The Saricicek howardite fall in Turkey : Source crater of HED meteorites on Vesta and impact risk of Vestoids

The Saricicek howardite meteorite shower consisting of 343 documented stones occurred on September 2, 2015 in Turkey and is the first documented howardite fall. Cosmogenic isotopes show that Saricicek experienced a complex cosmic-ray exposure history, exposed during 12-14Ma in a regolith near the surface of a parent asteroid, and that an 1m sized meteoroid was launched by an impact 22 +/- 2Ma ago to Earth (as did one-third of all HED meteorites). SIMS dating of zircon and baddeleyite yielded 4550.4 +/- 2.5Ma and 4553 +/- 8.8Ma crystallization ages for the basaltic magma clasts. The apatite U-Pb age of 4525 +/- 17Ma, K-Ar age of 3.9Ga, and the U,Th-He ages of 1.8 +/- 0.7 and 2.6 +/- 0.3Ga are interpreted to represent thermal metamorphic and impact-related resetting ages, respectively. Petrographic; geochemical; and O-, Cr-, and Ti-isotopic studies confirm that Saricicek belongs to the normal clan of HED meteorites. Petrographic observations and analysis of organic material indicate a small portion of carbonaceous chondrite material in the Saricicek regolith and organic contamination of the meteorite after a few days on soil. Video observations of the fall show an atmospheric entry at 17.3 +/- 0.8kms(-1) from NW; fragmentations at 37, 33, 31, and 27km altitude; and provide a pre-atmospheric orbit that is the first dynamical link between the normal HED meteorite clan and the inner Main Belt. Spectral data indicate the similarity of Saricicek with the Vesta asteroid family (V-class) spectra, a group of asteroids stretching to delivery resonances, which includes (4) Vesta. Dynamical modeling of meteoroid delivery to Earth shows that the complete disruption of a 1km sized Vesta family asteroid or a 10km sized impact crater on Vesta is required to provide sufficient meteoroids 4m in size to account for the influx of meteorites from this HED clan. The 16.7km diameter Antionia impact crater on Vesta was formed on terrain of the same age as given by the He-4 retention age of Saricicek. Lunar scaling for crater production to crater counts of its ejecta blanket show it was formed 22Ma ago.Peer reviewe

The Sariçiçek Howardite Fall in Turkey: Source Crater of HED Meteorites on Vesta and İmpact Risk of Vestoids

The Sariçiçek howardite meteorite shower consisting of 343 documented stones occurred on 2 September 2015 in Turkey and is the first documented howardite fall. Cosmogenic isotopes show that Sariçiçek experienced a complex cosmic ray exposure history, exposed during ~12–14 Ma in a regolith near the surface of a parent asteroid, and that an ~1 m sized meteoroid was launched by an impact 22 ± 2 Ma ago to Earth (as did one third of all HED meteorites). SIMS dating of zircon and baddeleyite yielded 4550.4 ± 2.5 Ma and 4553 ± 8.8 Ma crystallization ages for the basaltic magma clasts. The apatite U-Pb age of 4525 ± 17 Ma, K-Ar age of ~3.9 Ga, and the U,Th-He ages of 1.8 ± 0.7 and 2.6 ± 0.3 Ga are interpreted to represent thermal metamorphic and impact-related resetting ages, respectively. Petrographic, geochemical and O-, Cr- and Tiisotopic studies confirm that Sariçiçek belongs to the normal clan of HED meteorites. Petrographic observations and analysis of organic material indicate a small portion of carbonaceous chondrite material in the Sariçiçek regolith and organic contamination of the meteorite after a few days on soil. Video observations of the fall show an atmospheric entry at 17.3 ± 0.8 kms-1 from NW, fragmentations at 37, 33, 31 and 27 km altitude, and provide a pre-atmospheric orbit that is the first dynamical link between the normal HED meteorite clan and the inner Main Belt. Spectral data indicate the similarity of Sariçiçek with the Vesta asteroid family (V-class) spectra, a group of asteroids stretching to delivery resonances, which includes (4) Vesta. Dynamical modeling of meteoroid delivery to Earth shows that the complete disruption of a ~1 km sized Vesta family asteroid or a ~10 km sized impact crater on Vesta is required to provide sufficient meteoroids ≤4 m in size to account for the influx of meteorites from this HED clan. The 16.7 km diameter Antonia impact crater on Vesta was formed on terrain of the same age as given by the 4He retention age of Sariçiçek. Lunar scaling for crater production to crater counts of its ejecta blanket show it was formed ~22 Ma ago

Rockfall analysis : failure, fragmentation and propagation characterization : a fractal fragmentation of rockfalls

The present thesis aims at the analysis of the fragmentation of rockfalls. The fragmentation is a complex phenomenon poorly understood with a lack of tools to reproduce it on rockfall simulators. The effect of fragmentation on the hazard assessment and mapping is significant and it may substantially modify the risk scenario. The analysis of the empirical data acquired in a series of inventoried natural rockfalls and real-scale drop tests, clearly suggests that fragmentation displays a fractal behavior. Based on these observations, a fractal fragmentation model is proposed heare, adapting the basics of Perfect (1997) to the specific case of rockfalls. An important development of the thesis presented is the procedure to characterize the rockfall mass before and after the fragmentation, which include the methodology to measure the block size distributions of the deposit, the use of Unmaned Aerial Vehicles (UAV) equipped with digital camera digital, and the photogrammetric analysis to reconstruct the detached block volumes based on 3D models and discrete joint characterization. The block size distributions before and after the fragmentation are related with the proposed model, using the real data to calibrate the model parameters by back analysis. The methodologies and the model proposed contribute to the understanding of the fragmentation phenomenon and have the capability to reproduce the entire block size distribution and the calculation of the number and volume of the fragments. They also allow the quantification of the areas of the fresh faces created due to breakage, which may be related to the required fragmentation energy. The final goal of the ongoing research is the implementation of fragmentation behavior on a rockfall simulator which is currently under developed within the Rockmodels project (https://rockmodels.upc.edu/es), and modify the criteria to calculate the probability of impact used in hazard mapping and in quantitative risk assessment studies. The results of the fragmentation model may also contribute to the analysis of the efficiency and to the design of the rockfall protection systems.La present tesis es centra en el fenomen de la fragmentació en despreniments rocosos. La fragmentació és un fenomen complex de difícil caracterització i de la que ens manquen eines per a la seva modelació en programes de simulació de caiguda de blocs. Tanmateix, els efectes de la fragmentació sobre les prediccions i els conseqüents mapes de perill poden comportar modificacions en l’escenari de risc. A partir d’un conjunt de dades empíriques obtingudes mitjançant l’inventari de despreniments naturals, s’ha observat un clar comportament fractal. A partir d‘aquestes observacions, s’ha proposat un model de fragmentació fractal adaptant la descripció de Perfect (1997) al cas específic del despreniment rocós. Una part important del desenvolupament de la tesi són les metodologies utilitzades per a la caracterització de la massa rocosa abans i després de la fragmentació, des de metodologia per mesurar distribucions de volums de blocs al dipòsit, fins a la utilització de drons i fotogrametria digital per reconstruir el volums dels blocs abans de caure a partir de models 3D i de la caracterització discreta de les discontinuïtats del massís. Les distribucions de volums de blocs abans i després de la fragmentació és relaciones mitjançant el model de fragmentació proposat, utilitzant les dades reals per calibrar els paràmetres del model per retro anàlisis. La utilització de les metodologies proposades i del model de fragmentació ajuden a la comprensió del fenomen, permeten la reproducció de la distribució de blocs sencera amb una estimació del nombre de blocs i el seus volums. També permet una quantificació de la superfície nova creada en cares fresques degut a la ruptura, que es vincula amb l’energia dedicada a la fragmentació. L’objectiu final d’aquesta recerca és la implementació de la fragmentació en un simulador de caiguda de blocs que es troba en desenvolupament en el marc del projecte Rockmodels (https://rockmodels.upc.edu), així com modificar els criteris de càlcul de probabilitat d’arribada que s’utilitzen per elaborar els mapes de perill i els estudis quantitatius del risc. Les conclusions poden canviar la manera com es dissenyen els sistemes de protecció contra despreniments.La presente tesis se centra en el fenómeno de la fragmentación en desprendimientos rocosos. La fragmentación es un fenómeno complejo de difícil caracterización y de la que nos faltan herramientas para su modelación en programas de simulación de caída de bloques. Sin embargo, los efectos de la fragmentación sobre las predicciones y los consecuentes mapas de peligro pueden conllevar modificaciones en el escenario de riesgo. A partir de un conjunto de datos empíricos obtenidos mediante el inventario de desprendimientos naturales, se ha observado un claro comportamiento fractal. A partir de estas observaciones, se ha propuesto un modelo de fragmentación fractal adaptando la descripción de Perfect (1997) en el caso específico del desprendimiento rocoso. Una parte importante del desarrollo de la tesis son las metodologías utilizadas para la caracterización de la masa rocosa antes y después de la fragmentación, desde metodología para medir distribuciones de volúmenes de bloques en el depósito, hasta la utilización de drones y fotogrametría digital para reconstruir el volúmenes de los bloques antes de caer a partir de modelos 3D y de la caracterización discreta de las discontinuidades del macizo. Las distribuciones de volúmenes de bloques antes y después de la fragmentación se relacionan mediante el modelo de fragmentación propuesto, utilizando los datos reales para calibrar los parámetros del modelo mediante retro análisis. La utilización de las metodologías propuestas y del modelo de fragmentación ayudan a la comprensión del fenómeno, permiten la reproducción de la distribución de bloques entera con una estimación del número de bloques y sus volúmenes. También permite una cuantificación de la superficie nueva creada en caras frescas debido a la ruptura, que se vincula con la energía dedicada a la fragmentación. El objetivo final de esta investigación es la implementación de la fragmentación en un simulador de caída de bloques que se encuentra en desarrollo en el marco del proyecto Rockmodels (https://rockmodels.upc.edu), así como modificar los criterios de cálculo de probabilidad de alcance que se utilizan para elaborar los mapas de peligro y los estudios cuantitativos del riesgo. Las conclusiones pueden cambiar la forma en que se diseñan los sistemas de protección contra desprendimientos

Rockfall analysis : failure, fragmentation and propagation characterization : a fractal fragmentation of rockfalls

Tesi per compendi de publicacions, amb diferents seccions retallades pels drets d'editorThe present thesis aims at the analysis of the fragmentation of rockfalls. The fragmentation is a complex phenomenon poorly understood with a lack of tools to reproduce it on rockfall simulators. The effect of fragmentation on the hazard assessment and mapping is significant and it may substantially modify the risk scenario. The analysis of the empirical data acquired in a series of inventoried natural rockfalls and real-scale drop tests, clearly suggests that fragmentation displays a fractal behavior. Based on these observations, a fractal fragmentation model is proposed heare, adapting the basics of Perfect (1997) to the specific case of rockfalls. An important development of the thesis presented is the procedure to characterize the rockfall mass before and after the fragmentation, which include the methodology to measure the block size distributions of the deposit, the use of Unmaned Aerial Vehicles (UAV) equipped with digital camera digital, and the photogrammetric analysis to reconstruct the detached block volumes based on 3D models and discrete joint characterization. The block size distributions before and after the fragmentation are related with the proposed model, using the real data to calibrate the model parameters by back analysis. The methodologies and the model proposed contribute to the understanding of the fragmentation phenomenon and have the capability to reproduce the entire block size distribution and the calculation of the number and volume of the fragments. They also allow the quantification of the areas of the fresh faces created due to breakage, which may be related to the required fragmentation energy. The final goal of the ongoing research is the implementation of fragmentation behavior on a rockfall simulator which is currently under developed within the Rockmodels project (https://rockmodels.upc.edu/es), and modify the criteria to calculate the probability of impact used in hazard mapping and in quantitative risk assessment studies. The results of the fragmentation model may also contribute to the analysis of the efficiency and to the design of the rockfall protection systems.La present tesis es centra en el fenomen de la fragmentació en despreniments rocosos. La fragmentació és un fenomen complex de difícil caracterització i de la que ens manquen eines per a la seva modelació en programes de simulació de caiguda de blocs. Tanmateix, els efectes de la fragmentació sobre les prediccions i els conseqüents mapes de perill poden comportar modificacions en l’escenari de risc. A partir d’un conjunt de dades empíriques obtingudes mitjançant l’inventari de despreniments naturals, s’ha observat un clar comportament fractal. A partir d‘aquestes observacions, s’ha proposat un model de fragmentació fractal adaptant la descripció de Perfect (1997) al cas específic del despreniment rocós. Una part important del desenvolupament de la tesi són les metodologies utilitzades per a la caracterització de la massa rocosa abans i després de la fragmentació, des de metodologia per mesurar distribucions de volums de blocs al dipòsit, fins a la utilització de drons i fotogrametria digital per reconstruir el volums dels blocs abans de caure a partir de models 3D i de la caracterització discreta de les discontinuïtats del massís. Les distribucions de volums de blocs abans i després de la fragmentació és relaciones mitjançant el model de fragmentació proposat, utilitzant les dades reals per calibrar els paràmetres del model per retro anàlisis. La utilització de les metodologies proposades i del model de fragmentació ajuden a la comprensió del fenomen, permeten la reproducció de la distribució de blocs sencera amb una estimació del nombre de blocs i el seus volums. També permet una quantificació de la superfície nova creada en cares fresques degut a la ruptura, que es vincula amb l’energia dedicada a la fragmentació. L’objectiu final d’aquesta recerca és la implementació de la fragmentació en un simulador de caiguda de blocs que es troba en desenvolupament en el marc del projecte Rockmodels (https://rockmodels.upc.edu), així com modificar els criteris de càlcul de probabilitat d’arribada que s’utilitzen per elaborar els mapes de perill i els estudis quantitatius del risc. Les conclusions poden canviar la manera com es dissenyen els sistemes de protecció contra despreniments.La presente tesis se centra en el fenómeno de la fragmentación en desprendimientos rocosos. La fragmentación es un fenómeno complejo de difícil caracterización y de la que nos faltan herramientas para su modelación en programas de simulación de caída de bloques. Sin embargo, los efectos de la fragmentación sobre las predicciones y los consecuentes mapas de peligro pueden conllevar modificaciones en el escenario de riesgo. A partir de un conjunto de datos empíricos obtenidos mediante el inventario de desprendimientos naturales, se ha observado un claro comportamiento fractal. A partir de estas observaciones, se ha propuesto un modelo de fragmentación fractal adaptando la descripción de Perfect (1997) en el caso específico del desprendimiento rocoso. Una parte importante del desarrollo de la tesis son las metodologías utilizadas para la caracterización de la masa rocosa antes y después de la fragmentación, desde metodología para medir distribuciones de volúmenes de bloques en el depósito, hasta la utilización de drones y fotogrametría digital para reconstruir el volúmenes de los bloques antes de caer a partir de modelos 3D y de la caracterización discreta de las discontinuidades del macizo. Las distribuciones de volúmenes de bloques antes y después de la fragmentación se relacionan mediante el modelo de fragmentación propuesto, utilizando los datos reales para calibrar los parámetros del modelo mediante retro análisis. La utilización de las metodologías propuestas y del modelo de fragmentación ayudan a la comprensión del fenómeno, permiten la reproducción de la distribución de bloques entera con una estimación del número de bloques y sus volúmenes. También permite una cuantificación de la superficie nueva creada en caras frescas debido a la ruptura, que se vincula con la energía dedicada a la fragmentación. El objetivo final de esta investigación es la implementación de la fragmentación en un simulador de caída de bloques que se encuentra en desarrollo en el marco del proyecto Rockmodels (https://rockmodels.upc.edu), así como modificar los criterios de cálculo de probabilidad de alcance que se utilizan para elaborar los mapas de peligro y los estudios cuantitativos del riesgo. Las conclusiones pueden cambiar la forma en que se diseñan los sistemas de protección contra desprendimientos.Postprint (published version

Small lava caves as possible exploratory targets on Mars : Analogies drawn from UAV imaging of an Icelandic lava field

Peer reviewedPublisher PD

Apollo 11 - Preliminary science report

Preliminary scientific observation of Apollo 11 missio

Laboratory Studies of Hypervelocity Impacts on Solar System Analogues

Impact cratering and asteroid collisions are major processes throughout the Solar System. Although previous collision-related impact investigations exist (Flynn et al. 2015, Holsapple et al. 2002 and Burchell et al. 1998 are good examples), in the works covering this broad range of investigation, the targets are non-rotating (for the purposes of catastrophic disruption) and different temperature conditions are not considered (for impact cratering). Accordingly, I present experimental processes and data, regarding hypervelocity impact experiments into analogues of (1) rotating asteroids and (2) temperature dependant terrestrial planetary rock. During the course of this work, it was necessary to develop new apparatus and new experimental techniques such as three separate target holders to aid in both catastrophic disruption and heated impact projects, a 3-dimensional model analysis of craters and a completely new, statistically robust, technique to determine a complete crater profile called the KDM method where KDM is Kinnear-Deller-Morris. The main result from this work showed that during an asteroid impact collision where the asteroid is not rotating, the impact energy density for catastrophic disruption is Q*static = 1442 ± 90 J kg-1. However, when the target asteroid was rotating, the condition Q*rotation = 1097 ± 296 J kg-1. The mean value of Q* had thus reduced, but the spread in the data on individual experiments was larger. This leads to two conclusions. The mean value for Q*, based on measurements of many impacts, falls, due to the internal forces acting in the body which are associated with the rotation. This energy term reduction means that the amount of energy to instigate catastrophic disruption is lower and that a rotating asteroid is effectively weaker upon impact than a stationary asteroid. However, the spread in the results indicates that this is not a uniform process, and an individual result for Q* for a rotating or spinning target may be spread over a large range. For the temperature related impacts, as the targets were heated to approximately 1000 K, the target rocks showed an impact dependence more similar to a plastic phase-state than to solidus, due to being held close to temperatures associated with semi-plastic phases. Basalt impact craters displayed this relationship greatest with crater sizes becoming smaller at the higher temperature ranges but larger in the colder brittle solidus temperatures, partly explained in experiments by increased spallation