FeNi metal condensation and evolution in the Early Solar System : a study of germanium isotopes and siderophile elements in Ordinary and Bencubbinite primitive chondrites
Condensation et évolution du métal Fe-Ni dans le Système Solaire jeune : systématiques des isotopes du germanium et des éléments sidérophiles dans les chondrites primitives (Chondrites Ordinaires et Bencubbinites)
Résumé
The formation and subsequent chemical evolution of FeNi metal phases is critical for understanding the development of the early Solar System. Despite numerous studies on metal phases in chondrites, the effect of metal condensation at moderate temperatures, as well as of metal heating and oxidation in nebular and protoplanetary environment, is still under debate. By using a combined approach of germanium isotopic quantification and siderophile in–situ measurements in bulk and separated phases of Bencubbinites carbonaceous chondrites (CB) and ordinary chondrites, this thesis aims to provide new constraints on: (1) the formation of metal via condensation and metallic precursors melting and (2) the processes that can account for the elemental and isotopic difference between the H, L and LL chondrites and metal evolution with metamorphism. The results show that the two groups of CB are distinguishable using δ74/70Gebulk, providing insights into kinetic and equilibrium condensation processes. Variations in δ74/70Ge during metal condensation are shown to be the result of evaporation / recondensation processes that are not recorded by major or refractory elements. A large variation in siderophile element content in the metal of H primitive ordinary chondrites has been identified, as well as a positive Δ74/70Gemetal–silicates. This suggests local oxidation state variation and metal–silicate interactions during heating event(s) in the disk. The thesis also highlights that the H, L and LL groups are resolvable with δ74/70Ge of bulk and metal. These variations are positively correlated with Δ17O and %Fa across the ordinary chondrites sequence and suggests the accretion of an increasing proportion of oxidising components with a high δ74/70Ge and Δ17O composition from H to L to LL groups. Because the oxidising component contains Ge it suggests that it cannot be ice or water but more likely a silicate phase. These conclusions highlight the high potential of germanium isotopes to record processes leading to metal formation and evolution.
La formation et l’évolution de la phase métal dans les corps primitifs et les planétésimaux sont d’une importance majeure pour comprendre les premières étapes de l’évolution du Système Solaire primitif. Malgré de nombreuses études sur le métal des chondrites, les conditions de condensation à température intermédiaire, et les processus de chauffe et d’oxydation qui l’affectent dans le disque d’accrétion et dans les planétésimaux sont toujours mal compris. En utilisant une approche combinée des mesures in situ des éléments fortement sidérophiles (HSE) et modérément sidérophiles (MSE) et volatils (e.g. germanium), ainsi que de la composition isotopique du germanium du bulk et des phases séparées des chondrites, cette thèse vise à apporter des contraintes supplémentaires quant à : (1) la formation du métal via condensation et la fusion de précurseurs métalliques dans les chondrites carbonées de type CB (Bencubbinites), (2) l’évolution du métal avec le métamorphisme enregistrée dans la séquence H, L et LL des chondrites ordinaires. Le fractionnement isotopique du germanium permet de distinguer les deux groupes de chondrites carbonées CB et de tracer différentes étapes de condensation à l’équilibre et cinétique, et d’évaporation. Ces processus ne peuvent être enregistrés par les éléments majeurs et réfractaires (Fe, Ni) dont la température de condensation est plus élevée que celle du germanium. Dans le métal des chondrites ordinaires primitives (type H), les larges variations en éléments sidérophiles, ainsi que les valeurs positives du Δ74/70Gemetal-silicate, suggèrent des variations locales de l’état d’oxydation et des échanges métal-silicate, lors du métamorphisme sur les corps parents. Un des résultats majeurs est l’augmentation corrélée des valeurs δ74/70Ge et des anomalies isotopiques de l’oxygène Δ17O et %Fa dans la séquence H, L à LL des chondrites ordinaires. Ces observations sont interprétées et modélisés par l’accrétion graduelle d’un composant oxydant avec une composition élevée en δ74/70Ge et Δ17O des groupes H, à L et LL durant la formation des chondrites ordinaires. Ce composant à la fois riche en eau et en Ge pourrait être identifiée comme un phyllosilicate. Les conclusions de cette thèse soulignent le fort potentiel des isotopes du germanium pour enregistrer les processus de formation et d’évolution de la phase métal.
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