Loading…
Thumbnail Image

Density and porosity of the upper lunar crust from combined analysis of gravity and topography data

Wahl, Daniel

FG Planetengeodäsie

Lateral variations in bulk density of the upper lunar crust are estimated using high resolution gravity data from Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) mission in combination with topography data obtained by the laser altimeter (LOLA) on board of Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Two different methods for estimating the bulk density are compared: The first approach focuses on minimizing the correlation between Bouguer gravity and the topography. Bulk density maps are derived for grid points of a global raster with a spacing of 0.75° within circular analysis regions of 3° radius. The first method is tested against a modified approach, where we search for the density which minimizes the short-scale roughness of the derived Bouguer anomaly. Global porosity of the upper crust is calculated using bulk densities in combination with independently obtained grain densities, estimated from remotely obtained composition of surface materials. In the further course, the porosity of 40 impact basins (D > 200 km) located in the lunar highlands is analyzed. The basins typically show similar porosity signatures, characterized by high crustal porosities near the basin rims as opposed to low porosities in their centers within the peak ring. We find that larger basins possess a more pronounced porosity signature than smaller basins. Furthermore, we find that younger basins show a more pronounced porosity contrast, while for older basins the porosity signatures tend to vanish within the global background, presumably due to their longer exposure and modification through subsequent impacts. The new data on the interior structure of impact basins elaborated in this work complement our knowledge about the characteristics of lunar craters. The gained results help to improve our understanding of the formation process of the lunar impact basins and give us new insights in the modification of the upper crust of the Moon during the late accretion of terrestrial planets.
Durch die kombinierte Auswertung eines hochauflösenden Schwerefeldmodells der Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) Mission und der Topographie, hergeleitet aus Messdaten des Lunar Orbiter Laser Altimeters (LOLA) an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiters (LRO), werden laterale Variationen der Schüttdichte bestimmt. Zwei unterschiedliche Methoden zur Berechnung werden miteinander verglichen: Bei dem ersten Ansatz wird die Schüttdichte durch das Minimieren der Korrelation zwischen der Bouguer Schwere und der Topographie bestimmt. Karten der Schüttdichte haben eine Auflösung von 0.75°, wobei einzelne Punkte innerhalb 3° großer Analyseregionen ermittelt werden. Die erste Methode wird mit einem weiterentwickelten Ansatz verglichen, bei dem die gesuchte Schüttdichte durch das Minimieren der Oberflächenrauigkeit der Bouguer Schwere bestimmt wird. Die Porosität des oberen Krustengesteins lässt sich herleiten, indem man die berechnete Schüttdichte in Relation zur Korndichte setzt. Anschließend wird die Porosität von 40 Einschlagbecken (D > 200 km) in den Hochländern analysiert. Im Zentrum, innerhalb des Peak-Rings, weist das Krustenmaterial eine sehr geringe Porosität auf, während weiter außen, in der Nähe des Beckenrandes, eine sehr hohe Porosität beobachtet werden kann. Die Intensität dieser Signatur wird durch die Größe des Beckens bestimmt, wobei größere Krater einen markanteren Ausdruck in ihrer Porositätsstruktur aufweisen als kleinere. Auch das Alter der Becken hat einen Einfluss auf die vorzufindende Porosität: Jüngere Becken zeigen einen ausgeprägten Kontrast in ihrer Porosität als ältere Becken. Der Grund ist vermutlich, dass ältere Becken den Einschlägen von Meteoriten länger ausgesetzt waren. Ihre ursprüngliche Porositätsstruktur wurde stärker verändert, so dass ihre Signatur im globalen Hintergrund teilweise nur noch schwer zu erkennen ist. Die in dieser Arbeit neu gewonnenen Erkenntnisse über die innere Struktur von Einschlagbecken vervollständigen unser Wissen über die Eigenschaften von Mondkratern. Sie verbessern unser Verständnis über die Entstehungsprozesse von Einschlagbecken und die Modifikation der oberen Mondkruste in der späten Akkretionsphase der terrestrischen Planeten.