Welche Faktoren beeinflussen das Widmanstätten-Muster in Eisenmeteoriten?

Es ist schon eine Weile her, seit ich das studiert habe, und Meteoriten sind nicht mein Gebiet, also werde ich mein aktuelles Verständnis teilen, würde aber Korrekturen von denjenigen begrüßen, die besser informiert sind :-)

Diese Meteoriten bestehen hauptsächlich aus Eisen mit einer kleinen Menge Nickel. Für eine gegebene Zusammensetzung von Eisen und Nickel gibt es unterschiedliche Kristallstrukturen, die gebildet werden können. Von Bedeutung sind hier zwei Kristallstrukturen namens „Taenit“ und „Kamazit“ (im Eisen-Kohlenstoff-System, wo sehr ähnliche Muster gebildet werden können, würden diese „Austenit“ und „Ferrit“ genannt werden, aber sie beziehen sich auf dieselben Kristallstrukturen ).

Ob Taenit oder Kamazit stabiler ist, hängt sowohl von der Temperatur als auch von der vorhandenen Nickelmenge ab. Bei hohen Temperaturen, wenn der Meteorit jung ist, besteht er ausschließlich aus Taenit. Wenn es jedoch abkühlt, erreichen wir schließlich eine Temperatur, bei der das Universum energetisch gesehen eine Mischung aus Taenit und Kamazit haben möchte.

Aber gerade weil es jetzt energetisch günstig für die Bildung von Kamazit ist, muss es immer noch einen Mechanismus geben, durch den sich ein Teil des Taenit-Kristalls in Kamazit umwandeln kann .

Die Widmanstätten-Muster bilden sich nur bei sehr geringen Unterkühlungen, also wenn die Temperatur gerade erst in diesem Bereich liegt, in dem Kamazit beginnt, sich zu stabilisieren.

Was Sie in diesem Muster tatsächlich sehen, sind die Kamazitplatten, die sich gebildet haben. Das genaue Muster, das Sie sehen, hängt davon ab, welche Scheibe des Meteoriten Sie polieren möchten, und hängt mit der zugrunde liegenden Symmetrie der Kristallstruktur zusammen.

Der Grund, warum Sie diese Muster auf der Erde nicht so groß sehen, hat zwei Gründe: Einer ist einfach, dass die Korngrößen selbst viel kleiner sind und die Größe der Mikrostruktur dadurch begrenzt ist. Der andere Grund ist, dass die Abkühlrate viel schneller ist, sodass die Muster nicht so groß werden können.

Wenn diese Platten Keime bilden, kann die Ausdehnung (Länge/Breite) der Widmanstätten-Platten schnell wachsen, aber sie werden nur mit einer Rate dicker, die durch die Diffusion von Nickelatomen zwischen den Eisenatomen begrenzt ist. Dies liegt daran, dass die Seiten der Platten eine kohärente Grenzfläche mit der Stamm-Taenit-Phase haben und die Diffusion langsamer ist, während die Spitzen/Kanten der Platte eine inkohärente Grenzfläche haben, wo die Diffusion viel schneller ist.

Ich glaube, dass die Geschwindigkeit, mit der die Platte länger wird, mit dem Grad der Unterkühlung zusammenhängt, so dass bei sehr langsamen Abkühlungsraten wie denen im Weltraum die Platten viel langsamer länger werden. Dies gibt den Atomen dann Zeit, an den Plattenseiten zu diffundieren, damit die Platte dicker wird. Und deshalb haben wir schließlich diese schöne Mikrostruktur, die groß genug ist, um mit dem menschlichen Auge gesehen zu werden.

Das ist mein Verständnis, aber ich denke, es gibt noch keinen Konsens darüber, wie sich Widmanstätten-Muster genau bilden, welche Rolle die Diffusion spielt und auch welche Rolle andere Zusätze dabei spielen (z. B. das Vorhandensein von Phosphor im Fall von Eisen-Nickel-Meteoriten). ).

Ich hoffe das hilft!