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Verwitterungskruste (Fusionskruste)

Was ist die Verwitterungskruste, auch Fusionskruste genannt, bei Meteoriten, welche Eigenschaften besitzen diese, wie entsteht sie und wie kann sie aussehen?

Wenn der Meteorit auf die Erde trifft, können je nach Härte des Bodens und der Aufprallgeschwindigkeit Teile der Schmelzkruste beschädigt werden. Diese Stellen sind dann meist Ausgangspunkt für die Entstehung der Verwitterungskruste. Es ist aber ebenfalls möglich, dass die Schmelzkruste vollständig erhalten bleibt. Die Schmelzkruste schützt den Meteorit vor Auswirkungen der terrestrischen Verwitterung obwohl sie selbst der exponierteste Teil des Meteoriten darstellt. Die Schmelzkruste eines nach Stunden oder Tage gefallenen Steinmeteoriten zeigt eine unterbrochene und grobe Textur. Diese Oberflächenbeschaffenheit bietet eine Angriffsfläche für chemische und mechanische Verwitterungsprozesse. Die grobe Schmelzstruktur bindet Verunreinigungen wie Calciumcarbonate, Tonpartikel, Aggregate von Windstaub und Tau. Ihre mangelnde Kompaktheit begünstigt darüber hinaus die Abrasion durch Eis- oder Sandflug, wie sie in den kalten und heißen Trockenwüsten auftritt.

Korrasion

Neben der Oxidation ist ein weiterer sichtbarer Effekt durch Verwitterungsprozesse eine leicht polierte Oberfläche mit Glanz, welche unter entsprechenden Bedingungen nach nur wenigen Monaten auftreten kann. Dieser Effekt entsteht in trockenen Umgebungen wie Wüsten mit Quarzsand. Der kontinuierliche Aufprall von Quarzkörnern erodiert die äußere vesikuläre Schicht der Schmelzkruste. Während das darunterliegende Substrat noch vorhanden ist, wird die dünne, rau strukturierte obere Schicht bis zu einem gewissen Grad durch windgetragenen Sand abgerieben. Ein Prozess, welcher auch als Korrosion bekannt ist. Auch in kalten Umgebungen wie der Antarktis sind Meteoriten einer ebenfalls ähnlichen Art der Erosion ausgesetzt. Hierbei wird ihr Äußeres durch windgetragene Eiskristalle bis zu Tiefen von einem Zentimeter und mehr stark abgerieben. Sobald die schützende Schmelzkruste des Meteoriten vollständig abgetragen wurde, ist der Meteorit erodierenden Partikeln schutzlos ausgesetzt.

Weitere chemische und mechanische Angriffspunkte

Der Temperaturgradient an dem Ort des Meteoriten ist ein weiterer einflussnehmender Faktor auf die Schmelzkruste. Größere Lücken zwischen Tag- und Nachttemperaturspitzen erhöhen die Scherspannung zwischen dem Inneren des Meteoriten und seiner Schmelzkruste. Dies führt schließlich zu einer Abblätterung der Kruste.

Gleichzeitig wird die Schmelzkruste chemischen Angriffen sowohl von außen als auch von innen ausgesetzt. Die wichtigsten chemischen Verwitterungsreaktionen, welche in einem Meteorit stattfinden sind Oxidation und Hydratation. Feuchtigkeit durchdringt den Meteoriten durch Risse und Frakturen. Durch die daraus in Gang gesetzten Oxidationsvorgänge mit dem Eisen des Meteoriten, wird sein Volumen erweitert, was in der Nähe der Oberfläche ebenfalls zu Abblätterungen der Schmelzkruste führen kann. Diese Effekte ergeben eine eher braune Farbe auf dem Innen- und Außenbereich des Meteoriten. Bei einigen Funden aus Wüsten, kommt es zu einer Auslaugung von gelösten Oxiden, die zu wachsenden Rostablagerungen auf der Außenseite führt.

Verwitterungsrissen

Wenn Meteoriten den Elementen lange Zeit ausgesetzt sind, entwickeln sie oft tiefe Verwitterungsrisse. Durch die Zunahme des Volumens des im inneren oxidierenden Eisens entstehen Risse aus dem Inneren des Meteoriten. Im Gegensatz zu Kontraktionsrissen durchschneiden diese den Meteorit vollständig und bieten so weitere Angriffsflächen für Feuchtigkeit und dergleichen. Diese Risse führen schließlich zu einer vollständigen Fragmentierung der exponierten Masse.

Oberflächen- und Untergrund-Verwitterung

Die Art der Verwitterungswirkung, die sich auf der Oberfläche eines Meteoriten entwickelt, hängt ebenfalls von dem Anteil des Bodenkontaktes ab. Unabhängig von der klimatischen Umgebung neigen im Boden eingebettete Teile eines Meteoriten chemisch intensiver und schneller zu verwittern, als andere Teile. Auf der anderen Seite sind diese Bereiche vor dem mechanischen Abrieb geschützt. Auf diese Weise zeigen Meteoriten, die vor Jahrtausenden gefallen sind, oft noch gut erhaltene Äußere Schmelzkrusten auf dem im Boden eingebetteten Teil des Meteoriten.

Terrestrische Verwitterungsrinde

Stark abgeriebene oder verwitterte Meteoriten zeigen oft eine dicke Rinde aus Oxiden und terrestrischen Mineralien, welche die Schmelzkruste im Laufe der Zeit vollständig ersetzt haben. Ein Rest der Schmelzkruste ist dann vorhanden, wenn die geschnittene oder gebrochene Oberfläche und das darunterliegende Substrat einen Unterschied in der Farbe und Textur in Bezug auf die Äußere Kruste zeigt. Anderenfalls ist die Schmelzkruste vollständig verschwunden. Im Fall einer zerklüfteten und unregelmäßigen Oberfläche mit einer glatten, glänzenden und strukturlosen Beschichtung von heller bis brauner Farbe, wird von Wüstenlack gesprochen.

Wüstenlack und Caliche-Ablagerungen

Wüstenlack oder Wüstenpatina ist eine dünne und glänzende, dunkelbraune bis schwarze Patina, welche sich auf Oberflächen in trockenen und halbtrockenen Umgebungen bildet und hauptsächlich aus Tonmineralien besteht. Letztere umfassen mehr als 70 Prozent des Lackes, wobei Siliciumdioxid das wichtigste Mineral ist. Eisen- und Manganoxide bilden den Großteil des Restes und sind gleichmäßig über die Tonschicht verteilt. Wüstenlack ist durch einen Mangel an Textur und seiner semitransparenten Glätte und Glanz erkennbar. In der Regel ist der Wüstenlack auf Meteoriten weniger als 0,25 mm dick.

Zeigt der Meteorit eine braune, graue oder helle Beschichtung, welche in Säure löslich ist, wurde die Schmelzkruste durch Tonmineralien oder Caliche ersetzt oder angereichert. Caliche besteht aus Schichten aus einer gehärteten Calciumcarbonat-Ablagerung, die sich durch Mineralien bildet, die von der oberen Schicht des Bodens ausgelaugt werden und an die Kontaktflächen anhaften.

Bei Individuum-Meteoriten steht oft keine Schnittfläche zur Verfügung, um die innere Matrix und die Außenbeschichtung vergleichen zu können. Aber fast alle Meteoriten, die einen gewissen Grad an Verwitterung erlebt haben, zeigen beschädigte Flächen, welche durch eine rauere Textur erkennbar sind als die aus der Ablation resultierenden Oberflächen. Wenn nun kein Unterschied in der Farbe zwischen diesen und den letzteren Flächen existiert, ist dies ein Zeichen dafür, dass das Sandpolieren und die Bildung von Wüstenlack bereits im fortgeschrittenen Zustand ist.

Und wenn weder in der Textur noch ein kompositorischer Unterschied zwischen der Beschichtung und dem Inneren des Meteoriten festgestellt werden kann, ist das Exemplar wahrscheinlich über das Substrat hinaus verwittert und zeigt auch keine Schmelzkruste mehr.