اطلاعات مربوط به رسوبات آب‌پوشیده در مریخ، سهم کلیدی در درک تاریخ زمین‌شناسی سیاره و شرایط محیطی گذشته آن، به‌ویژه با در نظر گرفتن پتانسیل سکونت‌پذیری در گذشته، دارد. در نتیجه، تلاش‌های علمی بزرگی برای بازسازی تاریخ زمین‌شناسی مریخ با مستندسازی وقوع آب انجام شده است. ^{۱ ، ۲ ، ۳٫} به عنوان مثال، تصور می‌شود که مناطق پست شمالی مریخ، واقع در نیمکره شمالی سیاره، میزبان اقیانوسی با عمق حداقل ۱٫۴ کیلومتر بوده‌اند . ^۴٫ به همین ترتیب، مشاهده لایه‌بندی‌های متقاطع و بسترهای متقاطع در دهانه‌های Jezero ^۵ و Gale ^۶ ، مبنایی برای استناد به وقوع جریان‌های گل‌آلود ناشی از طوفان‌ها فراهم کرد و بار دیگر وجود یک توده آبی راکد را نشان داد. به طور مشابه، در ارتفاعات جنوبی، از برش‌های پیچ‌درپیچ در گودال‌های نیلی برای بازسازی عملکرد فرسایش رودخانه‌ها به سنگ بستر استفاده شده است . ^۷ . شواهدی از وجود آب، مانند کانی‌های تغییر یافته توسط آب ^{۸ ، ۹ ، ۱۰} و سوابق ژئومورفولوژیکی سیل‌های فاجعه‌بار ^۱ ، برای دره والس مارینریس نیز گزارش شده است که در عرض‌های جغرافیایی میانی واقع شده و بزرگترین سیستم دره‌ای روی کره زمین را نشان می‌دهد ^۱۱ (شکل ۱A ). این گودال در عرض جغرافیایی ۳ تا ۱۵ درجه جنوبی و طول جغرافیایی ۲۶۰ تا ۳۱۰ درجه شرقی واقع شده است و بیش از ۴۰۰۰ کیلومتر طول و ۲۰۰ کیلومتر عرض دارد و در پایین‌ترین نقطه خود به عمق حدود ۴۷۰۰- متر می‌رسد. خود دره از گودال‌های به هم پیوسته (معروف به چاسماتا) تشکیل شده است که به آنها Ius، Ophir، Candor، Melas و Coprates Chasma ^{۱۲ گفته می‌شود. این گودال‌های منفرد توسط فرورفتگی والس مارینریس (VMD) ۱۲} به یکدیگر متصل هستند . خود VMD از شمال و جنوب با فلات‌ها (Pl در شکل ۱B ) هم‌مرز است. در بین فلات جنوبی و VMD، دماغه (Pr در شکل ۱B ) قرار دارد که رشته‌کوهی با حداکثر ارتفاع حدود ۱۳۰۰ متر است. والس مارینریس به عنوان رشته‌کوهی با حداکثر ارتفاع حدود ۱۳۰۰ متر تفسیر می‌شود که از طریق کافت‌زایی ناشی از تنش‌های کششی در پاسخ به فعالیت ماگمایی ایجاد شده است. این مکانیسم‌ها منجر به بالا آمدن برآمدگی تارسیس در اواخر نواکیان تا اوایل هسپرین ^{۱۲ ، ۱۳ ، ۱۴} شد که به نوبه خود منجر به تشکیل گرابن و ساختارهای فروپاشی شد. جالب توجه است که در مکان‌های مختلف در امتداد دیواره داخلی والس مارینریس، مورگان و همکاران ^۱۵ و موندرو و همکاران ^۱۶وقوع چیزی را که آنها به عنوان رسوبات با جبهه‌ی ناهموار (SFD) می‌نامیدند، گزارش کردند. به طور مشابه، واز و همکاران ^۱۷ یک مخروط نوع II با منشأ رودخانه‌ای-دلتایی را در این محیط توصیف کردند. این نویسندگان چنین ساختارهایی را به عنوان شواهدی برای دلتای مخروط در نظر گرفتند که در آن رودخانه‌ها بار رسوبی خود را به یک توده آبی راکد تخلیه می‌کردند. با این حال، به دلیل کمبود داده‌هایی که توپوگرافی را با وضوح بالا حل کنند، مانند مدل‌های ارتفاعی دیجیتال ۱۰ متری (DEM) که اخیراً در دسترس هستند و تصاویر مداری (که در حال حاضر با وضوح مکانی ۰٫۵ متر در هر پیکسل در دسترس هستند)، نویسندگان مذکور قادر به ارزیابی جزئیات مورفومتریک این ساختارها و از همه مهمتر تعیین دقیق ارتفاع سطح آب استنباط شده نبودند. با این حال، چنین اطلاعاتی برای بازسازی گسترش مکانی توده آبی راکد از طریق نقشه‌برداری و برای همبستگی مکانی SFD های مختلف بسیار مهم است. چنین داده‌هایی سپس مبنایی را برای توسعه سناریویی از چگونگی تکامل دریای استنباط شده در فضا و زمان، که هدف این مقاله است، ارائه می‌دهد.

در اینجا، ما از مجموعه داده‌های با وضوح بالا که توسط ابزارهای CaSSIS ^۱۸ ، HiRISE ^۱۹ ، HRSC-MOLA ^۲۰ و CTX ^۲۱ جمع‌آوری شده‌اند ، بهره می‌بریم و بر دماغه شکاف Coprates جنوب شرقی (شکل ۱A، B ) تمرکز می‌کنیم. ما رسوب‌شناسی و ژئومورفولوژی این ساختارها را با وضوح بالا بازسازی می‌کنیم که به ما امکان می‌دهد ارتفاع سطح دریا را به طور دقیق تعیین کنیم و سناریویی از چگونگی تکامل آن در طول زمان توسعه دهیم. شکاف Coprates، بخش قابل توجهی از سیستم دره گسترده Valles Marineris ^۲۲ را تشکیل می‌دهد . شکاف Coprates تقریباً ۱۰۰۰ کیلومتر در جهت شرقی-غربی امتداد دارد و تا ۱۰ کیلومتر عرض و تا ۸ کیلومتر عمق دارد. این فرورفتگی بزرگ از غرب به Melas Chasma و از شرق به Capri و Eos Chasmata متصل است و یک فرورفتگی به هم پیوسته ^۲۳ را تشکیل می‌دهد که به زمین‌های پست شمالی (شکل ۱A ) منتقل می‌شود. SFD های هدف در قسمت جنوب شرقی کاپراتس کاسما (شکل ۱B ) واقع شده‌اند. تصور می‌شود که این ناوه پس از آنکه حوضه‌های اجدادی اولیه در طول دوره‌های هسپرین پسین و آمازونین پیشین در معرض گسلش قرار گرفتند، تشکیل شده است ^{(۲۲ ، ۲۴} ). ما با توصیف جزئیات ژئومورفیک و رسوب‌شناسی ساختارهای SFD در امتداد کاپراتس کاسمای جنوب شرقی و ردیابی گسترش جانبی SFD ها در امتداد منطقه، ادامه می‌دهیم. برای اولین بار متوجه می‌شویم که این ساختارها زمانی را ثبت می‌کنند (که ما آن را در مرز بین هسپرین پسین و آمازونین پیشین قرار خواهیم داد) که دریا (یا دریاچه دیرینه) در مریخ به بالاترین ارتفاع در مقیاس کل سیاره رسید.

ویژگی‌های مورفومتریک حوضه‌های زهکشی دماغه

کمربند کوهستانی در جنوب دره کاپراتس در والس مارینریس، که به عنوان دماغه (شکل‌های ۱B و ۲A ) شناخته می‌شود، توسط رسوبات کف دره VMD در شمال غربی و مواد زمین لغزش در شمال شرقی احاطه شده است. دماغه میزبان چندین حوضه زهکشی با هندسه‌های مقطعی V شکل (حدود ۱۹ دره با فاصله حدود ۳٫۵ کیلومتر و عمق برش‌ها Δh از ۱۰ ثانیه متر تا بیش از ۵۰۰ متر) و تالوگ‌هایی با ارتفاع کاهشی در جهت‌های پایین‌دست است. بزرگترین این حوضه‌های زهکشی، که به عنوان حوضه A شناخته می‌شود، دارای مساحت حوضه آبریز ۷۴٫۶۸ کیلومتر مربع است و میزبان یک کانال اصلی به طول ۱۱٫۳۱ کیلومتر در امتداد تالوگ خود است، در حالی که کوچکترین آنها، حوضه C، مساحتی ۳٫۹۱ کیلومتر مربع را پوشش می‌دهد و دارای تالوگ به طول ۲٫۶۴ کیلومتر است (جدول ۱ ). ارتفاعات درون این حوضه‌های زهکشی از ۳۳۴۳- تا ۳۵- متر متغیر است. در هر حوضه، تالوگ‌ها توسط شبکه‌های شاخه‌ای از کانال‌ها نشان داده می‌شوند. این امر به ویژه در قسمت بالادست حوضه A قابل مشاهده است، جایی که این شبکه دارای رتبه استراهلر ^۲۵ از ۳ است (شکل ۳A )، در حالی که شبکه کانال حوضه‌های B و C دارای رتبه استراهلر ۲ است (شکل ۳A ).

واحدهای ژئومورفیک در جنوب شرقی کاپراتس، دماغه چاسما

نقشه‌برداری، وجود سه عنصر معماری ژئومورفیک را آشکار می‌کند که شامل (۱) پشته‌های ناهموار تشکیل‌دهنده‌ی خطوط زهکشی، (۲) دامنه‌های صاف که از پشته‌های ناهموار تا تالوگ‌ها امتداد می‌یابند، و (۳) رسوبات با پیشانی پرتگاه (SFD) با رأسی کاملاً قابل مشاهده در انتهای پایین‌دست تالوگ‌ها هستند. خود پشته‌ها از بالاترین ارتفاعات دماغه به سمت انتهای پایین‌دست دره‌ها امتداد دارند و چشم‌انداز را به حوضه‌های زهکشی مجزا در دماغه تقسیم می‌کنند (شکل ۴A-C ). پشته‌ها دارای سطحی ناهموار هستند که با هندسه‌ی زیگزاگ با قله‌ها و زین‌های توپوگرافی مشخص می‌شود. شیب دامنه‌ها در محل تا ۳۵ درجه است. این واحد ژئومورفیک در تصویر CaSSIS NIR-PAN-BLU (NPB) به رنگ سبز مایل به زرد روشن است (شکل ۵B ). با مراجعه به ظاهر بصری مبتنی بر زبری، صافی، الگو و ساختار قابل مشاهده از طریق تصاویر CTX (شکل ۴A ) و HiRISE (شکل ۵V )، به نظر می‌رسد که این برآمدگی‌ها، سنگ بستر تشکیل‌دهنده‌ی بستر زمین‌شناسی حوضه‌های زهکشی را نمایان می‌کنند.

دومین عنصر ژئومورفیک، که با سطح صاف خود در تصاویر CTX و HiRISE (شکل ۵iv) مشخص می‌شود، پشته‌های ناهموار را به تالوگ‌های پایین‌دست متصل می‌کند. این سطح در تصاویر CaSSIS NPB به رنگ فیروزه‌ای روشن به نظر می‌رسد (شکل ۵B ). ما این سطوح را به عنوان رسوبات سنگریزه تفسیر می‌کنیم که از مواد رسوبی تولید شده توسط هوازدگی و فرسایش در امتداد پشته‌های سنگ بستر تشکیل شده‌اند. سومین عناصر ژئومورفیک، SFDها هستند که با یک رأس شروع می‌شوند، از جایی که رسوبات به صورت شعاعی به سمت پایین‌دست گسترش می‌یابند و یک هندسه بادبزنی شکل تشکیل می‌دهند. این واحدها با جبهه‌های پرتگاه در انتهای دیستال خود (شکل ۴A-C ؛ ۶) که در ارتفاع تقریبی ۳۷۰۰- متر واقع شده‌اند، پایان می‌یابند.

پروفیل ارتفاعی در امتداد خط القعر و SFD بادبزنی شکل A نشان می‌دهد که زاویه شیب سطح (α) به تدریج از رأس تا کف دره به سمت پایین دست افزایش می‌یابد. در خود ساختار بادبزنی شکل، شیب سطح بین ۹٫۶ درجه و ۱۲٫۳ درجه متغیر است. سپس شیب سطح در جلوی بادبزن به ۲۷٫۲ درجه افزایش می‌یابد و یک شکست شیب مشخص را تعریف می‌کند (شکل ۴D ؛ ۶). سپس با نزدیک شدن مقطع توپوگرافی به کف دره مارینریس، شیب مسطح می‌شود. نقشه‌برداری نشان می‌دهد که هر سه سطح بادبزن A، B و C وسعت شعاعی مشابهی را نشان می‌دهند که از رأس مربوطه از ۲ تا ۲٫۵ کیلومتر اندازه‌گیری می‌شود. در دسترس بودن یک DEM استریو CaSSIS با وضوح بالا برای SFD A به ما این امکان را می‌دهد که جزئیات شکست شیب استنباط شده را بیشتر مشخص کنیم (شکل ۶ ). به طور خاص، مرز بین سطح صاف مخروط و قسمت جلویی شیب‌دار به طور مداوم در ارتفاع ۳۷۵۰- متر رخ می‌دهد (جدول ۱ ، شکل ۴A-C ). علاوه بر این، به نظر می‌رسد که یک شکست شیب بیشتر در حدود ۳۶۵۰- متر و بنابراین در ارتفاع کمی بالاتر قابل مشاهده است.

بافت‌های رسوبی قابل مشاهده در تصاویر HiRISE و CaSSIS

ساختار بادبزنی شکل A، که بازسازی آن از تصویربرداری با وضوح مکانی بالا از طریق ترکیب مجموعه داده‌های CaSSIS و HiRISE بهره می‌برد، انواع ویژگی‌های سطحی را نشان می‌دهد که حاوی اطلاعاتی در مورد تاریخچه رسوب‌گذاری آن هستند. به طور خاص، موج‌های تپه‌های شنی در هر دو تصویر HiRISE و CaSSIS وجود دارند (شکل ۵i، iii ). این موج‌ها که به صورت اشکال سطحی با دیواره‌های بادپناه رو به پایین ظاهر می‌شوند، شکل لوب‌دار حفظ شده سطح مخروط را می‌پوشانند. آن‌ها به طور خاص در داخل ناودان کانال برش یافته یافت می‌شوند و در تصویر CaSSIS NPB در سمت غربی سطح مخروط به رنگ اُخرایی روشن منعکس می‌شوند. موج‌های تپه‌های شنی که در امتداد مسیر کانال تشکیل شده‌اند، ترک‌های خشک‌شدگی را همانطور که در تصاویر HiRISE دیده می‌شود، می‌پوشانند (شکل ۵i، ii ). ترک‌های خشک‌شدگی عمدتاً در قسمت بالایی سطح مخروط رخ می‌دهند و اندازه آن‌ها از ۵ تا ۲۰ متر متغیر است (شکل ۵ii ).

وسعت گسل جنوب شرقی کوپراتس در شکاف

ساختارهای بادبزنی شکل با پیشانی پرتگاه که در محدوده ارتفاعی بین ۳۷۵۰- تا ۳۶۵۰- متر (شکل‌های ۴-۶ ) در دماغه مشاهده کردیم، می‌توانند به سمت غرب در داخل دره مارینریس تا کانال خروجی منتهی به مرز دوگانگی شمالی امتداد یابند (شکل ۷A ). ردیابی جانبی این ارتفاع، سه خط شواهد اضافی برای وقوع رسوبات بادبزنی شکل با پیشانی پرتگاه را آشکار کرد (شکل ۷B – D ). اولین مورد در حدود ۵۰۰ کیلومتری شمال شرقی ساختار بادبزنی شکل روی دماغه واقع شده است. این ساختار در امتداد شیب شمالی پرتگاه سینوس شفق قطبی، در محل خروج از دره کوپراتس، درست قبل از انتقال به زمین‌های آشفته دره ائوس و کاپری منسا قرار دارد. منبع مواد این دره عمیق در یک دره برش خورده واقع شده است. خط القعر آن به سمت جنوب شرقی جهت گیری شده است. سپس به شدت به سمت فرورفتگی کف دره که حاوی تپه‌های نامنظم است، سرازیر می‌شود (شکل ۷B ). توجه داشته باشید که به دلیل کمبود DEM های استریو CaSSIS یا هر DEM با وضوح بالا برای این مناطق، نمی‌توانیم ارتفاع جبهه‌های پرتگاه مربوطه را در این مناطق بیشتر مشخص کنیم، اما متوجه می‌شویم که جبهه‌ها در محدوده ارتفاعی بین -۳۷۵۰ و -۳۶۵۰ متر قرار دارند.

دومین ساختار بادبزنی شکل با پیشانی پرتگاه در غرب کاپری کاسما، درست در جنوب دهانه اینسبروک واقع شده است (شکل ۷C ). این SFD در پرتگاه در منطقه گذرا بین مجموعه Valles Marineris و Hydraotes-Chryse Chaos رخ می‌دهد، دو منطقه‌ای که به عنوان منطقه پایین‌دست خروجی کل فرورفتگی دره قبل از رسیدن به مرز دوگانگی زمین‌های پست شمالی شناخته می‌شوند ( ^{۲۳ ، ۲۶} ) . این SFD از یک حوضه زهکشی در شمال شرقی سرچشمه گرفته است. سیستم تغذیه به سمت جنوب غربی جریان یافته و در آنجا یک شکست توپوگرافی تیز با پیشانی پرتگاه ایجاد کرده است. سپس قسمت جلویی به داخل فرورفتگی دره منتقل می‌شود و یک شیب تند تشکیل می‌دهد. SFD سوم در پرتگاه غربی Hydraotes Chaos واقع شده است، جایی که کف دره حاوی تپه‌های آشفته فراوان است (شکل ۷D ). مسیر کلی جریان رسوب در والس مارینریس، شمال شرقی-جنوب غربی و جنوب غربی-شمال شرقی است، زمانی که به کاپری کاسما می‌رسد ^{[۲۳ ، ۲۷ ، ۲۸]} . در منطقه Hydraotes Chaos، مسیر رسوب از جنوب به شمال جهت‌گیری می‌کند، زیرا VVMD مرز دوگانگی اقیانوس شمالی را منتقل می‌کند.

تمام SFD های شناسایی شده دیگر (شکل ۷B-D ) توسط پشته هایی از سنگ بستر نمایان احاطه شده اند که به عنوان خطوط جداکننده زهکشی عمل می کنند، مشابه آنچه در دماغه جنوب شرقی کوپراتس کاسما وجود دارد. همه آنها دارای حوضه های زهکشی با سنگ بستر نمایان، رسوبات سنگریزه ای و تالوگ ها هستند که به سطوح بادبزنی شکل با شبکه ای شعاعی از کانال ها در خروجی های پایین دست خود تبدیل می شوند.

در این بخش، شواهد ژئومورفولوژیکی و رسوب‌شناسی را برای این استدلال ارائه می‌دهیم که رسوبات پیشانی پرتگاه (SFDs) در کاپراتس کاسما بالاترین سطح دریا را در مریخ ثبت می‌کنند و در مرز بین هسپرین پسین و آمازونین پیشین، حدود ۳.۳۷ گالیومار پیش، رخ داده‌اند. ما با استفاده از مفهوم منبع تا چاه، مسیر ذرات رسوبی را از مبدا تا محل رسوب‌گذاری آنها ردیابی می‌کنیم. ^{۲۹ ، ۳۰.} برای این منظور، ابتدا استدلال می‌کنیم که دماغه، که ناحیه منبع SFDها بود، توسط فرسایش رودخانه‌ای شکل گرفته است. پس از آن، بخش دوم آمده است که در آن فرآیندهای ژئومورفولوژیکی، از جمله هوازدگی سنگ بستر، شکست جرم و انتقال رسوب رودخانه‌ای را بازسازی می‌کنیم. مواد منتقل شده در SFDها ذخیره شده‌اند، که ما – در بخش سوم – آنها را به عنوان دلتاهای سابق مخروط افکنه که ارتفاع خط ساحلی را در گذشته ثبت می‌کنند، تفسیر خواهیم کرد. این خط ساحلی استنباط‌شده، بالاترین سطح دریا در مریخ را در مرز بین هسپرین پسین و آمازونین پیشین ثبت می‌کند، همانطور که در بخش آخر بر اساس نتایج نقشه‌برداری ما مورد بحث قرار گرفت.

در اینجا، هندسه‌های دایره‌ای شکل حوضه‌ها در دماغه کاپراتس کاسما (شکل ۳A ) را به عنوان ویژگی‌های بارز چشم‌اندازی که توسط فرآیندهای رودخانه‌ای و دامنه‌ای شکل گرفته است، در نظر می‌گیریم. ^{۳۱ ، ۳۲ ، ۳۳ ،} ۳۴٫ طبق مطالعات مدل‌سازی ^{۳۵ ، ۳۵} ، حوضه‌هایی با چنین شکلی از طریق عقب‌نشینی رو به جلو تشکیل می‌شوند، جایی که برش رودخانه‌ای در انتهای پایین‌دست یک پله توپوگرافی آغاز می‌شود و در نتیجه یک ناحیه شکستگی ^{۳۵ ، ۳۶ ، ۳۷} تشکیل می‌شود . این پله به سمت ناحیه سرچشمه ^{۳۴ ، ۳۵} گسترش می‌یابد و در نتیجه شبکه‌ای از کانال‌های شاخه‌دار را در پایین دره‌های V شکل ^{۳۸ ، ۳۹ ، ۴۰} تشکیل می‌دهد . چنین شاخه‌بندی از تصویر CTX با افزایش مرتبه استراهلر در جهت پایین‌دست دیده می‌شود. در مورد شبکه کانال‌های کمتر توسعه‌یافته، همانطور که معمولاً در حوضه‌های کوچک‌تر یافت می‌شود، جریان اصلی در جایی که از حوضه زهکشی خارج می‌شود، دارای نظم استراهلر پایینی خواهد بود ^{۳۴ ، ۴۱ ، ۴۲٫} نتیجه، چشم‌اندازی با حوضه‌های زهکشی با اندازه‌های مختلف است که توسط خطوط زهکشی، دامنه‌های تپه و شبکه‌ای از کانال‌ها که تالوگ را تشکیل می‌دهند، از هم جدا شده‌اند. خود کانال‌ها پایه فرسایشی محلی را تعریف می‌کنند و به عنوان مجاری رسوبی عمل می‌کنند ^۴۳٫ توجه داشته باشید که ما منشأ حوضه‌های دایره‌ای شکل را از طریق تخلیه آب‌های زیرزمینی ^{۴۴ ، ۴۵} نادیده می‌گیریم ، زیرا هیچ مدرکی برای پایان یافتن دره‌ها در بالادست در دیواره‌های مشخص ^۴۶ نمی‌بینیم .

خواص ژئومورفیک دماغه به ما این امکان را می‌دهد که فرآیندهای منجر به تولید مواد رسوبی را بیشتر مشخص کنیم. در این زمینه، ما استنباط می‌کنیم که لبه‌های شکاف زهکشی احتمالاً سنگ بستر را نمایان می‌کنند، جایی که رسوب از طریق هوازدگی و ریزش سنگ تولید شده است. ما این تفسیر را بر اساس نمونه‌هایی از مناظر نوع آلپ بنا می‌کنیم که در آن قله‌ها و زین‌ها در امتداد شکاف‌های زهکشی به عنوان سنگ بستر نمایان نقشه‌برداری شده‌اند ^۴۷٫ در پایین شیب، مواد رسوبی به طور موقت به صورت سنگریزه‌هایی روی دامنه‌های تپه بین لبه سنگ بستر و شبکه کانال ذخیره شده‌اند. ما شواهدی برای این تفسیر ^{۴۸ ، ۴۹ ،} در بافت صاف سطح می‌بینیم که خود سنگ بستر را می‌پوشاند. ما اذعان می‌کنیم که با مقایسه مناظر زمینی و مریخی، شتاب گرانشی پایین‌تر در مریخ به احتمال زیاد منجر به رسوب دانه‌های بزرگتر روی دامنه‌ها می‌شود، زیرا انرژی جنبشی پایین‌تر منجر به تکه‌تکه شدن کمتر دانه‌ها هنگام برخورد به زمین در طول ریزش سنگ می‌شود ^۵۰ . سپس رسوبات سنگریزه توسط انتقال رودخانه‌ای به سمت انتهای پایین‌دست دماغه تخلیه شدند، همانطور که هندسه تالوگ‌ها (شکل ۴ ) نشان می‌دهد.

SFDها در مکان‌های A، B و C، که در انتهای پایین‌دست تالوگ‌ها واقع شده‌اند، به احتمال زیاد رسوب‌گذاری در دلتاهای مخروط‌افکنه‌ای پیش‌رونده را که در حاشیه یک توده آبی راکد، مانند دریاچه یا دریا رخ می‌دهند، ثبت می‌کنند . ^۵۱. در چنین سیستم‌هایی، کانال‌های تغذیه، قله دلتا ^۵۱ را تشکیل می‌دهند که به صورت شعاعی از یک رأس گسترش می‌یابد و پس از آن مواد بار بستر به طور ناگهانی رسوب می‌کنند و یک سد دهانه‌ای تشکیل می‌دهند. این ویژگی، یک شیب شکست را تعریف می‌کند که قله دلتای نسبتاً مسطح (topsets) را از جبهه دلتای با شیب تند (foresets) ^{۵۲ ، ۵۳} جدا می‌کند و در نتیجه ارتفاع خط ساحلی را ثبت می‌کند. ما این احتمال را که SFDها در ابتدا نشان‌دهنده رسوبات مخروط‌افکنه‌هایی باشند که در یک حوضه زمینی گسترش می‌یابند، و جایی که فرسایش پس از رسوب‌گذاری، پله توپوگرافی را تشکیل داده است، رد می‌کنیم. چنین مکانیسمی منجر به یک شیب شکست خطی و عمود بر جهت جریان دیرینه می‌شود (مثلاً انتهای پایین‌دست مخروط‌های زمینی در دره پیسکو، پرو ^۵۴ ). در مقابل، SFD های ما دارای انتهای محدب پایین‌دست هستند (شکل ۶ )، که با تفسیر مخروط-دلتا سازگار است. علاوه بر این، ارتفاع این شیب شکست بالاترین سطح آب را در والس مارینریس ثبت می‌کند زیرا این رسوبات توسط رسوبات آب‌لای جوان‌تر پوشیده نشده‌اند ^۵۵٫ علاوه بر این، ارتفاع یکسان (حدود ۳۷۰۰- متر) شیب‌های شکست در مخروط‌های A، B و C نشان می‌دهد که این ساختارها همان سطح آب را ثبت می‌کنند و احتمالاً در همان دوره تشکیل شده‌اند. ما اذعان داریم که DEM با وضوح بالای CaSSIS امکان شناسایی یک شیب شکست بالاتر واقع در ۳۶۵۰- متر را فراهم می‌کند. این می‌تواند نشان دهد که در طول دوره بالاآمدگی استنباط‌شده، سطح دریا در محدوده حدود ۱۰۰ متر در نوسان بوده است، الگویی که در زمین نیز مشاهده می‌شود ^{(۵۶ ، ۵۷} ). افت سطح دریا می‌تواند فرورفتگی‌های فرسایشی را که به موازات خط القعر جهت‌گیری شده‌اند و در بالای صخره‌ها رخ می‌دهند، توضیح دهد. در این زمینه، (۱) عمق محدود برش (چند ده متر)، (۲) وجود ترک‌های خشک‌شونده که به خوبی حفظ شده‌اند، و (۳) وجود تپه‌های شنی بادی در حاشیه جانبی کانال‌ها (شکل ۵I ) نشان می‌دهد که کانال‌های تغذیه در طول کاهش تدریجی سطح دریا کاملاً خشک شده‌اند. توجه داشته باشید که خروجی‌های حوضه‌های زهکشی بین سیستم‌های B و C عاری از هرگونه ساختار دلتای بادبزنی حفظ‌شده هستند، که ما آن را به زمین‌لغزش پس از رسوب‌گذاری مرتبط می‌دانیم (شکل ۳A ). شواهدی مبنی بر وقوع زمین لغزش در مقیاس بزرگ، پیش از این برای حاشیه شمالی کوپراتس کاسما گزارش شده بود، همانطور که وقوع رسوبات زمین لغزش در کف دره والس مارینریس ^{۵۸ گواه آن است.}فرآیندهای مشابهی می‌توانند شکل قوسی مرز پایین‌دست بین حوضه‌های زهکشی B و C را نیز توضیح دهند، که می‌تواند نشان‌دهنده‌ی پرتگاه‌های ناشی از رانش زمین در حاشیه جنوبی این حوضه باشد.

ساختارهای دلتای بادبزنی که شواهدی از خطوط ساحلی در همان محدوده ارتفاعی مانند Coprates Chasma را ثبت می‌کنند، در Capri Chasma، Chryse Chaos و Hydraotes Chaos حفظ شده‌اند (شکل ۷ ). این نشان می‌دهد که رسوب‌گذاری در طول دوره‌ای از بالاآمدگی سطح دریا که از Valles Marineris تا Northern Lowland امتداد داشته است، رخ داده است. در تمام این مناطق، هیچ مدرکی برای شیب‌های شکسته در ارتفاعی بالاتر از محدوده بین -۳۷۵۰ و -۳۶۵۰ متر یافت نمی‌شود، که نشان می‌دهد این احتمالاً بالاترین سطحی بوده که دریا به آن رسیده است. حاشیه ساحلی استنباط شده ما در این محدوده ارتفاعی با وقوع شیب‌های شکسته در West Deuteronilus Mensae پشتیبانی می‌شود. پارکر و همکاران ^۵۹ توانستند چنین ساختارهایی را بر روی تصاویر وایکینگ‌ها نقشه‌برداری کنند زیرا آنها سایه‌هایی بر روی چشم‌انداز می‌اندازند. مشابه تفسیر ما، پارکر و همکاران ^۵۹ این شیب‌های شکسته را به عنوان مدرکی برای خط ساحلی دیرینه در نظر گرفتند. علاوه بر این، نویسندگان مذکور با استفاده از داده‌های مربوط به طول سایه‌ها و با در نظر گرفتن زاویه تابش در زمان گرفتن تصاویر، توانستند ارتفاع خط ساحلی دیرینه استنباط شده را نیز تخمین بزنند که با یافته‌های ما مطابقت دارد.

در اینجا، ما ارتفاع سطح دریا استنباط شده را در یک زمینه زمانی از تکامل ژئومورفولوژیکی مریخ قرار می‌دهیم. تاریخ دره‌های مارینریس با شکافت در اوایل زمان هسپرین ^{۱۲ ، ۱۳ ، ۱۴} آغاز شد که پله‌های توپوگرافی با پرتاب حدود ۸ کیلومتر بین کف دره در -۵۰۰۰ متر و بالای دماغه در حدود ۱۲۰۰ متر ایجاد کرد. کانال‌هایی که در اوایل زمان هسپرین تشکیل شدند، یک یا دو قدر باریک‌تر و کوتاه‌تر از برش‌های رودخانه‌ای بودند که بین اواخر هسپرین و اوایل آمازون ^{۶۰ ، ۶۱ ، ۶۲} تشکیل شدند . این نشان می‌دهد که شبکه‌های زهکشی بین اوایل و اواخر هسپرین شروع به گسترش کردند و احتمالاً یک چشم‌انداز کاملاً کنترل‌شده توسط رودخانه را در مریخ ^{۲۶ ، ۶۳ ، ۶۴} ایجاد کردند . ما استنباط می‌کنیم که چشم‌انداز مشخص شده توسط دره‌های V شکل که توسط شبکه‌هایی از کانال‌های شاخه‌دار اشغال شده‌اند، نیز در آن زمان ایجاد شده است. پله توپوگرافی اولیه که در طول دوره کافت‌زایی شکل گرفت، در ترکیب با آب و هوای مرطوب‌تر منجر به فرسایش رودخانه‌ای مؤثر، ایجاد یک چشم‌انداز مجزا در دماغه و تولید مواد آواری شد. ^{۳۲ ، ۴۰ ، ۶۵ ، ۶۶٫} این مواد سپس در خروجی‌های حوضه زهکشی رسوب کردند. از آنجا که رسوبات دلتای بادبزنی ما بالاترین سطح دریا را نشان می‌دهند، ما خط ساحلی -۳۷۵۰ متر را با مرز بین هسپرین پسین و آمازونین پیشین مرتبط می‌دانیم. زمانی در طول آمازونین پیشین تا میانه، هنگامی که سطح آب شروع به کاهش کرد، برش رودخانه‌ای در رسوبات بالای دلتایی که قبلاً رسوب شده بودند، رخ داد. در نهایت، آمازونین پسین نشانگر گذار به یک مریخ کاملاً خشک ^۶۵ است که با فعالیت بادخیزی رایج ^{۶۷ ، ۶۸} مشخص می‌شود ، زمانی که خندق‌ها و کانال‌های رودخانه‌ای شروع به دفن شدن توسط امواج تپه‌های شنی کردند (شکل ۵i، iii ).

در نتیجه، SFDها در دامنه‌های دماغه جنوب شرقی کپراتس کاسما، دوره‌ای (مرز بین هسپرین پسین و آمازونین آغازین) را با بیشترین میزان دسترسی به آب در مریخ نشان می‌دهند. این امر منجر به تجمع رسوبی، مانند رسوبات دلتای بادبزنی نه تنها در والس مارینریس، بلکه در کاپری کاسما، هیدراوتس کیاس و اقیانوس شمالی نیز شد. این خط ساحلی دیرینه برای تعیین شرط مرزی برای قلمروهای رسوبی بین رسوبات زیرآبی و زیرسطحی مهم است، که در صورت وجود، به جستجوی نشانه‌های زیستی در مریخ کمک خواهد کرد. بنابراین، تحقیقات ما مستندات بیشتری از بازه زمانی ارائه می‌دهد که در آن، دسترسی به آب مایع در سطح در طول تکامل این سیاره بالاترین بوده است. بنابراین، ما معتقدیم که یافته‌های ما در مورد مرحله محیطی در طول هسپرین پسین تا آمازونین آغازین، پیامدهایی برای تحقیق در مورد شواهد حیات بالقوه در مریخ خواهد داشت.

داده‌های موجود و پردازش تصویر

ما از نقشه‌های زمین‌شناسی موجود در کاپراتس کاسما ^{۶۹ ، ۷۰ ، ۷۱} برای کمک به شناسایی رسوبات دلتای بادبزنی در جنوب شرقی کاپراتس کاسما استفاده کردیم. مجموعه داده‌های با وضوح بالا از دوربین زمینه (CTX)، DEM از دوربین استریو با وضوح بالا (HRSC) مارس اکسپرس و ارتفاع‌سنجی لیزری مدارگرد مریخ (MOLA)، آزمایش علمی تصویربرداری با وضوح بالا (HiRISE) و سیستم تصویربرداری سطحی رنگی و استریو (CaSSIS) برای تجزیه و تحلیل ویژگی‌های کلیدی سطح استفاده شد. دو تصویر CTX که شکاف جنوب شرقی کاپراتس (E-060_N-16 و E-064_N-16) را پوشش می‌دهند، در QGIS ادغام و متعاقباً برای تطبیق با مرز منطقه تحقیقاتی برش داده شدند. این داده‌ها با استفاده از QGIS، یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) متن‌باز، پردازش شدند که امکان ادغام جنبه‌های توپوگرافی و مورفولوژیکی را برای درک بهتر توزیع و ویژگی‌های رسوبات دلتای بادبزنی در منطقه فراهم می‌کند. ادغام تصاویر مداری مختلف (CTX، HRSC-MOLA Global DEM، HiRISE و CaSSIS) با تصویرسازی آنها در یک سیستم مرجع مختصات (CRS) آغاز شد. از آنجایی که منطقه تحقیقاتی در عرض جغرافیایی ۱۳- درجه قرار دارد، ما تصویرسازی استوانه‌ای هم‌فاصله استاندارد مریخ IAU (اتحادیه بین‌المللی نجوم) (IAU 2015:49910) را انتخاب کردیم. سپس از افزونه Mappy در QGIS برای ایجاد چندضلعی‌های واحدهای ژئومورفیک شناسایی شده استفاده شد که در قالب shapefile ( .shp ) ذخیره شدند.

تصویر HiRISE در باندهای قرمز کشیده شد تا روشنایی و کنتراست تصویر بهینه شود. تصویر CaSSIS با بارگذاری فایل مکعبی CaSSIS ( .cub ) در ۳ باند مادون قرمز نزدیک (NIR)، پانکروماتیک (PAN) و آبی (BLU) پردازش شد و نتایج تصاویر CaSSIS NPB را تولید کرد. این سه باند با تابع افزایش کنتراست انحراف معیار در QGIS با مقدار میانگین ±۳ و گزینه کل رستر برای Statistic Extent کشیده شدند و با دقتی برای کل رستر (واقعی) رندر شدند . سپس هر دو تصویر HiRISE و CaSSIS با استفاده از تابع نقاط رستر Tie GCPS در جعبه ابزار Georeferencer در QGIS، با نقشه پایه هدف تصویر CTX، به صورت دستی زمین مرجع شدند، بنابراین تمام تصاویر مداری با دقت در سطح پیکسل روی هم قرار گرفتند.

تولید DEM با وضوح بالا از جفت‌های استریوی CaSSIS

تولید DEM در CaSSIS بر اساس اصول استریوگرامتری است و با استفاده از خط لوله ۳DPD انجام می‌شود ^. در جدیدترین پیاده‌سازی آن، ۳DPD شامل چندین مرحله با هدف ارائه بازسازی دقیق سطح است. این کار از طریق استفاده از تنظیم دسته‌ای برای اصلاح پارامترهای بیرونی، از جمله موقعیت‌یابی و جهت‌یابی مداری، انجام می‌شود. سطح سه‌بعدی از طریق یک فرآیند دو مرحله‌ای تطبیق استریوگرامتری (از پراکنده به متراکم)، درون‌یابی DEM، تصحیح قائم تصاویر اصلی و پس‌پردازش تعریف می‌شود . اطلاعات زمین‌مرجع‌سازی و ارتفاع ^مطلق به طور خودکار با داده‌های ترکیبی MOLA-HRSC در خط لوله، قبل از مرحله درون‌یابی، هم‌تراز می‌شوند و بر اساس یک مدل ارتفاعی رقومی HRSC سطح ۴ (ID: h1929_0000.da4.52.tif) به صورت دستی اصلاح می‌شوند.

نقشه‌برداری ژئومورفولوژیکی

نقشه‌برداری بر اساس تمایز بصری بین عناصر ژئومورفیک در مقیاس ۱:۱۰۰۰۰ انجام شد. نقشه‌برداری بر روی DEMها با وضوح عمودی و جانبی به ترتیب ۱۰ متر و ۲۰۰ متر و با روشنایی از شمال غربی انجام شد. در این زمینه، از تصاویر CTX به عنوان نقشه پایه استفاده شد که اطلاعات DEM بر روی آن تصویر شد. جزئیات بیشتر در مورد وقوع اشکال بستر (مانند موج‌های باد و ترک‌های ناشی از خشکیدگی) بر روی تصویر HiRISE با وضوح ۰.۵ متر بر پیکسل تعیین شد. پس از نقشه‌برداری، عناصر ژئومورفیک با استفاده از اطلاعات مربوط به تضاد روشنایی (قابل مشاهده در تصاویر CTX) و بافت‌های سطحی به عنوان معیار (قابل مشاهده در تصاویر CTX و HIRISE) مشخص شدند. این کار با استفاده از تضاد رنگ‌ها در تصاویر CaSSIS انجام شد. در نهایت عناصر ژئومورفیک با استفاده از تضاد در ویژگی‌های روشنایی و الگوهای صافی، شیب‌های شکسته و خطواره‌های قابل مشاهده از هم متمایز شدند.

ما SFD های بین دره مارینریس و اقیانوس شمالی را بر روی تصاویر CTX و DEM جهانی MOLA-HRSC نقشه برداری کردیم. هدف، یافتن شواهد بیشتر برای خطوط ساحلی قدیمی حفظ شده بود. ما آن دسته از ویژگی‌ها را به عنوان SFD شناسایی کردیم که با (۱) وجود یک شیب شکسته به خوبی قابل مشاهده و به خوبی حفظ شده، (۲) انتهای شعاعی محدب شیب‌های شکسته (که در بالا ذکر شد) در جهت پایین دست، و (۳) داشتن یک کانال اصلی که به سمت سرچشمه‌ها در بالادست امتداد می‌یابد، مشخص می‌شوند. ما کل منطقه را برای یافتن چنین ساختارهایی کاوش کردیم و آنهایی را که هر سه معیار را برآورده می‌کردند، نقشه برداری کردیم. سپس ارتفاع (با وضوح عمودی ۱۰ متر) را که در آن رخ می‌دهند، ثبت کردیم.

محاسبه مورفومتریک

نقشه شیب با استفاده از ورودی MOLA-HRSC Global DEM V2 ایجاد و با استفاده از آنالیز رستری GDAL در QGIS پردازش شد. ما از فرمول Zevenbergen و Thorne برای محاسبه زاویه بر حسب واحد درجه ^۷۴ استفاده کردیم . ما تحلیل زهکشی را به سمت شیب رو به شمال دماغه جنوب شرقی Coprates Chasma متمرکز کردیم. DEM برش داده شد و مرز جدیدی به آن داده شد. سپس طبقه‌بندی مرتبه Strahler در DEM محلی ما محاسبه شد. ترسیم کانال‌ها به صورت دستی با دنبال کردن خط کانتور از DEM برش داده شده انجام شد و سپس کانال‌ها بر اساس مرتبه Strahler خود علامت‌گذاری شدند. برای دماغه، مقطع توپوگرافی، که عمود بر جهت تخلیه است، با افزونه Elevation Profile در QGIS تولید شد. سپس داده‌های استخراج شده در قالب .csv ذخیره شدند تا حداکثر عمق برش محاسبه شود. رویکرد منبع به مخزن ما با استفاده از SFDها ^{۵۹ ، ۷۵} با مطالعه قبلی که به مورفولوژی‌های شبکه دره محاسبه‌شده برای تعریف وسعت دریاهای باستانی ^۷۶ پرداخته بود، متفاوت است .