RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Analisi integrata dei deposititi solfatici su Marte

Università di riferimento

Università degli Studi "G. d'Annunzio" CHIETI-PESCARA - SCIENZE - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Gian Gabriele Ori

Descrizione

Lo scopo di questa parte del progetto è l’analisi sedimentologica dei depositi contenenti solfato usando strumenti e concetti derivati dall’analisi di questo tipo di depositi sulla Terra. L’analisi di facies dei depositi di solfati sulla Terra ha raggiunto ragguardevole dettaglio and capacità interpretative. L’analisi sedimentologica comparativa dei solfati Marziani può introdurre un notevole miglioramento nell’interpretazione di questi depositi e collocarli nel contesti dell’evoluzione di Marte a livello globale. Inoltre, questa unità fornirà gli strumenti (principalmente software) e l’esperienza per l’analisi e l’interpretazione dei dati planetari a quelle unità del Team che non possiedono una forte esperienza planetaria. La presente unità racchiude anche la sub-unità dell’Osservatorio di Capodimonte dell’Istituto Nazionale di Astrofisica. Questo laboratorio ha comprovata esperienza nell’analisi mineralogica di materiali planetari e supporterà, dal punto di vista mineralogico, il lavoro sedimentologico.

L’analisi verterà sulla costruzione di modelli di facies di differenti solfati Marziani e la definizione delle geometrie stratigrafiche. Per raggiungere questo obbiettivo il lavoro procederà su due fronti principali. Da un lato, l’analisi si concentrerà sui dati Marziani e l’identificazione di nuovi depositi di solfato, dall’altro saranno investigati gli analoghi terrestri. L’analisi sedimentologica sarà anche condotta in collaborazione con le altre unità del progetto con continui scambi di opinione e ampia concertazione.

I depositi evaporitici da investigare dovranno essere identificati da un punto di vista mineralogico. Questo punto è anche più critico dell’analisi dei dati Marziani. I dati vengono ottenuti da sonde orbitanti e sono, dunque, dati di remote sensing ed analisi spettrale. I due landers Spirit e Opportunità stanno attualmente finendo il loro ciclo operativo, ma comunque essi hanno già mandato a Terra una grossa mole di dati molti dei quali fondamentali per lo sviluppo di questo progetto.

Dati e metodologia, gli ambienti Marziani

Verrà usato l’intero set di dati disponibili. Oltre ai dati dai landers, i dati delle sonde orbitanti che verranno usati saranno: immagini MOC (alta risoluzione, 2-3m/pixel) della missione Mars Global Surveyor, immagini HRSC (immagini stereoscopiche e a colori di medio-alta risoluzione) e dati OMEGA (mappe spettrali) dalla missione europea Mars Express, ed infine le THEMIS (immagini nel campo del visibile ed infrarosso termico) dalla missione Odyssey. Le immagini MOC e HRSC e, parzialmente, quelle Themis e TES saranno usati per l’identificazione di altre aree caratterizzate dalla possibile presenza di depositi di solfati, mentre OMEGA e TES serviranno per definire esattamente la composizione mineralogica.

Ovviamente sarà anche performata un analisi di dettaglio delle aeree dove i dati OMEGA hanno già rilevato la presenza di depositi di solfati. Il lavoro di ricerca consisterà prima di tutto nella ri-analisi dei dati spettrali al fine di confermare la presenza di solfati e identificare nelle aree specie mineralogiche accessorie. Questo sarà fatto usando i dati OMEGA, TES e Themis. Quindi i dati mineralogici saranno integrati con le immagini HRSC e MOC che forniranno il contesto geologico. Le immagini ad alta risoluzione del canale SR della camera HRSC e quelle della camera MOC saranno interfacciati con i dati spettrali al fine di ricostruire i modelli di facies dei depositi solfatici. Sarà anche studiato il contesto geologico per definire gli ambienti in cui vengono riconosciuti questi depositi. L’analisi delle geometrie stratigrafiche verrà attuata insieme con il Team dell’Università di Urbino, al fine di investigare il ruolo svolto dalla tettonica durante la formazione dei depositi o nella loro successiva deformazione.

L’analisi sarà condotta usando le tipiche metodologie usate nello studio della geologia di Marte e degli altri corpi terrestri o ghiacciati del sistema solare. Lo studio trarrà enorme vantaggio dall’uso delle immagini stereoscopiche HRSC. Queste saranno co-registrate con l’altimetria ottenuta dal MOLA (un altimetro laser a bordo di MGS). Lo studio sarà condotto con l’uso di ArcGIS, un potente software capace di referenziare tutti i dati spaziali della superficie di Marte provenienti dalle diverse missioni. I dati delle missioni NASA saranno processati usando il software ISIS fornito dalla sezione di Astrogeologia del Servizio Geologico Americano (USGS) di Flagstaff. I dati HRSC saranno processati con un software fornito dall’Agenzia Spaziale Tedesca (DLR) e con un software sviluppato dall’Università “G. D’Annunzio”.

Dati e metodologia, analoghi terrestri

Saranno anche investigate le facies dei moderni depositi di solfati. Questa parte sarà realizzata in collaborazione con le Università di Parma e Bologna. Le aree da essere investigate saranno principalmente gli Chotts del sud della Tunisia, i Salars dell’Atacama e la Solfatara dei Campi Flegrei. In quest’area l’analisi consisterà nella definizione delle facies e delle associazioni mineralogiche. Nelle aree di chott sono state evidenziate delle zone con accumuli di epsomite e queste saranno usate come analoghi per la kieserite trovato sulla superficie marziana. L’interesse per i salars dell’Atacama sta nelle condizioni iper-aride di questo deserto Sudamericano. I Campi Flegrei, invece, forniranno una finestra sulla deposizione di solfati indotta da attività idrotermale. L’ultimo processo può aver un ruolo fondamentale anche nella deposizione dei solfati in Atacama, quando i salars sono associati ad attività vulcanica recente.

L’area degli chott, ed in particolare il margine est dello Chott el Djerid, è affetto da un largo numero di spring mounds. Questi mounds sono formati da sorgenti d’acqua provenienti da depositi pre-Triassici che affiorano a profondità maggiori di 3000 metri nel sottosuolo. Questi mounds verranno comparati a depositi evaporatici nella zona di Valles Marineris che presentano una morfologia pressoché identica ai depositi terrestri.

Altre due aree di interesse saranno investigate con tecniche di remote sensing: il Mar Aral e i depositi evaporatici con morfologie diapiriche della catena degli Zagros in Iran e nelle zone limitrofe. Il Mar Aral mostra zone con deposizione di epsomite in ambiente continentale, al contrario delle aree degli Chott che potrebbero aver interagito con il Mar Mediterraneo.

I diapiri dell’Iran sono dei possibili ottimi analoghi dei diapiri su Marte. La loro formazione è ancora fortemente discussa ma potrebbe essere che molti dei depositi mound-like su Marte hanno un origine comune con i depositi terrestri. Comunque dovrà essere effettuata una dettagliata analisi delle immagini di Marte e una comparazione di queste con quelle degli esempi terrestri. Affinché si formino diapiri deve essere presente un caratteristico requisito geologico: il materiale evaporitico deve essere sepolto sotto alte pressioni di carico al fine di produrre la risalita del materiale stesso. Quindi saranno studiate le aree marziane con i possibili diapiri e questi saranno studiati dal punto di vista geologico per capire le condizioni al contorno per la loro formazione. Successivamente, si effettuerà anche una modellazione numerica del fenomeno.

Prima di ogni campagna di rilevamenti nelle aree selezionate verrà condotta una dettagliata analisi di remote sensing. Le aree saranno preventivamente cartografate distinguendo le diverse facies e i differenti ambienti sedimentari. Saranno collezionati campioni che saranno resi disponibili per il Team dell’Osservatorio di Capodimonte e per gli altri Team coinvolti nel progetto. Il lavoro di campagna sarà svolto insieme a tutti i Team partecipanti al progetto.

Risultati

L’analisi dei solfati marziani fornirà i seguenti risultati:
• Supporto tecnico-scientifico agli altri Team per l’analisi dei dati planetari

• Analisi del contesto geologico degli ambienti deposizionali

• Analisi mineralogica dei solfati di Marte

• Modelli di facies per la formazione dei depositi di solfato


Lo studio di esempi terrestri porterà ai seguenti risultati:

• Identificazione delle specie mineralogiche peculiari degli ambienti marziani negli analoghi ambienti terrestri

• Analisi degli ambienti deposizionali e condizioni geologiche da remote sensing e lavoro di campagna

L’integrazione delle due attività precedenti produrrà:

• Un analisi comparativa degli esempi terrestri e marziani

• Modelli di facies per le evaporati marziane

Attività dell' Università D’Annunzio

L’unità dell Università D’Annunzio ha una lunga esperienza nell’analisi di dati planetari. Il Team è stato coinvolto nella missione Mars Express dall’inizio della fase di progettazione della missione ed ha sviluppato strumenti per il processing, gestione ed interpretazione dei dati. Il Principal Investigator del Team riveste un ruolo primario nella missione Mars Express essendo un Interdisciplinary Scientist della missione. In più, egli è Co-Investigator della camera tedesca HRSC e del radar Italo-Americano MARSIS.

L’esperienza del team dell’Università D’Annunzio sarà usata per uniformare le metodologie di analisi tra i vari teams del progetto e sosterrà quei teams con minore esperienza nel settore delle scienze planetarie.

L’attività dell’Università D’Annunzio può essere ricapitolata come segue:

• Supporto e formazione per le altre unità per il processing ed analisi dei dati marziani

• Processing dei dati HRSC

• Generazione di Sistemi Informativi Territoriali (GIS) basati su dati marziani

• Analisi sedimentologica dei dati marziani

• Identificazione di analoghi terrestri e loro analisi da remote sensing e osservazione in campagna

• Elaborazione di modelli sedimentologici deposizionali


Attivita' dell' Osservatorio di Capodimonte, Istituto Nazionale di Astrofisica

Nell’ambito delle attività per il presente progetto l'Osservatorio di Capodimonte dell' Istituto Nazionale di Astrofisica contribuirà sviluppando esperimenti di laboratorio su materiali “analoghi terrestri” dei composti solfatici identificati o presumibilmente presenti sulla superficie di Marte.
L' Osservatorio di capodimonte ha sviluppato in passato considerevole esperienza nei seguenti settori:

1. esecuzione di esperimenti di laboratorio su materiali atti a riprodurre composti solidi presenti in vari ambienti spaziali
2. simulazione dei principali processi che contribuiscono ad alterare i materiali in ambienti spaziali, incluse le superfici planetarie;
3. applicazione dei dati di laboratorio alla interpretazione di osservazioni su vari oggetti del Sistema Solare (in particolare, Marte).

L'attrezzatura sperimentale disponibile nell'Osservatprio di Capodimonte consente di polverizzare e selezionare in dimensione, mediante tecniche di triturazione e setacciatura, campioni solidi in intervalli dimensionali predeterminati. Le tecniche analitiche disponibili consentono di eseguire accurate analisi dei campioni mediante: microscopia elettronica in scansione, dispersione ai raggi X, spettroscopia in assorbimento e riflessione dal lontano UV al millimetrico, spettroscopia Raman e micro-Raman. L'insieme delle informazioni ottenute consente di avere un quadro di riferimento completo circa le proprietà morfologiche, chimiche e strutturali dei materiali analizzati. I dati spettroscopici (riflessione diffusa) risultano applicabili immediatamente per un confronto con spettri provenienti da osservazioni di superfici planetarie o sono utilizzati (misure in riflessione speculare) per la deduzione delle costanti ottiche, utili per impiego in simulazioni e modelli di superfici ed atmosfere planetarie.
I procedimenti sperimentali sopra descritti sono già stati applicati in passato per contribuire alla interpretazione di osservazioni astronomiche relative alla natura della polvere interstellare, alla composizione di silicati cometari ed alle proprietà della superficie di Marte.

Sulla base di queste competenze l'Osservatorio di Capodimonte nell'ambito del presente progetto sarà impegnata nelle seguenti attività:

a) Selezione di materiali naturali potenzialmente simili a composti solfatici identificati o presumibilmente presenti sulla superficie di Marte. I campioni potranno provenire da campagne di raccolta in zone della superficie terrestre selezionate o da minerali e rocce selezionate.

b) Preparazione dei campioni per le analisi
Questa fase comprenderà una selezione e trattamento dei campioni per renderli idonei alle analisi. In particolare, sarà necessario triturare e selezionare i campioni in granulometria per svolgere le analisi spettroscopiche e preparare campioni con superfici idonee a svolgere misure in riflessione speculare.

c) Analisi delle proprietà dei campioni prodotti
I campioni prodotti saranno sottoposti ad analisi dettagliate con le tecniche disponibili in laboratorio. In particolare, saranno impiegate microscopia elettronica a scansione ed EDX per analizzare la distribuzione granulometrica ottenuta dai processi di selezione e la composizione elementare dettagliata. Misure in riflessione diffusa nel Vis-IR saranno direttamente confrontabili con dati osservativi della superficie di Marte, mentre misure in riflessione speculare nello stesso intervallo saranno impiegate per la deduzione di costanti ottiche dei diversi materiali. Particolare cura sarà dedicata all’analisi ed alla separazione degli effetti prodotti da parametri fisici (es.: dimensione dei grani) e chimici (composizione dettagliata)

d) Deduzione di costanti ottiche.
Dalle misure in riflettanza sarà possibile, mediante l’applicazione di modelli (grazie a codici di calcolo che si basano, ad esempio, sul modello di Lorentz e sulla legge di Fresnel), dedurre le costanti ottiche dei vari materiali analizzati per applicarle in modelli di simulazione della risposta ottica della superficie di Marte

e) Applicazione dei dati alla interpretazione di osservazioni di Marte