Ksar Ghilane 022 Ungrouped Achondrite: Evidence for a Highly Reduced Parent Body

The Ksar Ghilane 022 (KG 022) meteorite, classified as an ungrouped achondrite and specifically identified as an unbrecciated Mg-rich clinopyroxenite, presents a unique opportunity to study the highly reduced, oxygen-starved environments within the inner Solar System. This study aims to chemically, structurally, and chronologically characterize KG 022 to constrain its evolutionary history and identify its enigmatic parent body, to ultimately learn more about early planetary formation and evolution processes. To achieve a comprehensive understanding of the sample, a multi-methodological approach was employed, utilizing Transmitted and Reflected Light Optical Microscopy (OP), Micro-Raman Spectroscopy (MRS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Probe Microanalysis (EPMA), Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS), and Noble Gas Mass Spectrometry via stepwise heating. Petrographic and geochemical investigations reveal a primary mineralogy of nearly iron-free augite and enstatite, exhibiting an exceptionally low bulk pyroxene Fe/Mn ratio of 0.231 ± 0.042, alongside near endmember albitic plagioclase. The sample features sulfur-rich, oxygen-depleted chemistry highlighted by the presence of alabandite (MnS), oldhamite (CaS), daubréelite (FeCr2S4), and the rare sodium chromium sulfide, caswellsilverite (NaCrS2). Distinct microstructures were observed, including enstatite exsolution lamellae and unique myrmekite-like silica droplets within an albitic plagioclase host, which suggest a complex, shock-free cooling history driven by localized volatile escape. Based on SEM and EPMA analyses, the temperature of KG 022 was estimated by two-pyroxene geothermometric applications by Taylor, (1998), indicating a peak equilibration temperature of 1021 ± 62°C. Further analyses revealed that the magmatic system is extremely reduced, with an estimated bulk oxygen fugacity of ΔIW -6.24. Analyses of the noble gas inventory yield cosmic ray exposure (CRE) ages of approximately 20 Ma, with a distinct 3He depletion pointing to late-stage outgassing caused by a highly eccentric trajectory close to the Sun. The combined mineralogical, chemical and structural data suggest that the crystallization of KG 022 material is consistent with a highly differentiated environment, ascribed to a deeply reduced region of the inner Solar System. While sharing distinct mineralogical and redox similarities with the planet Mercury, the lack of niningerite and the strictly unshocked nature (<5 GPa) of the sample make a direct Hermean origin unlikely. The collected evidence instead strongly points to an E-type asteroid parent body within the Hungaria family, establishing a close genetic relationship between this peculiar rock and the aubrite meteorite suite.

Il meteorite Ksar Ghilane 022 (KG 022), classificato come acondrite non raggruppata e, più nello specifico, come clinopirossenite non brecciata ricca in magnesio, offre un'opportunità unica per indagare gli ambienti altamente ridotti e poveri di ossigeno caratteristici del Sistema Solare interno. Il presente studio si propone di caratterizzare KG 022 dal punto di vista chimico, strutturale e cronologico, con lo scopo di delinearne la storia formativa e individuarne l'enigmatico corpo progenitore. L'obiettivo ultimo è ampliare la nostra comprensione dei processi primordiali di formazione ed evoluzione planetaria. Per un'analisi esaustiva del campione è stato adottato un approccio multimetodologico, avvalendosi di microscopia ottica a luce trasmessa e riflessa (OP), spettroscopia micro-Raman (MRS), microscopia elettronica a scansione (SEM), microanalisi in microsonda elettronica (EPMA), spettrometria di massa a plasma accoppiato induttivamente con ablazione laser (LA-ICP-MS) e spettrometria di massa dei gas nobili mediante riscaldamento graduale. Le indagini petrografiche e geochimiche evidenziano una mineralogia primaria costituita da augite ed enstatite quasi del tutto prive di ferro, caratterizzate da un rapporto Fe/Mn eccezionalmente basso (0,231 ± 0,042), associate a plagioclasio albitico di composizione prossima al termine puro (end-member). Il campione presenta una chimica peculiare, arricchita in zolfo e impoverita in ossigeno, testimoniata dalla presenza di alabandite (MnS), oldhamite (CaS), daubréelite (FeCr2S4) e caswellsilverite (NaCrS2), un raro solfuro di sodio e cromo. L'osservazione di microstrutture distintive, tra cui lamelle di essoluzione di enstatite e singolari aggregati di goccioline di silice (simili a mirmekiti) ospitati all'interno dell'albite, suggerisce una complessa storia di raffreddamento in assenza di shock, legata inoltre ad una fuga localizzata di elementi volatili. Sulla base delle analisi SEM ed EPMA, l'applicazione del geotermometro a due pirosseni (Taylor, 1998) ha permesso di stimare per il KG 022 una temperatura di picco di equilibrazione pari a 1021 ± 62°C. Ulteriori indagini hanno rivelato che il sistema magmatico risulta estremamente ridotto, con una fugacità di ossigeno di massa stimata pari a ΔIW -6,24. L'analisi dell'inventario dei gas nobili ha fornito un'età di esposizione ai raggi cosmici (CRE) di circa 20 Ma; al contempo, un marcato impoverimento di 3He suggerisce un degassamento tardivo, verosimilmente causato da un'orbita altamente eccentrica e molto vicina al Sole. L'integrazione dei dati mineralogici, chimici e strutturali indica che la cristallizzazione del materiale costituente il KG 022 è coerente con un ambiente altamente differenziato, riconducibile a una regione del Sistema Solare interno dominata da condizioni fortemente riducenti. Pur condividendo evidenti affinità mineralogiche e redox con il pianeta Mercurio, l'assenza di niningerite e la natura del campione, del tutto priva di shock (<5 GPa), rendono improbabile una genesi ermeana diretta. Le evidenze raccolte puntano invece con decisione verso un corpo progenitore asteroidale di tipo E appartenente alla famiglia Hungaria, stabilendo così una stretta relazione genetica tra questa roccia peculiare e la suite meteoritica delle aubriti.