Cartografia e Caracterização Geomorfológica da Superfície de Marte. David Alegre Vaz

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1 Cartografia e Caracterização Geomorfológica da Superfície de Marte David Alegre Vaz

2 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

3 Marte - factos Idade: 4.5 Ga ( anos) Período orbital = 687 dias (Terra = 365 dias) Período de rotação = 24 h 37 m (Terra = 24 h ) Raio equatorial = km (Terra = km) Força da gravidade = 3.71 m/s 2 (39% menor que na terra) Atualmente não possui campo magnético Atmosfera pouco densa (0.6% da densidade na Terra) Composta por: 95.97% CO 2, 1.93% Ar; 1.89% N Temperatura média = -63 C Atualmente é um planeta desértico Não necessariamente inativo do ponto de vista geológico

4 Marte - perspetiva histórica Conhecido desde a antiguidade Marte Deus da guerra romano

5 Marte - perspetiva histórica Galileo Galilei (1610) Primeiras observações Giovanni Schiaparelli (1877) canali = channels ~= canals = natural ~= artificial

6 Marte - perspetiva histórica Galileo Galilei (1610) Primeiras observações Giovanni Schiaparelli (1877) canali = channels ~= canals = natural ~= artificial

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 A superfície de Marte

14 Topografia Dicotomia hemisférica Norte: menores elevações, crusta mais recente Sul: maiores elevações, mais crateras = crusta mais antiga Impacto gigante? Tectónica de placas? Convexão mantélica?

15 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

16 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)

17 Geologia de Marte Três grandes períodos estratigráficos Noaquiano ( 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

18 Composição Basaltos E produtos da alteração dos basaltos: Argilas, sulfatos, óxidos de ferro, etc. Rochas sedimentares Estratigrafia mineralógica : Phyllociano, Theiikiano, Siderikano

19 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

20 Calotes polares Calotes polares: gelo de H 2 0 e CO 2 (2-3 km de espessura) Norte Sul

21 Calotes polares Calotes polares: gelo de H 2 0 e CO 2 (2-3 km de espessura) Phoenix demonstrou a existência de gelo no subsolo das zonas circumpolares a pouca profundidade

22 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? Marte Terra deserto do Yemen

23 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?

24 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

25 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

26 Vulcões Os maiores vulcões do sistema solar Monte Olympus 22 km de altura Vulcão-escudo

27 Vulcões Outras morfologias vulcânicas: Tubos lávicos Gruta das Torres Pico, Açores

28 Vulcões Outras morfologias vulcânicas: Tubos lávicos

29 Vulcões Outras morfologias vulcânicas: Tubos lávicos Escoadas vulcânicas Etna

30 Vulcões Outras morfologias vulcânicas: Tubos lávicos Escoadas vulcânicas

31 Estruturas tectónicas Cristas de enrugamento 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

32 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

33 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 )

34 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 )

35 Cartografia planetária no CITEUC & CERENA (2 exemplos)

36 Cartografia planetária Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: Crateras Bandeira et al. 2007

37 Cartografia planetária Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: Crateras Estruturas tectónicas Vaz, 2011

38 Cartografia planetária Desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para a identificação e caraterização de diversas estruturas geomorfológicas: Crateras Estruturas tectónicas Estruturas sedimentares eólicas

39 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)

40 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

41 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?

42 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

43 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

44 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

45 Datação morfológica Geometria inicial: Reconstrução palinspática 3D Crateras fracturadas = marcadores de deformação Permite inferir a geometria das falhas (47±9.8 ) Phlegethon Catena

46 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

47 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

48 Datação morfológica Modelação da degradação Constante de difusividade k PC = m 2 /kyr k CF = m 2 /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

49 Datação morfológica Modelação da degradação k Marte = m 2 /kyr k Terra = m 2 /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

50 Processos eólicos Estudo da atividade eólica Estudar as condições atmosféricas atuais Primeira evidência de que as dunas estão ativas Ripples eólicos

51 Processos eólicos Cartografia automática de campos dunares: Inferir a orientação dos ventos OBDA Manual OBDA Manual

52 Processos eólicos Cartografia automática de campos dunares: Inferir a orientação dos ventos Validar os modelos atmosféricos

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54 Processos eólicos Cartografia de ripples - permite inferir as principais direções dos ventos

55 Processos eólicos Cartografia dos ripples Identificar ventos dominantes Fluxos sedimentares Vaz & Silvestro (2014)

56 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)

57 Processos eólicos Cartografia dos ripples Identificar ventos dominantes Direcção do vento perpendicular aos ripples Fluxos sedimentares Permite estudar a circulação atmosférica localmente Variação dos padrões de ripples Morfologia dunar vs. granulometria Vaz & Silvestro (2014)

58 Processos eólicos Análise multitemporal - taxas de migração dunar Contabilizar fluxos sedimentares atuais Vaz & Silvestro (2014)

59 Processos eólicos Aplicação das ferramentas desenvolvidas na cratera de Gale Curiosity Silvestro et al. (2013)

60 Processos eólicos Meridiani Planum ExoMars 2016 TARs inativos nas condições atmosféricas atuais Descoberta de um novo tipo de wind streak ripple streak

61 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)

62 Processos eólicos Work in progress: Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres

63 Processos eólicos Work in progress: Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres

64 Processos eólicos Work in progress: Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres

65 Processos eólicos Work in progress: Os ripples marcianos são muito diferentes dos ripples eólicos terrestres

66 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)

67 Estratificação entrecruzada em Gale Ambiente subaquático ou eólico?

68 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?

69 Cartografar não é apenas compilar informação, é também compreendê-la

70 Cartografar não é apenas compilar informação, é também compreendê-la

71 Obrigado pela atenção!