Thermal and porosity properties of meteorites: A compilation of published data and new measurements

Abstract

We report direct measurements of thermal diffusivity and conductivity at room temperature for 38 meteorite samples of 36 different meteorites including mostly chondrites, and thus almost triple the number of meteorites for which thermal conductivity is directly measured. Additionally, we measured porosity for 34 of these samples. Thermal properties were measured using an optical infrared scanning method on samples of cm‐sizes with a flat, sawn surface. A database compiled from our measurements and literature data suggests that thermal diffusivities and conductivities at room temperature vary largely among samples even of the same petrologic and chemical type and overlap among, for example, different ordinary chondrite classes. Measured conductivities of ordinary chondrites vary from 0.4 to 5.1 W m−1 K−1. On average, enstatite chondrites show much higher values (2.33–5.51 W m−1 K−1) and carbonaceous chondrites lower values (0.5–2.55 W m−1 K−1). Mineral composition (silicates versus iron‐nickel) and porosity control conductivity. Porosity shows (linear) negative correlation with conductivity. Variable conductivity is attributed to heterogeneity in mineral composition and porosity by intra‐ and intergranular voids and cracks, which are important in the scale of typical meteorite samples. The effect of porosity may be even more significant for thermal properties than that of the metal content in chondrites.

O przewodności cieplnej meteorytu Jezersko

“…Właściwości cieplne planetoid, planet i komet są integralną częścią wcześniejszych i obecnie realizowanych misji kosmicznych. Badania właściwości fizycznych i termofizycznych meteorytów i ich ciał macierzystych są prowadzone w wielu ośrodkach naukowych (Matsui i Osako, 1979;Osako, 1981;Yomogida i Matsui, 1983;Opeil et al, 2010Opeil et al, , 2012Opeil et al, , 2020Szurgot, 2011Szurgot, , 2020aSzurgot i Wojtatowicz, 2011;Henke et al, 2012Henke et al, , 2016Flynn et al, 2018;Ostrowski i Bryson, 2019;Soini et al, 2020).…”

“…Przewodność cieplna meteorytów i skał ziemskich zależy od przewodności ich składników mineralnych, przewodności gazu lub/i cieczy w porach i od geometrii i stopnia porowatości (Farouki, 1986;Schӧn, 2011;Soini et al, 2020). W pierwszym etapie przewidywań wykorzystano model średniej geometrycznej, według którego przewodność cieplna skały i innych ciał dwu-oraz wieloskładnikowych jest średnią geometryczną przewodności cieplnej jej składników.…”

“…Przy uwzględnieniu wszystkich składników skały ΣVi = 1, a dla najważniejszych składników suma ta jest bliska jedynce. Model ten stosowano głównie dla ziemskich skał osadowych (Griffiths et al, 1992;Clauser i Huenges, 1995;Schӧn, 2011;Fuchs et al, 2015;Przelaskowska, 2018), a ostatnio dla chondrytów (Soini et al, 2020). W obecnej pracy, podobnie jak i we wcześniejszych publikacjach opisujących właściwości cieplne meteorytów (Yomogida i Matsui, 1983;Soini et al, 2020), do obliczeń wykorzystano najbardziej rozpowszechnione w tej skale minerały skałotwórcze.…”

“…Model ten stosowano głównie dla ziemskich skał osadowych (Griffiths et al, 1992;Clauser i Huenges, 1995;Schӧn, 2011;Fuchs et al, 2015;Przelaskowska, 2018), a ostatnio dla chondrytów (Soini et al, 2020). W obecnej pracy, podobnie jak i we wcześniejszych publikacjach opisujących właściwości cieplne meteorytów (Yomogida i Matsui, 1983;Soini et al, 2020), do obliczeń wykorzystano najbardziej rozpowszechnione w tej skale minerały skałotwórcze. Przewidywania przewodności cieplnej części szkieletowej meteorytu Jezersko oparto na sześciu minerałach chondrytu Jezersko: oliwinie (ol), ortopiroksenie (opx), klinopiroksenie (cpx), plagioklazie (pl), troilicie (tr) oraz minerałach metalicznych: kamacycie, taenicie i tetraenicie, tj.…”

“…1 i 2). Przyjęcie dla warunków niskiego ciśnienia (10 −5 Pa) / próżni wartości przewodności cieplnej bardzo rozrzedzonego powietrza Kf (10 −5 Pa) = 0,000003 W m −1 K −1 (Soini et al, 2020) prowadzi w przypadku meteorytu Jezersko do wartości przewodności cieplnej w temperaturze 300 K: 1,04 ± 0,11 W m −1…”