Ein Amöboides Olivinaggregat ist ein Kristallaggregat im Millimeterbereich, das sich aus hochschmelzenden, refraktären Mineralen zusammensetzt (vorwiegend Olivin). Die Aggregatform tritt als Einschluss in den meisten kohligen Chondriten auf. Sie ist meist amöbenartig ausgebildet, kann aber auch die Gestalt von Chondren annehmen.
Etymologie Der Begriff Amöboides Olivinaggregat wird meist im Plural verwendet. Die ursprüngliche Bezeichnung im Englischen lautet amoeboid olivine aggregate oder abgekürzt AOA. Das Eigenschaftswort amöboid leitet sich hierbei von Amöben ab, an deren Aussehen und an deren Pseudopodien die Mineralansammlung erinnert. Das Mineral Olivin gehört zur silikatischen Olivingruppe und trägt seinen Namen aufgrund seiner olivgrünen Färbung. Aggregat hat seine Wurzel im Lateinischen Verb aggregāre mit der Bedeutung „zusammenkommen, ansammeln“.
Geschichtliches Amöboide Olivinaggregate (AOAs) wurden erstmals im Allende-Meteoriten – einem CV-Chondriten – von Lawrence Grossman und Ian M. Steele im Jahr 1976 entdeckt. Nur drei Jahre später im Jahr 1979 folgten sodann die Arbeiten von Miryam Bar-Matthews, Glenn MacPherson und Lawrence Grossman. und von Lawrence Grossman und Kollegen. Alan Kornacki und John Wood bearbeiteten AOAs im Jahr 1984 und Akihiko Hashimoto und Lawrence Grossman im Jahr 1987.
Neuere wichtige Arbeiten über AOAs stammen von Alexander Krot und Kollegen aus dem Jahr 2004, von Josefine Nanne und Kollegen aus dem Jahr 2019 und von Zachary Torrano und Kollegen aus dem Jahr 2023. Eine bedeutende Modellvorstellung wurde von Christian Jansen und Kollegen 2024 entwickelt.
Auftreten mini|hochkant=1.6|Der Moss-Meteorit enthält AOAs, die kleiner als 1 Millimeter sind
Amöboide Olivinaggregate treten neben CAIs als refraktäre Einschlüsse – welche in etwa 10 Volumenprozent einnehmen – in fast allen kohligen Chondriten auf, und zwar in den Gruppen CM, CR, CH, CV und CO. Sie erscheinen auch in den ungruppierten kohligen Chondriten Acfer 094 und Adelaide. In den CB-Chondriten werden amöboide Olivinaggregate nur in der Untergruppe CBb angetroffen (im Meteorit Hammada al Hamra 237 war nur ein AOA vorhanden), jedoch nicht in der Untergruppe CBa (sie finden sich daher nicht in den Meteoriten Bencubbin, Gujba und Weatherford).
Vorkommen in kohligen Chondriten Anbei eine Auswahl von AOA-Vorkommen, nach Gruppen geordnet: CV-Chondrite: Typspezimen Allende, Kaba, Efremovka, Leoville und Vigarano CM-Chondrite: Murchison CO-Chondrite: Ornans, Colony, Felix, Isna, Kainsaz, Lancé, Rainbow, Warrenton CR-Chondrit: NWA 739 CH-Chondrit: NWA 770 CB-Chondrit: Hammadah al Hamra ungruppiert: Acfer 094, Adelaide
Einführung Amöboide Olivinaggregate sind eng mit Calcium-Aluminium-reichen Einschlüssen assoziiert. CAIs gelten als die ersten Festkörper, die sich in der Protoplanetaren Scheibe gebildet hatten und markieren somit den Beginn des Frühen Sonnensystems vor rund 4568 Millionen Jahren (T0). Es wird angenommen, dass CAIs aus dem Gas des Sonnennebels (mit solarer Zusammensetzung) bei 1370 K (bzw. rund 1100 °C) auskondensierten – möglich ist aber auch, dass sie Wiederaufschmelzungsprodukte von älteren Kondensaten darstellen.
Im Vergleich zu den CAIs haben Amöboide Olivinaggregate bisher wesentlich weniger an Aufmerksamkeit auf sich gezogen, obwohl sie ebenfalls zu den refraktären Einschlüssen gehören. AOAs sind Mikro-, Milli- bis Zentimeter-große Objekte, die vorwiegend aus Forsterit, Metall und CAI-ähnlichem Material aufgebaut werden. AOAs stellen die häufigsten refraktären Einschlüsse in CM-, CR-, CV- und CO-Condriten.
Petrologie Allgemeines Die meisten AOAs sind unregelmäßig geformte, feinkörnige und poröse Objekte, die augenscheinlich einem extensiven Aufschmelzvorgang entgangen waren. Einige der AOAs sind aber auch abgerundet, grobkörnig und kompakt – was seinerseits sehr wahrscheinlich auf einen thermischen Prozess wie Glühen, Rekristallisation und eventuell sogar auf Schmelzen zurückzuführen ist. Gefügekundlich gibt es aber keinen Beweis, dass AOAs je vollkommen aufgeschmolzen waren. Anders jedoch bei einigen CAIs, deren abgerundete und kompakte Formen eine Kristallisation aus Schmelzen durchaus nahelegen.
Amöboide Olivinaggregate ähneln sowohl petrographisch als auch isotopisch Forsterit-reichen Akkretionsrändern von CAIs der Typen A (kompakt und flauschig), B (feinkörnig), sowie der feinkörnigen, spinellreichen Varietäten. Auch sind sie generell mit Spinell-Pyroxen-Anorthit-führenden CAIs assoziiert. Diese Sachverhalte zusammen mit ihren ähnlichen Sauerstoffisotopenzusammensetzungen werden allgemein dahin interpretiert, dass AOAs und CAIs genetisch eng miteinander verwandt sind. Darüber hinaus besteht eine Übereinstimmung zwischen den mineralogischen und chemischen Zusammensetzungen der AOAs mit thermodynamischen Gleichgewichtsberechnungen anhand von Kondensationsmodellen des Sonnennebels. Diese legen nahe, dass AOAs durch Gas-Festkörperkondensation entstanden waren, die aber mit rund 1200 bis 1384 ° K tieftemperierter war und etwas unterhalb der CAI-Kondensationen lag.
Möglicherweise sind AOAs auch Vorläuferkomponenten von Chondren. Dennoch sind die genauen physikalischen Gegebenheiten und auch die zeitlichen Abläufe der AOA-Entstehung noch nicht restlos geklärt – und auch die Beziehungen zu anderen Chondritenkomponenten sind nach wie vor unklar.
Mineralogie Amöboide Olivinaggregate primitiver Chondrite bestehen aus drei Hauptkomponenten: Forsterit metallisches Eisen-Nickel und CAIs.
Es bestehen signifikante Abweichungen in den modalen Häufigkeiten dieser drei Komponenten, aber auch in der modalen Mineralogie und in den Gefügen der CAIs. Letztere bestehen aus Al-Diopsid, Anorthit, Spinell und seltenem Melilith – unabhängig von der jeweiligen Chondritengruppe.
AOAs in nicht veränderten oder metamorphosierten kohligen Chondriten werden vorwiegend aus Forsterit aufgebaut, genauer aus Fo≥98, sowie aus einer Eisen-Nickel-Legierung, in der Nickel einen Massenanteil von 5 bis 12 % stellt. Ihre Korngrößen schwanken generell zwischen rund 3 bis 15 Millimeter. Weitere untergeordnete AOA-Minerale sind Anorthit, Ca-reiches Pyroxen, Spinell, Melilith, Hedenbergit und Nephelin. Melilith wird typischerweise von einer feinkörnigen Mischung aus Spinell, aluminiumreichen Diopsid ± Anorthit ersetzt, Spinell jedoch von Anorthit.
Die Sekundärminerale in den AOAs aus CR-, CM-, CO- und CV-Chondriten sind den Mineralen in Chondren, in CAIs sowie in den Grundmassen ihrer Ausgangskörper sehr ähnlich. Hierzu gehören Phyllosilikate, Magnetit, Karbonate, Nephelin, Sodalith, Grossular, Wollastonit, Hedenbergit, Andradit und auch eisenreiches Olivin.
AOAs werden von Calcium-Aluminium-reichen Einschlüssen (CAIs) begleitet, die ihrerseits aus aluminiumreichen Diopsid, Spinell, Anorthit und seltenem Melilith aufgebaut werden. In etwa 10 % der AOAs wird Forsterit zu 1 bis 2 Volumenprozent von einem leicht calciumhaltigen Pyroxen ersetzt. Auch bestehen Assoziationen hin zu Olivin-reichen Chondren, die AOAs haloartig umschließen. Eine gängige Erscheinungsform von AOAs sind die bereits angesprochenen amöbenartigen Gebilde aus vereinzelten, unregelmäßigen Olivinzusammenballungen, aus denen armförmige, pseudopodienartige Ausstülpungen hervorragen können. Innerhalb der AOAs finden sich oft auch sphärische Knollen, die aus hochtemperierten Oxiden und Silikaten wie Melilith aufgebaut sind. Es hat nicht den Anschein, dass die knollenumringenden AOAs je aufgeschmolzen waren, vielmehr akkretierten sie an den Knollen zu Aggregaten innerhalb der Grundmasse.
CAIs in AOAs In den AOAs vorkommende CAIs zeigen einen typischen Zonenaufbau in ihrem Mineralbestand: ihr Zentralbereich besteht aus Melilith ± Spinell ± Perovskit oder aus Spinell ± Perovskit. Falls Melilith vorhanden ist, so wird er gewöhnlich durch eine feinkörnige, symplektitische Verwachsung aus Spinell, Al-Diopsid und manchmal auch Anorthit extensiv ersetzt. In Melilith-freien CAIs wird Spinell von einer feinkörnigen, symplektitischen Verwachsung aus Spinell und Al-Diopsid umringt oder von Anorthit, der seinerseits in einer monomineralischen Lage aus Al-Diopsid eingeschlossen ist. Korrosionserscheinungen treten zwischen Spinell und dem umgebenden Anorthit auf. Die Lage aus Al-Diopsid manifestiert oft eine Anreicherung an Aluminium in Richtung CAI-Kernbereiche. Gelegentlich wird sie auch von einer kompakten Forsteritschicht überwachsen.
Bildungsabfolge Petrographische Beobachtungen lassen die folgende Bildungsabfolge in AOA-Mineralen erkennen: Spinell → Melilith → aluminiumreicher Diopsid ± Spinell ± Anorthit → Forsterit + Eisen-Nickel-Metall → calciumarmes Pyroxen. Selbst wenn mineralogische Befunde klarlegen, dass feinkörnige symplektitische Verwachsungen von Al-Diopsid, Spinell und Anorthit Alterationsprodukte von Melilith darstellen, so ist diese Paragenese dennoch in guter Übereinstimmung mit der thermodynamisch bestimmten Kondensationssequenz eines Gases mit solarer Zusammensetzung bei einem herrschenden Gesamtdruck von 10−5 bar: Melilith (1503 K) → Spinell (1371 K) → Diopsid (1323 K) → Forsterit (1318 K) → Anorthit (1293 K) → Eisen-Nickel-Metall (1290 K) → Orthopyroxen (1263 K). Dies bedeutet, dass die Umwandlungen des Meliliths bei sehr hohen Temperaturen im Sonnennebel stattfanden.
Gefüge Sowohl mineralogisch als auch in ihrem Gefüge ähneln AOAs den an Forsterit-reichen Akkretionsrändern von magmatischen und nichtmagmatischen CAI-Typen – wie sie in kohligen Chondriten der Gruppen CV und CR vorkommen. Diese können daher sehr gut auch als AOAs mit einer beherrschenden CAI-Komponente eingestuft werden.
Unterschieden werden kompakte und daunenartige Gefüge des Typus A, feinkörnige Gefüge des Typus B sowie spinellreiche Gefüge.
Metamorphose und Metasomatose Amöboide Olivinaggregate sind sehr feinkörnig in CO3-Chondriten. Sie eignen sich daher als sensitive Anzeiger für die Auswirkungen von Metasomatose und Metamorphose auf den Ausgangskörper dieser Meteoriten – vor allem in den Anfangsstadien.
Generell werden Olivin und Spinell (falls vorhanden) mit zunehmender Alteration und steigendem Metamorphosegrad zusehends eisenreicher.
In primitiven Kohligen Chondriten (Typus 3.0) lassen AOAs aber keinerlei Anzeichen für Alteration und thermische Metamorphose erkennen.
Seltene Erden Bei den Seltenen Erden zeigen die meisten AOAs in CV-Chondriten keinerlei Fraktionierung und laufen mit einer 1- bis 10-fachen Überhöhung in etwa parallel zu den CI-Chondriten. Kleinere Abweichungen hiervon zeigen einige NWA-Meteorite aus Nordwestafrika.
Isotopen Chrom Die Chromisotopen in AOA-Olivinen des Allende-Meteoriten erbrachten folgende Werte: für 53Cr von – 0,18 bis + 0,43 für 54Cr von + 1,45 bis + 5,79
Die 54Cr-Werte der AOAs stimmen sehr gut mit den CAI-Werten überein, liegen jedoch eindeutig oberhalb der Kohligen Chondrite (CCs inklusive Allende) mit Werten um 1,0 bis 1,5. Darunter situieren sich Nichtkohlige Chondrite (engl. Noncarboaceous chondrites oder abgekürzt NCs) inklusive Gewöhnliche Chondrite mit Werten von 0 bis − 0,8. Erkennbar ist hier eine Dichotomie zwischen CCs und NCs, die auch bei anderen Isotopen vorhanden ist.
Die 53Cr-Werte sind bei AOAs etwas höher als bei CAIs (Durchschnittswert − 0,55). CCs (einschließlich Allende) und NCs überdecken denselben Bereich.
Sauerstoff Amöboide Olivinaggregate haben im Allgemeinen an 16O-reiche Zusammensetzungen, die den 16O-Gehalten in CAIs recht nahe kommen. Dies erlaubt die Schlussfolgerung, dass AOAs in einem nahezu identischen Environment des Sonnennebels herangewachsen waren. Tatsächlich finden sich in einigen AOAs die Überreste einstiger CAIs.