REVIEW : INVESTIGASI EKSPERIMENTAL OKSIDASI PYROXENE DAN BASALT: IMPLIKASI UNTUK ANALISIS SPEKTROSKOPI PERMUKAAN VENUS DAN ZAMAN ALIRAN LAVA

Investigasi Eksperimental Oksidasi Pyroxene Dan Basalt: Implikasi Untuk Analisis Spektroskopi Permukaan Venus Dan Zaman Aliran Lava
K. S. Cutler and 


Ilmuwan Menduga Venus Pernah Dipenuhi Alien?

Reviewer Risnul Hasyim (170204016)

1.        Pengantar dan Latar Belakang
Permukaan Venus harus diubah secara luas karena interaksinya dengan atmosfer CO2 – CO – SO2, yaitu terjadi pada tekanan dan suhu tinggi, 95.6bar dan  470 ° C. Interaksi gas-padat ini harus mencakup oksidasi dan sulfurisasi, yang seharusnya menghasilkan lapisan tipis magnetit, hematit, dan / atau sulfat pada permukaan mineral dan batu Penelitian sebelumnya telah memeriksa oksidasi suhu tinggi dari mineral silikat feromagnesia tetapi diperlukan lebih banyak pekerjaan membatasi laju oksidasi piroksen dan basal, serta untuk menyelidiki bagaimana oksidasi mempengaruhi mineral diagnostik pita serapan dalam spektra terlihat ke inframerah-dekat (VNIR). Dalam panjang gelombang VNIR, permukaan Venus dapat dilihat dari mengorbit hanya melalui beberapa jendela spektral sempit, semuanya dengan panjang gelombang dekat 1μm (1000nm). 

Visibilitas Venus yang demikian permukaan telah ditunjukkan dalam gambar dari Virtual Instrumen Spektrometer Pencitraan Termal Inframerah (VIRTIS) di pesawat ruang angkasa Venus Express (Drossart et al. 2007). VIRTIS (dan instrumen serupa) melihat permukaan Venus dalam keadaan dipancarkan Cahaya VNIR, dan sifat material permukaan diambil oleh menghitung emisivitasnya, e, dengan membandingkan yang diamati emisi dengan yang dari benda hitam pada suhu yang sama. Tak satu pun dari studi ini mempertimbangkan bagaimana perubahan dan oksidasi akan mempengaruhi sifat-sifat VNIR dari bahan. Filiberto et al. (2020) meneliti oksidasi olivin di Suhu permukaan Venus dan spektra reflektansi yang diperoleh olivin yang diubah. Lebih lanjut, Minitti et al. (2002) sebelumnya meneliti efek oksidasi pada gelas basaltik dan piroksen dan juga memperoleh spektra pantulan dari diubah menjalankan produk, tetapi bahannya dari Mars dan bukan Komposisi Venus; Namun, hasilnya akan dibandingkan disini juga.

Kedua studi menunjukkan bahwa bahan Fe-bearing menjadi dilapisi dalam hematit dalam beberapa hari sampai beberapa bulan dan bahwa fitur spektral olivin karakteristik pada 1μm (1000nm) melemah dan lenyap. Oleh karena itu, jika emisivitas tinggi dari aliran lava disebabkan oleh kehadiran olivin, ini Umur, paling lama, beberapa tahun. untuk lebih bahan realistis untuk kerak Venus. Karena itu, dalam hal ini mempelajari, kami menyelidiki efek oksidasi pada VNIR reflektansi (dan karenanya emisivitas) dari beberapa bahan basaltik: augit, diopside, piroksenit, dan basal analog Venus. Kami Tujuan utama adalah untuk membatasi laju oksidasi dan pelapukan pada permukaan Venus dan dengan demikian zaman aliran lahar "segar". 

Kita memilih basal alkali dengan kimia curah yang mirip dengan itu dianalisis di Venera. Kami juga memilih tiga piroksen yang berbeda karena mereka berlimpah di basal terestrial, dan karena Basalt Venus secara kimiawi mirip dengan basalt terestrial, piroksen juga harus menjadi konstituen utama basal Venus. Selanjutnya, berdasarkan pada mineralogi kerak basaltik lainnya benda-benda planet (mis., Tompkins & Pieters 1999; De Sanctis et al. 2012; Ehlmann & Edwards 2014), bagian basalt dari kerak Venus harus didominasi oleh piroksen dan mirip dengan olivin. Pyroxenes menunjukkan penyerapan yang khas band dekat 1, serta 2, μm (mis., Adams 1975), yang pertama yang diukur pada permukaan Venus dengan spektral pengukuran dari orbit (mis., Drossart et al. 2007).

2.      Bahan Awal
Sampel iopside (D), augite (A), dan pyroxenite (P) adalah dibeli dari Ward Science. Sampel basal (B) adalah dikumpulkan di gunung berapi Sverrefjell (Spitsbergen, Svalbard, Norwegia) pada tahun 2001 Agustus (Treiman et al. 2002). Mineral dan curah kimia dari setiap sampel diverifikasi oleh microprobe elektron (EMP) analisis Sampel mineral relatif murni tetapi memiliki mineral sekunder minor. Semua sampel dipotong menjadi sekitar 5mm lembaran untuk percobaan. Basal Sverrefjell adalah silika-kurang jenuh dan alkali basalt, yang mirip dengan analisis Basal adalah vesikular dan mengandung kaca, olivin, piroksen, plagioklas, dan kromit.

3.   Rincian Eksperimental dan Analitik
Penelitian ini secara langsung mengikuti metode Filiberto et al. (2020) untuk pengaturan eksperimental, suhu reaksi, durasi percobaan, dan suasana. Selanjutnya, kami dipandu oleh pendekatan yang sama menggabungkan oksidasi eksperimen dan analisis VNIR untuk material Mars (Minitti et al. 2002). Sampel yang dilepas dan tidak ditempatkan ditempatkan dalam tungku kotak Thermo Lindberg / Blue M di NASA Johnson Space Center (JSC), di bawah atmosfer terestrial, di 600 ° C, dan dikeluarkan setelah jangka waktu satu, dua, empat, dan masing-masing tujuh minggu. Percobaan dilakukan di udara agar dapat dibandingkan secara langsung dengan pekerjaan sebelumnya (Filiberto et al. 2020) dan untuk memastikan materi eksperimen yang cukup untuk menjadi dianalisis oleh VNIR, yang memiliki diameter sekitar satu inci probe kontak. Eksperimen itu memiliki kandungan oksigen atmosfer Bumi, fO2 = 0.25bars, atau fayalitemagnetite-quartz (QFM)  + 10 unit log (McCammon 2005).

Suhu yang digunakan dalam percobaan adalah sedikit lebih tinggi dari suhu permukaan saat ini Venus, Dalam Filiberto et al. (2020), kami menunjukkan bahwa pendekatan eksperimental ini menghasilkan serupa hasil (baik mineralogi dan laju oksidasi) untuk eksperimen berjalan di bawah komposisi atmosfer mirip Venus Selanjutnya, seperti yang ditunjukkan di bawah, hasil percobaan kami menghasilkan perubahan mineralogi pada tingkat oksidasi yang sama seperti penelitian sebelumnya (Berger et al. 2019; Filiberto et al. 2020; Teffeteller et al. 2020). Karena itu, Meskipun perbedaan ini memang berpotensi membatasi karya yang disajikan, hasil eksperimen berlaku untuk
mempelajari perubahan pada permukaan Venus.

4.  Hasil
Alkali Basalt
Spektrum reflektansi dari basal Sverrefjell yang tidak teroksidasi adalah tipikal basal - reflektansi keseluruhan rendah (5%) dengan kemiringan kontinum biru (penurunan reflektansi dengan panjang gelombang yang meningkat).Diopside Spektrum pemantulan sampel diopside yang tidak teroksidasi adalah tipikal untuk Ca-klinopyroxenes Schade et al. 2004; Klima et al. 2011a, 2011b). Keduanya menonjol minima reflektansi, dekat 1100 dan 2300nm, disebabkan oleh transisi bidang kristal Fe2 + dalam dua kristalografi situs (Hazen et al. 1978; Burns 1993).

Orthopyroxenite Spektrum reflektansi dari orthopyroxenite yang tidak dioksidasi sampel, P,menunjukkan dua serapan luas khas band untuk piroksen, berpusat di 0.95 dan 1.9μm, mirip dengan piroksen alami (Adams 1975); ini dikaitkan dengan Fe2 + transisi bidang kristal di situs kristalografi (Besancon 1981).Sampel teroksidasi menunjukkan penyempitan bertahap pada 950nm band dan perkiraan kenaikan kedalaman band 20% (awal BD = 0.4 dibandingkan dengan minggu ketujuh BD = 1.88) pada akhir dari tujuh minggu

Refleksi keseluruhan meningkat sedikit dengan peningkatan oksidasi, yang mungkin mewakili peningkatan proporsi (relatif lebih cerah) bijih besi. Seperti halnya diopside, perubahan yang paling signifikan adalah dalam panjang gelombang yang lebih pendek (mis., terlihat) di mana penyerapan puncak menjadi lebih menonjol, konsisten dengan pembentukan bijih besi. Gambar BSE juga menunjukkan peningkatan bertahap dalam jumlah hematit di permukaan, dengan pembentukan hematit istimewa dekat retakanAgustus Spektrum pemantulan sampel augite (A) cukup berbeda dengan piroksen D dan P: ia sangat luas pemantulan minimum antara 0,5 dan 2,5μm tetapi pada kisaran reflektansi kecil <5%.Spektrum reflektansi ini mirip dengan augmented "tipe A" dari Adams (1975) dan Schade et al. (2004). 

Penyerapan luas ini disebabkan augite yang memiliki banyak Ca2 +, yang menempati semua atau hampir semua situs kristalografi M2. Karena Fe2 + tidak dapat di situs M2, 1 dan 2μm pita absorpsi tidak ada atau sangat lemah. Akibatnya, Fe2 + menempati kristalografi M1 yang lebih kecil situs, yang menghasilkan dua serapan lemah pada 1μm, yaitu tidak terlalu jelas dalam spektrum sampel ini karena Fe2 + rendah kelimpahan dalam sampel . Terlepas dari penempatan Fe2 + dalam struktur kristal piroksen, oksidasi augite menyebabkan perubahan yang mirip dengan yang terlihat pada sampel orthopyroxene dan diopside: reflektansi keseluruhan meningkat, dan tanda tangan hematit khas menjadi jelas hanya pada panjang gelombang terpendek

5. Diskusi
Hasil percobaan di sini, digabungkan dengan sebelumnya studi (Berger et al. 2019  dapat digunakan untuk membatasi laju oksidasi mineral basalt dan basaltik pada Venus, yang pada gilirannya dapat digunakan untuk membatasi usia lava mengalir di Venus. Dengan demikian, kita bisa mengkalibrasi usia aliran lava yang telah diukur dengan emisivitas near-infrared (NIR), mis., seperti yang dilakukan oleh Smrekar et al. (2010) dan D'Incecco et al. (2017) menggunakan data dari VIRTIS (Drossart et al. 2007). Sampel basal menjadi dilapisi dengan hematit, to the point mengaburkan reflektansi VNIR-nya, kira-kira sama waktu sebagai olivin dan gelas (Gambar 1), setelah satu bulan bereaksi (Minitti et al. 2002; Filiberto et al. 2020). 

Selanjutnya, basal sampel membentuk lapisan hematit pada skala waktu yang sama seperti gelas basaltik dan mineral basaltik di bawah gas CO2 – CO (mis., Berger et al. 2019; Teffeteller et al. 2019, 2020). Karena itu, ini menyiratkan bahwa laju pembentukan hematit pada dasarnya tidak bergantung pada oksigen fugacity atau perbedaan dalam kondisi atmosfer, yang menyiratkan bahwa laju-membatasi mekanisme dalam oksidasi bukanlah ketersediaan oksigen pada permukaan tetapi difusi besi ke permukaan batu seperti sebelumnya yang disarankan sebelumnyaKarya-karya ini menunjukkan bahwa perubahan pada Venus adalah didominasi oleh perkembangan lapisan tipis yang cepat (<1μm) hematit nanofase di permukaannya. Ini konsisten dengan warna merah dari permukaan batuan Venus dan regolith di Venera 9 dan 10 lokasi pendaratan, yang sugestif (pigmen atau nanophase) hematit (Pieters et al. 1986). 

Namun belerang dapat mengubah tingkat perubahan dan kemungkinan akan menyebabkan sulfat, selain hematit, terbentuk di permukaan basal Dalam percobaan kami, piroksen diubah dan dioksidasi lebih banyak lebih lambat dari olivin atau basal yang konsisten dengan sebelumnya hasil eksperimen untuk Mars, pantulan piroksen meningkat secara moderat di semua panjang gelombang lebih panjang dari 800nm, mungkin karena lapisan hematit memiliki reflektansi yang lebih tinggi daripada yang mendasarinya.

Sementara Refleksi sampel augit dan ortopiroksenit berubah lebih dari diopside, yang memiliki zat besi terendah kandungan. Tidak mengherankan, ini menunjukkan bahwa piroksen mengandung zat besi akan teroksidasi lebih cepat daripada piroksen rendah-besi. Secara spektral, semua piroksen akan dapat dideteksi oleh pemantulan VNIR (dan emisivitas) di permukaan Venus, bahkan setelah dua bulan perubahan. Membandingkan ini dengan karya terbaru tentang olivin oksidasi (Filiberto et al. 2020) menunjukkan bahwa perubahan piroksen adalah tentang urutan besarnya lebih lambat daripada oksidasi olivin, dengan asumsi tingkat ini tidak signifikan perubahan, akan menyarankan bahwa piroksen yang mengandung besi akan ditutupi dengan hematit dalam rentang waktu dekade, dengan peringatan bahwa belerang di atmosfer kemungkinan akan meningkatkan tingkat perubahanPercobaan perubahan dikombinasikan dengan VNIR seperti yang dijelaskan di sini dapat memberikan kendala untuk mendeteksi area di Venus dicirikan oleh letusan baru-baru ini. Karena itu, untuk masa depan misi, ini menyiratkan bahwa pengukuran emisivitas orbit di wilayah 1μm dapat digunakan untuk menghitung tidak hanya besi konten dan keadaan oksidasi permukaan Venus (mis., Dyaret al. 2019), tetapi hasil ini dapat digunakan untuk memperkirakan umur basal lava mengalir. Misi yang diusulkan di masa depan, seperti EnVision; Investigasi Venus, Atmosfer yang Dalam, Kimia, dan Pencitraan + (DAVINCI +); atau Venus Emissivity, Ilmu Radio, InSAR, Topografi, dan Spektroskopi(VERITAS; Ghail et al. 2012, 2018; Glaze et al. 2017, 2018; Garvin et al. 2020; Smrekar et al. 2020; Widemann et al. 2020), harus dapat melihat perubahan aliran ini konsisten dengan oksidasi dan perubahan.

Kesimpulan
Hasil percobaan kami mengkonfirmasi bukti pendarat dan kesimpulan teoretis bahwa batuan basaltik di permukaan Venus harus dilapisi oleh hematit Selanjutnya, laju oksidasi dan perubahan adalah cepat; olivin dan basal teroksidasi dalam beberapa minggu hingga bulan, menyebabkan karakteristik optik VNIR dari basal dan mineral (Olivin, piroksen) tidak terdeteksi setelah beberapa dekade. Hasil tersebut memberikan dukungan untuk kesimpulan terbaru (Filiberto et al. 2020) bahwa lava mengalir di Idunn Mons (Smrekar et al. 2010; D'Incecco et al. 2017) sebenarnya baru berumur beberapa dekade. Eksperimen yang sedang berlangsung dan mendatang di bawah atmosfer lebih mirip Venus sendiri (mis., Pada fO2 bawah dan mengandung bantalan sulfur spesies gas) harus lebih lanjut membatasi rentang waktu ini. Akhirnya, pesawat ruang angkasa Venus di masa depan harus menggabungkan spektrometer pencitraan, peka pada panjang gelombang "jendela" melalui Atmosfer Venus (di wilayah 1μm), untuk membatasi setrika isi, keadaan oksidasi, dan dengan demikian usia lava Venus mengalir.

Share this

Related Posts

Previous
Next Post »
Comments


EmoticonEmoticon