Surface Processes on Vesta: Impact Cratering and Impact Related Mass Movements

Abstract

This work covers the dominant resurfacing processes on asteroid Vesta. The main focus is the analysis of exogenous processes on slopes, such as meteorite impacts and mass movements. The basic input for the analysis are high- resolution images and topographic maps obtained from scientific data of the DAWN spacecraft. The gained information are combined and analyzed with findings from other dry and airless bodies like the Moon and Lutetia. A detailed geologic-morphologic mapping of two quadrangles shows that Vesta´s surface is affected by impact craters and different types of mass movement features. Intra-crater mass wasting, rotational slumping blocks, landslides and gullies are the different forms of mass movements which can be found on Vesta. The gullies are likely formed by the flow of dry granular material. Over-steepened crater rims, formed by the impact itself, cause slope instabilities and promote gravity-forced material to move down the crater wall. However, the low gravity on Vesta is not strong enough to set loose material in motion. Impact-induced seismic shaking is therefore the most likely trigger for mass movements on Vesta. In addition, the topographic conditions on Vesta cause many craters to be formed on slopes. These impact craters have an asymmetric shape with a sharp rim on the uphill side and a smooth rim on the downhill side. Beside the geologic and geomorphologic mapping, numerical simulations and age determinations have been performed to understand the formation processes of the asymmetric craters on slopes. The results show that the shape of these craters is correlated to the topographic conditions. In most cases, the slope prevents the deposition of ejected material above the uphill rim. The ejected material is therefore mainly deposited on the downhill rim. In combination with the mass wasting material of the initial slope, a smooth downhill rim is the result of this formation process. In summary, the shape of asymmetric craters depends significantly on the topographic conditions, the impact-related material and the deposition of this material. Immediate slumping and intra-crater mass wasting after the impact lead to their final shape. Thus, asymmetric craters are the result of a specific form of mass wasting. This thesis shows that mass wasting is the key process for the formation of the morphology on Vesta.

Die vorliegende Arbeit behandelt die wesentlichen Prozesse, die die Oberfläche des Asteroiden Vesta erneuert haben. Dabei stehen vor allem exogene Prozesse im Vordergrund, die an Hängen stattgefunden haben und hauptsächlich Meteoriteneinschläge und Massenbewegungen umfassen. Als Grundlage der Analysen in dieser Arbeit dienen die hochauflösenden Bilddaten der Raumsonde Dawn sowie topographische Daten. Die daraus gewonnen Informationen werden mit Erkenntnissen von anderen wasser- und atmosphärenlosen planetaren Körpern, wie dem Mond oder Lutetia, in Zusammenhang gebracht und analysiert. Anhand einer detaillierten geologisch-morphologischen Kartierung zweier Quadrangel wird gezeigt, dass die Oberfläche von Vesta von Einschlagskratern und verschiedenen Formen von Massenbewegungen geprägt ist. Massenbewegungen kommen in Form von Intra-Krater-Massenbewegungen, Rotations-Block-Rutschungen, Erdrutschungen sowie Erosionsrinnen vor. Letztere sind wahrscheinlich durch das Fließen von trockenem körnigem Material entstanden. Die übersteilten Hänge auf Vesta, die durch Meteoriteneinschläge entstanden sind, bewirken Hanginstabilitäten und begünstigen somit das Abrutschen von Material unter Einfluss der Gravitation. Die geringe Gravitation auf Vesta reicht allerdings nicht allein aus, um Lockermaterial in Bewegung zu setzen. Einschlagsinduzierte seismische Beben sind daher der wahrscheinlichste Auslöser für die Massenbewegungen auf Vesta. Die topographischen Gegebenheiten auf Vesta bewirken außerdem, dass viele Einschläge an Hängen stattfinden. Diese Einschläge bilden asymmetrische Kraterformen mit einem scharfkantigen Kraterrand auf der bergaufwärts gerichteten Seite und einem abgerundeten Kraterrand auf der bergabwärts gelegenen Seite aus. Um die Bildungsprozesse der asymmetrischen Krater an Hängen besser zu verstehen, werden neben geologischen und geomorphologischen Untersuchungen auch numerische Modellierungen und Altersbestimmungen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Form dieser Krater von den topographischen Gegebenheiten abhängt. Der Hang verhindert in den meisten Fällen die Ablagerung des Auswurfmaterials über den bergseitigen Kraterrand und dieses lagert sich daher auf dem talseitigen Kraterrand ab. Zusammen mit dem Material, das beim Einschlag abgerutscht ist, bildet sich somit ein abgerundeter Kraterrand auf der bergabwärts gelegenen Seite. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Form der asymmetrischen Krater von den topographischen Gegebenheiten, dem Einschlagsmaterial und dessen Ablagerung sowie die unmittelbar nach dem Einschlag erfolgten Rutschungen und Massenbewegungen beeinflusst ist. Daher kann man sagen, dass es sich hierbei auch um eine Form von Massenbewegungen handelt. Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass der Hauptprozess für die Ausbildung der Morphologie auf Vesta Massenbewegungen sind.