später keine, und der deutsche Chem iker Martin Heinrich Klaproth (1743- 1817) nur 1,5% Tonerde nachweisen. Man kann davon ausgehen, dass Barthold die Kieselerde im Trennungsgang zuerst nicht vollständig und dann mit der Ton- erde ausgefällt hatte. Als nächster berichtete 1802 der britis che Chemiker Edward Howard (1774- 1816) von bei Benares (jetzt: Varanasi, Indien) am 19. Dezember 1798 gefalle- nen Steinen. 7 In einer Probe analysierte er ge trennt den Schwefelkies, das gedie- gene Eisen, die jetzt als Chondren be zeichneten „erdartigen runden Kugeln“ und den „erdartigen Zement“, wobei er die in der Publikation ausführlich beschriebe- ne Auftrennung dem Mineralogen Graf von Bournon zu danken hatte. Dieser hatte in den Meteoriten kleine Kügelchen entdeckt, die er „ curios globules“ nannte, und den Eisenkies identifiziert. 8 Mit der Entdeckung der Kügelchen hat er ein Charakteristikum der häufigsten Steinmeteoriten, der Chondriten, entdeckt. Eisen Schwefel Magnesia Tonerde Kalkerde Kieselerde Summe 20
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42 97 Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 56 – Nach Howard waren die Gehalte an Kieselerde, Magnesia, Eisenoxid und Ni- ckeloxid in den Kugeln und in dem Zement nahezu gleich. Howard analysierte weiterhin Proben der Meteoriten von Siena (gefallen am 16. Juli 1794), Yorkshi- re (am 13. Dezember 1795, 15 Uhr gefallen), den jetzt als Tabor (CZ) bezeichne- ten, bei Plan im damaligen Bechinger Kreis am 3. Juni 1733 gefallenen Meteoriten sowie Proben von den Eisenmeteoriten, die im Campo del Cielo (Ar- gentinien), bei Krasnojarks in Sibirien und bei Ellbogen, jetzt Loket (CZ) gefun- den worden waren. Er war der erste Chemiker, der die Theorie von Chladni akzeptierte, derzufolge die Meteoriten nicht von der Erde stammen, sondern vom Himmel gefallen sind und sich vor dem Fall als Meteore sicht- und hörbar ge- macht haben. 9
meteoriten von Siena, trug die Ergebnisse vor der Akademie der Wissenschaften in Berlin am 27. Januar 1803 vor, untersu chte den Steinmeteoriten von Eichstädt (gefallen am 19. Februar 1785) und den Eisenmeteoriten von Agram (jetzt Zag- reb, Kroatien). Klaproth, der die Aussagen von Howard bestätigte und erweiterte, hatte mit der Publikation gezögert, „weil man damals noch sehr geneigt war, das Faktum selbst für ein Märchen zu halte n“, daraufhin sei ihm „Howard zuvorge- kommen“. 10
In den Proben der Meteorsteine von Siena fanden die beiden Chemiker folgende Ergebnisse (in %): Howard Klaproth Gediegen Eisen 4,8 2,25
Nickelmetall 1 0,60 Schwarzes Eisenoxid 31
25 Bittersalzerde 20 22,5
Kieselerde 42
44 Braunsteinoxid -- 0,25
Nickeloxid 2 -- Verlust mit Schwefel und Nickeloxid --
5,40 Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 57 – Klaproth, geboren am 1. Dezember 1743 in Wernigerode, und am 1. Januar 1817 in Berlin gestorben, entdeckte als Apot heker in Berlin 1789 die Elem ente Uran und Zirkonium. Er wurde 1800 als Chem iker an die Akademie gerufen, wo er 1803 das Cer entdeckte. 1810 wurde er als Professor an die neu gegründete Ber- liner Universität berufen. Er gehörte zu den Begründern der chem ischen Analy- tik, führte die Waage als analytisch es Standardinstrument und die Regel „Trocknen bis zur Gewichts konstanz“ ein, entwickelte originelle Trennungsgän- ge und präsentierte präzise Versuchs durchführungen und gena ue Angaben der Untersuchungsergebnisse. Er führte chemische Analysen von 300 Mineralen und mehreren Meteoriten aus und leistete einen entscheidenden Beitrag zur allgemei- nen Anerkennung der Vorstellung von Chla dni, dass die Meteoriten aus dem Kosmos stammen. 11 Die Analysen von Meteoriten beschrieb er zusam menfas- send im fünften und sechsten Band seiner Beiträge zur Chemischen Kenntnis der Mineralkörper (1810/15). 12 In Band 6 beschrieb er auch die Analysen der in Lis- sa (3. September 1808) und in Sm olensk (13. März 1807) gefallenen Meteori- ten.
13
Vauquelin beschrieb 1803 in Kenntnis und Würdigung der von Howard durchge- führten Arbeiten seine Analysen der für i hn sehr ähnlichen, innerhalb eines Jah- res gefallenen, Meteorsteine in Barbot an bei Bordeaux (Juli 1789), bei Benares, (jetzt: Varanasi, Indien; 19. Dezember 1789) und in Creon (24. Juni 1790). Alle drei waren von einer schwärzlichen Schm elze glasiert und im Inneren grauweiß und mit Eisenkügelchen durchsetzt. Im Stein von Benares fand Vauquelin 38% Eisen, 48% Kieselerde, 13% Talkerde und 3% Nickel. Er stellte fest, dass das Eisen teilweise oxidiert war, und dass beim Auflösen der Probe Schwefelwasser- stoff freigesetzt wurde. 14
nien) gefallenen Steinm eteoriten. 15 Er hatte aus drei zerkleinerten Proben m it dem Magneten 17-22% Metall ausziehen können. In dem mit Salzsäure aufgelös- ten Metall konnte er nach Ausfällen des Eisens mit Ammoniak Nickel bestim- men. In der m it Königswasser aufgelöste n Gesteinsfraktion bestimmte er 4,6% Schwefel und fällte nach Abtrennung des Eisens mit Ammoniak mit Ammoni- umhydrogensulfid Mangan aus, das er durch die veilchenblaue Färbung der Bo- raxperle qualitativ nachweisen, aber wegen der geringen Menge nicht quantitativ bestimmen konnte. Der steinartige Anteil des Meteorsteins enthielt nach Proust mindestens 12% Schwefeleisen, 5% sc hwarzes Eisenoxid, 66% Kieselerde und 20% Magnesia. Damit hatte man sowohl Eisenmeteoriten mit einem für Meteoriten typisch ho- hen Nickelanteil analysiert als auch St einmeteoriten, die aus Körnern von m etal- Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 58 – lischem, mit Magneten abtrennbarem, nick elhaltigem Eisen, kleinen braunen als Eisenkies erkannten Besta ndteilen, runden harten m ineralischen Kugeln unter- schiedlicher Größe und einer m ineralischen Grundmasse von gleicher Zusam - mensetzung wie die Kugeln bestehen und eine dünne dunkle aufgeschm olzene äußere Schicht besitzen. Um so überraschter war der Wiener Ch emiker Joseph Moser (1779-1863), als er eine Probe von den am 22. Mai 1808 bei Stannern (CZ) gefallenen Meteorsteinen analysierte, die ihm vom Direktor des Naturkundlichen Museums überreicht wor- den war: Darin fand er kein metallisches Eisen und nur 2% Bittererde, aber dafür 7,6% Tonerde und 12% Kalk. In diesem Meteoriten waren auch keine Chondren zu erkennen. Angesichts der irrtümlich von Barthold beim Meteoriten Ensisheim als Tonerde gefundenen Kieselerde wied erholte er die Analyse m ehrfach, ohne zu einem anderen Ergebnis zu gelangen. 16 Bereits am 17. Juli übergab er die Er- gebnisse an den Museumsdirektor, der sie dann an den Herausgeber der Annalen der Physik, Ludwig Wilhelm Gilbert (1769-1824), schickte. Alle bisher gefunde- nen Steinmeteoriten hatten eine sehr ähnliche Zusammensetzung, von der dieje- nige der Steine von Stanne rn beträchtlich abwich. Da s war auch ein Grund für Vauquelin, von diesen Meteoriten ebenfa lls eine Analyse durchzuführen. 17 Er
fand 50% Kieselerde, 11% Kalkerde, 9% Tonerde, 29% Eisenoxid, 1% Mangan- oxid und 0,1% Nickeloxid und bestätigte damit den großen Unterschied zu den bisher analysierten Steinmeteoriten.
Am 15. April 1812 war in Erxleben ein Meteorit auf ein Feld gefallen. Von 1807 bis 1813 gehörte Erxleben zum Elbedepartment des von Napoleon Bonaparte nach der Besetzung Deutschl ands als Vasallenstaat gegründeten Königreiches Westphalen. Den Meteoriten Erxleben analysierte zuerst der Göttinger Chemiker Friedrich Stromeyer (1776-1835). 18 Klaproth schreibt über den Meteoriten Erxle- ben: Das Niederfallen dieses Meteorsteins, welches als das erste im nördlichen Deutschlande sich ereignete, uns bekannte Beispiel, um so bemerkenswerter ist, geschah am 15ten April 1812, Nachm ittags um 4 Uhr, unweit dem zwischen Helmstädt und Magdeburg gelegenen Orte Erxleben, bei stiller Luft und heiterem Himmel, unter heftigen Schlägen, welche von Südost her, 12 Meilen in der Rich- tung sind gehöret worden. Über die näheren Um stände, mit welchen das Phänomen begleitet gewesen, sind mehrere Augenzeugen gerichtlich vernommen worden, aus deren Erzählungen er- Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 59 – hellet, dass das Herabfallen dieses Meteorolithen im Ganzen unter den nämlichen Phänomenen erfolgt ist, welcher bei allen uns bekannt gewordenen ähnlichen Be- gebenheiten und namentlich bei dem, nur wenige Tage zuvor am 10ten desselben Monats, Abends um 8 Uhr, im südlichen Frankreich, bei Toulouse, wahrgenom - men worden. [...] Die Rinde, welche die na türliche Oberfläche aller Meteorsteine umgiebt, erscheint an dem gegenwärtigen nur als ein dünner, brauner Anflug, von mattem erdigem Ansehen. Der Stein ist di cht, hart und schwer zersprengbar. Er besteht aus einem feinkörnigen Gemenge von grauen und weißen, theils schim - mernden, theils glasig glänzenden Theilc hen, zwischen welchen eine Menge sehr kleiner, silberweißer, stark glänzender Puncte Gediegen-Eisen eingesprengt sind. Aus 100 Theilen des zerriebenen Steins wu rden vom Magnet 20 Theile dieser Ei- senkörner angezogen. Die übrigen vom Magnet nicht anziehbaren Gem engtheile, kündigen sich, durch ihre in Speisgelb si ch neigende Farbe, als Schwefelkies- Puncte an. 19
Klaproth schreibt weiter, dass der „Meteo rolith“ keine anderen Bestandteile be- sitze als andere Meteorsteine, „von welchen sie nur im quantitativen Verhältnisse abweichen; wie diese Verschiedenheit unter andern bei dem, gegen den Eisenge- halt nur sehr geringen Verhältnisse des Nickels statt findet.“ 20 Bemerkenswert fand er das Vorkom men von Chrom, das zuerst von Laugier, in dem im Jahre 1663 bei Verona und später in dem von Va uquelin zu Charsonville bei Orleans gefallenen Meteorstein, gefunden wurde. Er erwähnte, wie schon bei einer frühere n Analyse eines Meteorsteins, dass das Eisen in frisch gefallenen Meteorsteinen keine deutlichen Spuren einer Einwir- kung des Sauerstoffs zeige, was die Vorstellung, dass die Erzeugung und Bil- dung derselben innerhalb de r Region unserer Erdatm osphäre vor sich gehe, schwäche, da die Teilchen des gediegenen Eisens und des Schwefelkieses in dem stets feuchten Luftraume auch nicht eine kurze Zeit ohne deren Oxydation beste- hen könnten. 21
analysierte ebenfalls eine Probe des Me teoriten von Erxleben. Er beschreibt auf 30 Seiten seine Arbeitsschritte mit den erhaltenen Zwis chenergebnissen sehr de- tailliert, so dass sie jederzeit nachvollzogen werden können. 22
In der nachfolgenden Tabelle sind die ve rschiedenen Formen des Eisens auf das Element umgerechnet worden. 175 Jahre na ch dem Fall wurde in einer kleinen Probe mittels Neutronenaktivierungsan alyse eine Spurenelementbestimmung durchgeführt. Die dabei erhaltenen Wert e für drei Hauptbestandteile und Chrom sind zum Vergleich mit aufgenommen worden. 23
Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506 – 60 – Die höheren Nickelgehalte erscheinen gl aubwürdiger, weil für die niedrigeren eine Mitfällung von Nickel am Eisenhydr oxid verantwortlich sein könnte. Eben- so könnten die höheren Alum iniumwerte an einer vorangegangen unvollständi- gen Kieselsäurefällung liegen.
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Niese et al. 27
Jahr (Publ.) 1812
1812 1813
1986 Probenmenge * ) -- 15,4 g
0,1 g Methode Chem.
Trenn. Chem.
Trenn. Chem.
Trenn. NAA
Bestandteil (Formel)
Eisen (Fe) 28,7
31 27,5
28,2 Nickel (Ni) 1,575
0,25 0,5
1,86 Chrom (Cr) 0,17
1
0,35 Mangan (Mn) --
0,25 0,6
-- Kieselerde (SiO 2 ) 35,52 35,50
36,6 --
Bittersalzerde (MgO) 24,3 26,5
23,7 --
Alaunerde (Al 2 O 3 ) 1,60 1,25 2,25
1,35 Kalkerde (CaO) 1,92
0,5 --
-- Schwefel (S) Verlust 2,95
0,56 3,75
7,9 --
Natron (Na 2 CO 3 ) 0,75 1,25 --
-- *) „reichlich Material“, Mittelwert von mehreren Teilproben Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506 – 61 – Klaproth wiederholte die Analyse des Meteoriten von Stannern, in dem Moser in Wien nur 2,5% Bittererde und einen hohe n Gehalt an Alaunerde gefunden hatte, was Klaproth bestätigte. Er konnte mit dem Magneten auch kein metallisches Eisen abtrennen. Damit war die „... merk würdige Anomalie in den Bestandthei- len, wodurch sich dieser Meteorstein von Stannern, von allen übrigen, bisher un- tersuchten, so sehr auszeichnet, sehr gut betätigt“; er betonte die Ähnlichkeit mit dem irdischen Basalt und riet zur weitere n Untersuchung dieses Typs, der wahr- scheinlich ein Bruchstück aus der Kruste des Vesta-4 Asteroiden ist. 28
Von dem am 13. Oktober 1819, 8:00 Uhr au f einem Feld von Politz bei Köstritz gefallenen ca. 3000g schweren Meteoriten erhielt Stromeyer am 16. Dezember des gleichen Jahres eine Probe zur Anal yse. Er bezeichnet ihn als dem Meteori- ten von Lissa ähnlich, aber mit etwas weniger Eisen. 29
lysemethoden erheblich: Neben den gravimetrischen Methoden kamen insbeson- dere für die Bestim mung der Nebenbest andteile und Spurenelem ente seit der Entdeckung von Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) und Gustav Robert Kirch- hoff (1824-1887) 1860 in zunehm endem Maße optische Methoden unter Nut- zung der für die Elemente charakteristischen Wellenlängen zum Einsatz. 1929 wurde von Georg von Heve sy (1885-1966) die Röntgenfluoreszenzanalyse entdeckt und unmittelbar für Gesteinsanalys en angewandt. Wenig später führte die Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) zu einer Re volution in der Geo- und Kosmochemie. Die 1936 von Hevesy entd eckte Neutronenaktivierungsanalyse wurde in der zweiten Hälfte des 20. Ja hrhunderts, nachdem in den Forschungsre- aktoren höhere Neutronenflüsse zu Verfügung standen, vielfältig angewandt und spielte eine entscheidende Rolle in der Geochem ie und zur Untersuchung von Meteoriten und Mondproben. Sie zeichnet sich besonders bei seltenen Elementen durch eine hohe Em pfindlichkeit aus. Die Empfindlichkeit ist der kosm ischen Häufigkeit angepasst, da sie wie die El ementsynthese im s-Prozess durch den Neutroneneinfang bestimmt wird. Die NAA war zu jener Zeit das empfindlichste Verfahren zur Elementanalyse, viele Elemente lassen sich ohne Zerstörung der Probe recht bequem bestimmen, die Ka librierung kann bis auf reine Elem ente zurückverfolgt und durch Isotopenver dünnung kann die Ausbeute bei chem i- schen Trennungen einfach bestimmt werden. Die erste NAA von Meteoriten führten di e Amerikaner Harrison Brown (1917- 1986) und Edward Goldberg (1921-2008) 1949 durch. Sie bestimmten Gallium, Palladium, Gold und Nickel in 45 Eisen-Meteoriten. 30 Seitdem wurden mittels NAA in einer Vielzahl von Meteoriten di e Gehalte an Spurenelem enten be- Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 62 – stimmt. Damit war die Präzisierung der solaren Elementhäufigkeiten möglich, was zu einer detaillierteren Klassifi zierung der Meteoriten und zur Normierung der Elementkonzentrationen in Meteoriten und geologischen Proben auf die Ge- halte der primitivsten Meteoriten, de r CI-Chondrite, oder deren Vertreter Or- gueil, führte. Die NAA war auch di e entscheidende Methode bei der Untersuchung der vom Mond zur Erde ge brachten Proben und eröffnete m it der Bestimmung von Iridium im Ton der Kr eide-Tertiär-Grenze die Forschung zu den meteorischen Impakten. In einer kleinen Probe von 100mg des Meteoriten Erxleben wurden von uns mit- tels Neutronenaktivierungsanalyse eine Reihe von Spurenelem enten bestimmt. 31
Chon-driten einen höheren Geha lt an leichten Seltenen Erden festgestellt. Das kann einmal an der Inhomogenität des Meteoriten liegen. Möglicherweise war in der kleinen Analysenprobe ein besonders hoher Ante il an Phosphatm ineralen enthalten, in denen die leichten Elemente der Seltenen Erden angereichert sind. 32
dass unterschiedliche Ergebnisse zwis chen 20 100m g Proben vom Meteoriten Bruderheim die gleiche Streuung aufweisen wie die Werte zwischen verschiede- nen Meteoriten der LL6 bzw. LL4 Typen. 33 Dagegen war die Streuung der Kon- zentrationen von 45 Elementen in 6 Proben zu jeweils 0,6 bis 1g vom Meteoriten Orgueil und von je einer Probe von den zwei anderen CI-Chondriten Alais und Irvuna, die m it der induktiv-gekoppelten Plasma-Atomemissisionspektrometrie bzw. der Massenspektrometrie (ICP-MS) erhalten wurden im Allgemeinen 3-5%, wenn man von Natrium , Kalium, Rubidium und Uran absieht, deren relative Standartabweichung 13-22 % betrug. 34
und Guarena, 35 in dem Naburu Nakamura 1974 eine starke SEE Fraktionierung der Seltenen Erden feststellte. 36 So fanden auch W. Ki esl und F. Kluger bei der Analyse des Ybbsitz-Meteoriten: „Besonders auffällig ist das von der Seltenerd- elementnorm abweichende Verhalten der leichten Seltenerdelemente.“ 37 Eine
Fraktionierung sollte prinzipiell stattgefunden haben, wenn ein Körper auf einen Asteroiden trifft und dabei nicht nur alle Chondriten mit erhöhtem Eisengehalt (H-Chondriten), sondern auch die II E Eise nmeteoriten entstanden sein sollten. Darauf weisen auch die Infrarotspekt ren des Asteroiden 6 Hebe und der H- Chondriten und deren gemeinsames Erhitzungsalter hin. 38
Auch wenn die NAA in diesem Jahrhundert teilweise durch die ICP-MS abgelöst wurde, findet sie nach wie vor An wendung zur Untersuchung kosmischer Mate- rie. Ein Beispiel ist die Einzelkornanalyse (1 Mikrometer) von Proben vom Aste- Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
– 63 – roiden 25143 Itokawa, die vom Hayabusa Raumschiff 2010 zur Erde gebracht wurden. Die Bestrahlung erfolgte im Reaktor der Universität Kyoto und die Mes- sung im Untertagelabor LLRL der Kanazawa Universität bei einer Gesteinsabde- ckung von 135m . 39 Weitere Beispiele umfa ssen kosmischen Staub aus Bohrungen im Eis, wo erhöhte Ir-Gehalte auf höhere Flüsse an kosmischem Staub hinweisen, 40 sowie ferner die Bestim mung von Spurenelementen in dem am 6. Mai 2000 gefallenen Meteoriten Moravka im Institut für Kernphysik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Rez bei Prag. 41
200 years ago a m eteorite has fallen ne ar Erxleben between Magdeburg and Helmstedt, which was anal yzed by the three German chemists Stromeyer, Klap- roth and Bucholz. For this reason a survey of chemical analysis of meteorites from the first investigation in 1769 until 1820 is given. In this period the contents of main components were determined and were found to be sim ilar for most of the stony meteorites, which contain characteristic grains of iron and iron sulfide in a mineral matrix of oxides of magne sium and silicon in German named “Bit- tererde” and “Kieselerde”. The metal in iron meteorites and in the metallic grains of stony m eteorites contains a high cont ent of nickel, which was not found in natural iron on the earth. The British chem ist Howard and Klaproth were the first, who accepted the theory of Chladni, stating that the meteorites have fallen from the sky. At the end of this survey, the results of the historic analyses are compared with results gained by using the method of neutron activation analysis.
1 Rainer Bartoschewitz, „ Bartoschewitz Meteoriten Laboratorium“ Lehmweg 53, D-38518 Gifhorn, Schlosskirche in Erxleben das 3. Deutsche Me teoriten-Kolloquium organisiert, auf dem die bisher ausgiebig beschriebenen Beobachtungen zum Fall, die Verteilung einzelner Stücke an verschiedene Universitäten und Museen und die seither durchgef ührten Untersuchungen vorgestellt und diskutiert wurden. 2 D. Fourgeraux, L.C. Chadet und A.L. Lavoisier 1777 im Journal de Physique, zit. von Ursula B. Marvin, „Ernst Florens Chladni (1756-1827) and the Origins of Modern Meteorite Research“, Meteoritics and Planetary Science 31(1996), S. 545-588. Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506 – 64 –
3 Ernst Florenz Friedrich Chladni, Über den Ursprung der von Pallas gefundenen und ande- rer ihr ähnlicher Eisenmassen und über einige damit in Verbindung stehende Naturerschei- nungen (1794), in: Günther Hoppe (Hg.), Über den kosmischen Ursprung der Meteorite [mit Chladni-Biographie und Erläuterungen von Günther Hoppe], Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften 258 (Leipzig 1979). 4 5 Louis Proust, „Sur le fer natif du Pérou“, Journal de Physique, de Chimie, d’Historie Na- turelle et des Arts 7 (1799), S. 148-149; siehe auch: Louis Proust, „ Über das gediegene Ei- sen aus Tucuman“, Gilbert's Annalen der Physik 24 (1806), S. 297-300. 6 Charles Barthold, „ Analyse de la pierre de tonnerre“, Journal de Physique, de Chimie, d’Historie Naturelle et des Arts (An 8) 50 (1800), S. 169-176; s. auch Ursula B. Marvin, „The Meteoritical Quincentennial: The Stone of Ensisheim 1492-1992“, Meteoritics 27 (1992), S. 28-72. 7 Edward Howard, „Versuche und Bemerkungen über Steine und Metalle, die zu verschiede- nen Zeiten auf die Erde gefallen sey n solln, und über gediegne Eisenmassen“, Gilbert’s An- nalen der Physik 13 (1803), S. 221-227. 8 Graf von Bournon, „ Schreiben an Delam éthrie, zur Beantwortung der Kritik des Herrn Patrin die aus der Luft gefallenen Steine betreffend“, Gilbert’s Annalen der Physik 18 (1804), S. 260-268. 9 Derek W. Sears, „ Edward Charles Howard and an Early British Contribution to Meteorit- ics”, Journal of the British Astronomical Association 86 (1976), S. 133-139. 10 Martin Heinrich Klaproth, „Bestandteile mehrerer Stein- und Metallmassen nach der chemi- schen Analyse von Oberm edizinalrat Klaproth“, Gilbert’s Annalen der Physik 13 (1803), S. 337-342. 11 Wolfgang Müller, „Klaproth, Martin Heinrich“, in: Winfried R. Pötsch, Annelore Fischer, Wolfgang Müller, Heinz Cassebaum , Lexikon bedeutender Chemiker (Leipzig 1988), S. 238-239. 12 Vgl. Martin Heinrich Klaproth, Beiträge zur Chemischen Kenntnis der Mineralkörper Bd 5 (Berlin – Leipzig 1810); Ders., Chemische Abhandlungen gemischten Inhalts (= Beiträge zur Chemischen Kenntnis der Mineralkörper Bd 6) (Berlin – Stettin 1815). 13 Martin Heinrich Klaproth, „Bestandteile des Smolensker Meteoriten nach einer Analyse von Klaproth“, Gilbert’s Annalen der Physik 33 (1809), S. 210-211. 14 Louis-Nicolas Vauquelin: „Über die aus der Atmosphäre herabgefallenen Steine“, Gilbert’s Annalen der Physik 15 (1803), S. 419-428. 15 Louis Proust: „Über einen Meteorstein, der im J. 1773 unweit Sigena in Aragonien herab gefallen ist, und über die Meteorsteine überhaupt“, Gilbert’s Annalen der Physik 24 (1806), S. 261-292. Der Beitrag wurde aus einem Artikel im Journal de Physique 60 (1805), S. 185- 205 zusammengefasst. Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
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16 Joseph Moser, „Darstellung der physisch-chemischen Eigenschaften der Steine, welche am 22. Mai 1908 bei und in Stannern in Mähren aus der Luft gefallen sind“, Gilbert’s Annalen der Physik 29 (1908), S. 309-327. 17 Louis-Nicolas Vauquelin „Analyse der zu St annern, in Mähren am 22. Mai 1808 herab ge- fallenen Aërolithen“, Gilbert’s Annalen der Physik 33 (1908), S. 202-210. 18 Friedrich Stromeyer: „Analyse des zu Erxleben im Elb-Department am 15. April 1812 her- abgefallenen Meteorsteins“, Gilbert’s Annalen der Physik 42 (1812), S. 105-110. Stromeyer wurde 1800 nach dem Studium von Medizin und Botanik Dr. der Medizin. Da er sich für Chemie interessierte, ging er zuerst in das Labor von Vauquelin nach Paris, wurde 1806 Professor für Chemie und Pharmazie an der Universität Göttingen und führte dort auch Ar- beiten über Minerale aus. Bei der chemischen Analyse des Meteoriten Erxleben (1812) stell- te er fest, dass der erdige Bestandteil d es Meteoriten Erxleben angesichts des hohen Gehaltes an Bittersalzerde und des grünlichen Farbtones vorwiegend Olivin sei. Ihm gelang 1817 die Darstellung des elem entaren Cadmiums. 1819 publizierte er noch die Analysener- gebnisse des Köstritzer Meteoriten. Siehe auch Wolfgang Müller, „Stromeyer, Friedrich“, in: Winfried R. Pötsch, Annelore Fischer, Wolfgang Müller, Heinz Cassebaum, Lexikon be-
19 Martin Heinrich Klaproth, „ VI. Meteorstein von Erxleben,“ in: Ders., Abhandlungen (= Beiträge Bd 6), S. 303-306; hier S. 303-304. 20 Klaproth, „Meteorstein“, S. 305. 21 Klaproth, „Meteorstein“. Die Ergebnisse hatte er am 3.8.1812 in der Akademie der Wissen- schaften zu Berlin vorgetragen. 22 Christian Friedrich Bucholz, „Analyse des Aerolithen von Erxleben bei Magdeburg“, Jour- nal für Chemie und Physik 7 (1813), S. 143-174. 23 Siegfried Niese, Gerhard Loos, Birgit Gleisberg, Wolfgang Helbig, „ Determination of trace elements and cosmogenic radio nuclides in m eteorites by NAA and gam ma spectrometry”, Isotopenpraxis 26 (1990), S. 242-245. 24 Nach Stromeyer, „Analyse“. 25 Nach Klaproth, „Meteorstein“. 26 Nach Buchholz, „Analyse“. 27 Nach Niese et al., „Determination“. 28 Martin Heinrich Klaproth, „ Analyse des Meteoriten Stannern“, in: Ders., Abhandlungen (= Beiträge Bd 6). 29 Stromeyer, „Chemische Zerlegung des Köstritzer Meteorsteins“, Gilbert’s Annalen der Phy- sik, 63 (1919), S. 452. 30 Harrison Brown, Edward Goldberg, „ The Composition of Meteoritic Matter and the Origin of Meteorites“, Science 109 (1949), S. 347; sowie Harrison Brown, Edward Goldberg, „ A premilary report on the determ ination of Gallium, Palladium, Gold, and Nickel in 45 Iron- meteorites“, Popular Astronomy 57 (1949), S. 398-399. Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506
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31 Nach Niese et al., „Determination“. 32 Mitsuri Ebihara, Masatake Honda, „ Eare earth abundances in chondritic phosphates and their implications for early stage chronologies“, Earth and Planetary Science Letters 63 (1983), S. 433-445. 33 J.R. Haas, L.A. Haskin, „ Compositional variations among whole-rock fragments of the L6 chondrite Bruderheim“, Meteoritics 26 (1991), S. 13-26. 34 J.A. Barat, B. Zandra, F. Moy nier, C. Bollinger, C. Liiorzou, G. Bay on, „Geochemistry of CI chondrites: Mayor and trace elements, and Cu and Zn isotopes“, Geochimica et Cosmo- chimica Acta 83 (2012), S. 79-92. 35 E. Cohen, „Die Meteoriten von Laborel und Guarena“, Annalen des Naturhistorischen Hof- museums Wien 11 (1896), S. 31-38. 36 Naburu Nakamura, „Determination of REE, Ba, Fe, Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary chondrites“, Geochimica et Cosmochica Acta 38 (1974), S. 757-775. 37 Wolfgang Kiesl, Fritz Kluger, „Chemische Untersuchungen am Ybbsitz-Meteorit“, Annalen des Naturhistorischen Museums Wien 87 A (November 1985), S. 39-46. 38 Michael J. Gaffey, Sarah L. Gilbert „ S(IV) type asteroid 6 Hebe: The probable parent body of the H-type ordinary chondrites and the II E iron m eteorites“, Meteoritics and Planetary Science 33 (1998), S. 1281-1295. 39 M. Ebihara et al.: „ Neutron Activation Analysis of a Particle Returned from Asteroid Ito- kawa”, Science 333 (2011), S. 1119-1121. 40 Paul A. LaViolette, „ Evidence of High Cosmic Dust Concentrations in Late Pleistocene Polar Ice“, Meteorites and Planetary Science 20 (1985), S. 545-558. 41 Zdenik Randa, Jan Kucera, L. Soukal, „ Elemental characterization of the new Czech mete- orite ‚Morávka‘ by neutron and photon activation analysis“, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 257 (2003), S. 275-283. Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschichte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd 22 (2012) ISSN 0934-8506 Yüklə 124,33 Kb. Dostları ilə paylaş:
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