Analysing the signs of wet environments on Mars using Earth analogues  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
105970
Type PD
Principal investigator Kereszturi, Ákos
Title in Hungarian Vizes környezetek nyomainak elemzése a Marson Földi analógiák alapján
Title in English Analysing the signs of wet environments on Mars using Earth analogues
Keywords in Hungarian geomorfológia, planetológia, Mars, víz, távérzékelés, folyóvízi felszínformálás, üledékek
Keywords in English geomorphology, planetary science, Mars, water, remote sensing, fluvial surface modification, sediments
Discipline
Geology, Tectonics, Vulcanology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Geomorphology
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Konkoly Thege Miklós Astronomical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences Hungarian Academy of Sciences)
Starting date 2012-09-01
Closing date 2015-08-31
Funding (in million HUF) 15.360
FTE (full time equivalent) 2.60
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A pályázatban vázolt munka célja az egykor nedves marsfelszíni környezetekben előforduló folyékony víz jellemzőinek jobb megértése. Ehhez a Marssal kapcsolatban elérhető adatállományok mellett földi analógiák is felhasználásra kerülnek, főleg hazai kutatási eredmények közül.

A kutatómunka fő céljai:
1. egykori vizes környezetek paramétereinek meghatározása:
-- vízhozam, jellemző folyadékmennyiség térfogata, nedves időszak tartama,
-- korreláció a fenti paraméterek és a színképi úton azonosított vizes mállással keletkezett ásványok között,
-- sóoldatok keletkezési lehetőségének elemzése a múltban,
-- őskörnyezeti körülmények becslése (hőmérséklet, pH és sótartalom intervallumok), rekonstrukciót segítő morfológiai, üledékes és kémiai indikátorok pontosabb megismerése,
2. földtudományi és planetológiai területek kapcsolatának fejlesztése:
-- antropogén és biogén tevékenység hiányának felhasználása a Marson a folyóvízi felszínformálás fizikai hátterének jobb megértésére
-- Föld és Mars fejlődéstörténetének közös rendszer szerinti értelmezése,
-- Csillagászati és Földtudományi Kutatóközponton (MTA-CSFK) belüli kooperáció elősegítése.

A konkrét tudományos célokon túl a pályázatban vázolt munka segít kiaknázni az MTA-CSFK lehetőségeit és egy korábbi OTKA kutatás eredményeit, azokat „planetáris összefüggésekbe” helyezve. A projekt ahhoz is hátteret biztosít, hogy a magyar kutatók könnyebben részt vehessenek jövőbeli bolygótudományi programokban, és hogy több kapcsolódó tudásanyag áramoljon hazánkba.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A kutatás alapkérdései a víznek a Mars felszínformálásában betöltött szerepét segítenek jobban megérteni, emellett közreműködnek a vizes mállások ásványi átalakulásainak, valamint a folyók hordalékszállításának általános megértésében a Föld-típusú bolygókon. Az alapkérdések csoportjai:

- Mennyi ideig volt folyékony víz a vizsgált folyásnyomokban és tavakban a Marson? Közelítőleg mekkora térfogatú vezet érintettek az ott zajlott folyamatok? Mennyire lehet a múltbeli hőmérséklet, pH és sótartalom értékeket, valamint a mállással keletkezett ásványok jellegét megbecsülni ezeken a helyszíneken?

- Mik az egykori nedves környezetek előfordulásának térbeli és időbeli jellemzői? Vannak-e általános tendenciák, és ha igen, akkor ezek hogyan illeszthetőek a bolygó globális fejlődéstörténetébe? És ezek az ismeretek miként segíthetik a jövőbeli kutatást és az űrszondák tervezését?

- Melyek a hasonlóságok/különbségek a kanyarulatok, keresztszelvények, vízhozamok és a morfometriai paraméterek közötti összefüggésekben, valamint a hordalékszállítás és üledékes lerakódások jellemzőinél Föld-Mars viszonylatban?

- Melyek azok a témakörök, ahol a bolygótudományi kutatások beilleszthetőek a hazai „klasszikus” földtudományi vizsgálatok közé, hogy hozzájárulhasson Magyarország a nemzetközi bolygótudományi kutatómunkához?

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A megpályázott kutatóprogram az alábbi új témaköröket nyitja meg az alapkutatásban és segít a különféle kutatási témák és intézetek közti tevékenységben:

Konkrét új ismeretek várhatóak a „klasszikus” földtudomány és az új bolygótudományi ismeretek átfedése révén az alábbi területen:
- folyómedrek kanyarulati paraméterei és a vízhozam kapcsolatának, valamint a háttérben álló fizikai folyamatoknak (pl. gravitáció szerepének) jobb megértése,
- a keresztszelvények összehasonlítása a Földön és a Marson az antorpogén hatás elkülönítésében, valamint egyes fizikai okok és mederalak közötti kapcsolat megértésében segíthet,
- a munka segít annak megismerésében, milyen típusú kapcsolatok léteznek a nedves környezetek paraméterei és a megfigyelt ásványi átalakulások között,
- az esetleges éghajlatfüggő és zonális eloszlás, valamint a vizes környezek egyéb jellemzői segítenek az éghajlat rekonstrukciós módszerek fejlesztésében.

Általános eredmények:
- új tudásanyag: a növekvő adatbázisok és a szélesedő nyugat-európai együttműködés példát mutatnak arra, hogy a földtudomány és bolygótudomány fúziója miként segít a meglévő adatok mélyebb kiértékelésében. A pályázott témakör ilyen tudás Magyarországi meghonosításában segít,
- új technológia: a kutatóprogram erősíti a kapcsolatot az új űrtudományi alkalmazások felé (detektorok, hiperspektrális adatok, komplex térinformatikai módszerek),
- akadémiai szint: a pályázat keretében megvalósuló interdiszciplináris témakörök segítenek a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontban zajló munka elmélyítésében.

Társadalmi hasznosulás:
- a kutatómunka nemzetközi kapcsolatok kialakításában működik közre, és olyan űrtudományi programokban segítheti hazánk részvételét, amelyek értékes ismereteket hoznak Magyarországra,
- a kutatómunka szélesebb hátteret biztosít a természettudományos kutatás fontosságának bemutatására Magyarországon. A kutatómunkával kapcsolatos eredmények az egyetemi oktatásba integrálhatóak, ami egy népszerű témakörrel segíti a tanulók érdeklődését a természettudományok felé fordítani.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Felszínmorfológiai, ásványtani és üledékes képződmények alapján a Mars felszínén a folyékony víz jelenvolt a múltban. Az ezzel kapcsolatos hatalmas adatállomány ellenére kevés ismeret érhető el az ilyen nedves periódusok időtartamáról, térbeli elterjedéséről, és a velük kapcsolatos víz mennyiségéről. Ennek a kutatóprogramnak a célja, hogy űrszondás adatok segítségével fontos számszerű paramétereket állapítson meg (vízhozam, aktív időszak hossza, hőmérséklet, pH és sótartalom intervallumok) az egykor nedves területeken, valamit megbecsülje az ilyen környezetek egykori közelítő jellemzőit. Ezek az ismeretek segítenek a bolygófejlődés általános tendenciáinak, és a Mars múltbeli éghajlatának a rekonstruálásában.

A hazai kutatási kapacitás jobb kihasználása érdekében a kutatóprogram további célja a „klasszikus” földrajzi és geológiai ismeretek fúziója a bolygótudománnyal. Fontos olyan témakörök léteznek (pl. felszínformák paleo-klíma indikátor jellege, kapcsolat a folyókanyarulatok mérete és a vízhozam, a hordalék szállítási mechanizmusok és az üledékek, a folyómeder keresztszelvények alakja és az erózió/lerakódás aránya között), ahol a klasszikus földtudományi és az új bolygótudomány témakörös együttes lehetőségei nincsenek kiaknázva. Ez a kutatóprogram úgynevezett földi analógiákat használ fel, és hátteret biztosít arra, hogy alkalmazni lehessen a földtudományi ismereteket a bolygótudományban, és viszont.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

This proposal is aimed at to better understand the past existence and characteristics of liquid water and wet environments on Mars. To achieve the aims, beyond the space based datasets, analog knowledge from the Earth, especially from other Hungarian researchers will be utilized.

Key goals of this proposal:
1. calculate the parameters and characteristics of past wet environments on Mars, including:
-- discharge, volume, duration of wet periods,
-- correlate the above mentioned parameters to spectrally identified mineral signatures of wet alteration produced minerals,
-- identify the possible role of brine formation in the past,
-- estimate paleo-environmental conditions (temperature regime, pH and salinity range) and identify morphological, sedimentary, chemical markers for such research,
2. exploit the connections between Earth and planetary science:
-- using the lack of anthropogenic influence on Mars to improve the understanding of the physical background of fluvial systems
-- interpret the information from the two planets under the same context,
-- improve the cooperation between the member institutes of the Research Centre for Astronomy and Earth Sciences (MTA-CSFK)

Beyond achieving new results, the project also helps to exploit deeper the potential of research work at the MTA-CSFK and an earlier OTKA project, putting them into “planetary context”. The project provides background for Hungarian scientists to contribute in future planetary science projects, and bring related specific know-how to Hungary.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

The research questions are aimed at the better understanding of the role of water in the surface evolution of Mars, and also to improve our understanding on the water related mineral alteration and sedimentary transport rate on Earth-like planets in general. The basic questions are classified into 3 specific and 1 general groups:

- How long was there liquid water on Mars in the analyzed ancient channels and lakes, and what was the rough volume of the involved water there? Regarding the past conditions what could be estimated for the temperature, pH, salinity range and mineral alterations there?
- What are the spatial and temporal characteristics of the ancient wet environment types on Mars? Are there general trends and if yes how could be this implemented into the general knowledge on the planetary evolution? And how could this help in the targeting of future missions and research work?
- What are the similarities / differences in the connections between morphometic parameters and characteristics of water in the case of meanders, cross-sectional profiles, discharges, transport and sedimentary deposits, on Earth versus Mars?
- What are those fields where planetary science could be integrated into “classical” Earth science research in Hungary? Where could Hungary contribute in the international research work in planetary science?

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

This proposal opens the following new fields in basic research and helps in the cooperation between different topics and institutes:

Distinct new methods will arise using the overlapping fields between “classical” Earth science and new planetary science, including:
- fluvial channel curvature-discharge connection - to better understand the physical basis (for example role of gravity) in the discharge computation,
- comparing channel and valley cross-sectional profiles on Earth and Mars - to help to separate antropogenic effects, and straighten the physical reasons for certain characteristics,
- the analysis provides examples how the temporal parameters of wet environemnts could be connected to the mineral alterations there,
- identification of possible climate related zonal distribution and other past wet environments on Mars - to improve the climate reconstruction methods.

General results:
- new know-how: The growing data and widening cooperation in western Europe provide examples how existing data could be exploited deeper fusing Earth and planetary science. The project helps to bring such know-how in Hungary,
- new technology: The project straighten the connections toward new space related technology (detectors, hyperspectral data, GIS based complex analysis),
- academic level: The Research Centre for Astronomy and Earth Sciences receives new interdisciplinary connections that helps to exploit their work.

Benefits for society:
- this project helps the establishment of international connections and the participation in space related research that brings new knowhow to Hungary on advanced remote sensing technology,
- this project provides a wider context to present the necessity of research in natural sciences in Hungary. The integration of the results from this proposal into the education at University level helps to orient students toward the natural science disciplines with a popular topic.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Various recent data on morphology, mineralogy and lithology show liquid water was present on early Mars. Despite the great sum of information, our knowledge is weak regarding the past duration of these wet periods, their spatial, volumetric and chemical characteristics. This project is aimed at partly to analyze spacecraft data in order to identify numerical parameters (including discharge, duration, temperature, pH and salinity range at previously wet locations), and also to characterize these ancient wet environments in gereal, to reconstruct the paleo-environmental conditions there. Such information improves our understanding on the planetary evolution and past climates of Mars in general.

To exploit the most of the Hungarian Earth science research community, this project is also aimed at to fuse the “classical” knowledge from geography and geology with planetary science. There are several important topics (paleo-climate indicator properties of landforms, connections between fluvial meander parameters and discharge, sedimentary transport mechanism and sedimentary units, river cross-sectional profiles and erosion/deposition mass balance) where the connection between the classical Earth science knowledge and information from other planetary bodies are not exploited deeply yet. The methods used in this proposal give a wider context, where various Earth science related knowledge could be applied in the new fields of planetary science and vice versa.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A kutatás keretében sikerült eltérő időszakokban és eltérő körülmények között kialakult folyónyomoknál morfológiai és morfometriai csoportokat lehatárolni, ami alapján a Mars fejlődése során térben és időben egyre koncentráltabb vízforrások jelentek meg a felszínen. Viszonylag rövid aktív periódus jellemezte a folyóvízi környezeteket: hetek, évek és néhány száz év közötti aktív időszakot találtam – noha mindez jelenthet hosszabb periódus alatt fellépett sok rövidebb vizes ciklust is. A folyékony víz mai előfordulási lehetőségéről kimutattam, hogy a déli féltekén jellemzőhöz hasonlóan északon is van lehetőség annak időszakos, mikroszkopikus skálájú megjelenésére, továbbá modellközelítés alapján az ilyen hideg és rendkívül vékony vízfilm is szerepet játszhat a bolygón fontos, erősen oxidáló hatású hidrogén-peroxid lebontásában. Földi analógiák segítségével sikerült olyan tektonikusan befolyásolt völgyeket azonosítani, amelyeknél a hosszú törések révén nyerhető pontosabb korbecsléssel az aktivitás időszaka 3.8-3.6 milliárd évnél nem régebbinek adódott. Analógiák elemzésével előrejelzéseket készítettem az ExoMars rover fúrásainak értelmezéséhez és vizes környezetek azonosításához és jellemzéséhez, ami a műszerek targetálásában és a helyszín kiválasztásában segíthet.
Results in English
During the research work morphological and morphometrical groups of ancient fluvial valleys were separated on Mars, which point to that the spatial and temporal occurrence of liquid water became more concentrated during the planetary evolution. The active periods of these fluvial systems were relatively short, ranged between weeks, years and hundred years – although these total durations might come from several shorter, separated active cycles. Ideal locations and periods were identified at the northern circumpolar region where (similarly to the southern hemisphere) microscopic liquid water could be present ephemerally, which might even contribute in the decomposition of aggressive hydrogen-peroxide there. Analyzing Earth analogues, tectonically influenced fluvial valleys were identified and surveyed on Mars. Using these long faults, improved age estimation could be made for certain fluvial valleys, suggesting an active period not earlier than 3.8-3.6 billion years. Using Earth analogues predictions and related mission scenarios were developed to support the targeting and interpretation of ExoMars rover’s drills to identify ancient wet conditions from drilled sedimentary samples in the future.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=105970
Decision
Yes





 

List of publications

 
Kereszturi A.: Mars Express - Európa az ősi marsi víz nyomában, Természet Világa 145, 14-18., 2014
Kereszturi A., Rivera-Valentin E.G.: Locations of thin liquid water layers on present-day Mars, Icarus 221, 289-295., 2012
Kereszturi A.: Landing site rationality scaling for subsurface sampling on Mars—Case study for ExoMars Rover-like missions, Planetary and Space Science 72, 78 -90., 2012
Kereszturi A., Hargitai H., Merk Zs.: Science and art in landing site visualization, Data is Beautiful Conference, ed: Bircsák E., Budapest, kitchenbudapest. p. 44-51., 2013
Kereszturi A. A marsi vizek fizikája. Fizikai Szemle 2013/3. 77-82.: A marsi vizek fizikája, Fizikai Szemle 2013/3. 77-82., 2013
Kereszturi A.: Mars – fehér könyv a vörös bolygóról, Magyar Csillagászati Egyesület, Budapest, 2012
Kereszuri A.: Comparison of wet environment types with liquid water on Mars, In: Life on Earth and other Planetary Bodies. Ed: Hanslmeier A., Kempe S., Seckbach J., Springer, p. 237–252., 2012
Kereszturi Ákos: Case study of climatic changes in Martian fluvial systems at Xanthe Terra, Planetary and Space Science 96, 35-50, 2014
Akos Kereszturi, Thomas Appéré: Searching for springtime zonal liquid interfacial water on Mars, Icarus, 2014
Kereszturi Ákos: Infrared spectral analys is and paleo-environment reconstruction on Mars., 8th International Conference on Mars, 2014
Kereszturi Á.: Hogyan vigyünk csillagászatot a laboratóriumba?, Magyar Tudomány 175, 187-195., 2014
Kereszturi Ákos: Ice melting as paleoenvironmental indicator on Mars., The 2nd Martian Cryosphere Workshop. 10-12 February 2014, Wroclaw, Poland, 2014
Kereszturi Ákos, Appere Thomas: Conditions for the appearance of interfacial liquid water at the northern hemisphere of Mars., MPSE (Mars – Connecting Planetary Scientits in Europe) 2014 conference proceedings C18, p. 41., 2014
Kereszturi Ákos: Sampling possible subsurface niches on mars: targeting astrobiological missions, Evolution, Geology and Exploration. Nova Publisher, p. 193-212, ISBN: 978-1-62618-102-1, 2013
Kereszturi Á., Góbi S.: Interfacial water on Mars and its possible role on hydrogen peroxide decomposition, MPSE (Mars – Connecting Planetary Scientits in Europe) 2014 conference proceedings (Warsaw 3-5. June), published by European Space Agency, Warsaw, 2014
Kereszturi Á.: Sampling possible subsurface niches on mars: targeting astrobiological missions, Evolution, Geology and Exploration. Nova Publisher, p. 193-212, ISBN: 978-1-62618-102-1, 2013
Kereszturi A.: Paleoflood reconstruction in the Gale crater of Mars, Astronomische Nachrichten 334, 9, 944–947, 2013
Kereszturi, A.: An unnamed fluvial valley system formed under different climates at Xanthe Terra, Mars, Planetary and Space Science 85, 220–231., 2013
Kereszturi Á.: Case study of climatic changes in Martian fluvial systems at Xanthe Terra, Planetary and Space Science 96, 35-50, 2014
Kereszturi A., Appéré T.: Searching for springtime zonal liquid interfacial water on Mars, Icarus 238, 66-76., 2014
Kereszturi Á.: Infrared spectral analys is and paleo-environment reconstruction on Mars., 8th International Conference on Mars, 2014
Kereszturi A., Madarász B., Örsi A.: Domborzat alapú felszín elemzés és morfológiai korreláció a Mars északi síkságára., Geomatikai Közlemények XVII. 93-100., 2014
Kereszturi Á., Appere T.: Conditions for the appearance of interfacial liquid water at the northern hemisphere of Mars., MPSE (Mars – Connecting Planetary Scientits in Europe) 2014 conference proceedings C18, p. 41., 2014
Kereszturi A.; Újvári G.; Bradak B.: Estimating the origin and transport process of grains expected to find during the drill of ExoMars rover mission., 45th Lunar and Planetary Science Conference, abstract 1496., 2014
Kereszturi A.: Fluvial geomorphology of Mars: background to separate biogenic and abogen effects and identify climate change reated features, Noel Duncan: Fluvial geoorphology and riparian vegetation, p. 81-89., 2015
Kereszturi A.; Újvári G.; Bradak B.: Hogyan vizsgálhatnánk más égitesteket a Kárpát-medencében?, Természet Világa 4, 172-175., 2015




Back »