Analisi spettroscopica nel VNIR di rocce ignee - Caratterizzazione composizionale della superficie dei pianeti terrestri

Abstract

Lo studio da remoto sulla composizione delle superfici dei pianeti interni del sistema solare sta acquisendo maggiore importanza. Infatti, un elevato numero di dati è stato raccolto per la superficie di Marte, e nuovi dati saranno acquisiti nel prossimo futuro per le superfici di Mercurio, Luna e Venere. In modo particolare Mercurio, le cui conoscenze allo stato attuale sono poche, è al centro dell’interesse della comunità scientifica e i dati acquisiti dalle missioni in corso, MESSENGER, e future, BepiColombo, permetteranno di cercare le risposte ai tanti quesiti ancora presenti sulla storia della superficie di questo pianeta. Le conoscenze chimiche e mineralogiche sulla composizione della superficie di un pianeta possono essere raccolte con osservazioni spettroscopiche nel VIS, NIR e MIR da Terra e da orbita. Per l’interpretazione del dato spettrale acquisito da remoto è necessario un database il più ampio possibile ottenuto con analisi di laboratorio. Lo scopo di questa tesi di dottorato è stato quello di caratterizzare spettralmente suite di rocce che provengono da diversi contesti geodinamici noti misurando spettri di riflettanza in laboratorio nel VNIR di superfici e di polveri di rocce magmatiche a carattere basico, sia intrusive, come le cumuliti dello Stillwater Complex, sia effusive, comprendenti i basalti della Pampas Onduladas Flow (POF), ad affinità alcalina, e dell’Islanda, ad affinità tholeiitica. Questo lavoro contribuisce alla costruzione del database di possibili analoghi composizionali della superficie di Mercurio, in corso d’opera da parte di diversi studiosi delle superfici dei pianeti. La scelta di campioni di rocce geneticamente legate tra loro permette di avere la possibilità di effettuare considerazioni sull’evoluzione di alcune aree superficiali di un altro pianeta. Sono state messe in evidenza diverse caratteristiche spettrali che variano, al variare delle associazioni mineralogiche, delle tessiture e delle granulometrie studiate, come ad esempio le variazioni di pendenza del continuo e delle profondità di banda tra i dati acquisiti su polveri a granulometria fine e le slab (superfici di roccia). Sono state caratterizzati gli assorbimenti elettronici caratteristici delle fasi femiche componenti queste rocce, ortopirosseno, clinopirosseno ed olivina, posti a circa 1.00 e 2.00 µm, che sono evidenti e caratterizzabili negli spettri acquisiti sulle polveri, mentre solo la banda posta a circa 1.00 µm rimane evidente nelle misure effettuate sulle slab. Inoltre un approccio empirico è stato seguito per ottenere informazioni composizionali e tessiturali dagli spettri studiati. Si è decomposto la banda di assorbimento posta a circa 1.00 µm di tutti i campioni dello Stillwater Complex che presentavano un basso contenuto di minerali opachi, sia per le polveri che per le slab, e delle polveri, alle diverse granulometrie, dei basalti. La decomposizione è stata effettuata utilizzando EGO, un metodo che utilizza un continuo, definito come una retta in funzione del numero d’onda e descritto da due parametri, intercetta e pendenza, sovrimposto a distribuzioni di gaussiane modificate. Ogni gaussiana modificata è definita da cinque parametri: posizione del centro, profondità, larghezza a metà altezza, asimmetria e appiattimento. Le posizioni del centro banda, la profondità della banda e la larghezza della stessa, descrivono, in particolare, il processo elettronico di assorbimento. Valutando come variano questi parametri e i parametri del continuo, si è visto che: - Le posizioni del centro banda individuano le fasi mineralogiche che determinano gli assorbimenti compositi; i dati ottenuti sono confrontabili con i dati di letteratura relativi ai minerali puri, e permettono quindi di determinare la composizione della fase mineralogica presente (in termini di Fs e Wo). - Le profondità di banda per le rocce intrusive possono essere messe in relazione con l’abbondanza modale delle fasi mineralogiche assorbenti. Si è visto che questa relazione è buona per le firme spettrali acquisite sulle polveri, mentre per i dati sulle slab la relazione migliore si ottiene calcolando la distribuzione del Fe2+ sulla superficie. - I parametri del continuo, pendenza ed intercetta sull’asse della riflettanza, descrivono la forma generale dello spettro, la quale si ritiene sia influenzata da parametri quali la tessitura e la granulometria della roccia. Ciascun parametro del continuo è stato quindi messo in relazione con la granulometria delle tre suite di rocce, osservando che in alcuni casi è possibile effettuare una distinzione delle classi granulometriche. I risultati ottenuti sono stati valutati ai fini dell’esplorazione di Mercurio. Si sono ricalcolati gli spettri acquisiti in questa tesi con la pendenza ottenuta dai primi dati spettrali forniti da MASCS, lo spettrometro ad alta risoluzione di MESSENGER, per simulare spettri con la composizione degli analoghi terrestri ma con le caratteristiche di radianza della superficie di Mercurio. Si è visto come la presenza di materiale ricco in fasi femiche, come noriti o gabbronoriti, metterebbe in evidenza la caratteristica banda di assorbimento, mentre le anortositi presentano una firma spettrale più simile a quella integrata sull’intero disco di Mercurio. Gli spettri delle rocce effusive, a causa della bassa riflettanza e alla minore profondità dell’assorbimento, non mettono in evidenza nessuna banda di assorbimento e risultano molto appiattiti. Inoltre i dati simulati sono stati riportati nel diagramma dei rapporti tra bande utilizzato da Robinson et al. (2008) per definire diverse aree della superficie. I dati simulati delle rocce studiate in questa tesi ricadono parzialmente nei trend descritti da Robinson et al. (2008). I risultati di questo studio espandono il database di analoghi terrestri della composizione della superficie di pianeti e corpi minori rocciosi del sistema solare. I dati presentati riguardano rocce magmatiche appartenenti a suite di contesti geologici diversi, e quindi le caratteristiche spettrali di queste rocce descrivono l’evoluzione dei relativi sistemi geologici e forniscono criteri per l’interpretazione geologica delle composizioni della superficie.