Sauerstoffisotopennachweis aus Ryugu-Proben für eine frühe Wasserabgabe an die Erde durch CI-Chondriten

Nature Astronomy Band 7, Seiten 29–38 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Die Wasserversorgung des inneren Sonnensystems, einschließlich der Erde, ist immer noch ein umstrittenes Thema. Eine bevorzugte Rolle hydratisierter Asteroiden in diesem Prozess wird durch Isotopenmessungen gestützt. Kohlenstoffhaltige Chondriten (CC)-Meteoriten stellen unsere Hauptinformationsquelle über diese flüchtigen Asteroiden dar. Allerdings führt die Zerstörung schwächerer Materialien beim Eintritt in die Atmosphäre zu einer Verzerrung unserer CC-Daten. Die Rückkehr von Oberflächenmaterial vom C-Typ-Asteroiden 162173 Ryugu durch die Raumsonde Hayabusa2 bietet eine einzigartige Gelegenheit, primitive Materialien mit hoher Porosität und geringer Dichte zu untersuchen, die in den Meteoritenaufzeichnungen nicht vertreten sind. Wir haben die Massensauerstoffisotopenzusammensetzung von vier Ryugu-Partikeln gemessen und zeigen, dass sie den seltenen CI-Chondriten (CC-Ivuna-Typ) am ähnlichsten sind, allerdings mit einigen Unterschieden, die wir auf die terrestrische Kontamination der CI-Meteoriten zurückführen. Wir vermuten, dass CI-bezogenes Material unter kohlenstoffhaltigen Asteroiden weit verbreitet ist und eine wichtigere Quelle für Wasser und andere flüchtige Stoffe auf der Erde darstellt, als seine begrenzte Präsenz in unserer Meteoritensammlung vermuten lässt.

Zwischen Juni 2018 und November 2019 führte die Raumsonde JAXA Hayabusa2 detaillierte spektroskopische Beobachtungen und Messungen des C-Typ-Asteroiden 162173 Ryugu durch. Material von zwei verschiedenen Orten auf dem Asteroiden wurde gesammelt und am 6. Dezember 2020 zur Erde zurückgebracht (Lit. 1). Eine Probe wurde in Kammer A der Rückkehrkapsel gelagert und die andere, die in der Nähe eines durch einen Impaktor gebildeten Kraters gesammelt wurde, wurde in Kammer C gelagert. Nahinfrarotspektroskopische Daten, die während Orbitalbeobachtungen des Asteroiden Ryugu erhalten wurden, deuteten darauf hin, dass er aus Material bestand. ähnlich thermisch und/oder schockmetamorphisierten kohlenstoffhaltigen Chondriten-Meteoriten“ (Ref. 2,3), mit einer möglichen Übereinstimmung mit den CY-Chondriten (Yamato-Typ)4. Im Gegensatz zu dieser Interpretation deuteten erste Kurationsstudien in der JAXA ISAS-Einrichtung darauf hin, dass die zurückgegebenen Proben „CI-Chondriten am ähnlichsten“ waren (Lit. 1). Diese widersprüchlichen Klassifizierungen können nur durch detaillierte Charakterisierungsstudien der Ryugu-Partikel gelöst werden. Insbesondere die hochpräzise Sauerstoffisotopenanalyse gilt weithin als die leistungsfähigste Technik zur Feststellung der Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Proben und gut charakterisierten Meteoritengruppen. Die hier präsentierten Ergebnisse bieten eine solide Grundlage für die Bewertung der Beziehung zwischen den Ryugu-Proben und dem Meteoriteninventar aus kohlenstoffhaltigem Chondrit (CC).

Unterproben von vier verschiedenen Ryugu-Partikeln wurden mittels Laserfluorierung unter Verwendung einer „Single-Shot“-Technik5,6 (Methoden) auf ihre Sauerstoffisotopenzusammensetzung analysiert. Drei der vier analysierten Proben stammten aus Kammer C (C0014,21; C0068,21; C0087,2) und eine aus Kammer A (A0098,2). Die in dieser Studie verwendeten Probentransport-, Beladungs- und Analysetechniken stellten sicher, dass die Partikel zu keinem Zeitpunkt einer atmosphärischen Kontamination ausgesetzt waren (Methoden).

Die vier Partikel, aus denen das analysierte Material extrahiert wurde, bestehen überwiegend aus fein- und grobkörnigen Schichtsilikaten und variieren zwischen etwa 64 und 88 Vol.-% (Lit. 7) (Abb. 1a, b). Wasserfreie Silikate (Olivin und Pyroxen) wurden in keinem dieser vier Partikel beobachtet, seltene Beispiele wurden jedoch in anderen Ryugu-Partikeln identifiziert8,9. Phyllosilikate bestehen aus einer Serpentin-Saponit-Verwachsung und haben Massenzusammensetzungen, die sich vollständig mit denen in CIs7 überschneiden. Karbonatmineralien, hauptsächlich Dolomit, mit geringem Anteil Ca-Karbonat und Breunnerit, sind in sehr unterschiedlichen Mengen vorhanden (ungefähr 2 bis 21 Vol.-%)7. Magnetit (ca. 3,6 bis 6,8 Vol.-%) in Form von Framboiden, Plaquetten und kugelförmigen Aggregaten sowie Sulfidmineralien (ca. 2,4 bis 5,6 Vol.-%) sind ebenfalls in der phyllosilikatreichen Matrix vorhanden (Abb. 1a, b)7,9. Ryugu-Partikel haben eine hohe durchschnittliche Porosität von 41 % und folglich eine niedrige durchschnittliche Dichte von 1.528 ± 242 kg m−3, vergleichbar mit der des CI-Chondrits Orgueil oder des nicht gruppierten primitiven Meteoriten Tagish Lake9.

a, Magnetit (Mag) kommt sowohl als Cluster von Framboiden als auch als kugelförmige Aggregate vor. Das vorherrschende, feinkörnige dunkle Material besteht aus verwachsenem Serpentin und Saponit (Serp/Sap). Die feinkörnige dunkle Matrix stellt verwachsenes Serpentin und Saponit dar. b, Entlang des rechten Randes ist eine große Anzahl relativ grobkörniger Dolomitkristalle (Dol) vorhanden. Es sind auch Sulfidkristalle (Sulf) unterschiedlicher Korngröße zu sehen. Maßstabsbalken, 25 μm.

Sieben Einzelanalysen wurden an Material durchgeführt, das aus den vier Ryugu-Partikeln extrahiert wurde (Methoden). Die Masse des analysierten Materials variierte zwischen 0,18 und 1,83 mg (Tabelle 1). Zum Vergleich mit den Ryugu-Partikeln wurden im Rahmen dieser Studie auch die CI-Chondriten Orgueil, Ivuna und Alais sowie die CY-Chondriten4 Y-82162 und B-7904 analysiert (Tabelle 1). Aufgrund des breiten Spektrums der in dieser Studie analysierten Ryugu-Partikelmassen wurde zu Vergleichszwecken ein gewichteter Durchschnitt mit den CY- und CI-Chondriten berechnet (Tabelle 1). Sofern im Text und in den Abbildungen nicht anders angegeben, wurde die gewichtete Ryugu-Zusammensetzung mit den ungewichteten Durchschnittswerten für die CIs und CYs verglichen. Gewichtete und ungewichtete Durchschnittsdaten für alle in dieser Studie analysierten Proben sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die mittlere Sauerstoffisotopenzusammensetzung (gewichtet) der sieben Ryugu-Analysen ist in Abb. 2 zusammen mit Daten für potenziell verwandte CC-Gruppen dargestellt. Die Ryugu-Partikel haben eine mittlere Sauerstoffisotopenzusammensetzung, die mit der der CI-Chondriten überlappt, aber in Bezug auf δ18O deutlich leichter ist als die CYs (Abb. 2). Eine mögliche Übereinstimmung zwischen Ryugu-Proben und CIs wurde auch auf der Grundlage von Massensauerstoffisotopendaten in zwei anderen neueren Studien vorgeschlagen9,10.

Die Abbildung zeigt deutlich, dass die mittlere Sauerstoffisotopenzusammensetzung der Ryugu-Partikel der der CIs (blaue Raute) nahe kommt, sich jedoch von der der CYs (braune Dreiecke) unterscheidet. Daten für CIs (Alais, Ivuna und Orgueil) und CYs (B-7904, Y-82162) sind in Tabelle 1 aufgeführt. Weitere Daten sind CO3-Chondriten57 (blaue Kreise), CM2 (rote Quadrate) und C2 ohne Gruppierung (schwarze Quadrate)13 ,58,59,60,61, zusammen mit Analysen für Tagish Lake (umgekehrtes rotes Dreieck) und Sutter's Mill (rosa Quadrat) (Ergänzende Informationen). Die rote Linie ist die beste Anpassungslinie ausschließlich anhand der CM2-Daten (Funde und Stürze). CCAM, CCs wasserfreie Mineralien Linie13. Der Wert n bezieht sich auf die Anzahl der einzelnen Materialaliquots, die für jede Probe unabhängig voneinander auf der Laserfluorierungslinie laufen gelassen wurden (Tabelle 1).

Einzelne Ryugu-Analysen zeigen einen großen Bereich der δ18O-Werte von 11,46 bis 19,30 ‰ (Tabelle 1 und Abb. 3). Die größte der Sauerstoffisotopenanalyse zugewiesene Teilprobe stammte vom Partikel C0014 und hatte eine anfängliche Gesamtmasse von 5,5 mg, was mehrere Messungen (n = 4) ermöglichte (analysierte Gesamtmasse bisher 3,3 mg) (Tabelle 1). Analysen von C0014 ergeben δ18O-Werte, die zwischen 13,73 ± 0,08‰ (2 sd) und 19,30 ± 0,07‰ (2 sd) variieren. Der relativ große Bereich der δ18O-Werte der Ryugu-Partikel spiegelt die intrinsische Isotopenheterogenität im betreffenden Probenmaßstab wider. Beachten Sie, dass detaillierte mineralogische Studien7,9 ein erhebliches Maß an Heterogenität innerhalb einzelner Ryugu-Partikel zeigen (Abb. 1a,b). Die Analyse einzelner Mineralphasen in Ryugu-Partikeln mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie hat eine große Variation von δ18O ergeben, mit Magnetit im Bereich von −5,3 bis 7,4‰, Dolomit 25,4 bis 41,6‰ und Ca-Carbonat 34,2 bis 39‰ (Ref. 9, 10,11). Als dominante Phase in Ryugu-Partikeln (64 bis 88 Vol.-%) dürften Phyllosilikate eine δ18O-Zusammensetzung aufweisen, die relativ nahe am in dieser Studie ermittelten mittleren Volumenwert von 15,88 ‰ liegt (Tabelle 1). Dieser Wert liegt innerhalb des für CI-Matrix-Separate ermittelten Bereichs12. Angesichts der Heterogenität der Ryugu-Partikel und der großen Variation von δ18O in verschiedenen Mineralphasen ist die Bandbreite der in dieser Studie gemessenen Werte nicht unerwartet. Wenn Massensauerstoffisotopenwerte an mg-großen Fraktionen bestimmt wurden, die direkt aus CC-Meteoriten entnommen wurden, ist es üblich, einen Bereich von δ18O-Werten zu erhalten, der denen in dieser Studie (Methoden) ähnelt oder diese übersteigt.

Ryugu-Partikel (grüne Quadrate) zeigen eine große Variation der δ18O-Werte, was die intrinsische Isotopenheterogenität auf der betreffenden Stichprobenskala widerspiegelt (weitere Diskussion siehe Text). CI-Chondriten (farbige Rauten) und CY-Chondriten (farbige Dreiecke) wurden zu Vergleichszwecken mit den Ryugu-Partikeln analysiert. In Bezug auf ihre δ18O-Werte liegen der gewichtete Durchschnittswert für die Ryugu-Partikel und der Mittelwert für die CIs (Alais, Ivuna und Orgueil) in ihrer Zusammensetzung sehr nahe (Tabelle 1). Im Gegensatz dazu ist der Mittelwert für den CY-Chondrit Y-82162 im Vergleich zu den Ryugu-Partikeln oder CIs erheblich zu höheren δ18O-Werten verschoben. Die CM2-Linie ist die Verlängerung der Best-Fit-Linie durch CM2-Fälle und -Funde, wie in Abb. 2 dargestellt. Fehlerbalken ±2 sd

Berechnungen basierend auf gemessenen Modaldaten für Ryugu-Partikel7 und einer Sauerstoffisotopenanalyse von Ryugu-Mineralphasen10 ergaben δ18O-Massenwerte zwischen 9,7 und 18,9‰ (Ergänzende Informationen), was nahe an dem in dieser Studie ermittelten Bereich liegt. Der Gesamtbereich der in Orgueil (14,39 bis 16,62‰) und Y-82162 (20,77 bis 24,47‰) gemessenen δ18O-Werte ist größer, als auf der Grundlage unserer gemessenen Systemgenauigkeit (±0,1‰) zu erwarten wäre. Diese Meteoriten wurden als relativ grobkörnige Pulver verarbeitet, um die Gesamtkorngröße des Ryugu-Materials widerzuspiegeln, und wurden nicht zu sehr feinen Pulvern gemahlen, wie es für eine vollständige Homogenisierung erforderlich wäre. Durch intensives Mahlen würden sich wahrscheinlich ihre Primärzusammensetzungen verändern, zum Beispiel besteht die Möglichkeit, dass sich der Wassergehalt dieser hydratisierten Proben erheblich verändert.

Das aus Kammer A (A0098) analysierte einzelne Partikel weist den niedrigsten δ18O-Wert (11,46 ± 0,12‰ (2 sd)) des gesamten in dieser Studie analysierten Ryugu-Materials und einen der niedrigsten Δ17O-Werte (0,56 ± 0,06‰ (2 sd) auf )). Es handelt sich jedoch auch um eine der kleinsten hier analysierten Proben und daher um eine der anfälligsten für die Auswirkungen der Probenahme einer heterogenen Mineralogie. Andere kleine Proben weisen ebenfalls einige der größten Variationen auf, beispielsweise C0014-3 und C0087 mit Δ17O-Werten von 0,54 bzw. 0,75 (Tabelle 1). Daher ist die wahrscheinlichste Erklärung für den niedrigen δ18O-Wert von A0098 die Probenheterogenität, die möglicherweise einen höheren modalen Magnetitgehalt widerspiegelt.

Trotz der großen Variation der δ18O-Werte der Ryugu-Partikel neigen sie dazu, sich in der Nähe unserer Analysen von Orgueil und Alais in Abb. 3 anzuhäufen. Ivuna hat eine δ18O-Zusammensetzung, die im Ryugu-Bereich liegt, hat aber einen niedrigeren Δ17O-Wert. Die Ryugu-Partikel unterscheiden sich isotopisch von den CY-Chondriten sowohl hinsichtlich δ18O als auch Δ17O (Abb. 3). Die beiden in dieser Studie analysierten CYs (Y-82162 und B-7904) weisen ähnlich hohe δ18O-Werte auf, ihre Δ17O-Werte sind jedoch unterschiedlich. Dies deutet darauf hin, dass die CYs, wie derzeit definiert4, keine einzige homogene Gruppe sind. Dieser Befund bedarf weiterer Untersuchungen, ändert jedoch nichts an der Hauptschlussfolgerung dieser Studie, dass Ryugu-Partikel eng mit CI-Chondriten verwandt sind. Diese Ähnlichkeit wird deutlich, wenn die gewichtete mittlere Zusammensetzung der Ryugu-Partikel (Gewichtung nach Masse des bei der Fluorierung freigesetzten O2-Gases) mit dem mittleren CI-Wert (Abb. 3) verglichen wird, wobei δ18O 15,88 ± 4,85 ‰ (2 sd) und 15,16 beträgt ± 4,05 ‰ (2 sd) (Tabelle 1). Der mittlere Δ17O-Wert für die CIs (0,53 ± 0,21‰ 2 sd) ist niedriger als der gewichtete Mittelwert für die Ryugu-Partikel (0,66 ± 0,09‰ (2 sd gewichtet)), aber es gibt eindeutig eine signifikante Überlappung auf der 2 sd-Ebene ( Abb. 3).

In anderen Studien analysierte Ryugu-Partikel9,10 überlappen sich oder haben ähnliche Sauerstoffisotopenzusammensetzungen wie die hier erhaltenen, mit der bemerkenswerten Ausnahme einer Analyse10, die am Rand des CY*-Feldes in Abb. 4 liegt. Es wird nicht angenommen, dass dieser Wert dies widerspiegelt analytische Unterschiede mit dem anderen an dieser gemeinsamen Studie beteiligten Labor, sondern wird stattdessen auf eine intrinsische Heterogenität im kleinen Maßstab innerhalb des Ryugu-Regoliths zurückgeführt10. Frühere Sauerstoffisotopenanalysen von CY-Chondriten13 liefern zusätzliche Belege für die Möglichkeit, dass diese Meteoriten zwei unterschiedliche Gruppen darstellen (Abb. 4).

Die Felder für Ryugu-Partikel (grün), CI (blau) und CY (gelb und lila) Chondrite basieren nur auf den in dieser Studie erhaltenen Analysen (Abb. 3). In anderen Studien analysierte Ryugu-Partikel (graue Quadrate)9,10 überlappen mit den hier erhaltenen oder liegen ihnen nahe, mit Ausnahme einer Analyse, die am Rande des CY*-Feldes liegt10. Außerdem werden frühere Analysen von CI- und CY-Chondriten13 (graue Rauten und Dreiecke) gezeigt. CY-Chondrite scheinen zwei unterschiedliche Gruppen mit ähnlichen δ18O-Werten, aber unterschiedlichen Δ17O-Zusammensetzungen darzustellen. Aus diesem Grund wurden die entsprechenden CY-Felder mit CY und CY* gekennzeichnet. Die CM2-Linie ist die Verlängerung der Best-Fit-Linie durch CM2-Fälle und -Funde, wie in Abb. 2 dargestellt.

Aus unseren Sauerstoffisotopendaten geht klar hervor, dass ein viel stärkerer Zusammenhang zwischen den Ryugu-Partikeln und CIs besteht als zwischen CYs (Abb. 2–4). Dieser mögliche Zusammenhang wird auch durch detaillierte mineralogische und petrologische Studien des Ryugu-Materials gestützt7,9,10. Die bisher identifizierten Unterschiede zwischen den Ryugu-Partikeln und CIs spiegeln wahrscheinlich terrestrische Veränderungen der letzteren wider. Es ist gut dokumentiert, dass Orgueil, das 1864 fiel, aufgrund der terrestrischen Verwitterung erhebliche mineralogische Veränderungen erfahren hat14 und dies würde zwangsläufig zum Einbau von Luftsauerstoff führen und so den Gesamt-Δ17O-Wert näher an die terrestrische Fraktionierungslinie (TFL) bringen. Diese Schlussfolgerung steht im Einklang mit den mineralogischen Beweisen, dass Ryugu-Partikel kein Ferrihydrit oder Sulfat enthalten7,10, Orgueil dagegen15. Es gibt auch Hinweise darauf, dass den Phyllosilikaten in zumindest einigen Ryugu-Proben möglicherweise Zwischenschichtwasser in der Saponitkomponente fehlt10. Die schrittweise Pyrolyse von Orgueil hat gezeigt, dass das im Meteoriten vorhandene Zwischenschichtwasser terrestrischen Ursprungs ist, wie dies auch beim neueren CC-Fall Tagish Lake der Fall ist16.

Alle in dieser Studie gemessenen CI-Chondriten haben niedrigere mittlere Δ17O-Zusammensetzungen (Alais 0,60 ± 0,01‰; Ivuna 0,41 ± 0,01‰; Orgueil 0,58 ± 0,08‰) als der gewichtete mittlere Ryugu-Wert (0,66 ± 0,09‰ 2 sd) (Tabelle 1) . Wir haben anhand unserer Analysen von Orgueil Berechnungen durchgeführt, um die Möglichkeit zu untersuchen, dass der Δ17O-Unterschied zwischen den Ryugu-Partikeln und CIs das Ergebnis einer terrestrischen Kontamination der letzteren ist (Ergänzende Informationen). Unter Verwendung entweder der modalen Zusammensetzung von Orgueil15 (Methode 1) oder seiner vollständigen chemischen Analyse17 (Methode 2) zeigen diese Berechnungen, dass der gemessene Δ17O-Wert von Orgueil (0,58‰) vollständig mit der terrestrischen Kontamination des Materials erklärt werden kann eine voratmosphärische Zusammensetzung, die mit der der Ryugu-Partikel identisch ist (0,66‰). Es ist wichtig anzumerken, dass diese Berechnungen keine eindeutige Bestätigung dafür liefern, dass die Δ17O-Unterschiede zwischen den CIs und Ryugu ausschließlich das Ergebnis der terrestrischen Kontamination von CI-Chondriten sind, und es bleibt möglich, dass auch primäre Unterschiede zwischen diesen Materialien ein Faktor sein könnten. Der Nachweis, dass Ryugu-Körnern kein Zwischenschichtwasser fehlt10 und dass dieses Wasser in CIs terrestrischen Ursprungs sein könnte16, stimmt jedoch damit überein, dass dieser Δ17O-Unterschied das Ergebnis terrestrischer Kontamination ist.

Der größere Δ17O-Unterschied zwischen Ivuna- und Ryugu-Partikeln im Vergleich zu den anderen CIs könnte eine Heterogenität auf lokaler Ebene widerspiegeln. Studien haben gezeigt, dass CIs bei Probenmengen von weniger als 1 bis 2 g chemische Heterogenität aufweisen (Ref. 18,19). Derart große Proben dieser wichtigen Meteoriten sind selten verfügbar und homogene Pulver basieren normalerweise auf Aliquots von 100 bis 200 mg. Trotz der Möglichkeit lokaler Heterogenitäten weisen alle drei hier gemessenen CI-Meteoriten niedrigere Δ17O-Werte auf als der gewichtete Durchschnitt für Ryugu. Dies steht im Einklang mit den anderen Beweisen, die darauf hindeuten, dass sie einem erheblichen Grad an terrestrischer Kontamination ausgesetzt waren. Dies kann wichtige Auswirkungen auf die Verwendung von CI-Meteoritenmassenzusammensetzungsdaten als Proxys für Werte des Sonnensystems haben20. Darüber hinaus müssen aufgrund der Hinzufügung einer großen terrestrischen Wasserkomponente und der realistischen Möglichkeit einer Kontamination durch organische Moleküle terrestrischen Ursprungs die Daten zu lichtstabilen Isotopen (C, H, O, N) von CI-Meteoriten sorgfältig ausgewertet werden Es ist wahrscheinlich, dass es eine wichtige nicht-indigene Komponente enthält. Da sie keine terrestrische Kontamination aufweisen, werden chemische und Isotopendaten aus Ryugu-Proben eine neue Perspektive auf diese großen Werte des Sonnensystems bieten.

Während die Raumsonde Hayabusa2 nur 5,4 g Material sammelte, deutete die erste spektrale Charakterisierung der zurückgegebenen Proben darauf hin, dass sie eine gute Übereinstimmung mit den globalen Durchschnittsdaten liefern, die während der Orbitalbeobachtungen von Ryugu1 gewonnen wurden. Daher sind die zurückgegebenen Partikel wahrscheinlich repräsentativ für den Asteroiden als Ganzes. Die enge Übereinstimmung zwischen den δ18O-Zusammensetzungen der Ryugu-Partikel und den CIs und die Wahrscheinlichkeit, dass beide sehr ähnliche präterrestrische Δ17O-Werte hatten, liefern eine solide Grundlage für die Verbindung des Asteroiden Ryugu mit den CI-Chondriten.

CI-Chondriten sind eine seltene Gruppe von Meteoriten. Nur neun Exemplare (November 2022) sind in der Meteoritical Bulletin-Datenbank21 aufgeführt, von denen vier wahrscheinlich Mitglieder der CY-Gruppe sind4. Dies steht im Vergleich zu 724 Einträgen (November 2022) für CM2 (Mighei-ähnliche) Chondrite, die am häufigsten vorkommende Gruppe hydratisierter CCs. Der scheinbare Mangel an CI-bezogenem Material, das auf der Erde ankommt, könnte jedoch einfach auf deren geringe Festigkeit zurückzuführen sein22. Während CC-Meteoriten nur etwa 4 % der beobachteten Meteoriteneinschläge ausmachen (Meteoritical Bulletin Database)21, machen sie 55–60 % der Mikrometeoritenpopulation aus (Fragmente im Größenbereich von 10 µm–2 mm), was den Großteil der 40.000 ± ausmacht 20.000 Tonnen außerirdisches Material werden jedes Jahr von der Erde angesammelt23. CI-bezogene Partikel wurden vorläufig in der größeren Fraktion von Mikrometeoriten identifiziert und kommen möglicherweise häufiger bei den weniger gut untersuchten, kleineren Partikeln vor23.

CI-Chondriten haben ein sehr kurzes Expositionsalter der kosmischen Strahlung, das im Allgemeinen weniger als 2 Millionen Jahre beträgt (Lit. 24). Der Asteroid Ryugu ist wahrscheinlich das Produkt mehrerer Ereignisse zur Störung/Wiederauftauchung des Mutterkörpers, hat sich aber schätzungsweise vor mehr als 8,5 Millionen Jahren in seiner jetzigen „Kreisel“-Form gebildet25. Dies erhöht die Möglichkeit, dass Ryugu den unmittelbaren Ursprungskörper der CIs darstellt, einschließlich der wichtigen Meteoriten Orgueil, Ivuna und Alais. Ryugu ist ein erddurchquerender Apollo-Asteroid mit einem Aphel von 1,419 Astronomischen Einheiten (AE) und einem Perihel von 0,96 AE (Ref. 26). Im Gegensatz dazu deuten Berechnungen der präatmosphärischen Umlaufbahn des Orgueil-Meteoriten auf ein Aphel jenseits der Umlaufbahn des Jupiters27. Die für die jüngsten CC-Stürze ermittelten präatmosphärischen Flugbahnen weisen alle Aphelionen im äußeren Hauptgürtel28 auf, was mit der Annahme übereinstimmt, dass erdnahe Objekte keine Hauptquelle für Meteoriten sind, da die meisten Stürze direkt vom Hauptgürtel ausgehen29. Es erscheint daher unwahrscheinlich, dass die bekannten CI-Meteoriten aus Ryugu stammen.

Ryugu wird als Asteroid vom Typ Cb klassifiziert und stammt möglicherweise aus der Asteroidenfamilie Eulalia oder Polana30. Auch Bennu, der Zielasteroid der OSIRIS-REx-Mission, stammt wahrscheinlich aus einer dieser beiden Asteroidenfamilien31. CI-Chondriten wurden spektral den Asteroiden vom Typ C, Cb und B zugeordnet32, die etwa die Hälfte aller C-Komplex-Körper im Hauptgürtel ausmachen30. Diese Arten sind auch im inneren Hauptgürtel gut vertreten und liefern wahrscheinlich einen beträchtlichen Teil des außerirdischen Materials, das zur Erde geliefert wird30. Die Bestätigung einer CI-ähnlichen Zusammensetzung des Asteroiden Ryugu liefert zusätzliche Beweise dafür, dass dieses Material im Hauptgürtel weit verbreitet ist. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass der Großteil des zur Erde gelangten CI-ähnlichen Materials zu bröckelig ist, um dem atmosphärischen Eintritt standzuhalten, und daher nicht in den Meteoritenaufzeichnungen auftaucht. Dies ist möglicherweise wichtig für die Lieferung flüchtiger Stoffe in das innere Sonnensystem, da CI-Chondrite die am stärksten hydratisierten aller CC-Meteoriten sind17. Selbst nach Abzug des möglicherweise kontaminierten Zwischenschichtwassers weisen CI-Chondrite einen Wassergehalt auf, der höher ist als der von CM2 (Lit. 17). Während CM-Chondriten eine starke Verbindung zu Ch-Asteroiden aufweisen, weisen sie auch Affinitäten zu allen anderen C-Komplex-Klassen auf32. Eine Mischung aus CI- und CM-Chondriten scheint eine starke Möglichkeit für die Hydratation des inneren Sonnensystems zu sein, wobei Ryugu-Daten darauf hinweisen, dass CIs eine wichtigere Rolle spielen als ihr Mangel, wie Meteoriten vermuten lassen könnten.

Wie die Erde ihr Wasser gewann, bleibt ein herausragendes Thema der Planetenwissenschaft33. Während ein kleiner Teil möglicherweise vom protosolaren Nebel stammt, deuten Modell- und Isotopenstudien darauf hin, dass es sich möglicherweise nur um etwa 1 % handelt, während die restlichen 99 % von CCs während der Hauptphase der Akkretion der Erde geliefert werden33,34,35. Sowohl CIs als auch CMs haben H- und N-Isotopenzusammensetzungen, die denen des Erdballs nahe kommen, wohingegen Kometenquellen isotopisch weit von den terrestrischen Werten entfernt sind35. CIs sind die einzige Meteoritengruppe, die eine enge Übereinstimmung mit der nukleosynthetischen Fe-Isotopenzusammensetzung (µ54Fe) der Erde aufweist36. Auf der Grundlage der oben diskutierten Beweise von Ryugu macht die nicht kontaminierte Δ17O-Zusammensetzung von CIs von 0,66 ‰ sie zur hydratisierten CC-Gruppe mit der der Erde am nächsten kommenden Sauerstoffisotopenzusammensetzung. Es besteht jedoch weiterhin erhebliche Unsicherheit darüber, wie viel Wasser auf der Erde vorhanden ist, und es ist möglich, dass andere Meteoritengruppen zu ihrem Wasserhaushalt beigetragen haben. Enstatit-Chondrite wurden als potenzielle Wasserquelle der Erde vorgeschlagen37. Allerdings ist der einheimische Wassergehalt in Enstatit-Chondriten wesentlich geringer als in CCs17. Während also Enstatit-Chondrite bis zu drei Ozeanmassen (eine Ozeanmasse 1,38 × 1021 kg) versorgt haben könnten, läge dies am unteren Ende terrestrischer Wasserschätzungen, die bei bis zu 18 Ozeanmassen liegen könnten38, wobei experimentelle Beweise auf beträchtliche Mengen hinweisen Wasserstoff verteilt sich im Erdkern39.

CI-Chondrite und CI-verwandte Asteroiden wie Ryugu sind stark verändert (Abb. 1), da sie einer umfassenden hydrothermalen Verarbeitung des Mutterkörpers unterzogen wurden, so dass von ihrer ursprünglichen Silikatmineralogie nur noch Spuren übrig sind7,8,9,15,18,19. Dennoch sind CIs chemisch gesehen die primitivste CC-Gruppe, mit einer Massenzusammensetzung, die für die meisten Elemente der der solaren Photosphäre nahe kommt18,19,20. Obwohl in CIs Heterogenitäten auf lokaler Ebene vorhanden sind18,19, ist ihre chemische Gesamtzusammensetzung im Wesentlichen unfraktioniert, was darauf hindeutet, dass die wässrige Veränderung isochemisch stattfand, möglicherweise unter statischen Flüssigkeitsbedingungen40. Im Gegensatz dazu deuten Modellstudien auf eine starke Flüssigkeitsmigration und damit auf ein Verhalten im offenen System hin41. Jüngste Messungen an eingeschlossener Flüssigkeit in einem Ryugu-Pyrrhotit-Kristall deuten darauf hin, dass dieser Halogene, Stickstoff, Schwefel, CO2 und gelöste organische Verbindungen enthält42. Wie in terrestrischen Systemen43 könnte eine hohe Konzentration gelöster Stoffe wichtig für die Steuerung des Flüssigkeitsflusses gewesen sein, indem sie den Dichtekontrast zum umgebenden Silikatmaterial verringerte. Darüber hinaus könnte der ursprüngliche Ryugu-Stammkörper klein gewesen sein und möglicherweise nur einen Durchmesser von etwa 20 km gehabt haben11. Modelle der CC-Veränderung basieren im Allgemeinen auf viel größeren Körpern, beispielsweise mit einem Radius von 50 km44. Eine Veränderung auf einem kleinen Asteroiden, in dem die Flüssigkeit stagnierte, kann die Widersprüche zwischen Studien, die eine isochemische Veränderung begünstigen18, 19, 39, und dem durch numerische Simulationen vorhergesagten Verhalten im offenen System lösen40.

Es wurde vermutet, dass Ryugu kometenhaften Ursprungs sein könnte9,45, was auch für Orgueil27 vermutet wurde. Die direkte Messung der Gasatmosphäre des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko durch die Raumsonde Rosetta ergab einen δ18O-Wert von nahezu 120‰ (Lit. 46). Obwohl diese Messung mit sehr großen Fehlern behaftet ist, deutet sie darauf hin, dass das Kometeneis stark an 16O abgereichert ist. Matrixmaterialien, sogenannte kosmische Symlektite, aus dem primitiven, nicht gruppierten Chondrit Acfer 094 weisen δ18O-Werte auf, die etwas höher sind als die Messungen des Kometen 67P und gelten als repräsentativ für die Zusammensetzung des Ureises47,48 (Abb. 5). Im Gegensatz dazu hätten sich die endgültigen Flüssigkeiten auf dem/den CI/Ryugu-Grundkörper(n) aufgrund des langwierigen Austauschs mit 16O-reichen Feststoffen zu 16O-reicheren Werten entwickelt8,9. Es gibt kaum Hinweise darauf, dass in Kometenkernen solch umfangreiche Wasserveränderungen stattgefunden haben, wobei die während der Stardust-Mission gesammelten Partikel des Kometen 81P/Wild 2 von einer 16O-reichen Hochtemperaturansammlung dominiert werden49. Die Beweise von Ryugu und CIs besagen, dass ihre Ausgangsquellen früh gebildete Asteroiden waren7,9,11, die als Reaktion auf den Zerfall kurzlebiger Radionuklide wie 26Al (t1/2 = 0,73 Myr) eine umfassende Wasserveränderung durchliefen43.

Die Zusammensetzung von Sonne und Sonnenwind (SW)62, feuerfeste Feststoffe63, Diagramm unten links auf den CCAM/Y&R-Steigungslinien 1. Matrixmaterialien von Acfer 094, bekannt als kosmische Symlektite47,48 und einige interplanetare Staubpartikel (IDPs)64, zeichnen sich bei höheren δ18O-Werten entlang der Steigungslinien 1 ab. Auf der Skala dieses Diagramms werden Analysen von Ryugu, der Erde und der abgeleiteten Wasserzusammensetzung aus dem Diagramm des gewöhnlichen Chondrits von Semarkona65 nahe dem Schnittpunkt der Linien TFL und Steigung 1 durchgeführt. Es wird angenommen, dass die Analysen von Acfer 094 kosmischen Symlektiten47,48 repräsentativ für die Sauerstoffisotopenzusammensetzung von Urwassereis sind. Die Zusammensetzung der Ryugu-Partikel kann durch einen relativ umfangreichen Austausch in einem geschlossenen System zwischen 16O-armen Flüssigkeiten erklärt werden, von dem man annimmt, dass sie eine ähnliche Zusammensetzung haben wie Matrixmaterialien aus Acfer 094 (Ref. 47, 48) und 16O-reichen Feststoffen, wie sie üblicherweise vorkommen gefunden in CC-Meteoriten. Diese Beweise scheinen im Widerspruch zu der Annahme zu stehen, dass der Asteroid Ryugu kometenhaften Ursprungs ist44 (siehe Haupttext für weitere Diskussion). Mischlinien sind CCAM13 und Y&R66, die Young- und Russell-Linie.

Orgueil enthält 10,8 Gew.-% strukturell gebundenes Wasser17, das aufgrund der Ergebnisse der schrittweisen Pyrolyse16 wahrscheinlich außerirdischen Ursprungs ist. Wie bereits erwähnt, ist die Größe des Wasservorrats der Erde nur unzureichend begrenzt33,37. Eine mittlere Schätzung von zehn Ozeanmassen33 erfordert einen CI-Beitrag von 2,1 % zur Erdmasse, was dem 54-fachen der Masse des Asteroidengürtels entspricht. Es gibt Debatten darüber, wann solches Material zu Earth50 hinzugefügt wurde. Modellierungsstudien deuten darauf hin, dass der Erde im Laufe ihrer Entstehung Wasser zugeführt worden sein könnte, wobei kleinere Körper in den früheren Stadien beteiligt waren und einige größere, sich spät ansammelnde Körper den Großteil des Wassers in den letzten Stadien der terrestrischen Entstehung lieferten50. O-, Ru- und Mo-Isotopennachweise deuten darauf hin, dass CC-Material nicht später als beim mondbildenden Rieseneinschlag hinzugefügt wurde51,52,. Auf der Grundlage von Mo-Isotopennachweisen wurde vermutet, dass ein Großteil des Wassers auf der Erde während der Mondentstehung durch einen Impaktor mit CC-Zusammensetzung geliefert wurde53.

Die Wasserlieferung an das innere Sonnensystem, einschließlich der Erde, scheint in drei, sich wahrscheinlich überlappenden Phasen erfolgt zu sein: (1) frühe Nebeleingasung32,38, (2) Lieferung durch kleine Asteroidenkörper, möglicherweise als Reaktion auf die Migration riesiger Planeten50 und schließlich (3) Auswirkungen riesiger Protoplaneten, möglicherweise mit CC-Zusammensetzung, während der letzten Phasen der Akkretion der Erde50,52. In Phase 2 hätten CI-bezogene Körper, die klein waren und wahrscheinlich aus dem äußeren Sonnensystem stammten7,54, ihren wichtigsten Beitrag zur Hydratation des inneren Sonnensystems, einschließlich der Erde, geleistet.

Die Sauerstoffisotopenanalyse wurde an der Open University (Milton Keynes, UK) mit einem Infrarot-Laser-unterstützten Fluorierungssystem6 durchgeführt. Vier verschiedene Ryugu-Proben wurden in zwei versiegelten, mit Stickstoff gefüllten FFTC (Transportbehälter von Einrichtung zu Einrichtung) zur Open University transportiert. Einer der beiden FFTC enthielt Körner aus der ersten Hayabusa2-Landungssammlung (Partikel A0098,2, fünf Körner), der andere FFTC enthielt drei Partikelsätze aus der zweiten Sammlung nach dem Impaktor: C0014,2, ein Partikel 5,5 mg; C0068,2 ein Partikel 0,5 mg und C0087,2 etwa zehn Körner, 0,8 mg. Beide Halter wurden an der Open University in einem speziellen Schrank mit einer kontinuierlich gespülten Stickstoffatmosphäre gelagert.

Die Probenbeladung erfolgte in einer Stickstoff-„Glovebox“ mit überwachten Sauerstoffwerten unter 0,1 %. Für die Ryugu-Analyse wurde ein neuer Ni-Probenhalter hergestellt, der nur aus zwei Probenmulden bestand, eine für die Ryugu-Partikel und die andere für den internen Obsidianstandard. Während der Analyse wurde die Probenmulde mit dem Ryugu-Material mit einem 1 mm dicken internen BaF2-Fenster mit 3 mm Durchmesser überzogen, um die Probe während der Laserreaktion zurückzuhalten. Der Fluss von BrF5 zur Probe wurde durch in den Ni-Probenhalter eingearbeitete Gasmischkanäle aufrechterhalten. Die Konfiguration der Probenkammer wurde ebenfalls geändert, sodass sie unter Vakuum aus der Fluorierungsleitung entfernt und dann in der mit Stickstoff gefüllten Handschuhbox geöffnet werden konnte. Die zweiteilige Kammer wurde durch eine Kompressionsdichtung mit einer Kupferdichtung und einer KFX-Schnellspannklemme6 vakuumdicht gemacht. Ein 3 mm dickes BaF2-Fenster oben in der Kammer ermöglichte die gleichzeitige Betrachtung und Lasererwärmung der Proben. Nach dem Laden der Probe wurde die Kammer wieder in die mit Stickstoff gefüllte Handschuhbox eingeklemmt und dann wieder an die Fluorierungsleitung angeschlossen. Vor der Analyse wurde die Probenkammer über Nacht unter Vakuum auf eine Temperatur von etwa 95 °C erhitzt, um jegliche adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. Nach dem Erhitzen über Nacht ließ man die Kammer auf Raumtemperatur abkühlen und dann wurde der Flexi-Abschnitt, der während des Probentransfervorgangs an die Atmosphäre gebracht worden war, mit drei Aliquots BrF5 gespült, um jegliche Feuchtigkeit zu entfernen. Die Sauerstoffisotopenzusammensetzung dieser „Flexi“-Rohlinge wurde mit der Mikrovolumenanlage MAT 253 analysiert. Durch diese Verfahren wurde sichergestellt, dass die Ryugu-Proben niemals der Atmosphäre ausgesetzt oder mit Feuchtigkeit aus den Teilen der Fluorierungsleitung kontaminiert wurden, die während des Probenladevorgangs in die Atmosphäre gelangt waren.

Alle Ryugu-Proben wurden im modifizierten Single-Shot-Modus5 durchgeführt. Bei diesem Verfahren wurde eine einzelne 5-minütige Kammerleerprobe durchgeführt, um jegliche an den Probenkammerwänden adsorbierte Restfeuchtigkeit zu reduzieren und zu beseitigen. Die Sauerstoffisotopenzusammensetzung dieses Rohlings wurde mit der Mikrovolumenanlage MAT 253 analysiert. Im Anschluss an diese Blindanalyse wurde die Probe selbst analysiert. Das Erhitzen der Probe in Gegenwart von BrF5 wurde mit einem 50-W-Infrarot-CO2-Laser (10,6 μm) von Photon Machines Inc. durchgeführt, der auf einem XYZ-Tisch montiert war. Der Reaktionsfortschritt wurde mittels eines integrierten Videosystems überwacht. Nach der Fluorierung wurde das freigesetzte O2 gereinigt, indem es durch zwei kryogene Stickstofffallen und über ein Bett aus erhitztem KBr geleitet wurde, um überschüssiges Fluor zu entfernen. Die Isotopenzusammensetzung des gereinigten Sauerstoffgases wurde mit einem Thermo Fisher MAT 253 Doppeleinlass-Massenspektrometer mit einem Massenauflösungsvermögen von etwa 200 analysiert.

Bei fünf der sieben Ryugu-Proben lag die während der Reaktion freigesetzte Menge an O2-Gas deutlich unter 140 µg, dem ungefähren Grenzwert für die Verwendung der Balganlage am Massenspektrometer MAT 253. In diesen Fällen wurde die Analyse anhand des Mikrovolumens durchgeführt. Zu Überwachungszwecken wurde dann eine Nachreaktions-Blindprobe durchgeführt und auch deren Sauerstoffisotopenzusammensetzung bestimmt. Abschließend wurde der interne Obsidianstandard fluoriert und analysiert. Das während des 5-minütigen „Vorreaktions“-Blindvorgangs freigesetzte Gas hatte ausnahmslos eine Zusammensetzung nahe der TFL, was darauf hindeutet, dass es überwiegend aus restlicher adsorbierter Luftfeuchtigkeit bestand.

Das NF+-Fragmention von NF3+ kann den Strahl der Masse 33 (16O17O) stören. Um dieses potenzielle Problem zu beseitigen, wurden alle Proben mit einem kryogenen Trennverfahren behandelt. Dies erfolgte entweder im Vorwärtssinne vor der Analyse auf dem MAT 253 oder als zweite Analyse, bei der das bereits analysierte Gas auf ein spezielles Molekularsieb zurückgezogen und nach der kryogenen Trennung erneut durchgeführt wurde. Bei der kryogenen Trennung wird das Gas bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs auf das Molekularsieb geleitet und dann durch Erhöhen der Temperatur auf −130 °C an das Hauptmolekularsieb abgegeben. Umfangreiche Tests haben gezeigt, dass NF+ auf dem ersten Molekularsieb zurückgehalten wird und dass bei der Verwendung dieser Technik nur eine geringe oder keine Fraktionierung erfolgt.

Die Gesamtsystempräzision im Balgmodus, wie durch wiederholte Analysen unseres internen Obsidianstandards (n = 38) definiert, beträgt: ±0,05‰ für δ17O; ±0,10‰ für δ18O; ±0,02‰ für Δ17O (2 sd)55. Die Gesamtsystemgenauigkeit im Mikrovolumenmodus ist aufgrund der geringeren gemessenen Gasmenge (<140 µg) etwas geringer als im Balgmodus. Sauerstoffisotopenanalysen werden in der Standard-δ-Notation angegeben, wobei δ18O wie folgt berechnet wurde:

und ähnlich für δ17O unter Verwendung des 17O/16O-Verhältnisses. VSMOW ist der internationale Standard, Vienna Standard Mean Ocean Water, Δ17O, der die Abweichung vom TFL darstellt und wie folgt berechnet wurde: Δ17O = δ17O − 0,52δ18O.

Die für die Probenbeladung verwendete Handschuhbox war ein Modell mit kontinuierlichem Stickstofffluss von Plas-Labs. Dadurch wurden niedrige Feuchtigkeits- und Sauerstoffwerte erreicht (<0,1 Gew.-% O2). Das Wiegen der Proben während des Beladens erwies sich als problematisch, da Druckschwankungen die Waage beeinträchtigten. Daher wurde ein Normalisierungsverfahren unter Verwendung des 0,5-mg-Werts für Partikel C0068 angewendet, der während der ersten Probenvorbereitung in der SPring-8-Synchrotronanlage vor dem Versand in das Vereinigte Königreich ermittelt wurde. C0068 wurde vollständig als Einzelmessung gemessen und ergab eine Ausbeute von 17 % (Tabelle 1). Ein Wert von 17 % ist angesichts der durchschnittlichen 12,1 % bei den gemessenen CYs (Y-82162,82) und 25,2 % bei den CIs (Orgueil) angemessen (Tabelle 1).

Leere Korrekturdaten für alle in dieser Studie analysierten Proben sind in den Zusatzinformationen angegeben. Aufgrund der relativ geringen Größe der für die Sauerstoffisotopenanalyse verfügbaren Ryugu-Proben war es notwendig, auf alle in dieser Studie analysierten Proben eine Blindwertkorrektur anzuwenden56:

wobei nT = gemessene Gesamtmenge und gleich ns + nb ist

nb = Rohlingsmenge

ns = Probenmenge

δT = Delta-Gesamtbetrag

δb = Delta-Leerwert

δs = Delta-Probe

Die Werte von nb und δb wurden bestimmt, indem ein Ryugu-Tablett nur mit einem Obsidianstandard beladen wurde. Die „Flexi“-Rohlinge wurden ganz normal durchgeführt. Dann wurde eine 5-minütige Probenkammer-Leerprobe durchgeführt und die 4 µg O2, die während dieses Verfahrens entwickelt wurden, auf dem MAT 253-Mikrovolumen gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse waren: δ17O = −5,15‰; δ18O = −9,95‰ und Δ17O = 0,02‰. Da die Zeitspanne, die dieser Blindwert betrieben wurde, länger war als unsere übliche Laserzeit von etwa 2 Minuten, wurde die angewendete Blindwertkorrektur auf 2,4 µg O2 reduziert. Einzelheiten zur Blindwertkorrektur, die auf jede Analyse angewendet wird, finden Sie in den Zusatzinformationen.

In den meisten Fällen wird bei der Bestimmung der Sauerstoffisotopenzusammensetzung eines Meteoriten ein relativ großer Splitter von typischerweise 100 bis 200 mg der Probe zerkleinert und homogenisiert. Aus diesem homogenisierten Pulver werden dann Aliquots von etwa 2 mg entnommen und mittels Laserfluorierung analysiert. Ziel ist es, eine repräsentative Massenzusammensetzung des Meteoriten zu bestimmen. Für einige Studien wurden jedoch viel kleinere Fraktionen in mg-Größe aus primitiven Meteoriten entnommen und durch Laserfluorierung analysiert. Der aus diesen kleinen Teilproben erhaltene Bereich von δ18O entspricht häufig dem in dieser Studie beobachteten Bereich oder übertrifft diesen. So lagen die δ18O-Messungen im Fall von NWA 7891 zwischen –15,42 und –2,39‰; NWA 8781: −6,09 bis 1,22 ‰; NWA 11961: −2,48 bis 6,43 ‰; Telakoast 001 −3,15 bis 2,15‰ und Tarda: 15,94 bis 21,97‰ (Ergänzende Informationen). In Übereinstimmung mit den Ergebnissen der vorliegenden Untersuchung deuten die Ergebnisse dieser Meteoritenstudien darauf hin, dass dort, wo eine Probe ein erhebliches Maß an inhärenter Isotopenheterogenität zwischen Mineralphasen aufweist, Proben in mg-Größe ohne vorherige Homogenisierung eines größeren Materialanteils auftreten werden ein großer Grad an δ18O-Heterogenität.

Wie im Haupttext erläutert, zeigen die in dieser Studie analysierten Ryugu-Partikel einen signifikanten Bereich der δ18O-Werte (11,46 bis 19,30 ‰). Berechnungen zeigen, dass diese Variation vollständig durch die heterogene Verteilung der wichtigsten sauerstoffhaltigen Phasen Phyllosilikat, Magnetit und Dolomit erklärt werden kann (Ergänzende Informationen).

Wie im Haupttext erläutert, hängt der kleine Unterschied zwischen den Δ17O-Zusammensetzungen der Ryugu-Partikel und der CI-Chondriten höchstwahrscheinlich mit der terrestrischen Kontamination der CI-Meteoriten zusammen. Zur Modellierung der Kontamination des CIsl (Supplementary Information) wurden zwei unterschiedliche Ansätze verwendet. Beide Berechnungssätze liefern im Wesentlichen identische Ergebnisse.

Alle für diese Veröffentlichung relevanten Daten sind in Tabelle 1 und in den Zusatzinformationen verfügbar. Alle in dieser Studie verwendeten Bilder und Daten sind im JAXA Data Archives and Transmission System (DARTS) verfügbar. Daten für Hayabusa2-Proben und andere Daten der Mission sind im DARTS-Archiv unter https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2 und https://www.darts.isas.jaxa.jp/planet verfügbar /project/hayabusa2/ bzw.

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Wir danken allen Wissenschaftlern und Ingenieuren des Hayabusa2-Projekts, deren Engagement und Können diese wertvollen Teilchen zur Erde zurückgebracht haben. Diese Forschung wurde teilweise vom JSPS KAKENHI unterstützt (Zuschussnummern JP18K18795 und JP18H04468 an MI, JP20H01965 an NT, JP18H05479 (Innovative Areas MFS Materials Science) an MU, JP19H01959 an AY, JP18K03729 an MK, JP21K03652 an NI, JP17H06459 bis TU , JP19K03958 bis MA, JP17H06459 bis TO, JP18K03830 bis TY, JP19K23473 und JP20K14548 bis TH, JP19K23474 und JP21K13986 bis DY, JP20K14535 bis RF und JP17H06459 und JP19H01 951 an SW) und durch das NIPR Research Project (Fördernummer KP307 an AY). Sauerstoffisotopenstudien an der Open University werden durch einen konsolidierten Zuschuss des Science and Technology Facilities Council (STFC) finanziert, UK-Zuschuss-Nr. ST/T000228/1 (IAF, RCG und JM) und STFC-Stipendien-Nr. ST/S505614/1 (RF).

Naoki Shirai

Derzeitige Adresse: Department of Chemistry, Faculty of Science, Kanagawa University, Hiratsuka, Japan

Takuji Ohigashi

Aktuelle Adresse: Institut für Materialstrukturwissenschaft, Forschungsorganisation für Hochenergiebeschleuniger, Tsukuba, Japan

Ming-Chang Liu

Aktuelle Adresse: Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA

Kaitlyn A. McCain

Aktuelle Adresse: NASA Johnson Space Center, Houston, TX, USA

Planeten- und Weltraumwissenschaften, The Open University, Milton Keynes, Großbritannien

Richard C. Greenwood, Ian A. Franchi, Ross Findlay und James A. Malley

Kochi Institute for Core Sample Research, X-star, Japan Agency for Marine-Earth Science Technology (JAMSTEC), Nankoku, Japan

Motoo Ito & Naotaka Tomioka

Nationales Institut für Polarforschung (NIPR), Tachikawa, Japan

Akira Yamaguchi, Makoto Kimura und Naoya Imae

Japan Synchrotron Radiation Institute (JASRI/SPring-8), Sayo, Japan

Masayuki Uesugi, Kentaro Uesugi, Masahiro Yasutake und Akihisa Tekeuchi

Graduate School of Science, Fachbereich Chemie, Tokyo Metropolitan University, Hachioji, Japan

Naoki Shirai

UVSOR-Synchrotronanlage, Institut für Molekularwissenschaft, Okazaki, Japan

Takuji Ohigashi und Hayato Yuzawa

Abteilung für Erd-, Planeten- und Weltraumwissenschaften, UCLA, Los Angeles, CA, USA

Ming-Chang Liu, Kaitlyn A. McCain, Nozomi Matsuda und Kevin D. McKeegan

Institut für Weltraum- und Astronautik (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Sagamihara, Japan

Aiko Nakato, Kasumi Yogata, Yuzuru Karouji, Satoru Nakazawa, Tatsuaki Okada, Takanao Saiki, Satoshi Tanaka, Makoto Yoshikawa, Akiko Miyazaki, Masahiro Nishimura, Toru Yada, Masanao Abe, Tomohiro Usui und Yuichi Tsuda

Toyo Corporation, Yokohama, Japan

Yu Kodama

Forschungsorganisation für Wissenschaft und Technologie, Ritsumeikan-Universität, Kusatsu, Japan

Akira Tsuchiyama

Fakultät für Maschinenbau, Universität Osaka, Suita, Japan

Kaori Hirahara

Institut für integrierte Strahlen- und Nuklearwissenschaft, Universität Kyoto, Sennan-gun, Japan

Meide Sekimoto

Forschungszentrum für Synchrotronstrahlung, Universität Nagoya, Nagoya, Japan

Ikuya Sakurai und Ikuo Okada

Kanagawa Institute of Technology, Atsugi, Japan

Fuyuto Terui

Graduiertenschule für Umweltstudien, Universität Nagoya, Nagoya, Japan

Sei-ichiro Watanabe

Die Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), Hayama, Japan

Yuichi Tsuda

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Der erste Entwurf des Manuskripts und alle Überarbeitungen wurden von RCG verfasst. Die Probenhandhabung, das Laden und die Analyse wurden von RCG, RF und JAM durchgeführt. Das Leerwertkorrekturverfahren wurde von IAF, RF und RCGMI entwickelt. AY und andere Mitglieder des Kochi-Teams nahmen die Probe vor Auswahl, Kuratierung und Laden der Proben in die versiegelten FFTC-Behälter. Alle Autoren trugen zur Dateninterpretation und Bearbeitung des ursprünglichen Manuskripts bei.

Korrespondenz mit Richard C. Greenwood.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature Astronomy dankt Jean-Alix Barrat und Jemma Davidson für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Ergänzungstabellen 1–5.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Greenwood, RC, Franchi, IA, Findlay, R. et al. Sauerstoffisotopennachweis aus Ryugu-Proben für eine frühe Wasserabgabe an die Erde durch CI-Chondriten. Nat Astron 7, 29–38 (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01824-7

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Eingegangen: 14. Mai 2022

Angenommen: 07. Oktober 2022

Veröffentlicht: 19. Dezember 2022

Ausgabedatum: Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-022-01824-7

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Sauerstoffisotopennachweis aus Ryugu-Proben für eine frühe Wasserabgabe an die Erde durch CI-Chondriten