Sinton crater, Mars:
Evidence for impact into a plateau icefield
and melting to produce valley networks
at the Hesperian-Amazonian boundary

Gareth A. Morgan & James W. Head III
2009, Icarus 202, 39-59
衝突論文セミナー
2010年1月19日
長 勇一郎
東大 理
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要旨

‣ 火星の二分性の境界に位置するSinton craterの周囲には, valley networkがよく発達している.
‣ ①Valley networkの分布と規模を詳しく調べ,流水ﬂuxを見積もった.
‣ ②Sinton craterの形成年代を調べた.
‣ その結果, このvalley networkは隕石の衝突が地表面に堆積していた氷を溶かしたことによって形成されたことが示唆された.
‣ Valley networkの形成と衝突を関連づけることで, 火星の二分性境界付近に氷河が発達していた時期に制約を与えた.
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本論文の目的‣ Sinton crater周辺のvalley networkが, そこに堆積していた氷への衝突に伴う流水で形成されたことを実証する.

‣ 行うこと✦ Crater周囲の地形を調べる✦ Crtaterの形成年代を調べる✦ 流量フラックスを推定✦ 衝突によって生じた水の量を推定✦ 衝突によるValley network形成モデルを実際の地形の観測事実と比較

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発表の流れ1. Introduction✦ 火星の流水地形✦ 火星の年代区分

2. Sinton地域の地形✦ 周辺の地形✦ クレーター内部の地形

3. Valley networkの分
布✦ Sinton craterの周りに広がるvalley networks

4.Valley networkの流量フラックス✦ 流量の見積もり

5.Valley networkとクレーターの形成年代
6.Valley networkを形成する水の起源
7.衝突によるValleynetwork形成モデル
8.まとめ4

1. Introduction
1. 火星の流水地形
2. 火星の年代区分と流水地形

5火星の流水地形‣ Outﬂow channel✦ 巨大な流水地形(幅 数十km)✦ 水源は主に地下(カオス地形)✦ 大規模な洪水の際に形成？

‣ Valley network✦ 中規模の流路(幅 数百m)
✦ 様々な形態‣ Gully(浸食谷)✦ 斜面に存在する幅<数十m の小規模な谷地形✦ 水によって形成されたかは微妙
6火星の年代区分と流水地形‣ Noachian(~3.7 Ga)✦ 温暖湿潤✦ 降雨によるValleynetworkの発達‣ Hesperian(~3.3-2.9Ga)✦ GlobalなValley networkの形成は停止✦ 大規模な洪水による
Outflow Channelの形成‣ Amazonian(~0 Ga)✦ 寒冷乾燥

Teylor & McLennan, 20097

2. Sinton地域の地形
1. Sinton craterの位置と大きさ
2. Sinton crater周囲の地形
3. Sinton crater内部の地形
4. Sinton craterの特殊性8

Sinton craterの位置と大きさ‣ 北部平原と南部高地の境界付近Deuteronilus
Mensae地域(40°N, 31°E）に位置‣ 直径63 kmの中央丘
クレーター‣ 氷河の活動が活発だった

痕跡
valley fill(LVF),‣ Leneated
Lobate debris apron(LDA)と呼ばれる氷河性堆積物が周りを覆う

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Sinton crater周囲の地形
Main
plateau

Mesa 高度

傾斜

急峻な斜面に囲まれた台地

AlcoveValley network

Ejecta

等高線(300 m)

LVF/LDAが分布
10クレーター内部の特徴的な地形/地質
氷の昇華によると考えられる起伏地

氷がmainplateauにもあったことを示唆

窪地“ghost” crater“Oyster shell”
crater

LVF/LDA Fill
Central peak

流水地形

Crater wall/Rim
Pitted LVF/LDA Fill
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Sinton craterの特殊性MieArandas

放射状に二次クレーター列

lobate debris sheets‣ Sintonとサイズ・新しさが似たクレーターとの比較✦ Rim付近から出発する

密なValley network✦ 不明瞭なEjecta deposit• 通常とは異なる浸食作用がEjectaに働いた可能性を示唆

lobate debris blanket
放射状の縞模様

UnnamedSinton12

3. Valley networkの分布
1. Sinton valleyの概要
2. Sinton crater南東に広がるvalley network
3. Sinton crater南に広がるvalley network
4. Sinton crater内部に広がるvalley network

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Sinton valley networkの概要
衝突地形と極めて密接に関係した分布

Sinton crater
WSInternalSE‣ リムに垂直‣ 幅 30-500 m‣ 長さ < 40 km‣ 急峻な水路側面‣ 平らな水路底面‣ 多くの分岐‣ 不明瞭な水源‣ 一度地下に潜って再び出現するものも‣ クレーターのSE, S,W, 内部に顕著

valley networks
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Sinton crater南東部
傾斜がなだらか(1.5°)で真っ直ぐに南東へ流れるのがこの地域の特徴

tear drop形の中州
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Sinton crater南東部‣Abandoned valleys‣河岸段丘‣河床に細かい構造
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Sinton crater南東部‣ 複雑な流れ‣ 流線型島17

Sinton crater南部‣ リム付近の窪地を水源とするような河川地形‣ 窪地を跨ぐような河川地形→窪地とvalleynetworkが同時に存在していた証拠‣ Plateauに切り込むAlcoveに向けて多数のValley networkが発達
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Sinton crater内部‣扇状地の発達‣水路の不連続:一度潜行し再度出現‣クレーター
外部のvalleynetworkとは異なるプロセスで形成された可能性あり

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4. Valley networkの流量フラックス推定20流量ﬂux推定方法(Komar, 1979)
Q : Flux→知りたいA : 水路の断面積→リモセンデータから. 水路に満杯の水を仮定(Fluxの上限値)
s : 水路の勾配→リモセンデータから
R : 水力半径(水路の平均深さで代用可能)→リモセンデータから
gm : 火星の重力→既知の定数ge : 地球の重量→既知の定数n : Manning係数→地球上の水路での実験から与える(=0.0545; Wilson et al., 2004)

クレーター南東/南/西における最大の水路の流量fluxを, 水路の形状を調べることで推定21

流量ﬂuxの推定結果

降水
火山活動

‣ Sintonの流量fluxは, 降水による緩慢なValleynetwork形成(10-20 yr)よりも, 火山噴火による氷の融解に伴う突発的な流水に類似
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5. Valley networkとクレーターの形成年代
1. 地域の区分
2. クレーター年代測定
3. 形成年代のまとめ

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地形の形成年代推定(crater counting)

地域の区分

1. Western counts
2. Southern counts
3. Crater fill counts
24クレーター年代
3200 km2
3 Gyr1113 km2>100 Myr

2030 km2
3 Gyr

100 Myr25

地形の形成年代(まとめ)‣ クレーター外のplateau✦ 3 Gyr (Hesperian/Amazonian 境界)✦ 衝突はHesperian/Amazonian境界頃発生✦ Valley networkはその直後以降に形成‣ クレーター内部の堆積物✦ 100-500 Myr (Late Amazonian)に堆積‣ plateau南部の氷河性堆積物✦ 100 Myr (Late Amazonian)に堆積✦ Late Amazonianの氷河活動によって堆積26

6. Valley networkを形成する水の起源
1. 地下水の可能性
2. 降雨の可能性
3. 氷雪の融解の可能性

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Sinton valleyの水の供給源‣ 地下水説→✦ 高地に定常的な帯水層は考えづらい✦ 段丘の非存在✦ カオス地形の非存在‣ 降雨説→✦ 降雨による河川のフラックスは小さすぎる✦ 降雨による河川地形よりも平坦で複雑に分岐している‣ 氷雪融解説→◎✦ 氷に富む堆積物の存在にconsistent✦ 水路が未発達なことにconsistent
細かい水路が残っているのは, valleynetworkが成熟していない証拠•28

天体衝突による氷の融解量の推定✦ 衝突天体••••運動エネルギー = mv2/2
ρ: Chondriteと同等
r: クレーター直径の1/10
v: 10 km/s for asteroids (Ivanov, 2001), 40 km/s forcomets (Steel, 1998)

17→約10 kJのエネルギーが解放されると推定

そのうち変換効率α(パラメーター)が熱量に変換
Mice: 溶ける氷の質量
E: 熱量=1017 × (変換効率) kJ
L: 融解熱=335 kJ/kg
29融解量の推定値‣ 5-10%の変換効率でも, 十分な量(厚さ500-1000 m)の氷を溶かすことが可能‣ 現在のLVF/LDA depositと同等な厚み(Li et al., 2005)→氷が堆積していたとしたら, 衝突によって溶かすことが十分可能.
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7. 衝突によるvalleynetworkの形成モデル

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Valley networkの形成モデル
衝突以前‣氷に富む堆積物がplateauの表面に積もっている✦ ice-rich/ice-related depositの存在✦ 軌道傾斜角の揺らぎによって二分性境界に通年の降雪はあり得る(Madeleine et al., 2007)
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Valley networkの形成モデル
衝突時‣衝突を受けて氷が蒸発‣Ejectaの飛散
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Valley networkの形成モデル
氷融解開始とValley networkの形成‣ 熱いejectaやmeltが覆い被さることで氷を溶かす‣ Sinton地域の特徴的な地形が説明可能• Ejecta blanketが未発達: Ejectaは水によってplateauの周囲の谷に押し流されてしまったため• リムに垂直な直線的な流路: Ejectaの配列によって水流が影響を受けたため• 流路が未成熟: Ejectaが冷えた/溶かす氷が枯渇したことにより浸食作用が停止したため

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Valley networkの形成モデル
衝突後‣激しく浸食されたEjecta blanketとvalley network‣断層に沿った熱水システムが点在(Osinski et al., 2005)

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8. まとめ‣ Sinton craterの周囲に広がる地形, valley networkの分布および形状を調べた.
‣ Valley networkの流量ﬂuxが降雨で説明できないほど大きいことを示した.
‣ Sinton craterの形成年代(=Valley networkの形成年代の上限値)がLate Hesperianであることを示した.
‣ Valley networkへの水の供給源として, 台地を覆う氷の堆積物が有力であることを示した.
‣ 天体衝突で溶かすことの出来る氷の量は充分多いことを示した.
★Sinton craterを作った天体衝突が堆積した氷を溶かし, 周囲にvalley networkを形成したと考えられる.
★天体衝突時に氷が存在していたことは, この地域の氷河活動の年代制約に繋がる.

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