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40° Lunar and Planetary Science Conference
Cartografia e Caracterização Geomorfológica da Superfície de Marte David Alegre Vaz Sumário • Marte – factos e perspetiva histórica • A superfície de Marte • Cartografia e Ciências Planetária no CITEUC & CERENA • Datação morfológica de escarpas de falha • Estruturas sedimentares eólicas • Conclusão Marte - factos • Idade: 4.5 Ga (4500.000.000 anos) • Período orbital = 687 dias (Terra = 365 dias) • Período de rotação = 24h 37m (Terra = 24h) • Raio equatorial = 3.396 km (Terra = 6.371 km) • Força da gravidade = 3.71 m/s2 (39% menor que na terra) • Atualmente não possui campo magnético • Atmosfera pouco densa (0.6% da densidade na Terra) • Composta por: 95.97% CO2, 1.93% Ar; 1.89% N •Temperatura média = -63° C • Atualmente é um planeta desértico • Não necessariamente inativo do ponto de vista geológico Marte - perspetiva histórica • Conhecido desde a antiguidade •Marte – Deus da guerra romano Marte - perspetiva histórica • Galileo Galilei (1610) • Primeiras observações • Giovanni Schiaparelli (1877) “canali” = “channels” ~= “canals” = natural ~= artificial Marte - perspetiva histórica • Galileo Galilei (1610) • Primeiras observações • Giovanni Schiaparelli (1877) “canali” = “channels” ~= “canals” = natural ~= artificial Marte - perspetiva histórica • Ilusão de óptica/erro de tradução que “durou” até 1965 • A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua Mariner 4 Marte - perspetiva histórica • Ilusão de óptica/erro de tradução que “durou” até 1965 • A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua • Alimentou a ficção cientifica mas contribuiu também para o interesse na exploração do sistema solar Exploração de Marte • Marsnik – primeira missão (1960) • Mariner 4 – primeiras imagens (1965) • Mars 3 – primeiro “lander” (1971) • Missões Viking (1975)– permitiram a cartografia global da superfície • Baixa taxa de sucesso das missões • Mas tem vindo a melhorar Missões a Marte • 7 missões em orbita/superfície: • Mars Odyssey (2001) • Mars Express (2003) • Spirit & Opportunity (2004) • Mars Reconnaissance Orbiter (2006) • MSL – Curiosity (2012) • MAVEN (Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN) (2014) • Mars Orbiter Mission (2014) • ExoMars – 2016 & 2018 • InSight – 2018? • Estas missões possibilitam a cartografia e o estudo da geologia marciana ExoMars 2018 Missões a Marte • As missões resultaram num acumular de dados que nos permitem estudar a superfície e o interior do planeta: • Imagens da superfície (resolução espacial até 25 cm/pixel) • Topografia • Dados hiper-espectrais • Dados magnéticos e gravimétricos • Rovers/landers • Análises químicas • Imagens/composição detalhada das rochas na superfície As luas de Marte • Phobos e Deimos • Pequenas luas (22 e 13 km de diâmetro) com formas irregulares • Asteroides capturados Phobos Deimos As duas luas vistas pelo Curiosity A superfície de Marte Topografia • Dicotomia hemisférica • Norte: menores elevações, crusta mais recente • Sul: maiores elevações, mais crateras = crusta mais antiga • Impacto gigante? Tectónica de placas? Convexão mantélica? Anomalias magnéticas • Anomalias magnéticas crustais remanescentes • Localizadas na crusta mais antiga • Campo magnético global (até ~4 Ga) • Bandas de magnetização similares às observadas na crusta oceânica? • Tectónica de placas? Intrusões magmáticas? Falhas? • Não existem evidências geológicas na superfície Geologia de Marte • Mapas geológicos/geomorfológicos • Feitos a partir da interpretação de imagens da superfície • Resumem grande parte do conhecimento geológico: unidades geológicas • Carta geológica de Marte (USGS, 1:15M) Geologia de Marte • Três grandes períodos estratigráficos • Noaquiano (4.5 – 3.7 Ga) • Intensa craterização, erosão e atividade hidrológica • Hesperiano (3.7 - 3 Ga) • Atividade vulcânica intensa • Amazoniano (3 Ga até ao presente) • Hiperaridez, atividade glaciar/periglaciar Composição • Basaltos • E produtos da alteração dos basaltos: • Argilas, sulfatos, óxidos de ferro, etc. • Rochas sedimentares • “Estratigrafia mineralógica”: Phyllociano, Theiikiano, Siderikano Crateras de impacto • Resultam do impacto de meteoritos na superfície do planeta • A crusta marciana é antiga e está intensamente “craterizada” • A contagem de crateras permite datar a superfície de um planeta • Mais e maiores crateras = crusta mais antiga • A única forma de datar a superfície • Dependente dos modelos utilizados • Grandes margens de erro Calotes polares • Calotes polares: gelo de H20 e CO2 (2-3 km de espessura) Norte Sul Calotes polares • Calotes polares: gelo de H20 e CO2 (2-3 km de espessura) • Phoenix demonstrou a existência de gelo no subsolo das zonas circumpolares a pouca profundidade Vales fluviais • Formados pela ação erosiva dos rios • Localizados preferencialmente nas zonas mais antigas (+ de 3.5 Ga) • Testemunhos de um clima mais ameno e húmido no passado • Ciclo hidrológico • Tempo necessário para a sua formação? • Para onde foi a água? Terra – deserto do Yemen Marte Deltas fluviais e lagos • Acumulação de sedimentos transportados por rios • Deposição em corpos de água estáveis (lagos) • Indicam a existência de massas de água durante largos períodos de tempo? Deltas fluviais e lagos • Acumulação de sedimentos transportados por rios • Deposição em corpos de água estáveis (lagos) • Indicam a existência de massas de água durante largos períodos de tempo? Delta do rio Lena, Rússia Marte – Delta fóssil, cratera de Jezero Oceano? • Vários indícios indicam a existência de um oceano nas planícies do hemisfério Norte • Durante quanto tempo? Deltas • Qual a extensão? • Estaria congelado? Redes de drenagem Luo & Stepinsky, 2010 Di Achille & Hynek, 2010 Vulcões • Os maiores vulcões do sistema solar • Monte Olympus – 22 km de altura • Vulcão-escudo Vulcões • Outras morfologias vulcânicas: • Tubos lávicos Gruta das Torres Pico, Açores Vulcões • Outras morfologias vulcânicas: • Tubos lávicos Vulcões • Outras morfologias vulcânicas: • Tubos lávicos • Escoadas vulcânicas Etna Vulcões • Outras morfologias vulcânicas: • Tubos lávicos • Escoadas vulcânicas Estruturas tectónicas • Ausência de tectónica de placas em Marte (pelo menos nos últimos 4 Ga) • Estruturas que indicam deformações crustais são abundantes • Qual foi o grau de mobilidade crustal? Falhas normais Cristas de enrugamento Processos eólicos • O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte • Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas • O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica Terra – deserto da Namíbia Marte Processos eólicos • O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte • Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas • O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica • Remoinhos de poeira (“dust devils”) Processos eólicos • O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte • Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas • O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica • Remoinhos de poeira (“dust devils”) Cartografia planetária no CITEUC & CERENA (2 exemplos) Cartografia planetária • Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: • Crateras Bandeira et al. 2007 Cartografia planetária • Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: • Crateras • Estruturas tectónicas Vaz, 2011 Cartografia planetária • Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: • Crateras • Estruturas tectónicas • Estruturas sedimentares eólicas Cartografia estrutural • Fotointerpretação de dados de imagens orbitais • Demorada, não reprodutível • Algoritmo que permite a cartografia automática: rapidez e objetividade • Permite analisar áreas mais extensas • Medições morfométricas • Técnica de base para o estudo das morfologias tectónicas Dohm & Tanaka (1999) Borraccini et al. (2007) Vaz et al. (2012) Datação morfológica • Datação morfológica de escarpas de falha em Marte Deformação + Degradação Morfologia das escarpas de falha • Escarpas de falhas normais • geralmente bem preservadas • mas diferentes graus de degradação são observáveis Datação morfológica • Datação morfológica • Quantificação do grau de degradação das escarpas • Utilizada na Terra em estudos de paleosismicidade • Poderá esta técnica ser aplicada em Marte? • O que nos poderá dizer sobre as condições climáticas no passado? Datação morfológica • Datação morfológica • Quantificação do grau de degradação das escarpas • Utilizada na Terra em estudos de paleosismicidade • Poderá esta técnica ser aplicada em Marte? • O que nos poderá dizer sobre as condições climáticas no passado? •Teste e validação em dois rifts com idades diferentes • Ortofotos e MDTs com alta resolução espacial Claritas Fossae Datação morfológica • Datação morfológica • Quantificação do grau de degradação das escarpas • Utilizada na Terra em estudos de paleosismicidade • Poderá esta técnica ser aplicada em Marte? • O que nos poderá dizer sobre as condições climáticas no passado? •Teste e validação em dois rifts com idades diferentes • Ortofotos e MDTs com alta resolução espacial Phlegethon Catena Datação morfológica • Modelo de degradação difusiva • Permite relacionar: • Morfologia • Idade das escarpas • Constante de difusividade (quantifica a “velocidade média” de degradação) • Dados necessários: • Idade (contagem de crateras) • Geometria inicial das falhas • Medições morfométricas Datação morfológica • Geometria inicial: – Reconstrução palinspática 3D • Crateras fracturadas = marcadores de deformação • Permite inferir a geometria das falhas (47±9.8°) Phlegethon Catena Datação morfológica • Análise morfométrica – Cartografia e caracterização automática de escarpas de falha (Vaz, 2011) • Medição continua de vários parâmetros morfométricos (altura, inclinação, etc.) Claritas Fossae Datação morfológica • Possibilita a medição das diferenças morfométricas – Maiores inclinações em Phlegethon • Escarpas mais pequenas erodem mais depressa – processos difusivos • Possibilita a parameterização da degradação – datação morfológica (Vaz, 2014) Claritas Fossae Phlegethon Catena Datação morfológica • Modelação da degradação – Constante de difusividade kPC = 4.1×10-3 m2/kyr kCF = 4.0 ×10-3 m2/kyr – Valores semelhantes nas duas áreas: k constante nos últimos ~3 Ga – O modelo prevê que os diferentes estados de preservação são devidos às diferentes idades, e não a uma alteração da capacidade erosiva Datação morfológica • Modelação da degradação • kMarte= 9×10-4 - 1.3×10-2 m2/kyr kTerra= 0.1-16 m2/kyr • 3 ordens de magnitude abaixo dos valores típicos na Terra • k estimado está de acordo com as condições climáticas hiperáridas previstas para o Hesperiano Superior e Amazoniano PC • Demonstrou-se a possibilidade de aplicação deste tipo de técnicas • Um novo método para estudar o passado climático de Marte •Trace Gas Orbiter - CaSSIS CF Processos eólicos • Estudo da atividade eólica • Estudar as condições atmosféricas atuais • Primeira evidência de que as dunas estão ativas Ripples eólicos Processos eólicos OBDA Manual OBDA Manual • Cartografia automática de campos dunares: • Inferir a orientação dos ventos Processos eólicos • Cartografia automática de campos dunares: • Inferir a orientação dos ventos • Validar os modelos atmosféricos Processos eólicos • Cartografia de ripples - permite inferir as principais direções dos ventos Processos eólicos • Cartografia dos ripples • Identificar ventos dominantes • Fluxos sedimentares Vaz & Silvestro (2014) Processos eólicos • Cartografia dos ripples • Identificar ventos dominantes • Fluxos sedimentares • Permite estudar a circulação atmosférica localmente •Variação dos padrões de ripples • Morfologia dunar vs. granulometria Vaz & Silvestro (2014) Processos eólicos • Cartografia dos ripples • Identificar ventos dominantes • Fluxos sedimentares • Permite estudar a circulação atmosférica localmente •Variação dos padrões de ripples • Morfologia dunar vs. granulometria Vaz & Silvestro (2014) Direcção do vento perpendicular aos ripples Processos eólicos • Análise multitemporal - taxas de migração dunar • Contabilizar fluxos sedimentares atuais Vaz & Silvestro (2014) Processos eólicos • Aplicação das ferramentas desenvolvidas na cratera de Gale – Curiosity Silvestro et al. (2013) Processos eólicos • Meridiani Planum – ExoMars 2016 •TARs inativos nas condições atmosféricas atuais • Descoberta de um novo tipo de “wind streak” – “ripple streak” Processos eólicos • Reconstrução da atividade eólica na região • Complexidade do regime de ventos na região ao longo do tempo geológico • As estruturas sedimentares indicam diferentes direções predominantes • Variações de obliquidade do eixo de rotação? • Este estudo serviu para antecipar e caracterizar a região que será estudada pela missão ExoMars 2016 • DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) • Uma das poucas (se não a única) participação científica na missão Silvestro et al. (2015) Processos eólicos • Work in progress: • Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres Processos eólicos • Work in progress: • Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres Processos eólicos • Work in progress: • Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres Processos eólicos • Work in progress: • Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres Processos eólicos • Work in progress: • Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres • Morfologia/dinâmica semelhantes a megaripples subaquáticos • Qual o impacto no registo sedimentar? • Será possível diferenciar depósitos eólicos/subaquáticos? Vaz et al. (No prelo) Estratificação entrecruzada em Gale Ambiente subaquático ou eólico? Conclusão • Antes que os geólogos possam caminhar no planeta, será necessário retirar o máximo de informação geológica dos terabytes de dados que as missões têm vindo a adquirir • Já não existem olhos suficientes para analisar todos os dados recolhidos • A cartografia geológica/geomorfológica, e em particular os novos algoritmos que temos vindo a desenvolver permitem: • Identificar e caracterizar uma grande variedade morfologias • Permitem uma fácil e objetiva análise de áreas extensas • Marte – ainda muitas questões em aberto • Uma história geológica complexa • Condições de habitabilidade parecem ter existido • Existiu ou existe vida? Cartografar não é apenas compilar informação, é também compreendê-la Cartografar não é apenas compilar informação, é também compreendê-la Obrigado pela atenção!
