dc.contributor.author
Werner, Stephanie C.
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:08:13Z
dc.date.available
2006-01-26T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11507
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-15705
dc.description
Title, Preface and Acknowledgements
Contents
1. Extended Abstract V
2. Deutsche Zusammenfassung IX
3. Introduction and Motivation 1
I. Introduction to the Background Theory and Open Scientific Issues 5
4. The Base of Our Knowledge - The Moon, Earth and Venus 7
4.1. Geologic Evolution of the Moon 8
4.2. The Chronostratigraphy of the Moon 9
5 The Adaptation from the Moon to Mars 15
5.1. The Reference System, Moon: Cratering Record 15
5.2. The Reference System, Moon: Impactor Flux 15
5.3. The Mars-Moon Cratering Rate Ratio Flux 16
6. Martian Global Geology 19
6.1. What Do Martian Meteorites Tell Us About Mars 20
6.2. The Viking-based Stratigraphic System of Mars 22
6.3. Towards A New Time-Stratigraphy 26
6.4. The Geophysical Mars after Mars Global Surveyor 28
7. Cratering on Mars 31
7.1. Cratering Mechanics 31
7.2. Crater Modeling 33
7.3. Impact Crater Morphologies 33
7.4. Crater Morphologies: Indicators of Sub-Surface Water 34
II. Application and Improvement of the Age Dating Techniques, Secondary
Cratering, and the Martian Crater Size-Frequency Distribution 41
8. Age Dating Techniques 45
8.1. Cumulative Crater Size-Frequency Distribution 45
8.2. Cumulative Cratering Rate 46
8.3. Relative and Absolute Ages 46
8.3.1. Errors in the Relative and Absolute Ages 46
9. Absolute Ages in Resurfaced Units - Refinement of the Method 49
9.1. How Do Crater Counts Reveal Resurfacing? 50
10. Secondary Cratering 55
10.1. Remote Secondary Cratering: The Zunil Case 56
10.1.1. Characteristics of the Zunil secondary strewn field 58
10.1.2. Reasoning for a steep primary crater size distribution branch 60
10.2. Gedankenexperiment: Secondary Cratering 60
10.2.1. Construction of a hypothetical total crater distribution 62
10.3. Hypothetical Secondary-Crater Contribution 65
10.4. Small-crater production on Mars observed by MGS 67
10.5. Conclusion 68
11 The Observed Martian Crater Production Function 69
III. Re-Assessment of the Martian Stratigraphy 73
12. Athabasca Valles: A Case Study 77
12.1. Implications for the Martian Crater Size-Frequency Distribution and Age
Determination 79
13. Martian Cratering and Implications for the Chronostratigraphy 81
13.1. Martian Impact Basin Ages 82
13.2. Gusev Crater - The MER Spirit Landing Site 85
14. Northern Lowlands, Highland-Lowland Dichotomy, and Fluvial Activity 89
14.1. Northern Lowland Stratigraphy 90
14.1.1. The Geology of the Chryse Region (Zone 1) 90
14.1.2. The Chronostratigraphy of the Chryse Region 91
14.1.3. The Geology of the Utopia Basin and its Vicinity (Zone 2) 93
14.1.4. The Zone-2 Chronostratigraphy 95
14.1.5. The Elysium Volcanic Province and Amazonis Planitia (Zone 3) - Geology
and Chrono-Stratigraphy 96
14.1.6. Between Alba Patera and the North Pole (Zone 4) - Geology and Chrono-
Stratigraphy 97
14.1.7. The Viking-Based Chronostratigraphy of the Northern Lowlands, Summary
98
14.2. The Highland-Lowland Dichotomy Boundary between 30°W and 270°W 100
14.2.1. Geology 101
14.2.2. Chronostratigraphy 103
14.3. Giant Polygonal Trough Units in the Northern Lowlands 105
14.3.1. Geology 106
14.3.2. Crater Morphologies 108
14.4. The Medusae Fossae Formation 111
14.5. Outflow Channels: Mangala, Kasei, and Ares Valles 113
14.6. Implications of the Evolutionary History of the Highland-Lowland
Boundary, and the Northern Lowlands 117
15. Volcanic Activity on Mars 121
15.1. The Tharsis Volcanic Province 124
15.1.1. Alba Patera 124
15.1.2. The Tharsis Montes 125
15.1.3. Olympus Mons 127
15.1.4. The Tholi and Paterae on Tharsis 130
15.2. The Elysium Volcanic Province 132
15.3. Highland Paterae 135
15.4. Volcanic Plains 137
15.5. The Volcanic Constructs - Discussion of Results 138
16. Fluvial, Glacial and Volcanic Interaction 141
IV. The Evolutionary History of Mars 145
17. Stratigraphic Type Areas Re-Visited 149
17.1. Ages of Martian Basins and the Noachian Epoch 149
17.2. The Hesperian Epoch 150
17.3. The Amazonian Epoch 152
18. Results, Prospects, and Applications 153
A. Northern Lowlands - Crater Size-Frequency Distributions and Images I
A.1. Kasei Valles - Images and Crater Size-Frequency Distributions XV
B. Volcanism on Mars - Crater Size-Frequency Distributions and Images XVII
C. Fluvial, Glacial, and Volcanic Interaction XXXVII
References LXIII
dc.description.abstract
This thesis was conducted in the framework of the German Research Foundation's
priority program "Mars and the Terrestrial Planets". The aim was to improve
and/or verify the existing chronostratigraphic system of Mars and to
understand globally the geologic evolutionary history of Mars focusing on the
volcanic, fluvial, and possible glacial processes. This implies the
photogeologic analysis of all available types of Martian imagery in order to
cover the diversity of Martian landforms in time and space. Therefore, crater
frequencies are determined for appropriate geologically mapped units and
absolute ages derived. The lunar crater production function and the chronology
model was confirmed for the Martian case, e.g. the theoretical crater
production function was proven over the entire (50 meters to 500 kilometers).
Any deviation from the confirmed Martian standard crater production function
indicate resurfacing events. In such cases the method of age determination has
been improved. The influence of secondary cratering on a measurement is at
most 10 percent. Type areas of the Martian epochs (Noachian, Hesperian and
Amazonian) such as Noachis Terra, Hesperia Planum, northern lowland regions,
Amazonis and Elysium Planitia, have been examined, to understanding the role
of water during the Martian geologic evolution. The younger fluvial erosion is
closely related to volcanic activity and occurred in episodes over the last 2
billion years. Extensive measurements in volcanic units allowed for the
interpretation of the evolutionary history of Martian volcanic activity. An
interplay of volcanic processes with ancient and more recent fluvial and
glacial activity is confirmed. Globally, the volcanic activity started very
early in the Martian evolution. Most of the volcanoes achieved their present
dimensions at least until 3.5 Ga ago. Later volcanic resurfacing indicates a
weakening of the volcanic activity after the construct-forming period. Another
major finding is that the volcanic activity on Mars continued until very
recently (e.g. 2 Ma at the flanks of Olympus Mons), and is more wide--spread
than believed earlier. The crystallization ages of basaltic Martian meteorites
(about 180 Ma, 450 Ma and 1.3 Ga) confirm this finding. The enigmatic Medusae
Fossae formation could be dated for the first time indicating that explosive
volcanic eruption occurred even as recently as 1.6 Ga ago. By understanding
the evolutionary history of Martian volcanic constructs, the formation time of
large impact basins, as well as the evolution of the northern lowlands and the
dichotomy boundary, essential time--markers have been gathered in this work,
and a coherent view on the global geological evolution of Mars is derived from
these ages. Providing that the time--frame outlined in this study is correct,
the timing for the thermodynamical evolution of Mars can be assessed. This
study revealed that the youngest epoch, the Amazonian, is reflected in a
variety of landforms, and includes an absolute time span of three-quarters of
the geological record of Mars. This implies that the Amazonian--Hesperian time
--stratigraphic boundaries have to be revisited.
de
dc.description.abstract
Diese Arbeit ist im Rahmen des DFG--Schwerpunktprogramms "Mars und die
terrestrischen Planeten" durchgeführt worden. Ziel ist das existierende
chronostratigraphische System für den Mars zu prüfen und die globale
Entwicklungsgeschichte des Mars zu beschreiben. Schwerpunkt ist dabei die
altersmäßige Erfassung der vulkanischen, fluviatilen und möglicher glazialer
Prozesse. Dies impliziert eine photogeologische Analyse der für den Mars
verfügbaren Bilddaten, um die vielfältigen Landschaftsformen des Mars in
zeitlicher und räumlicher Verteilung einzuordnen. Hierzu werden
Kraterhäufigkeiten auf den entsprechend geologisch kartierten Einheiten
bestimmt und absoluten Altern zugeordnet. Es konnte die lunare
Kraterproduktionsverteilung und das Chronologiemodell auch für den Mars
bestätigt werden, indem z.B. die theoretische Kraterproduktionsverteilung über
den gesamten Kraterdurchmesserbereich (von 50 Meter bis 500 Kilometer) belegt
wurde. Abweichungen von dieser bestätigten Mars-Standard-
Kraterproduktionsverteilung deuten auf Oberflächen verändernde Prozesse hin.
Für solche Fälle ist eine verbesserte Altersbestimmungsprozedur entwickelt
worden. Der Einfluss von Sekundärkrater auf eine Messung liegt bei höchstens
10 Prozent. Typregionen der geologischen Epochen des Mars (Noachium, Hesperium
und Amazonium), die nördliche Hemisphäre einnehmenden Tiefländer und
Ausflusstäler, sowie an der Dichotomiegrenze zwischen Hoch-- und Tiefland
liegende Gebiete wurden untersucht, um die Rolle des Wasser in der frühen
Phase der Marsentwicklung besser zu verstehen. Jüngere fluviatile Erosion ist
eng mit vulkanischer Aktivität verknüpft, und ist episodisch auftretend über
die letzten 2 Milliarden Jahre zu beobachten. Umfangreiche Messungen in
vulkanischen Einheiten erlauben es, deren Entwicklungsgeschichte sehr genau zu
interpretieren, und bestätigen ein Wechselspiel zwischen vulkanischen
Prozessen und frühen als auch rezenterer fluviatiler und glazialer Aktivität.
Global startete der Marsvulkanismus in dessen Frühphase, so dass die meisten
Vulkane ihre endgültige Größe vor etwa 3,5 Ga erreichten. Aus der
nachfolgenden vulkanischen Oberflächenüberprägung ist eine Abschwächung der
vulkanischen Aktivität nach der Aufbauphase abzuleiten. Ein weiterer wichtiger
Befund ist, dass die vulkanische Aktivität auf dem Mars bis in jüngste Zeit
anhält (z. B. 2 Ma an den Flanken des Olympus Mons), und der junge Vulkanismus
großflächiger ist als zuvor angenommen. Die Kristallisationsalter der
basaltischen Marsmeteoriten (etwa 180 Ma, 450 Ma und 1,3 Ga) stützen dies.
Erstmalig konnte die Medusae Fossae Formation datiert werden, dies deutet
darauf hin, dass explosiver Vulkanismus noch etwa vor 1,6 Ga aufgetreten sein
könnte. Aus der Entwicklungsgeschichte der Marsvulkane, der Entstehungszeit
der großen Einschlagsbecken und der Entwicklung der nördlichen Tiefebenen und
der Dichotomiegrenze sind in dieser Dissertation erstmal die wesentlichen
Zeitmarken bestimmt worden, um eine kohärente Darstellung der globalen
Entwicklungsgeschichte für den Mars aus diesen Altern abzuleiten. Hiermit ist
die zeitliche Abfolge der thermodynamischen Entwicklung vom Mars gegeben.
Diese Studie zeigte auch, dass während der jüngsten Epoche, dem Amazonium,
vielfältige Landschaftsformen hervorgebracht wurden, sie aber in der
geologischen Einordnung des Mars drei Viertel der absoluten Zeitspanne
einnimmt. Das heißt, eine Überprüfung der chronostratigraphischen Grenze
zwischen dem Hesperium und Amazonium ist nötig.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
crater statistics
dc.subject
geological history
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie::550 Geowissenschaften
dc.title
Major Aspects of the Chronostratigraphy and Geologic Evolutionary History of
Mars
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Gerhard Neukum
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Peter Janle
dc.date.accepted
2005-12-16
dc.date.embargoEnd
2006-02-06
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2006000335
dc.title.translated
Wesentliche Aspekte der Chronostratigraphie und geologischen
Entwicklungsgeschichte des Mars
de
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000001959
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2006/33/
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