Ureilite vein metal as a secondary component

9.4 Ureilite vein metal as a secondary component 

9.4.1 The complete removal of the initial chondritic metal portion 

If the vein metal represents a secondary component in the UPB, the original metal from the  chondritic parent body has been removed, possibly into a metal core. 

The initial metal component can be completely molten either by batch melting or by 

fractional melting. For a fractional melting process, this would require a parent body with at  least moderate sulfur‐ and carbon‐concentrations (~3 wt% carbon, 8‐13 wt% sulfur). In  scenarios modeled for these starting compositions all metal is removed leaving behind only  residual carbon. 

In batch melting the metal component of sulfur‐ and carbon‐poor starting compositions are  completely molten at the assumed ureilite peak temperatures of ~1300°C. In case of carbon‐ 

and sulfur‐rich starting compositions a carbon residual is left behind. 

The original metal component represents 30 ‐ 55 wt%, and thus 15 ‐ 30 vol% of the parent  body, providing pathways for segregation. A complete loss of the metal component either by  fractional or by batch melting therefore is a possible scenario. 

9.4.2 Secondary addition of metal from silicate reduction 

If the ureilite parent body had been swept clean of its initial metal component, a possible  source of metal in the ureilite is the reduction of silicates in the presence of carbon (i.e. 

“smelting”). It has been proposed that smelting is responsible for the different fa of ureilite  olivine (e.g. BERKLEY and JONES 1982) and the source of vein metal (GOODRICH et al. 2004). 

Trace element studies of ureilite silicates (this work, ASH et al. 2009) show that Ni and Co  concentrations in ureilite silicates are <150 µg∙g^‐1. A Fe‐rich metal produced from reduction  contains only ~0.04 wt% of Ni and ~0.02 wt% of Co. The amount of metal produced depends  on the degree of reduction in the ureilite. The reduction of an iron‐rich olivine with ~20 wt% 

of FeO (similar to olivine in GRA95205 or Kenna) to an iron‐poor olivine with ~2 wt% of FeO  (similar to olivine in ALH84136) produces ~11 wt% of Fe‐rich metal (W^ARREN et al. 2006). As a  result, metal concentrations in ureilites would be negatively correlated with olivine FeO, 

which is not observed. It can therefore be concluded that the ureilite vein metal could not  have been produced from reduction of silicate material. 

9.4.3 Secondary addition of metal from an metal­rich impactor 

Several authors have proposed the presence of two components: One that is refractory poor  and associated with the vein material and one that is refractory‐rich (BOYNTON et al. 1976,  HIGUCHI et al. 1976, JANSSENS et al. 1987). Shock features, thermal history and the reduced  rims suggest that the ureilite parent body was catastrophically disrupted by impact of  another asteroid (e.g. GOODRICH et al. 2004). It was therefore suggested that the ureilite  carbon and part of the siderophile elements had been injected through an impactor into the  ureilite parent body (e.g. WASSON et al. 1976, RANKENBURG et al. 2008). The presence of  carbon rich spherule inclusions, on the other hand, indicates that at least a part of the  carbon was a primary component (GOODRICH and BERKLEY 1986). 

Assuming that the ureilite parent body material had been swept clean of its initial metal  portion, it is possible that the vein metal represents metal introduced into the system by the  impactor. Such a metal rich impactor could have been similar to one of the known iron  meteorites. Fig. 87 therefore shows Ni/Co‐ratio and Ni concentrations in iron meteorites and  ureilite vein metal. 

Fig. 87 Ni concentrations in several iron meteorites and ureilite vein metal plotted against bulk Ni/Co‐ratios. Iron  meteorite data from KRACHER et al. (1980), MALVIN et al. (1984b), MALVIN et al. (1984a), WASSON et al. (1989), WASSON et al. 

(1998) and RUSSELL et al. (2004). Iron meteorites show a linear trend, pointing towards the origin. Except for the Si‐rich  vein metal in EET87517, ureilites are clearly off the trend. 

According to published iron meteorite data (KRACHER et al. 1980, MALVIN et al. 1984b, MALVIN  et al. 1984a, WASSON et al. 1989, WASSON et al. 1998, RUSSELL et al. 2004), most iron 

meteorites show higher Ni‐concentrations than ureilite vein metal. The iron meteorites of  the Bellsbank‐group resemble the ureilite vein metal most closely with respect to Ni  concentrations. However, the Bellsbank‐group meteorites exhibit high P‐concentrations of 

~2 wt% (M^ALVIN et al. 1984a), while P is <0.25 wt% in ureilite vein metal. It has been 

suggested that the Bellsbank‐group iron meteorites formed from an immiscible P‐rich liquid  on the IIAB‐parent body (MALVIN et al. 1984b). 

Iron meteorites show a positive correlation of Ni/Co‐ratio and Ni concentrations. Although  this correlation becomes less pronounced at higher Ni‐concentrations, ureilites clearly define  a singular group outside the trend of the iron meteorites (Fig. 87). IIAB‐Irons, which show  similar Ni/Co‐ratios to ureilites, exhibit ~2 wt% higher Ni‐concentrations. One exception is  the Si‐rich vein metal portion of the EET87517 ureilite, which shows a Ni/Co‐ratio and Ni‐

concentrations very similar to IIAB‐irons. This might indicate a connection between IIAB 

irons and ureilites. However, only one of nine examined ureilites shows a IIAB‐like metal  component. 

Although no group of iron meteorites can be clearly linked to ureilite vein metal, it is  possible that such an iron‐rich meteorite exists and has not been sampled yet. In CHABOT  (2004), mass balance calculations have been performed in order to infer the initial sulfur‐

content in the IIAB metallic melt. According to these calculations the IIAB‐iron meteorites  might have formed by fractional crystallization from a parental core composition with 

~17 wt% S.  

In a similar way, we modeled fractional crystallization of an extremely reduced (all Fe in  metal) and Ni‐poor parent body (Fig. 88). The chosen starting composition was the Ni‐poor  LL‐chondrite Manych (JAROSEWICH 1990). The metal core of an extremely reduced Manych‐

like composed parent body contains 4.54 wt% Ni and 0.28 wt% Co. Other LL‐chondritic  compositions such as Greenwell Springs, Cherokee Springs and Karatu give similar low‐Ni  and low‐Co starting compositions. 

The sulfur‐dependent distribution coefficients   and   were taken from C^HABOT et al. 

(2003). 

Fig. 88 Ni concentrations and Ni/Co‐ratio in modeled metal produced from fractional crystallization of a Ni‐ and Fe‐poor  LL‐chondritic starting composition. Calculations were performed for different sulfur‐concentrations in the initial metal  portion. 

The calculations were performed for 5 %, 10 %, 15 %, 20 % and 25% of S in the starting  composition. Crystallization persists until sulfur in the residual melt approaches the eutectic  composition at 31 wt% S. 

A fractional crystallization of a Ni‐poor metal core with 5‐10 wt% S can produce metal similar  to ureilite vein metal. With respect to Ni‐ and Co‐concentrations as well as Ni/Co‐ratios,  ureilite vein metal could represent metal from such a metal‐rich impactor. 

Such a metal‐rich impactor would explain, why the ureilite siderophile elements show no  correlation with olivine fa of each ureilite. It would also explain why the ureilite vein metal is  not in equilibrium with adjacent olivine grains.