dc.contributor.author
Riedel, Christian
dc.date.accessioned
2021-08-17T08:37:13Z
dc.date.available
2021-08-17T08:37:13Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/31356
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-31090
dc.description.abstract
The collision of cosmic projectiles with a terrestrial planet’s surface forms topographic depressions, known as impact craters. Since planetary surfaces are continuously bombarded, these features can be observed on nearly all solid bodies in the Solar System. On airless bodies with limited endogenic geologic activity, such as the Moon, impact cratering is the primary geologic process. Therefore, the lunar surface hosts a substantial impact crater record that is often used as a reference to study impact cratering, planetary surface evolution, impactor populations, and the timing of geologic events in the inner Solar System. The work presented in this thesis introduces novel methods to modify and analyze geospatial data under the consideration of a planet’s curvature. The developed techniques are applied to planetary spatial data to investigate the cratered surface evolution of planetary bodies in the inner Solar System.
The main emphasis in developing geospatial methods involves considering planetary curvature when analyzing and modifying planetary spatial data. This is achieved by implementing geodesic measurements, developing approaches for geodesic polygon modifications, and considering map projection properties. The developed techniques can be used to solve specific tasks in planetary data analyses. These tasks include quantifying the spatial randomness of a planet’s impact crater record and considering geometric crater obliteration in crater size-frequency distribution measurements.
The studies presented in this thesis apply the developed geospatial techniques to provide new insights on (1) surface evolution scenarios on Mercury, Venus, and the Moon, (2) the influence of cratering-induced crater degradation on the observable crater record, and (3) the impact of geometric crater obliteration on interpretations about planetary impactor populations. It is confirmed that the non-random spatial distribution of craters on Mercury and the Moon indicates the presence of extended resurfacing processes that formed major geologic units on the respective surfaces. Craters on Venus are mostly randomly distributed due to its young surface and the absence of extended volcanic events in its recent geologic history. This absence suggests that a global decline in volcanic activity affected the recent surface evolution of Venus. The presented studies also indicate that the cratering-induced degradation of pre-existing lunar craters leads to two distinct scenarios in which measured crater size-frequency distributions do not reflect the impactor population. The two scenarios include crater equilibrium, which affects small, simple lunar craters, and non-sparse cratering, affecting larger lunar craters. Crater equilibrium is mainly caused by the cumulative effects of high-velocity ejecta, contributing to the downslope diffusion of surface material, whereas non-sparseness is caused by the cumulative effects of geometric crater obliteration. It is shown that small lunar craters are more destructive to the pre-existing terrain relative to their size because of a higher relative contribution to topographic diffusion from distal ejecta. Therefore, large lunar craters mainly contribute to crater degradation by geometric crater obliteration. In this obliteration scenario, the difference between the visible crater record and the impactor population can be corrected when measuring crater size-frequency distributions. If such correction is applied, the crater size-frequency distribution on ancient lunar terrains reflects an impacting population that is well approximated by a continuous size-frequency distribution.
en
dc.description.abstract
Kollidiert ein kosmisches Projektil mit der Oberfläche eines planetaren Körpers, so entstehen topografische Vertiefungen – sogenannte Impaktkrater. Da die Himmelskörper des Sonnensystems seit ihrer Entstehung kontinuierlich bombardiert werden, können diese Strukturen auf nahezu allen festen Körpern im Sonnensystem beobachtet werden. Auf Himmelskörpern, die weder eine Atmosphäre, noch ausgeprägte geologische Aktivität besitzen, wie es beispielsweise auf dem Mond der Fall ist, ist die Bildung von Impaktkratern der primäre geologische Prozess, der zu Veränderungen der Oberfläche führt. Aus diesem Grund besitzt die Mondoberfläche eine umfangreiche Aufzeichnung über die Impakthistorie des inneren Sonnensystems, die häufig als Referenz für die Untersuchung von Kraterbildungsprozessen, die Evolution planetarer Oberflächen, Impaktorpopulationen und die Datierung geologischer Prozesse im inneren Sonnensystem verwendet wird. In dieser Arbeit werden neuartige Methoden zur Modifizierung und Analyse räumlicher Daten unter Berücksichtigung der Planetenkrümmung vorgestellt. Die entwickelten Techniken werden auf planetare Geodaten angewendet, um die Entwicklungsgeschichte planetarer Oberflächen im inneren Sonnensystems anhand von Impaktkratern zu untersuchen.
Wesentlich bei der Entwicklung der technischen Methoden ist die Berücksichtigung der Planetenkrümmung bei der Analyse und Modifikation von Geodaten. Dies wird über die Implementierung geodätischer Messungen und der Entwicklung von Prozessen zur Modifizierung von Polygonen auf gekrümmten Oberflächen und unter Berücksichtigung von Kartenprojektionen erarbeitet. Die entwickelten Methoden werden angewendet, um individuelle Fragestellungen bei der Analyse planetarer Daten zu bearbeiten. Diese umfassen die räumliche Verteilung von Impaktkratern und die Berücksichtigung von Kraterüberlagerungseffekten bei Messungen der Kratergrößen-Häufigkeitsverteilung.
Bei den in dieser Arbeit vorgestellten Studien werden die entwickelten Methoden zur Auswertung planetarer Geodaten angewendet, um neue Erkenntnisse über (1) die Entwicklungsgeschichte der Merkur-, Venus- und Mondoberfläche, (2) den Einfluss neuer Impakte auf die Degradation bestehender Krater und (3) den Einfluss geometrischer Kraterüberlagerung auf Interpretationen zur Impaktorpopulation zu gewinnen. Es wird gezeigt, dass Krater auf dem Mond und Merkur durch ausgedehnte Oberflächenerneuerungsprozesse in der frühen geologischen Entwicklung beider Körper nicht zufällig verteilt sind. Auf der Venus wiederum sind Krater meist zufällig verteilt, was auf die junge Oberfläche und die Abwesenheit ausgedehnter vulkanischer zurückzuführen ist. Dieses Szenario deutet darauf hin, dass eine globale Abnahme der vulkanischen Aktivität die jüngste geologische Entwicklung der Venusoberfläche bestimmt hat. Die vorgestellten Studien zeigen außerdem, dass die durch neue Impakte verursachte Degradation bestehender Mondkrater zu zwei unterschiedlichen Szenarien führt, in denen die gemessene Kratergrößen-Häufigkeitsverteilung nicht die Impaktorpopulation widerspiegelt. Dies umfasst das „crater equilibrium“, welches kleine Krater auf dem Mond betrifft und das „non-sparse cratereing“, welches größere Mondkrater betrifft. Das „crater equilibrium“ wird hauptsächlich durch den Einfluss von Hochgeschwindigkeitsejekta verursacht, durch dessen Einfluss Oberflächenmaterial gelockert und in topografischen Senken abgelagert wird („downslope diffusion“). Demgegenüber wird „non-sparse cratering“ durch geometrische Kraterüberlagerung verursacht. Es wird gezeigt, dass kleine Mondkrater deutlich mehr zur „downslope diffusion“ beitragen und daher der relative Einfluss kleiner Mondkrater auf die Degradation der Mondtopographie größer ist, als der größerer Krater. Größere Mondkrater tragen hautsächlich durch geometrische Kraterüberlagerung zur Degradation bestehender Impaktkrater bei. In einem Umfeld, bei dem die geometrische Kraterüberlagerung der dominierende Degradationsprozess ist, kann die Differenz zwischen den sichtbaren Kratern und der Impaktorpopulation bei der Messung von Kratergrößen-Häufigkeitsverteilungen korrigiert werden. Wenn eine solche Korrektur angewendet wird, entspricht die Kratergrößen-Häufigkeitsverteilung der ältesten geologischen Einheiten des Mondes einer Impaktorpopulation, die durch eine kontinuierliche Produktionsfunktion approximiert werden kann.
de
dc.format.extent
xxi, 136 Seiten
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject
impact craters
en
dc.subject
planetary spatial data
en
dc.subject
crater degradation
en
dc.subject
geoinformatics
en
dc.subject
planetary surface evolution
en
dc.subject.ddc
500 Natural sciences and mathematics::500 Natural sciences::500 Natural sciences and mathematics
dc.subject.ddc
500 Natural sciences and mathematics::520 Astronomy and allied sciences::520 Astronomy and allied sciences
dc.subject.ddc
500 Natural sciences and mathematics::550 Earth sciences::550 Earth sciences
dc.title
Planetary Surface Evolution from Impact Cratering: A View from Applied Geospatial Methods
dc.contributor.gender
male
dc.contributor.firstReferee
Wünnemann, Kai
dc.contributor.furtherReferee
Hiesinger, Harald
dc.date.accepted
2021-07-09
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-refubium-31356-1
dc.title.translated
Planetare Oberflächenentwicklung durch Einschlagkrater: Eine Betrachtung mittels angewandter raumbezogener Methoden
de
refubium.affiliation
Geowissenschaften
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