Estudio espectroscópico y DRX de afloramientos terrestres volcánicos en la isla de Tenerife como posibles análogos de la geología marciana

Autores/as

  • E. A. Lalla Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad de La Laguna - Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología
  • G. López-Reyes Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología
  • A. Sansano Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología
  • A. Sanz-Arranz Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología
  • D. Schmanke Universidad de Johannes Gutenberg
  • G. Klingelhöfer Universidad de Johannes Gutenberg
  • J. Medina-García Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología
  • J. Martínez-Frías Departamento de Dinámica Terrestre y Observación de la Tierra, Instituto de Geociencias (CSIC, UCM)
  • F. Rull-Pérez Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología

DOI:

https://doi.org/10.3989/egeol.41927.354

Palabras clave:

Vulcanología, Espectroscopia Raman, Espectroscopia Mössbauer, Difracción de Rayos X, Marte, Tenerife

Resumen


Se ha llevado a cabo una selección de varios afloramientos volcánicos en la Isla de Tenerife (La Caldera de las Cañadas, vulcanismo histórico y la zona del Malpaís de Gu.imar) como posibles análogos terrestres de Marte, considerando los procesos volcánicos ocurridos durante algunas de las etapas geológicas del planeta rojo. En la selección de las áreas de estudio se han tenido en cuenta la diversidad de procesos de alteración, que incluyen fenómenos como meteorización y alteración hidrotermal. Estos procesos terrestres podrían servir como modelo de la actividad volcánica primitiva en Marte. Los materiales seleccionados se han analizado mediante espectroscopia micro-Raman, difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia Mössbauer. Los resultados revelan que la mineralogía de los afloramientos está constituida por una matriz de olivinos, piroxenos y feldespatos. Además, se ha detectado una gran variedad de especies minerales correspondientes a procesos de alteración como óxidos, arcillas y carbonatos. Los resultados obtenidos han demostrado ser un punto de partida para desarrollar investigaciones en estos entornos volcánicos especialmente enfocados al desarrollo de la ciencia de instrumentación para exploración planetaria. La instrumentación utilizada en la investigación ha sido a través de prototipos gemelos empleados en la exploración espacial, como DRX (actualmente en la misión NASA-MSL-Curiosity), espectroscopia Mössbauer (a bordo de la misión NASA-MER) y el futuro instrumento Raman de la misión ESA-ExoMars. Además, la mineralogía detectada coincide con los resultados reportados en Marte. Los métodos de análisis Raman, tanto de caracterización e identificación, mediante el estudio de patrones espectrales se han aplicado exitosamente, donde el análisis de los perfiles Raman son de extrema utilidad para aclarar el origen de las especies minerales. La espectroscopia Mössbauer y la difracción de rayos X han confirmado los resultados Raman.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Agee, C.B.; Wilson, N.V.; McCubbin, F.M.; Ziegler, K.; Polyak, V.J.; Sharp, Z.D.; Asmerom, Y.; Nunn, M.H.; Shaheen, R.; Thiemens, M.H.; Steele, A.; Fogel, M.L.; Bowden, R.; Glamoclija, M.; Zhang, Z. & Elardo, S.M. (2013). Unique Meteorite from Early Amazonian Mars: Water-Rich Basaltic Breccia Northwest Africa 7034. Science, 339 (6121): 780–785.

Anguita, F.A. & Hernán, F. (1975). A propagating fracture model versus a hot spot origin for the Canary Islands. Earth and Planetary Science Letters, 27 (1): 11–19.

Anguita, F. & Hernán, F. (2000). The Canary Islands origin; a unifying model. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 103: 1–26.

Apopei, A.I. & Buzgar, N. (2010). The Raman study of amphiboles. Analele s•tiint•ifice ale Universita.t.ii "Al. i. cuza" Ias•i, Geologie, 56 (1): 57–83.

Ara-a, V. (1979). Litología y estructura del Edificio Ca-adas, Tenerife (Islas Canarias). Estudios geológicos, 27: 95–135.

Ara-a, V. & Ortiz, A. (1986). La volcanología Actual: Una revisión. Anales de Física, 82: 1–14.

Barnes, D.; Battistelli, E.; Bertrand, R.; Butera, F.; Chatila, R.; Del Biancio, A.; Draper, C.; Ellery, A.; Gelmi, R.; Ingrand, F.; Koeck, C.; Lacroix, S.; Lamon, P.; Lee, C.; Magnani, P.; Patel, N.; Pompei, C.; Re, E.; Richter, L.; Rowe, M.; Siegwart, R.; Slade, R.; Smith, M.F.; Terrien, G.; Wall, R.; Ward, R.; Waugh, L. & Woods, M. (2006). The ExoMars rover and Pasteur payload Phase A study: an approach to experimental astrobiology. International Journal of Astrobiology, 5 (3): 221–241.

Bish, D.L.; Carey, J.W.; Vaniman, D.T. & Chipera, S.J. (2003). Stability of hydrous minerals on the Martian surface. Icarus, 164: 96–103.

Bish, D.L.; Blake, D.; Sarrazin, P.; Treiman, A.H.; Hoehler, T.; Hausrath, E.M., Midtkandal, I. & Steele, A. (2007). Field XRD/XRF mineral analysis by the MSL CheMin instrument. 38th Lunar and Planetary Science Conference, Abstract, 1163.

Bish, D.L.; Blake, D.F.; Vaniman, D.T.; Chipera, S.J.; Morris, R.V.; Ming, D.W.; Treiman, A.H.; Sarrazin, P.; Morrison, S.M.; Downs, R.T.; Achilles, C.N.; Yen, A.S. Bristow, T.F.; Crisp, J.A.; Morookian, J.M.; Farmer, J.D.; Rampe, E.B.; Stolper, E.M.; Spanovich, N. & MSL Science Team (2013). X-ray Diffraction Results from Mars Science Laboratory: Mineralogy of Rocknest at Gale Crater. Science, 341 (6153): 1238932.

Bridges, J.C.; Catling, D.C.; Saxton, J.M.; Swindle, T.D.; Lyon, I.C. & Grady, M.M. (2001). Alteration assemblages in Martian meteorites: implications for near-surface processes. Space Science Review, 96: 365–392.

Bustillo, M.A. & Martínez-Fri´as, J. (2003). Green Opals in Hydrothermalized basalts (Tenerife Island, Spain): Alteration and aging of silica pseudoglass. Journal of non-crystalline solids, 323: 27–33.

Carr, M.H. & Greeley, R. (1980). Volcanic features of Hawaii: A basis for comparison with Mars. NASA SP, 403. 211 p.

Carr, M.H. (2007). The Surface of Mars. Cambridge University Press, Cambridge, 322 p. http://dx.doi.org/10.1017/cbo9780511536007

Carracedo, J. (1975). Estudio paleomagnetico de la isla de Tenerife (islas Canarias). Tesis Doctoral, Universidad Complutense, 265 p.

Carracedo, J. (1999). Growth, structure, instability and collapse of Canarian volcanoes and comparisons with Hawaiian volcanoes. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 94 (1–4): 1–19.

Chevrier, V. (2007). Mineralogy and evolution of the Surface of Mars: A review. Planetary and Space Science, 55 (3): 289–314.

Chopelas, A. (1999). Estimates of mantle relevant Clapeyron slopes in the MgSiO3 system from high-pressure spectroscopic data. American Mineralogist, 84 (3): 233–244.

Christensen, P.R.; Bandfield, J.L.; Bell III, J.F.; Gorelick, N.; Hamilton, V.E.; Ivanov, A.; Jakosky, B.M.; Kieffer, H.H.; Lane, M.D.; Malin, M.C.; Mehall, G.L.; McConnochie, T.; McEwen, A.S.; McSween, H.Y.; Moersch, J.E.; Nealson, K.H.; Rice, J.W.; Richardson, M.I.; Ruff, S.W.; Smith, M.D.; Titus, T.N. & Wyatt, W. (2003). Morphology and composition of the surface of Mars: Mars Odyssey THEMIS results. Science, 300 (5628): 2056–2061.

Dong Zu, E.; Qing Li, S.; Zou, Y.; Gang Zhao, X.; Dan Sun, Y.; Fei Lin, Y. & Li, H. (2011). Study of Natural and Synthetic Quartz by Raman Spectra. Key Engineering Materials, 492: 341–344.

Donoghue, E. & Troll, V.R. (2008). Low temperature hydrothermal alteration of intra-caldera tuffs, Miocene Tejeda. Journal of Volcanology and Geothermal Reseach, 176 (4): 551–564.

Ellery, A.; Kolb, C.; Lammer, H.; Parnell, J.; Edwards, H.; Richter, L.; Patel, M.; Romstedt, J.; Dickensheets, D.; Steele, A. & Cockell, C. (2003). Astrobiological instrumentation for Mars – the only way is down. International Journal of Astrobiology, 1 (4): 365–380.

Fleischer, I. (2010). Diversity of Lithologic Components at Meridiani Planum, Mars: Insights from Mo.ssbauer Spectroscopic Investigations. Tesis Doctoral Johannes Gutenberg-Universität an Mainz.

Freeman, J.J.; Wang, A.; Kuebler, K.E.; Jolliff, B.L. & Haskin, L.A. (2008). Characterization of natural feldspars by Raman spectroscopy for future planetary exploration. The Canadian Mineralogist, 46 (6): 1477–1500.

Frost, R.L. & Kloprogge, J.T. (2001). Towards a single crystal Raman spectrum of kaolinite at 77 K. Spectrochimica Acta Part A, 57 (1): 163–175.

García-Hernández, J.E.; Notario Del Pino, J.S.; González Martín, M.M.; Hernán Reguera, F. & Rodríguez Losada, J.A. (1993). Zeolites in pyroclastic deposits in southeastern Tenerife (Canary Islands). Clays and Clay Minerals, 41 (5): 521–526.

Haley, L.V.; Wylie, I.W. & Koningstein, J.A. (1982). An investigation of the lattice and interlayer water vibrational spectral regions of muscovite and vermiculite using Raman microscopy. Journal of Raman Spectroscopy, 13 (2): 203–205.

Hofmeister, A.M.; Cynn, H.; Burnley, P.C. & Meade, C. (1999). Vibrational spectra of dense, hydrous magnesium silicates at high pressure: Importance of the hydrogen bond angle. American Mineralogist, 84: 454–464.

Horgan, B. (2013). Planetary science: Evolved magma on Mars. Nature Geoscience, 6: 991–992.

Houghton, B.; Rymer, H.; Stix, J. & McNutt, S. (1999). Encyclopedia of Volcanoes. Academic Press, 1417 p.

Huang, E; Chen, C.H.; Huang, T.; Lin, E.H. & Xu, JI-AN. (2000). Raman spectroscopic characteristics of Mg-Fe-Ca pyroxenes. American Mineralogist, 85 (3–4): 473–479.

Jubb, A.M. & Allen, H.C. (2010). Vibrational Spectroscopic characterization of the Hematite, Maghemite and magnetite thin films produced by Vapor deposition. Applied Materials & Interfaces, 2 (10): 2804–2812.

Klingelho.fer, G.; Imkeller, U.; Kankeleit, E. & Stahl, B. (1992). Remarks on depth selective CEMS Backscattering measurements. Hyperfine Interactions, 71: 1445–1448.

Klingelho.fer, G.; Morris, R.V.; Bernhardt, B.; Rodionov, D.; de Souza, P.A.; Squyres, S.W.; Foh, J.; Kankeleit, E.; Bonnes, U.; Gellert, R.; Schro.der, C.; Linkin, S.; Evlanov, E.; Zubkov, B. & Prilutski, O. (2003). Athena - MIMOS II Mo.ssbauer spectrometer investigation. Journal of Geophysical Research: Planets, 108 (E12): 8067.

Klingelhöfer, G.; Blumers, M.; Bernhardt, B.; Lechner, P.; Gironés-Lopez, J.; Maul, J.; Soltau, H.; Stru.der, L. & Henkel, H. (2010). The improved miniaturised Mössbauer spectrometer MIMOS IIA with elemental analysis capability and increased sensitivity. 41st Lunar and Planetary Science Conference, Abstract, 2423.

Kloprogge, J.T.; Hickey, L. & Frost, R.L. (2002). Synthesis and spectroscopic characterisation of deuterated hydrotalcite. Journal of Materials Science Letters, 21 (8): 603–605.

Krisshnamurti, D. (1962). The Raman Spectrum of rutile. Proceedings of the Indian Academy of Sciences, 55 (5): 290–299.

Kuebler, K.E.; Jolliff, B.L.; Wang, A. & Haskin, L.A. (2006). Extracting olivine (Fo–Fa) compositions from Raman spectral peak positions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 70 (24): 6201–6222.

Lalla, E.; Sansano, A.; Sanz, A.; Alonso, P.; Medina, J.; Martínez-Frías, J. & Rull, F. (2010). Espectroscopia Raman de Basaltos Correspondientes al Volca´n de las Arenas, Tenerife. Macla, 13: 129–130.

Lalla, E.; Sansano, A.; Sanz, A.; Navarro, R.; López-Reyes, G.; Venegas, G.; Rodríguez, J.A.; Medina, J.; Martínez-Frías, J; Rull, F. (2011). Raman spectroscopy of Pillow Lavas from the Anaga Zone – Tenerife, Canary Island. Macla, 15: 119–120.

Lalla, E. (2014). Tenerife como análogo de Marte: Caracterización multi-analítica (Raman, DRX, ATR- FTIR, SEM y Mössbauer) de muestras de interés planetario y Astrobiológico. Tesis Doctoral, Universidad de Valladolid. 214 p. http://uvadoc.uva.es/handle/10324/4572

Martí, J.; Hurlimann, M.A. & Gudmundsson, G.J. (1997). Stratigraphy, structure and geochronology of the Las Can.adas caldera (Tenerife, Canary Islands). Geological Magazine, 131 (6): 715–727.

Martí, J. & Gudmundsson, G.J. (2000). The Can.adas caldera (Tenerife, Canary Islands): An ovverlapping collapse caldera generated by a magma-chamber migration. Journal of vulcanology and geothermal research, 103: 161–173.

Mckeown, D.A.; Bell, M.I. & Etz, E.S. (1999). Vibrational Analysis of the Dioctahedral Mica: 2M1 Muscovite. American Mineralogist, 84: 1041–1048.

McSween, H.Y.; Taylor, G.J. & Wyatt, M.B. (2009). Elemental composition of the Martian crust. Science, 324 (5928): 736–739.

Mittlefehldt, D.W. (1994). ALH84001, a cumulate orthopyroxenite member of the Martian meteorite. Meteoritics, 29 (2): 214–221.

Mouginis-Mark, P. & Robinson, M.S. (1992). Evolution of the Olympus Mons Caldera, Mars. Bulletin of Volcanology, 54 (5): 347–360.

Mouri, T. & Enami, M. (2008). Raman spectroscopic study of olivine-group minerals. Journal of Mineralogical and Petrological Science, 103: 100–104. http://dx.doi.org/10.2465/jmps.071015

Mustard, J.F.; Murchie, S.L.; Pelkey, S.M.; Ehlmann, B.L.; Milliken, R.E.; Grant, J.A.; Bibring, J.P.; Poulet, F.; Bishop, J.; Noe Dobrea, E.; Roach, L.; Seelos, F.; Arvidson, R.E.; Wiseman, S.; Green, R.; Hash, C.; Humm, D.; Malaret, E.; McGovern, J.A.; Seelos, K.; Clancy, T.; Clark, R.; Marais, D.D.; Izenberg, N.; Knudson, A.; Langevin, Y.; Martin, T.; McGuire, P.; Morris, R.; Robinson, M.; Roush, T.; Smith, M.; Swayze, G.; Taylor, H.; Titus, T. & Wolff, M. (2008). Hydrated silicate minerals on Mars observed by the Mars Reconnaissance Orbiter CRISM instrument. Nature, 454: 305–309.

Okada, T.; Narita, T.; Nagai, T. & Yamanaka, T. (2008). Comparative Raman spectroscopic study on ilmenite-type MgSiO3 (akimotoite), MgGeO3, and MgTiO3 (geikielite) at high temperatures and high pressures. American Mineralogist, 93 (1): 39–47.

Osinski, G.R.; Léveillé, R.; Berinstain, A.; Lebeuf, M. & Bamsey, M. (2006). Terrestrial Analogues to Mars and the Moon: Canada's Role. Geoscience Canada, 33 (4): 175–188.

Risuen.o-Di´az, E. (2005). Reserva Natural especial del Malpai´s de Guímar: Informe del Plan director. Consejería de medio ambiente y Ordenación Territorial, Gobierno de Canarias, 55 p. Rodríguez-Losada, J.A.; Martínez-Frías, J.; Bustillo,

M.A.; Delgado, A.; Herna´ndez-Pacheco, A. & De la Fuente Krauss, J.V. (2000). The hydrothermally altered ankaramite basalts of Punta Poyata (Tenerife, Canary Islands). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 103: 367–376.

Rodríguez-Badiola, E. & Carracedo, J.C. (2008). El volcán Teide. Tomo I, Geología y volcanología del Teide y las dorsales. Rocas Volcánicas del Teide. Excmo. Cabildo de Santa Cruz de Tenerife, Consejería de Medio Ambiente, 145 p.

Romero, C; Quirantes, F. & Martínez de Pisón, E. (1986). Los Volcanes, guía física de Espa-a 1. Alianza Editorial. 254 p.

Rull, F. & Martínez-Fri´as, J. (2003). Identification of Calcite grains in the Vaca Muerta mesosiderite by Raman Spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy, 34 (5): 367–370.

Rull, F. & Martínez-Frías, J. (2006). Raman spectroscopy goes to mars. Spectroscopy Europe, 18 (1): 18–21. http://hdl.handle.net/10261/36075

Rull, F.; Martínez-Fri´as, J. & Rodríguez-Losada, J.A. (2007). Micro-Raman spectroscopic study of El Gasco pumice, western Spain. Journal of Raman Spectroscopy, 38 (2): 239–244.

Rull, F.; Maurice, S.; Díaz, E.; Tato, C.; Pacros, A. & RLS Team (2011). The Raman Laser Spectrometer (RLS) on the ExoMars 2018 Rover Mission. 42nd Lunar and Planetary Science Conference, Abstract, 1608.

Schmidt, M.E.; Farrand, W.H.; Johnson, J.R.; Schro.der, C.; Hurowitz, J.A.; McCoy, T.J.; Ruff, S.W.; Arvidson, R.E.; Des Marais, D.J.; Lewis, K.W.; Ming, D.W.; Squyres, S.W. & de Souza, P.A. (2009). Spectral, mineralogical, and geochemical variations across Home Plate, Gusev Crater, and Mars indicate high and low temperature alteration. Earth and Planetary Science Letters, 281 (3–4): 258–266.

Sekiya, T.; Ohta, S.; Kamei, S.; Hanakawa, M. & Kurita, S. (2001). Raman spectroscopy and phase transition of anatase TiO2 under high pressure. Journal of Physics and Chemistry Solids, 62 (4): 717–721.

Sharma, S.K.; Lucey, P.G.; Ghosh, M.; Hubble, H.W. & Horton, K.A. (2003) Stand-off Raman spectroscopic detection of minerals on planetary surfaces. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 59 (10): 2391–2407. http://dx.doi.org/10.1016/S1386-1425(03)00080-5

Stalport, F.; Glavin, D.P.; Eigenbrode, J.L.; Bish, D.; Blake, D.; Coll, P.; Szopa, C.; Buch, A.; McAdam, A.; Dworkin, J.P. & Mahaffy, P.R. (2012). The influence on mineralogy on recovering organic acids from Mars analogue materials using the "one-pot" derivatization experiment on the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument suite. Planetary and Space Science, 67 (1): 1–13.

Stevens, J.G; Khasanov, A.M.; Miller-Bill, J.W.; Pollak, H. & Zhe, Li. (2005). Mössbauer Mineral Handbook. University of North Carolina at Asheville, North Carolina, 636 p.

Stolper, E.M.; Baker, M.B.; Newcombe, M.E.; Schmidt, M.E.; Treiman, A.H.; Cousin, A.; Dyar, M.D.; Fisk, M.R.; Gellert, R.; King, P.L.; Leshin, L.; Maurice, S.; McLennan, S.M.; Minitti, M.E.; Perrett, G.; Rowland, S.; Sautter, V.; Wiens, R.C. & MSL Science Team (2013). The Petrochemistry of Jake_M: A Martian Mugearite. Science 27, 341 (6153): 1239463.

Thirlwall, M.F.; Singer, B.S. & Marriner, G.F. (2000). 39Ar–40Ar ages and geochemistry of the basaltic shield stage of Tenerife, Canary Islands, Spain. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 103 (1–4): 247–297.

Vago, J. (2006). ExoMars: Searching for life on the Red Planet. ESA Bulletin, 126: 16–23.

Wang, A., Haskin, L.A., Lane, A.L., Wdowiak, T.J., Squyres, S.W., Wilson, R.J., Hovland, L.E., Manatt, K.S., Raouf, N. & Smith, C.D. (2003). Development of the Mars microbeam Raman spectrometer (MMRS). Journal of Geophysical. Research: Planets, 108 (E1): 5005.

West, M.D.; Clarke, J.D.A.; Thomas, M.; Pain, C.F. & Walter, M.R. (2010). The geology of Australian Mars analogue sites. Planetary and Space Science, 58 (4): 447–458.

Wang, A.; Jolliff, B.L.; Haskin, L.A.; Kuebler, K.E. & Viskupic, K.M. (2001). Characterization and comparison of structural and compositional features of planetary quadrilateral pyroxenes by Raman spectroscopy. American Mineralogist, 86 (7–8): 790–806.

Wray, J.J.; Hansen, S.T.; Dufek, J.; Swayze, G.A.; Murchie, S.L.; Seelos, F.P.; Skok, J.R.; Irwin III, R.P. & Ghiorso, M.Z. (2013). Prolonged magmatic activity on Mars inferred from the detection of felsic rocks. Nature Geoscience 6, 1013–1017. http://dx.doi.org/10.1038/ngeo1994

Zattina, M.; Bersani, D. & Carter, A. (2007). Raman microspectroscopy: A non-destructive tool for routine calibration of apatite crystallographic structure for fission-track analyses. Chemical Geology, 240 (3–4): 197–204.

Zoltai, T. & Scout, J.H. (1984). Mineralogy: Concepts and Principles. Burgess Publishing Co., Mineapolis. 505 p.

Zotov, N. & Ebbsjo, I. (1999). Calculation of Raman spectra and vibrational properties of silicate glasses: Comparison between Na2Si4O9 and SiO2 glasses. Physical Review B, 60 (9): 6383–6397.

Publicado

2015-12-30

Cómo citar

Lalla, E. A., López-Reyes, G., Sansano, A., Sanz-Arranz, A., Schmanke, D., Klingelhöfer, G., Medina-García, J., Martínez-Frías, J., & Rull-Pérez, F. (2015). Estudio espectroscópico y DRX de afloramientos terrestres volcánicos en la isla de Tenerife como posibles análogos de la geología marciana. Estudios Geológicos, 71(2), e035. https://doi.org/10.3989/egeol.41927.354

Número

Sección

Artículos