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Aggiornato il 30/01/2020
FRANE su CARONTE
Introduzione:
Sono state studiate cinque grandi frane identificate nella regione di Serenity Chasma su Caronte. L'identificazione di queste frane ha comportato la ricerca di queste caratteristiche nelle immagini scattate dalle telecamere a bordo del veicolo spaziale New Horizons.
Varie proprietà delle frane sono state analizzate in base alle loro morfologie usando un modello di terreno digitale della regione. E' stato scoperto che le frane sono confinate alle pareti delle grandi scarpate di faglia che compongono Serenity Chasma. Sulla base delle lunghezze di percorso delle frane estese ( L ) relative alle loro altezze di caduta ( H ), abbiamo classificato queste caratteristiche come frane di lungo percorso. Analizzando le loro geometrie, abbiamo stimato i coefficienti di attrito del materiale franoso ( H / L) tra 0,15 e 0,31 e l'efficienza di percorso ( L / H ) tra 3,2 e 6,8.
Abbiamo anche stimato che l'energia specifica rilasciata durante il movimento della frana variava da 0,8 a 1,3 kJ/kg. Queste quantità di energia erano troppo basse per aver generato una fusione significativa attorno alle particelle di frana.
Le frane:
Le morfologie delle frane forniscono informazioni critiche sulle proprietà dei materiali e le storie degradative delle superfici planetarie. Le frane si verificano quando una pendenza subisce un cedimento, creando un massiccio movimento di materiale dalla parete del pendio, che si deposita alla base della pendenza all'angolo o sotto l'angolo di riposo.
NOTA : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103518306341?via%3Dihub#bb0020
Le caratteristiche della frana possono essere analizzate in base alle lunghezze di runout ( L ) e alle altezze di caduta ( H ). Le tipiche frane terrestri mostrano lunghezze di runout che sono almeno due volte le loro altezze di caduta (Hayashi e Self, 1992 , Iverson, 1997).
Tuttavia, le frane a lungo raggio presentano lunghezze di disassamento identificate fino a 40 volte l'altezza di caduta. Questi tipi di frane sono stati identificati su pianeti e lune, inclusi molti corpi ghiacciati come Giapeto che è poco più grande di Caronte, anche se relativamente più caldo.
Meccanismi di formazione:
Vari meccanismi di formazione sono stati ipotizzati per le frane a lungo termine. Questi meccanismi includono una riduzione dell'attrito dovuta al riscaldamento flash localizzato alla base della frana (Erismann, 1979 , Erismann, 1986 , Goldsby e Tullis, 2011 , Singer et al., 2012) e fluidificazione acustica (Collins e Melosh, 2003 , Johnson et al., 2016 , Melosh, 1979).
La riduzione dell'attrito dovuta al riscaldamento del flash può verificarsi durante un evento di frana alla base della frana se viene rilasciata una quantità sufficiente di energia durante il movimento (De Blasio e Elverhøi, 2008 , Singer et al., 2012).
Su Giapeto, la riduzione dell'attrito dovuta al riscaldamento flash localizzato durante il movimento della frana è suggerita come possibile meccanismo per abbassare i coefficienti di attrito ( H / L ) e aumentare l'efficienza di percorso ( L / H ) del materiale della frana (Singer et al., 2012).
Man mano che la temperatura della base del ghiaccio si avvicina alla sua temperatura di fusione, il coefficiente di attrito all'interno della frana diminuisce, facendo scivolare il materiale di frana più lontano dalla sua sorgente, creando le frane osservate a lungo percorso.
Poiché la quantità totale di energia prevista per il materiale in caduta non è grande, il riscaldamento dovrebbe essere localizzato tramite il riscaldamento flash lungo la base scorrevole della frana per essere efficace nell'innalzare la temperatura del materiale (Reimold, 1995).
Questo riscaldamento flash è analogo a un meccanismo simile per ridurre l'attrito per le frane terrestri. Su Giapeto, le geometrie delle frane suggeriscono che il coefficiente di attrito è basso fino a 0,1 e l'efficienza di percorso è fino a 10.
Poiché la temperatura superficiale, e vicino al sottosuolo di Giapeto è compresa tra 75 K e 100 K, è possibile un aumento della temperatura vicino allo scioglimento , basato sulla quantità stimata di energia specifica rilasciata durante gli eventi di frana.
Tuttavia, non è noto se lo stesso effetto si verificherebbe per i corpi ghiacciati con temperature superficiali più fredde, come Caronte.
Ricerca:
Abbiamo eseguito una ricerca di frane in immagini della New Horizons, la maggior parte dell'emisfero dell'incontro di Caronte è stata catturata con risoluzione di 1 km/pixel o superiore, con l'osservazione LORRI alla massima risoluzione si è giunti fino a 157 m/pixel , in questo lavoro abbiamo identificato le frane nella regione del Serenity Chasma e le proprietà fisiche stimate di queste caratteristiche.
Queste osservazioni erano limitate dalla risoluzione delle immagini disponibili e dalla geometria dell'illuminazione. Abbiamo identificato cinque frane "prominenti", che sono coperte dalle immagini con la più alta risoluzione e sono abbastanza grandi da poter misurare le loro geometrie. Tutte queste frane di rilievo sovrastano le più grandi scarpate di Serenity Chasma.
Oltre a queste importanti frane, abbiamo anche identificato diverse frane "sottili".
Queste sottili frane sono più piccole e non sono adatte per studiare la loro geometria dalle immagini disponibili.
Sottili frane si trovano nei crateri da impatto nelle vicinanze e lungo una piccola cresta all'interno di Serenity Chasma.
Le superfici delle frane sia prominenti che sottili sono troppo piccole per rilevare anomalie di composizione relative al terreno circostante nelle mappe di composizione di Caronte disponibili (Dalle Ore et al., 2018).
Analisi:
L'estensione verticale delle frane, o l'altezza di caduta, varia da 2,8 a 6,7 km dall'alcova concava lungo la scarpata di faglia associata alla punta.
Le lunghezze di percorso vanno da 15,7 a 24,6 km.
Tutte e cinque queste frane presentano lunghezze di disassamento lunghe rispetto alle loro altezze di caduta. Pertanto, abbiamo classificato queste caratteristiche come frane a lungo raggio.
Abbiamo analizzato le geometrie delle frane di Caronte per raccogliere informazioni sui coefficienti di attrito del materiale delle frane.
L'altezza del centro di massa della parete rocciosa da cui proviene il materiale di frana, definita altezza di caduta ( H ), può essere confrontata con il centro di massa della lunghezza orizzontale planimetrica di una frana dal bordo dell'alcova al flusso punta, definita lunghezza del percorso ( L ), il coefficiente di attrito, μ del materiale di frana durante il movimento è dato da (H/L).L'efficienza di percorso di una frana può essere stimata dal valore ( L / H ).
I coefficienti di attrito stimati vanno da 0,15 a 0,31 e le efficienze di percorso vanno da 3,2 a 6,8 per il materiale nelle frane di Caronte.
Questi coefficienti di attrito sono bassi (e l'efficienza di percorso elevata) rispetto ad alcune frane terrestri e marziane e quelle di Callisto e Rea. Tuttavia, questi valori sono paragonabili a quelli stimati per i flussi di detriti terrestri, valanghe di rocce e flussi piroclastici su Terra e Marte, quindi è intuibile pensare che a queste temperature il comportamento del ghiaccio d'acqua puro sia simile a quello delle rocce sulla Terra o Marte.
Le nostre stime per l'energia generata durante il movimento di tutte e cinque le frane importanti, vanno da 0,8 kJ/kg a 1,9 kJ/kg.
Tuttavia, l'energia specifica richiesta per lo scioglimento è 920 kJ/kg , significativamente molto superiore a questi valori stimati. Questa energia è stata probabilmente dispersa attraverso il materiale della frana a causa del movimento individuale delle particelle durante il movimento della frana e la diffusione del materiale alle basi del pendio.
L'energia però, può essersi concentrata in aree in cui il movimento delle singole particelle è stato limitato durante il movimento della frana, consentendo alle particelle di ghiaccio di raggiungere temperature più elevate lungo le basi della frana.
Piccole quantità di fusione potrebbero aver ridotto l'attrito del materiale franoso dagli 0,55 previsti trovati in condizioni di laboratorio (Beeman et al., 1988) a valori compresi tra 0,15 e 0,31, stimati per le frane di Caronte.
Inoltre, la presenza di idrati di ammoniaca all'interno del materiale franoso potrebbe anche aver permesso al ghiaccio di avvicinarsi più facilmente alla sua temperatura di fusione, poiché gli idrati di ammoniaca miscelati con H2O agiscono per ridurre la temperatura di fusione della miscela.
Tuttavia, le nostre stime per l'energia specifica sono significativamente molto inferiori a quelle richieste per la fusione significativa.
Pertanto, queste stime mostrano che era improbabile una fusione significativa durante gli eventi di frana su Caronte e non hanno quindi contribuito alla formazione delle lunghezze di percorso estese.
Fonte:
Questa ricerca si è avvalsa del sistema di dati astrofisici della NASA (ADS), del software integrato USGS per imager e spettrometri (ISIS) e del sistema di informazione geografica QGIS. Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Aeronautics and Space Administration tramite il New Horizons Project ( NASW02008 ).
LINK : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103518306341?via%3Dihub
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A cura di INSA-tno.
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