Harta de localizare și liniile de zbor. (a) O hartă contextuală a siturilor de studiu în compozit de culoare falsă (RGB: 843). Dreptunghiul roșu din harta politică inserată în (a) arată locația geografică a siturilor de studiu. Dreptunghiurile galbene arată pozițiile relative ale celor două site-uri de zbor, (b) Locația 1 și (c) Locația 2. Cercurile galbene din (b) și (c) evidențiază zonele noastre de interes din mijloc, care sunt înconjurate de numărul maxim de puncte de control la sol. Credit de imagine pentru (a): Produs de la datele de teledetecție Sentinel-2 ale Agenției Spațiale Europene (ESA) achiziționate în cadrul Programului Copernicus al Comisiei Europene și descărcate de la EarthExplorer din United States Geological Survey (USGS). Credit de imagine pentru (b) și (c): produs cu DroneDeploy freeware de planificare a zborului cu o imagine Google Earth (GE) colectată la 15 septembrie 2013 în fundal, iar furnizorul de date pentru imaginea GE este Centrul Național de Studii Spațiale (CNES) ))/Airbus.

mediu

Sezonalitatea saramurii pe pante. (a) Imagini disponibile la înaltă rezoluție din diferite anotimpuri. Elipsele roșii evidențiază apariția și creșterea saramurilor pe tot parcursul iernii. Elipsa albastră semnifică evaporitele de sare proaspăt precipitate. Săgeata roșie cu două capete prezintă diferite regiuni ale zonei de amestecare (IMZ: zona de amestecare internă, MMZ: zona de amestecare mijlocie și EMZ: zona de amestecare externă). (b) Meteorologia zonei de studiu. Datele meteorologice reprezentate au fost derivate din Tabelul 1 din Lamparelli și colab. [75]. Numerele de pe graficele bare reprezintă imaginile corespunzătoare din (a). Furnizorul de date pentru imaginile GE din (a) este CNES/Airbus.

Câteva dintre fotografiile de teren care au fost capturate în perioada 22-26 august 2017. (a) Vehiculul aerian fără pilot (UAV) în timpul ridicării. (b) UAV la o altitudine maximă de 60 m de la suprafață. (c, d) sunt imagini cu Cerro Tunupa din Locația 1 și respectiv Locația 2. Săgețile roșii cu cap dublu din (e, f) prezintă diferite regiuni ale zonei de amestecare (IMZ: zona de amestecare internă, MMZ: zona de amestecare mijlocie și EMZ: zona de amestecare externă). Credit de fotografie de teren: Group of Atmospheric Science, Luleå University of Technology.

Fotografii aliniate și nori de punct dens pentru (a) Locația 1 și (b) Locația 2 pentru sondajele din 22 august 2017 care au fost generate în software-ul licențiat independent Agisoft PhotoScan Pro. Elipsele galbene evidențiază zonele noastre de interes în partea cea mai densă din mijlocul norilor de puncte.

Terenul la locația 1. (a) Model digital de înălțime (DEM), (b) ortomosaic, (c) panta, (d) aspect, (e) curbură și (f) rugozitate. Numerele și poligoanele roșii indică probele de saramură pe care le-am selectat pentru analize ulterioare.

Terenul la locația 2. (a) DEM, (b) ortomosaic, (c) panta, (d) aspect, (e) curbură și (f) rugozitate. Numerele și poligoanele roșii indică probele de saramură pe care le-am selectat pentru analize ulterioare.

Câteva dintre cele mai frecvente morfologii ale dungi de pantă marțiană. (a) Liniar, (b) în formă de evantai, (c) curbiliniar, (d) despărțire/ramificare și (e) dungi de pantă marțiană (stânga) și eșantioanele 1 și 4 (dreapta) de la Salar de Uyuni (în tonuri de gri pt. comparaţie). Credit de imagine pentru imagini de înaltă rezoluție (HiRISE): NASA/JPL/Universitatea din Arizona.

Modificări superficiale în saramură. (a) Eșantionul 2, cu zone care prezintă semne de transport de masă minim (dreptunghiuri roșii și verzi) și maxime (dreptunghiuri galbene și albastre). (b) Săgeata roșie evidențiază zona de unde a avut loc o eliminare semnificativă a regulitului între 22 și 24 august, iar dreptunghiul portocaliu evidențiază aceeași zonă într-o fotografie de câmp (credit: Group of Atmospheric Science, Luleå University of Technology) care a fost capturată la 24 August. (c) Capătul saramurii în care nu s-a putut observa nicio modificare topografică vizibilă, cu excepția suprafeței colorate cu saramură. (d) Transport semnificativ de masă și îndepărtarea regulitului (săgeată roșie) într-o saramură adiacentă, mai mare. (e) Versiuni resamplate ale saramurii care este prezentată în (d) cu rezoluție scăzută de la 2 cm/pixel la 30 cm/pixel.

Eroziune, depunere de suprafață și depunere în groapă în probe de saramură. (a) Săgețile roșii indică semne de eroziune a sării, iar săgețile verzi indică depunerea suprafeței în imaginile ulterioare ale eșantionului 5. (b) Săgețile galbene indică numeroase jgheaburi lângă capătul eșantionului 4 pe 22 august, care au fost umplute substanțial până la 24 august.

Noul site de impact care declanșează o dungă de pantă, așa cum s-a observat în imaginea ESP_054066_1920 HiRISE, care a fost achiziționată la 7 februarie 2018. Săgețile galbene indică striațiile flux-paralele, care confirmă o mișcare de masă sau un flux fluidizat în dunga întunecată și într-o faza adiacentă estompată. Săgeata albastră indică direcția fluxului. Credit de imagine HiRISE: NASA/JPL/Universitatea din Arizona.

Linia de pantă recurentă (RSL) într-o zonă bogată în hematite (teren roșu) din Aureum Chaos, așa cum se observă în imaginea HiRISE ESP_025954_1835, care a fost achiziționată la 8 februarie 2012. Aureum Chaos este un sistem major de canion și zona prăbușită este abundentă în zone hidratate sau minerale argiloase (filosilicate) și săruri ca urmare a scurgerilor vaste de apă subterană din trecut. Sărurile de sulfat cu magneziu, calciu și fier sunt predominante în această regiune. Săgețile roșii evidențiază corelația spațială dintre depozitele purtătoare de sare (albe) de pe versanți și caracteristicile RSL (săgeți galbene) care sunt observate direct sub ele, în timp ce astfel de caracteristici lipsesc pe versanții în care depozitele de sare nu sunt vizibile . Credit de imagine HiRISE: NASA/JPL/Universitatea din Arizona.

Poligoane de desecare a sării pe Pământ și pe Marte. (a) Evaporite de sare și crăpături de sare poligonale lângă Meridiani Planum, Marte. (b) Poligoane de desecare a sării în Salar de Uyuni, capturate cu UAV. Fisurile de sare din Marte sunt cu aproape două ordine de mărime mai mari decât fisurile din Salar. Credit de fotografie de teren: Group of Atmospheric Science, Luleå University of Technology. Credit de imagine HiRISE: NASA/JPL/Universitatea din Arizona.

Abstract

1,02 mm/zi, cu semne localizate de eroziune și depunere. În plus, am observat modificări pe termen scurt în geomorfologia adiacentă și fisurile de sare. Concluzionăm că volumul de regolit transferat prin astfel de saramuri poate fi extrem de scăzut, cu mult în limitele de rezoluție ale senzorilor la distanță care orbitează în prezent pe Marte, făcând astfel dificilă rezolvarea reliefului topografic și a perturbărilor terenului produse de astfel de fluxuri pe Marte. . Astfel, absența caracteristicilor observabile de eroziune și depunere în sau în jurul majorității RSL-ului marțian propus și a dungilor nu poate fi utilizată pentru a respinge posibilitatea fluxului fluidizat în aceste caracteristici.

1. Introducere

2. Zona de studiu și sezonalitatea saramurii

10.000 km 2 [73]. Această salină este situată la o altitudine de 3653 m deasupra nivelului mării [74]. În această regiune din emisfera sudică, cele mai reci și mai uscate luni sunt din mai până în septembrie, cu zero zile ploioase în medie, o umiditate relativă medie (HR) de

35% și o temperatură minimă medie de -7,5 ° C [75] (Figura 2). Planitudinea terenului din această vastă sare sărată și reflectanța omogenă permit calibrarea în orbită a senzorilor, radiometrelor și altimetrelor multispectrale prin satelit [75].

La 4 km distanță (Figura 1). Luna august a fost selectată deoarece saramurile nu erau exagerat de dezvoltate pentru a acoperi complet versanții și nu erau prea subdezvoltate pentru a arăta variații nesemnificative la scara diurnă. Mai mult, apa sarata a fost transparenta in zilele in care s-a efectuat munca pe teren, iar terenul de baza a fost clar vizibil, permitand astfel geomorfometria bazata pe drone si modelarea terenului. Etapele metodologice ulterioare sunt discutate în secțiunile următoare. Deși zona de amestecare a afișat predominant orientarea versantului spre sud (aspect) cu morfologii saline similare, am încercat să selectăm două locații de cartografiere (Figura 1b, c) pe baza mai multor diferențe. Cele două locații au prezentat ușoare diferențe în panta și condițiile de aspect, Locația 2 (Figura 1c) fiind ușor mai abruptă și orientată spre direcția sud-vest, spre deosebire de versanții mai blândi orientați spre sud la Locația 1 (Figura 1b). Locația 1 avea saramuri interconectate și mai mari (lungime maximă

65 m la 22 august 2017) în comparație cu locația 2, unde mai multe saramuri erau separate și relativ mai mici, cea mai mare saramură ajungând până la o lungime de

52 m pe 22 august 2017. Datorită pantelor ușor mai abrupte, modificările de saramură observate la Locația 2 au fost mai proeminente pe scări diurne decât la Locația 1. Prin urmare, am decis să efectuăm zborul repetat pentru Locația 2 la un interval de două zile (22 august și 24 august) și pentru Locația 1 la un interval de patru zile (22 august și 26 august) pentru a surprinde mai bine modificările pe termen scurt.

3. Materiale și metode

3.1. Puncte de control la sol (GCP)

3.2. UAV și planificarea zborului

30 minute. Drona are un plafon maxim de serviciu de

6000 m deasupra nivelului mării (slm); în lucrarea de față, am zburat-o mai jos

3730 m slm. UAV este rezistent la o viteză maximă a vântului de 10 m/s, cu un interval de temperatură de funcționare de la 0 ° C - 40 ° C și este echipat cu un cardan integrat pe 3 axe care oferă un interval de vibrații unghiular extrem de îngust (± 0,02 °) și menține întotdeauna unghiul de aspect preferat al camerei. Am zburat în condiții de vânt calm cu cer senin (Figura 3) între orele locale de

10 am și 2 pm în toate zilele în care saramurile nu au fost înghețate, începând de la Locația 1 și trecând la Locația 2. DJI Phantom 4 Pro folosește atât sateliți GPS, cât și GLONASS și frecvențe de operare de 2,4-2,483 GHz și 5,725-5,825 GHz, care îi oferă un domeniu de precizie ridicat în privința poziționării GPS (vertical: ± 0,5 m; orizontal: ± 1,5 m) până la 7 km de la locul de lansare.

300 pentru fiecare locație) pentru a permite o post-procesare mai rapidă. Tabelul 1 evidențiază diferiții parametri ai planului de zbor și ai imaginii pe care i-am folosit în programul gratuit DroneDeploy de planificare a zborului în timpul achiziției de date pe teren. Locurile de lansare și aterizare au fost aceleași pentru toate zborurile din fiecare locație. Pentru a crește densitatea și precizia norilor de puncte și a stereo-imagisticii, am asigurat un grad ridicat de suprapunere (suprapunere laterală = 70% și suprapunere frontală = 85%) între imagini.

3.3. Generarea DEM-urilor și ortomosaicelor

35% din fotografiile realizate pentru ambele locații. După acest transfer manual al coordonatelor locale ale GCP-urilor către fotografii, geometria modelului este corectată prin instrumentul Optimize Alignment din PhotoScan, urmat de procesul intrinsec de potrivire a caracteristicilor pentru a finaliza faza finală a construirii geometriei pentru a genera un nor de densitate 3D cu rezoluție [82]. Pentru acest pas, am optat pentru parametrul de procesare „ultra ridicat” și filtrarea adâncimii „agresive” pentru a obține cele mai bune rezultate posibile; norul dens format din puncte este prezentat în Figura 4. Zonele noastre de interes au fost porțiunile mijlocii și cele mai dense ale norilor punctelor (elipsele galbene din Figura 4) care au fost înconjurate de numărul maxim de GCP (elipsele galbene din Figura 1b, c).

3.4. Geomorfometrie

4. Rezultate și discuții

4.1. DEM-uri, ortomosaice și parametri geomorfometrici

3661,96 m. Cu toate acestea, fiind cea mai lungă dintre toate saramurile, eșantionul 4 a afișat valori remarcabil mai mari pentru pante locale (medie = 6,66 °), curbură (medie = -0,21 mm -1) și rugozitate (medie = 6,69 mm) datorită întindeți-vă în toate zonele de amestecare. În plus, valorile deviației standard semnificativ mai mari pentru toți acești parametri pentru eșantionul 4 demonstrează în continuare variabilitatea largă a terenului în această saramură. Toate saramurile au afișat, în medie, o curbură mai concavă (valoare medie negativă) datorită eroziunii subterane lente de către saramurile care curg. Un alt punct demn de menționat aici este că aceste cinci saramuri au prezentat intervale variabile de înclinare la punctele lor de inițiere. Pante în punctele de inițiere au variat de la până la

40 ° pentru proba 1 până la

3 ° pentru eșantionul 4. Astfel de intervale largi de pantă au fost afișate și de punctele de declanșare ale dungi de pantă marțiană, cu

8% din dungi originare chiar și pe pante mai blânde de

4.2. Modificări geomorfometrice pe termen scurt în saramură și în împrejurimile lor

0,6 mm/zi la Locația 1 și

1,44 mm/zi la Locația 2. Conform modificărilor de cotație, cel mai puțin dezvoltat și cel mai mic eșantion, și anume, Eșantionul 2, afișează în mod înțeles mișcarea volumetrică minimă a masei și schimbarea cotei de la 22 la 24 august la Locația 2 (Tabelul 4). În timp ce înțelegem că toate diferențele absolute medii dintre DEM și coordonatele GPS, astfel cum sunt raportate în secțiunea 4.1, se află în intervalul mm și cuantificarea lor poate fi îmbunătățită în continuare prin mai multe sondaje repetate și măsurători de teren bazate pe DGPS, aproape o zecime (

3,9 mm. Cu toate acestea, în ceea ce privește precizia absolută, din nou această eroare se adaugă erorilor GPS intrinseci, așa cum s-a menționat mai sus.

4 m de altitudine se schimbă de la punctul inițierii sale la capătul său (Tabelul 2) și au avut aproape dublu panta și valorile de rugozitate ale celorlalte probe (Tabelul 3); prin urmare, nu numai că ar putea avea o rată de eroziune mai rapidă, dar ar putea fi, de asemenea, nepotrivită pentru susținerea depunerilor intra-saramură de regulit deplasat în regiuni cu pante aproape plane, scăzând astfel rugozitatea suprafeței în saramură în general. Astfel de depozite de pantă descendentă de regulit îndepărtat pe suprafața plană din saramură au fost observate în celelalte probe (Figura 9a) cu pante mai ușoare. Cu toate acestea, spre capătul probei 4, am observat o zonă care era plină de jgheaburi la 22 august, dar care a fost substanțial umplută cu sedimentarea sării erodate și a regulitului la 24 august (Figura 9b), ceea ce explică în continuare scăderea observată a suprafeței rugozitate. Astfel, astfel de saramuri mai lungi care traversează toate zonele de amestecare contribuie semnificativ la amestecarea sării pe distanțe lungi, a regulitului și a amestecului de nutrienți și transferul de masă în sărurile continentale.

4.3. Salar de Uyuni ca analog pentru mediul saramului marțian

1,02 mm/zi, în saramuri sezoniere terestre. În primul rând, conform conturilor publicate de RSL, acestea sunt caracteristici sezoniere pe Marte și apar și continuă să crească [64] ca saramurile Salar de Uyuni într-un anumit anotimp, când condițiile de temperatură și HR permit posibilitatea apelor lichide tranzitorii. Un exemplu al prezenței RSL și al asocierii sale cu depozite vizibile de sare, similar cu saramurile Salar de Uyuni, este prezentat în Figura 11 pentru Aureum Chaos, care este un sistem major de canion și o zonă prăbușită pe Marte, care este abundentă în hidratare sau minerale argiloase (filosilicate) și săruri ca urmare a scurgerilor vaste de apă subterană din trecut. Cu toate acestea, în comparație cu saramurile Salar de Uyuni, RSL-urile sunt semnificativ mai înguste și mai mici ca dimensiuni, cu lățimi de 0,5-5 m și lungimi care ating maximum câteva zeci de metri [64]. Prin urmare, volumul saramurilor formate în RSL poate fi semnificativ mai mic în comparație cu saramurile terestre, ducând astfel la rate mai mici de eroziune. În plus, limitele de eroare pentru cotele derivate din HiRISE pot fi de ordinul

5. Concluzii

7 m în verticală și

2 m în orizontală fără a utiliza GCP și bazându-se exclusiv pe GPS-ul de la bordul UAV-ului; suficient pentru obiectivele noastre, care s-au concentrat în principal pe imagistică și observarea modificărilor dimensionale în dungi și au fost independenți de cerința acurateței poziționale absolute. Cu toate acestea, utilizarea noastră a SGCP oferă o mai mare încredere în rezultatele și inferențele obținute. Această gamă de RMSE este raportată de un alt studiu recent [116] pentru sisteme similare UAV. Monitorizarea sezonieră a unor astfel de medii de saramură pe parcursul mai multor ani poate dezvălui la rezoluție înaltă impactul schimbărilor climatice asupra hidrologiei și dinamicii apelor subterane ale acestor regiuni vulnerabile din punct de vedere ecologic. De asemenea, va fi avantajos să adăugați inferențe bazate pe simulări numerice constând în considerații pentru gravitația marțiană pentru a obține transporturi de regulit posibile în saramurile marțiene așteptate.