Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1002
Authors: Fleischer, Iris
Title: Diversity of lithologic components at Meridiani Planum, Mars: Insights from Mössbauer spectroscopic investigations
Online publication date: 19-Nov-2010
Year of first publication: 2010
Language: english
Abstract: The two Mars Exploration Rovers (MER), Spirit and Opportunity, landed on the Martian surface in January 2004 and have since collected a wealth of information about their landing sites. As part of their payload, the miniaturised Mössbauer spectrometer MIMOS II contributes to the success of the mission by identifying Iron-bearing minerals and by determining Iron oxidation states in them. The basis of this work is the data set obtained at Opportunity’s landing site at Meridiani Planum. A portion of this data set is evaluated with different methods, with the aim to thoroughly characterize lithologic components at Meridiani Planum and possible relations between them.rnMIMOS II is able to measure Mössbauer spectra at different energies simultaneously, bearing information from different sampling depths of the investigated target. The ability of depth-selective Mössbauer spectroscopy to characterize weathered surface layers is illustrated through its application to two suitable rock targets that were investigated on Mars. In both cases, an enhanced concentration of Iron oxides at the rock surface was detected, pointing to a low degree of aqueous alteration. rnThe mineral hematite (α-Fe2O3) is present in the matrix of outcrop rocks and in spherules weathering from the outcrop. Simultaneous fitting of Mössbauer spectra was applied to data sets obtained on both target types to characterize the hematite component in detail. This approach reveals that two hematite populations are present, both in the outcrop matrix as well as in spherules. The hematite component with a comparably high degree of crystallinity and/or chemical purity is present in the outcrop matrix. The investigation of hematite at Meridiani Planum has shown that simultaneous fitting is a suitable and useful method to evaluate a large, correlated set of Mössbauer spectra.rnOpportunity encountered loose, cm-sized rocks along its traverse. Based on their composition and texture, these “cobbles” can be divided into three different groups. Outcrop fragments are impact-derived ejecta from local outcrop rocks. Cobbles of meteoritic origin contain the minerals kamacite (Fe,Ni) and troilite (FeS) and exhibit high Ni contents. Melt-bearing impact breccias bear similarities to local outcrop rocks and basaltic soil, with a phase composition and texture consistent with a formation scenario involving partial melting and inclusion of small, bright outcrop clasts. rnIron meteorites on the Martian surface experience weathering through the presence of even trace amounts of water due to their metallic nature. Opportunity encountered and investigated four Iron meteorites, which exhibit evidence for physical and chemical weathering. Discontinuous coatings contain Iron oxides, pointing to the influence of limited amounts of water. rnA terrestrial analogue site for Meridiani Planum is the Rio Tinto basin in south-west Spain. With its deposits of sulfate- and iron-oxide-bearing minerals, the region provides an adequate test bed for instrumentation for future Mars missions. In-situ investigations at Rio Tinto were carried out with a special focus on the combined use of Mössbauer spectroscopy with MIMOS II and Raman spectroscopy with a field-portable instrument. The results demonstrate that the two instruments provide complementary information about investigated samples.
Die beiden Mars Exploration Rover (MER), Spirit und Opportunity, haben seit ihrer Landung auf dem Mars im Januar 2004 eine enorme Menge Daten über ihre Landestellen gesammelt. Teil ihrer Nutzlast ist das miniaturisierte Mössbauer-Spektrometer MIMOS II, das zum Erfolg der Mission beiträgt, indem es eisenhaltige Minerale identifiziert und Eisen-Oxidationszustände in ihnen nachweist. Grundlage dieser Arbeit ist der Datensatz, der an Opportunitys Landestelle in Meridiani Planum aufgenommen wurde. Ein Teil dieses Datensatzes wird ausgewertet mit dem Ziel, die lithologischen Komponenten und mögliche Zusammenhänge zwischen ihnen zu charakterisieren. rnMit MIMOS II können Mössbauer-Spektren bei verschiedenen Energien simultan gemessen werden, die dann Informationen aus verschiedenen Probentiefen enthalten. Mittels dieser tiefenselektiven Mössbauer-Spektroskopie können verwitterte Oberflächenschichten charakterisiert werden. Dies wird anhand zweier geeigneter Proben gezeigt, die auf dem Mars untersucht wurden. In beiden Fällen ist die Konzentration von Eisenoxiden an der Oberfläche erhöht, was auf einen geringen Grad wasserbedingter Verwitterung hindeutet.rnDas Mineral Hämatit (α-Fe2O3) kommt sowohl in der Matrix von Aufschlussgestein als auch in Globulen vor, die aus dem Aufschlussgestein herauswittern. Um die Hämatit-Komponente eingehend zu charakterisieren, wurden Mössbauer-Datensätze von beiden Probentypen mittels simultanen Fittens ausgewertet. Diese Vorgehensweise zeigt, dass jeweils zwei Hämatit-Populationen in der Matrix von Aufschlussgestein und in den Globulen vorkommen. Die Hämatitkomponente mit einem vergleichsweise hohen Grad an Kristallinität und/oder chemischer Reinheit liegt in der Gesteinsmatrix vor. Die Untersuchung von Hämatit in Meridiani Planum hat ebenfalls gezeigt, dass simultanes Fitten eine geeignete und hilfreiche Methode ist, um einen großen, korrelierten Satz von Mössbauer-Spektren auszuwerten. rnOpportunity stieß entlang der Traverse wiederholt auf lose Steine mit wenigen Zentimetern Durchmesser. Aufgrund ihrer Zusammensetzung und Textur können diese in drei Gruppen unterteilt werden. Fragmente von Aufschlussgestein sind durch Impakte verursachte Auswürfe des lokalen Grundgesteins. Steine meteoritischen Ursprungs enthalten die Minerale Kamazit (Fe,Ni) und Troilit (FeS) und weisen hohe Ni-Gehalte auf. Schmelzhaltige Impakt-Brekzien zeigen Ähnlichkeiten zu lokalem Aufschlussgestein und basaltischem Sand. Ihre Zusammensetzung und Textur steht im Einklang mit einer Bildung aus partiell aufgeschmolzenem Material mit Einschlüssen des Aufschlussgesteins. rnEisenmeteorite auf der Marsoberfläche zeigen aufgrund ihrer metallischen Natur bereits bei minimalem Einfluss von Wasser Verwitterungserscheinungen. Die vier von Opportunity gefundenen Eisenmeteoriten tragen Anzeichen für physikalische und chemische Verwitterung. Diskontinuierliche Oberflächenschichten enthalten Eisenoxide, die auf den Einfluss begrenzter Wassermengen hindeuten.rnEin terrestrisches Analog-Gebiet zu Meridiani Planum ist das Rio-Tinto-Becken in Südwest-Spanien. Mit seinen Vorkommen an Sulfat- und Eisenoxid-haltigen Mineralen bietet es eine angemessene Testumgebung für Instrumente für zukünftige Marsmissionen. In-situ Untersuchungen wurden durchgeführt mit dem Augenmerk auf der kombinierten Verwendung von Mössbauer-Spektroskopie mit MIMOS II und Raman-Spektroskopie mit einem portablen Instrument. Die Ergebnisse zeigen, dass die beiden Instrumente komplementäre Informationen über untersuchte Proben liefern.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1002
URN: urn:nbn:de:hebis:77-24499
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 153 S.
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