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TOF-SIMS analyses of interplanetary dust particles

Rost, Detlef

German Title: TOF-SIMS-Analysen interplanetarer Staubteilchen

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Abstract

Diese Arbeit ist Teil einer umfassenden Untersuchung von interplanetaren Staubteilchen (IDPs), die in der Stratosphäre gesammelt werden. IDPs können grundlegende Informationen über das frühe und äußere Sonnensystem liefern. Das oberste Ziel ist zunächst eine eindeutige Unterscheidung ihrer Herkunft: Kometen oder Asteroiden. Bevor jedoch solche Schlüsse gezogen werden können, müssen nachträgliche Veränderungen erkannt werden, die die Eigenschaften der Teilchen beeinflussen würden, z. B. eine Kontamination in der Stratosphäre. Die geringe Größe der IDPs, nur ~20 µm, erfordert hochentwickelte Analysemethoden wie die Sekundärionen-Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-SIMS). Diese ermöglicht die nahezu zerstörungsfreie Elementanalyse von Teilchenoberflächen und -schnitten bei hoher lateraler Auflösung. Obwohl TOF-SIMS eigentlich flache Proben voraussetzt, konnte diese Technik mit Hilfe von Modellrechnungen nun auch auf raue Oberflächen angewandt werden. Das Modell wurde an stratosphärischen Al2O3-Kügelchen erfolgreich überprüft. Die TOF-SIMS Ergebnisse von 17 stratosphärischen Staubteilchen zeigen, dass sie mit Halogenen kontaminiert sind, was weitreichende Konsequenzen für die IDP-Forschung hat. Diese Entdeckung wurde außerdem durch den Nachweis oberflächennaher Halogene in den Schnitten bestätigt. In den IDP-Schnitten konnten mehrere unerwartete Minerale wie Mn-Sulfid sowie Mineralparagenesen nachgewiesen werden. Es wurde hier erstmals der Versuch unternommen, Untersuchungsergebnisse von TOF-SIMS mit PIXE- und SEM-Analysen identischer IDPs in Verbindung zu bringen, aufgrund der sehr unterschiedlichen Informationsvolumina ein schwieriges Problem. Eine vollständige Interpretation aller Daten wird erst nach weiteren TEM-Studien möglich sein.

Translation of abstract (English)

This thesis is part of a comprehensive study on interplanetary dust particles (IDPs), collected in the stratosphere, that potentially bear information on the early and outer solar system. The first goal is to unambiguously establish the source of individual IDPs - comets or asteroids. However, secondary processes like stratospheric surface contamination could alter their original properties. It is thus indispensable to discern such influences before IDP sources can be deduced. Particle sizes of only ~20 µm require sophisticated analytical tools as time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). It enables almost nondestructive surface and section elemental analyses with high lateral resolution. Designed for flat samples, the TOF-SIMS data interpretation for the first time was adapted to rough surfaces with model calculations that were experimentally tested with stratospheric Al2O3 spheres. TOF-SIMS results on 17 stratospheric particles indicate that they are halogen contaminated, a finding that seriously has to be considered in IDP research. It is corroborated by the TOF-SIMS detection of halogens close to the original surfaces of several sectioned IDPs. In IDP sections a number of unexpected minerals, like Mn-sulfide, and mineral parageneses were detected. It is attempted for the first time to synthesize the results of TOF-SIMS with PIXE and SEM results on the very same IDPs, a complex problem because of the very different volumes of information. A full interpretation of the whole - and very large - data set, however, must await the results of the upcoming TEM study.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Jessberger, Professor Elmar K.
Date of thesis defense: 26 July 2000
Date Deposited: 19 Sep 2000 00:00
Date: 2000
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Flugzeitmassenspektrometrie, Sekundärionen-Massenspektrometrie, Interplanetarer Staub, Stratosphäre, Halogene
Uncontrolled Keywords: TOF-SIMStime-of-flight secondary ion mass spectrometry , interplanetary dust particles , stratosphere , halogens , TOF-SIMS
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