Antarctic Meteorites

Gli obiettivi generali del presente PdR erano: 

i) Realizzazione di una campagna di ricerca di meteoriti, micrometeoriti e impattiti in Antartide.

ii) Studi mineralogici, geochimici e isotopici di meteoriti, micrometeoriti e impattiti raccolte in Antartide, e loro analoghi naturali e di laboratorio, per esplorare la origine ed evoluzione del sistema solare, nonché la storia collisionale della Terra, coinvolgendo i principali istituti italiani che operano nel settore delle meteoriti e scienze planetarie.

iii) Supporto alla classificazione dei meteoriti raccolti durante le spedizioni PNRA, in collaborazione con il Museo Nazionale dell'Antartide.

iv) Formazione di giovani ricercatori nell'ambito delle Scienze Planetarie.

v) Divulgazione dei risultati scientifici attraverso pubblicazioni scientifiche con IF, presentazioni a congressi, mostre e seminari pubblici.

vi) Modellizzazioni analogiche della dinamica della calotta glaciale antartica e relazioni con i meccanismi di accumulo di meteoriti nelle aree di ghiaccio blue.

Risultati

I risultati scientifici ottenuti nel primo anno del presente PdR sono ragguardevoli e consistenti con gli obiettivi generali originari. In sintesi:

i) Campagna di raccolta di meteoriti. 40 meteoriti raccolte nel corso della Campagna Antartica del PNRA 2014-15 nelle aree di ghiaccio blue di Mount DeWitt, Elephant Moraine e Allan Hills, mediante un breve campo remoto presso Mount DeWitt icefields e alcune escursioni giornaliere in elicottero da MZS (notare che l'impegno logistico fornito è meno del 50% dell'impegno previsto). Le meteoriti, giunte in Italia, sono state sottoposte alle prime cure museali presso il MNA-SI. Di ciascuna è stato estratto un piccolo frammento per realizzare sezioni petrografiche lucide. La classificazione e' stata avviata in collaborazione con il MNA-SI.

ii) Campagna di raccolta di micrometeoriti. Migliaia di micrometeoriti trovate nel detrito che si accumula sulla cima di Miller Butte nel corso di suddetta spedizione. Sono state selezionate particelle di interesse per studio mediante microtomografia computerizzata a raggi X, microscopia elettronica a scansione, microsonda elettronica, spettrometria di massa (LA-ICP-MS, ICP-MS) e varie spettroscopie incluso IR e µRaman. 

iii) Campagna di raccolta di microtektiti. Centinaia di microtektiti (sferule da impatto) sono state trovate nel detrito che si accumula sulla cima di Miller Butte nel corso di suddetta spedizione. Una selezione di queste particelle è stata caratterizzata mediante microscopia elettronica a scansione, microsonda elettronica, spettrometria di massa (LA-ICP-MS, ICP-MS) e spettroscopia IR e XANES.

iv) Produzione scientifica. Selezioni di materiali raccolti nel corso della Campagna Antartica del PNRA 2014-15 e nelle campagne precedenti sono state studiati con diverse metodologie e finalità e hanno portato alla pubblicazione di 10 articoli in riviste internazionali con IF, 1 capitolo di revisione pubblicato in libro, 1 libro e 12 presentazioni a congressi internazionali (vedi lista delle pubblicazioni). Gli studi sono stati effettuati su meteoriti, micrometeoriti e microtectiti come dettagliato di seguito.

Meteoriti. Gli studi cosmochimici sulle meteoriti sono stati focalizzati su due meteoriti molto particolari e interessanti: la meteorite Lunare DEW 12007 (Collareta et al. 2016) e la eucrite ricca in leghe di metallo ALH 12073 (Di Rocco et al. 2016).

E' stata realizzata una calibrazione di uno spettrometro a fluorescenza di raggi X portatile (HHXRF) per la identificazione sul terreno di meteoriti metalliche e loro preliminare classificazione (Gemelli et al. 2015).

Sono stati poi condotti studi mediante diffrazione a raggi X da cristallo singolo in condizioni di alta temperature “ex-situ” su campioni di clinopirosseni augitici provenienti da tre diverse meteoriti antartiche di origine marziana (i.e., nakhliti; Alvaro et al. 2015). Tali studi hanno condotto alla calibrazione di una nuova curva geotermometrica consentendo quindi di determinare le temperature di chiusura ed estrapolare le cinetiche di raffreddamento per tali meteoriti.

E' attualmente in corso anche uno studio sulla distribuzione delle terre rare in condriti enstatitiche antartiche sia mediante analisi bulk che in situ. Uno dei campioni studiati è stato raccolto durante l'attività di ricerca svolta presso il campo remoto allestito in località Mount DeWitt.

Micrometeoriti. E' stato realizzato uno studio di revisione di tutti i dati relativi ai tre isotopi dell'ossigeno in micrometeoriti (massima parte di provenienza antartica) per definire la composizione del complesso di polveri cosmiche nell'intorno della Terra (Cordier and Folco. 2014).

In collaborazione col Prof. Uli Ott (MPI, Maiz, Germania) sono state determinate le concentrazioni di gas nobili in micrometeoriti delle Montagne Transantarctiche per determinarne la loro origine nel sistema solare (Ott et al. 2016).

é stato completato uno studio sistematico dei processi di alterazione delle micromemeteoriti raccolte in Antartide (van Ginneken et al. 2016) utile alla identificazione delle caratteristiche primarie (extraterrestri) delle micrometeoriti.

Una selezione di micrometeoriti della classe sferule cosmiche e del tipo I-type (ovvero metalliche) sono state studiate attraverso X-ray CT in alta risoluzione al fine di identificare i loro componenti che avrebbero avuto un ruolo fondamentale sul budget globale di elementi siderofili della paleo-Terra (Gemelli et al. 2016). 

I risultati delle campagne per la raccolta delle micrometeoriti in Antartide in ambito PNRA hanno valso l'invito di uno dei partecipanti di questo progetto a contribuire alla prestigiosa rivista ELEMENTS (Taylor et al. 2016) .

Con l’obiettivo di trovare relazioni tra micrometeoriti raccolte in Antartide e Interplanetary Dust Particles (IDPs) di origine cometaria, si è proceduto alla all’analisi in microscopia elettronica a scansione con sorgente ad emissione di campo e microanalisi di:

• particelle di polvere cometaria raccolte dalla sonda Stardust/NASA nella chioma della cometa Wild2;
• particelle di polvere interplanetaria raccolte in alta stratosfera con lo strumento DUSTER a bordo di pallone stratosferico;
• materiali analoghi di polvere cometaria;
• micrometeoriti raccolte nel corso della Campagna Antartica del PNRA 2014-15.

I dati sono in corso di elaborazione. 

Microtectiti. é stato completato uno studio delle condizioni di ossido - riduzione mediante misure IR e XANES nelle microtectiti raccolte nelle Transantarctic Mountains (Giuli et al. 2015) con implicazioni sul processo di loro formazione.

Un secondo studio sulla giacitura del sito di ritrovamento delle microtectiti delle Montagne Transantartiche presso Allan Hills (inland catchment of the McKay Glacier) ha documentato come la East Antarctic Ice Sheet in questa regione dell'altopiano polare sia rimasta stabile durante lo ultimo 1 Ma (Folco et al. 2016).

v) E' stato predisposto il set up per esperimenti di modellizzazione analogica della dinamica della calotta glaciale antartica per studiare le sue relazioni con i meccanismi di accumulo di meteoriti in Antartide. Sono state effettuate serie sperimentali mirate all'analisi dell'influenza del collasso di piattaforme marine sulla dinamica di calotte glaciali ancorate al di sotto del livello mare ed analizzate le possibili implicazioni per la dinamica della calotta glaciale Antartica

vi) Sono state classificate dodici meteoriti PNRA 2012 mediante analisi petrografiche e in microscopia elettronica a scansione con microanalisi.

vii) Le attività della spedizione 2014-2015 sono stati divulgati al pubblico tramite un blog, numerose conferenze e mostre pubbliche (vedi sotto).

Articoli in rivista con IF

Cordier C, Folco L (2014) Oxygen isotopes in cosmic spherules and the composition of the near Earth interplanetary dust complex. Geochimica et Cosmochimica Acta 146:18-26. IF: 4.25, 100% PNRA.

Giuli G, Cicconi M R, Eeckhout S G, Pratesi G, Paris E, Folco L (2014) Australasian microtektites from Antarctica: XAS determination of the Fe oxidation state. Meteoritics and Planetary Science 49:696-705. IF: 3.104, 80% PNRA.

Gemelli M, D'Orazio M, Folco L (2015) Chemical analyses of iron meteorites by hand-held X-ray fluorescence. Geostandards and Geoanalytical Research 39:55-69. IF: 3.208, 50% PNRA.

Alvaro M, Domeneghetti M C, Fioretti A M, Cámara F, Marinangeli L (2015) A new calibration to determine the closure temperatures of Fe-Mg ordering in augite from nakhlites, Meteoritics and Planetary Science 3:499-507. IF: 3.104, 40% PNRA.

Collareta A., Gemelli M., D’Orazio M., Pack A., Folco L (2016) High crustal diversity preserved in the lunar meteorite Mount DeWitt 12007 (Victoria Land, Antarctica). Meteoritics and Planetary Science 51:351-371. IF: 3.104, 100% PNRA.

Van Ginneken M, Genge M J, Folco L, Harvey R P. (2016) The weathering of micrometeorites from the Transantarctic Mountains. Geochimica et Cosmochimica Acta. 179 (in press). IF: 4.25, 40% PNRA.

Taylor S, Messenger S, Folco L (2016). Cosmic dust: finding a needle in a haystack. Elements 12:171-176. IF:4.463. 33% PNRA.

Sandford S A, Engrand C, Rotundi A (2016) Organic Matter in Cosmic Dust. Elements 12:185-189. IF:4.463. IF:4.463. 20% PNRA.

Folco L, D’Orazio M, Gemelli M, Rochette P (2016). Stretching out the Australasian microtektite strewn field in Victoria Land Transantarctic Mountains. Polar Science 10.147-159. IF: 0.952, 100% PNRA.

Pack A., Höweling A.^, Hezel D. C., Stefanak M. T., Beck A. K.^, Peters S. T. M., Sengupta S., Herwartz D. and Folco L (2016) The triple oxygen isotope composition of the thermosphere derived from measurements of I-type micrometeorites – a new paleo-CO₂ proxy. (submitted to Nature Communications). IF: 11.329, 30% PNRA.

Capitoli in libri

Folco L, Cordier C (2015) Micrometeorites. In European Mineralogical Union Notes in Planetary Mineralogy, 15:253-297. DOI: 10.1180/EMU-notes 15.9

Libri

Grady, Monica; Pratesi, Giovanni; Moggi Cecchi, Vanni (2014) Atlas of Meteorites. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

Atti

Collareta A, D'Orazio M, Gemelli M, Pack A, Folco L (2014) The new lunar meteorite DEW 12007, 77th Annual Meeting of the Meteoritical Society (Casablanca), abstract 5104.

Murri M, Scandolo L, Alvaro M, Domeneghetti M C, Fioretti A M (2015) Clinopyroxene Fe-Mg exchange reaction applied to Martian nakhlites. Congresso congiunto SIMP-AIV-SoGeI-SGI, Firenze, Sept 2015.

Alvaro M, Domeneghetti M C, Fioretti AM (2015) Pyroxenes Fe-Mg exchange reaction and its application to planetary studies. XII Congresso Nazionale di Scienze Planetarie, Bormio, Feb 2015.

Giuli G, Cicconi M. R., Stabile P., Trapananti A, Pratesi G, Cestelli-Guidi M, Koeberl, C. (2014) New Data on the Fe Oxidation State and Water Content of Belize Tektites. 45th Lunar and Planetary Science Conference, held 17-21 March, 2014 at The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1777, p.2322.

Gemelli M, Mugnaioli E., Di Rocco T., Boschi C. (2015) High precision δ17O isotope analysis for micro-volumes: development of a new strategic resource for the Italian Planetary Sciences community, Congresso SIMP-SGI-So.Ge.I.-AIV (Firenze).

Collareta A., D'Orazio M., Gemelli M., Pack A., Folco L. (2015) The diversity of the lunar crust as told by the new polymict regolith breccia Mount DeWitt 12007 (Antarctica), Congresso SIMP-SGI-So.Ge.I.-AIV (Firenze).

Cordier C., Folco F., Oxygen isotopes in cosmic spherules and the composition of the near Earth interplanetary dust complex, Congresso SIMP-SGI-So.Ge.I.-AIV (Firenze).

Folco L., Glass B.P, D'Orazio M., Gattacceca J., P. Rochette (2016) Searching for an impactor signature in Australasian microtektites. 79^th Annual Meeting of The Meteoritical Society, 7–12 August 2016 in Berlin, Germany.

Folco L., D'Orazio M., Gemelli M., Rochette P., Gattacceca J., Glass B.P. (2016) Stretching out the Australasian microtektite strewn field in Victoria Land Transantarctic Mountains: an update. European Mineralogical Conference, EMC 2016, 11- 15 September 2016, Rimini, Italy.

Ott U., Baecker B., Trieloff M., Cordier C. Folco L. (2016) Noble gas inventory of Transantarctic Mountain micrometeorites: insights into their provenance. 79^th Annual Meeting of The Meteoritical Society, 7–12 August 2016 in Berlin, Germany.

Corti G., Zeoli A. (2016). Analogue modelling of the influence of ice shelf collapse on the flow of ice sheets grounded below sea-level. EGU General Assembly 2016, Vienna, Austria, 17-22 April 2016.

Corti G., Zeoli A. (2016). Analogue modelling of the influence of ice shelf collapse on the flow of ice sheets grounded below sea-level. 88° Congresso della Società Geologica Italiana, Napoli, 7-9 September 2016.

Divulgazione scientifica: Mostre, pubblicazioni divulgative, ecc.

i) E' stata realizzata una vetrina sulla ricerca di meteoriti in Antartide presso il Museo di Storia Naturale dell'Università di Pisa in Calci (PI) in collaborazione con il Museo Nazionale dell'Antartide.

ii) Nell'ottobre 2014 é stata realizzata la sezione meteoriti della mostra permanente presso il Museo di Storia Naturale dell'Università di Pisa in Calci, con ampio spazio alla ricerca di meteoriti in Antartide del PNRA.

iii) Il 26 settembre 2015 il nostro progetto di ricerca é stato selezionato per la realizzazione di uno stand sulle meteoriti e loro ricerca in Antartide in occasione della Notte dei Ricercatori in Toscana denominata BRIGHT.

iv) Il nostro gruppo di ricerca ha contribuito in maniera significativa all'allestimento della vetrina meteoriti in mostra nell'esposizione "30 anni di PNRA" al Vittoriano in Roma.

v) Lo agosto 2015 è stato pubblicato dal quotidiano “Il MANIFESTO”, N. 189, sabato 8 agosto, 2015,  l'articlo divulgativo di Alessandra Rotundi intitolato Una polvere a prova spaziale.

vi) Il 16 maggio 2016 è stato pubblicato l'articolo divulgativo di A. Rotundi, Ripulendo il Cielo dalla Polvere Cosmica, su “ Le Stelle”, vol. n. 154, pp. 44 – 47. 

vii) Seminari sulla XXX Campagna Antartica del PNRA presso le scuole: Istituto P.M. Ricci (Montecosaro, MC); Scuola Media L.M. Patrizi (Recanati, MC); Scuola media Leonardo da Vinci (Pioraco, MC); Liceo Linguistico G. Leopardi (Cingoli, MC); Liceo Scientifico T. C. Onesti Fermo (FM). Questa attivita’ e’ stata possibile grazie alla collaborazione di circa 20 docenti, ed ha coinvolto oltre 500 studenti.

viii)  Conferenza presso la sede dell’Accademia della Colombaria di Firenze nel Maggio 2015 dal titolo “Messaggeri dallo Spazio: l’importanza delle meteoriti nella storia della Terra”.

ix) Conferenza sulle meteoriti tenuta nel giugno 2015 in occasione dell’inaugurazione della mostra “Meteoriti: messaggeri dallo spazio” tenutasi al Parco Minerario di Rio Marina.

x) Conferenza tenuta nel Marzo 2016 sempre Parco Minerario di Rio Marina, per gli studenti dell’Università dell’Età Libera. La conferenza, dal titolo “Quando la vita arriva dal cielo”, ha affrontato tematiche inerenti l’astrobiologia ed in particolare lo studio dei componenti organici nelle meteoriti.

xi) Seminario tenuto in occasione della IX Scuola estiva di Astronomia della SAIt tenutasi presso il Museo del Balì, Saltara (PU) dal 15 al 18 luglio 2014 e rivolta a docenti delle scuole primarie e secondarie. Titolo: “Il ruolo delle Comete e delle meteoriti nell’evoluzione della vita sulla Terra”.

Formazione

i) Tesi di Laurea Magistrale. Lo studio cosmochimico di meteoriti antartiche del PNRA sono state l'oggetto di Tesi di Laurea Magistrale di due studenti (A. Collareta e J. Nava) del Dipartimento di Scienze della Terra di Pisa. Lo studio geochimico di microtectiti australasitiche e prodotti correlati è attualmente oggetto di studio della Tesi di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche e Geotecnologie di un terzo studente, F. Campanale.

ii) ESR. J. Nava, laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra di Pisa ha usufruito una borsa di studio di 6 mesi finanziata nell'ambito di questo progetto, ed ha partecipato alla Campagna Antartica 2014-15.

ii) ER. Tommaso di Rocco e' Assegnista di Ricerca PNRA presso il Dipartimento di Scienze della Terra di Pisa, per la messa a punto della linea degli isotopi stabili dell'ossigeno presso il CNR di Pisa, e per studi cosmochimici di meteoriti e micrometeoriti. 

Partecipazione a Congressi di ESRs e ERs:

Gemelli M., Mugnaioli E., Di Rocco T. and Boschi C. 2015. High precision d¹⁷O isotope analyses of silicates: development of a new strategic resource for the italian Planetary Sciences community. Congresso SIMP-AIV-SoGeI-SGI "Il Pianeta Dinamico: sviluppi e prospettive a 100 anni da Wegener.", Firenze.

Gemelli M., D’Orazio M. and Folco L., 2014. Chemical Analysis of Iron Meteorites Using a Hand-Held X-Ray Fluorescence Spectrometer. "77^th Annual Meeting of the Meteoritical Society", Casablanca.

Gemelli M., D’Orazio M. and Folco L., 2014. Handheld X-ray fluorescence spectrometry for rapid identification of planetary basalts parentage. "77^th Annual Meeting of the Meteoritical Society", Casablanca.

Collareta A., D'Orazio M., Gemelli M., Pack A. and Folco L., 2014. The New Lunar Meteorite Dew 12007. "77^th Annual Meeting of the Meteoritical Society", Casablanca.