cartografia e caracterização geomorfológica da...

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


• Galileo Galilei (1610)

• Primeiras observações

• Giovanni Schiaparelli (1877)

“canali” = “channels” ~= “canals”

= natural ~= artificial


Mariner 4

• Ilusão de óptica/erro de tradução que “durou” até 1965

• A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua


• 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

marcianaExoMars 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

Delta do rio Lena, Rússia Marte – Delta fóssil, cratera de Jezero

• 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?

Oceano?

• Vários indícios indicam a existência de um oceano nas planícies do

hemisfério Norte

• Durante quanto tempo?

• Qual a extensão?

• Estaria congelado?

Redes de drenagem

Deltas

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


• Tubos lávicos

Vulcões


• Tubos lávicos

• Escoadas vulcânicas

Etna

Vulcões


• 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

Terra – deserto da Namíbia Marte

• 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

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





• Crateras

• Estruturas tectónicas

Vaz, 2011





• 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

Borraccini et al. (2007)Dohm & Tanaka (1999) Vaz et al. (2012)

Datação morfológica

• Datação morfológica de escarpas

de falha em Marte

• Escarpas de falhas normais

• geralmente bem preservadas

• mas diferentes graus de

degradação são observáveis

Morfologia das

escarpas de falha

Deformação

+

Degradação


• 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?






de paleosismicidade


em Marte?



•Teste e validação em dois rifts

com idades diferentes

• Ortofotos e MDTs com alta

resolução espacialClaritas Fossae






de paleosismicidade


em Marte?



•Teste e validação em dois rifts

com idades diferentes

• Ortofotos e MDTs com alta

resolução espacial

Phlegethon Catena


• 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

• Geometria inicial:– Reconstrução palinspática 3D

• Crateras fracturadas = marcadores de

deformação

• Permite inferir a geometria das falhas

(47±9.8°)

Phlegethon Catena



• Análise morfométrica

– Cartografia e caracterização automática de escarpas de falha (Vaz, 2011)

• Medição continua de vários parâmetros morfométricos (altura, inclinação, etc.)

Claritas Fossae


• 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


• 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


• 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

• Demonstrou-se a possibilidade de

aplicação deste tipo de técnicas

• Um novo método para estudar o

passado climático de Marte

•Trace Gas Orbiter - CaSSIS

PC CF

Processos eólicos

• Estudo da atividade eólica

• Estudar as condições atmosféricas atuais

• Primeira evidência de que as dunas estão ativas

Ripples eólicos

Processos eólicos

• Cartografia automática de campos dunares:

• Inferir a orientação dos ventos

OBDA

OBDA

Manual

Manual

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


dominantes


• Permite estudar a

circulação atmosférica

localmente

•Variação dos padrões

de ripples

• Morfologia dunar

vs. granulometria


Processos eólicos


Direcção do vento perpendicular aos ripples• Cartografia dos ripples


dominantes


• Permite estudar a

circulação atmosférica

localmente

•Variação dos padrões

de ripples

• Morfologia dunar

vs. granulometria

Processos eólicos

• Análise multitemporal - taxas de migração dunar

• Contabilizar fluxos sedimentares atuais


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

• 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

Obrigado pela atenção!

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