Atmospheric heterogeneous reactions of N 2 O 5 and NO 3 radicals with mineral dust particles

Die heterogenen Reaktionen von N2O5 bzw. NO3 auf mineralischen Staubpartikeln wurden untersucht, um deren Einfluss auf den Abbau atmosphärischer Stickoxide (NOx) sowie auf die chemische Veränderung der Staubpartikel während ihres Transportes durch die Atmosphäre besser verstehen zu können. Die experimentellen Studien wurden bei Atmosphärendruck, Raumtemperatur und unterschiedlichen relativen Luftfeuchten durchgeführt. Der Aufnahmekoeffizient γ(N2O5) von N2O5 auf dispergiertem Staub aus der Sahara wurde zu 0,020 ± 0,002 (1σ) bestimmt, unabhängig von der relativen Feuchte (0 - 67 %) sowie der N2O5-Konzentration (5x1011 - 3x1013 Moleküle cm-3).rnDie Analyse der Reaktionsprodukte in der Gasphase sowie auf der Partikeloberfläche führt zu der Annahme, dass N2O5 auf der Staubpartikeloberfläche zu Nitrat hydrolysiert wird. Es konnte kein Einfluss der relativen Feuchte auf den Aufnahmekoeffizienten ermittelt werden, was durch das vorhandene interlamellare Wasser, welches bis zu 10 % der Partikelmasse betragen kann, erklärbar ist. Der gemessene Wert des Aufnahmekoeffizienten ist unabhängig von der Eingangs-N2O5-Konzentration, was sich über die sehr große innere Oberfläche der Partikel erklären lässt. Dennoch ließ sich durch eine vorherige Konditionierung der Partikel mit gasförmigem HNO3, was eine Nitratanreicherung an der Oberfläche bewirkt, die Effizienz der N2O5-Aufnahme auf die Staubpartikel reduzieren. Zusätzliche Studien befassten sich mit der Bestimmung des Aufnahmekoeffizienten von N2O5 auf Illit-Partikeln und auf Teststaub aus Arizona. Bei einer relativen Luftfeuchte von 0 % wurden für γ(N2O5) Werte von 0,084 ± 0,019 (1σ) für Illit und von 0,010 ± 0,001 (1σ) für Arizona Teststaub ermittelt.rnUnter Anwendung einer neuartigen Messmethode, die auf der zeitgleichen Messung der Konzentrationsabnahme von NO3 und N2O5 relativ zueinander beruht, wurde das Verhältnis γ(NO3)/γ(N2O5) der Aufnahmekoeffizienten von NO3 und N2O5 auf Saharastaub zu 0,9 ± 0,4 (1σ) bestimmt. Dieser Wert war unabhängig von der relativen Feuchte, den NO3- und N2O5-Konzentrationen sowie der Reaktionszeit, obwohl eine Oberflächendeaktivierung für beide Spurenstoffe beobachtet wurde.

Rotating dust particles in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Context. During September and October 2014, the OSIRIS cameras onboard the ESA Rosetta mission detected millions of single particles. Many of these dust particles appear as long tracks (due to both the dust proper motion and the spacecraft motion during the exposure time) with a clear brightness periodicity. Aims. We interpret the observed periodic features as a rotational and translational motion of aspherical dust grains. Methods. By counting the peaks of each track, we obtained statistics of a rotation frequency. We compared these results with the rotational frequency predicted by a model of aspherical dust grain dynamics in a model gas flow. By testing many possible sets of physical conditions and grain characteristics, we constrained the rotational properties of dust grains. Results. We analyzed on the motion of rotating aspherical dust grains with different cross sections in flow conditions corresponding to the coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko qualitatively and quantitatively. Based on the OSIRIS observations, we constrain the possible physical parameters of the grains.

Isotopic ratios, concentration of noble gases and mineral and bulk composition of extraterrestrial dust particles in Dome Fuji ice core, East Antarctica

Two silicate-rich dust layers were found in the Dome Fuji ice core in East Antarctica, at Marine Isotope Stages 12 and 13. Morphologies, textures, and chemical compositions of constituent particles reveal that they are high-temperature melting products and are of extraterrestrial origin. Because similar layers were found ~2000 km east of Dome Fuji, at EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica)-Dome C, particles must have rained down over a wide area 434 and 481 ka. The strewn fields occurred over an area of at least 3 × 10**6 km**2. Chemical compositions of constituent phases and oxygen isotopic composition of olivines suggest that the upper dust layer was produced by a high-temperature interaction between silicate-rich melt and water vapor due to an impact explosion or an aerial burst of a chondritic meteoroid on the inland East Antarctic ice sheet. An estimated total mass of the impactor, on the basis of particle flux and distribution area, is at least 3 × 10**9 kg. A possible parent material of the lower dust layer is a fragment of friable primitive asteroid or comet. A hypervelocity impact of asteroidal/cometary material on the upper atmosphere and an explosion might have produced aggregates of sub-µm to µm-sized spherules. Total mass of the parent material of the lower layer must exceed 1 × 10**9 kg. The two extraterrestrial horizons, each a few millimeters in thickness, represent regional or global meteoritic events not identified previously in the Southern Hemisphere.

The clay-size fraction of CI chondrites Alais and Orgueil : an AEM study

CI chondrites are used pervasively in the meteorite literature as a cosmochemical reference point for bulk compositions[1], isotope analyses[2] and, within certain models of meteorite evolution, as an important component of an alteration sequence within the carbonaceous chondrite subset[3]. More recently, the chemical variablity of CI chondrite matrices (which comprise >80% of the meteorite), has been cited in discussions about the "chondritic" nature of spectroscopic data from P/comet Halley missions[4] and of chemical data from related materials such as interplanetary dust particles[5]. Most CI chondrites have been studied as bulk samples(e.g. major and trace element abundances)and considerable effort has also been focussed on accessory phases such as magnetites, olivine, sulphates and carbonates [6-8]. A number of early studies showed that the primary constituents of CI matrices are layer silicates and the most definitive structural study on powdered samples identified two minerals: montmorillonite and serpentine[9]. In many cases, as with the study by Bass[9],the relative scarcity of most CI chondrites restricts such bulk analyses to the Orgueil meteorite. The electron microprobe/SEM has been used on petrographic sections to more precisely define the "bulk" composition of at least four CI matrices[3], and as recently summarised by McSween[3], these data define a compositional trend quite different to that obtained for CM chondrite matrices. These "defocussed-beam" microprobe analyses average major element compositions over matrix regions ~lOOµm in diameter and provide only an approximation to silicate mineral composition(s) because their grain sizes are much less than the diameter of the beam. In order to (a) more precisely define the major element compositions of individual mineral grains within CI matrices, and (b)complement previous TEM studies [11,12], we have undertaken an analytical electron microscopy (AEM) study of Alais and Orgueil matrices.

A multi-stage history for carbonaceous material in extraterrestrial chondritic porous aggregate W7029*A and a new cosmothermometer

A new set of primitive extraterrestrial materials collected in the Earth's stratosphere include Chondritic Porous Aggregates (CPA's) [1]. CPAs have a complex and variable mineralogy [1-3] that include 'organic compounds' [4,5] and poorly graphitised carbon (PGC)[6]. This study presents a continuation of our detailed Analytical Electron Microscope study on carbon-rich CPA W7029*A from the JSC Cosmic Dust Collection. This CPA is an uncontaminated sample that survived atmospheric entry without appreciable alteration [7] and which contains ~44% carbonaceous material. The carbonaceous composition of selected particles was confirmed by Electron Energy Loss Spectroscopy and Selected Area Electron Diffraction (SAED). Possible carbonaceous contaminants introduced by specimen preparation techniques are easily recognised from indigenous CPA carbon particles [8] and do not bias our interpretations.

Bismuth oxide nanoparticles in the stratosphere

Platey grains of cubic Bi2O3, α-Bi2O3, and Bi2O2.75 nanograins were associated with chondritic porous interplanetary dust particles W7029C1, W7029E5, and 2011C2 that were collected in the stratosphere at 17-19 km altitude. Similar Bi oxide nanograins were present in the upper stratosphere during May 1985. These grains are linked to the plumes of several major volcanic eruptions during the early 1980s that injected material into the stratosphere. The mass of sulfur from these eruptions is a proxy for the mass of stratospheric Bi from which we derive the particle number densities (p m -3) for "average Bi2O3 nanograins" due to this volcanic activity and those necessary to contaminate the extraterrestrial chondritic porous interplanetary dust particles via collisional sticking. The match between both values supports the idea that Bi2O3 nanograins of volcanic origin could contaminate interplanetary dust particles in the Earth's stratosphere. Copyright 1997 by the American Geophysical Union.

Physical properties of meteorites and their role in planetology

Together with cosmic spherules, interplanetary dust particles and lunar samples returned by Apollo and Luna missions, meteorites are the only source of extraterrestrial material on Earth. The physical properties of meteorites, especially their magnetic susceptibility, bulk and grain density, porosity and paleomagnetic information, have wide applications in planetary research and can reveal information about origin and internal structure of asteroids. Thus, an expanded database of meteorite physical properties was compiled with new measurements done in meteorite collections across Europe using a mobile laboratory facility. However, the scale problem may bring discrepancies in the comparison of asteroid and meteorite properties. Due to inhomogenity, the physical properties of meteorites studied on a centimeter or millimeter scale may differ from those of asteroids determined on kilometer scales. Further difference may arise from shock effects, space and terrestrial weathering and from difference in material properties at various temperatures. Close attention was given to the reliability of the paleomagnetic and paleointensity information in meteorites and the methodology to test for magnetic overprints was prepared and verified.

The role of Mab as a source for the mu ring of Uranus (Research Note)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.