Regla

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Imagine făcută în timpul misiunii Apollo 11 pe Lună , care dă dovadă a stratului de praf cu granulație fină care îl acoperă

Regolitul este setul eterogen de sedimente, praf și fragmente de material care alcătuiesc stratul cel mai exterior al suprafeței [1] Pământului sau a corpurilor cerești precum Luna și Marte .

Pe Pământ , regolitul provine din degradarea substratului stâncos cauzată de acțiunea organismelor care se așează acolo și de activitatea erozivă a agenților exogeni. [2] Motivele prezenței sale pe solul lunar și marțian se regăsesc în primul rând în impacturile cu meteoroizi și în fragmentarea consecventă a rocilor mari în resturi de dimensiuni tot mai modeste. [3] Acesta este un proces gradual în timp, care duce la generarea diferitelor straturi caracterizate prin proprietăți neomogene. În funcție de locul luat în considerare, grosimea acestor straturi poate varia de la câțiva metri la zeci de metri. [3]

Regolitul extraterestru este în prezent identificat cu solul corpului ceresc corespunzător, chiar dacă solul este mai corect partea cea mai exterioară a acestuia. [4]

Etimologie

Termenul regolit este traducerea italiană a regulitului englez. Cuvântul a fost inventat în 1987 de geologul George Perkins Merrill [5] și derivă din unirea termenilor greci rêgos (manta) și lithos (piatră). [6]

L-ai așezat pe Lună și pe Marte

Regolit lunar

Probă de regolit lunar din misiunea Apollo 17 , conservată la Muzeul Național de Istorie Naturală

Pe Lună, care nu are o atmosferă în sensul corect al termenului, formarea regulitului are loc în principal ca urmare a impactului meteoroizilor asupra suprafeței și a acțiunii vântului solar asupra acesteia. Particulele încărcate de la alte stele pot contribui într-un mod secundar. [7]

Aproape toate informațiile disponibile pe satelitul Pământului provin din regolit, ceea ce a făcut posibilă înțelegerea, cel puțin parțială, a compoziției și trecutului Lunii, caracteristicile razelor cosmice și istoria și viteza impacturilor meteoroizii și praful cosmic cu solul lunar au apărut în trecut. [8] Mai multe mostre de material lunar au fost aduse pe Pământ: ceea ce se știe în prezent despre regulitul lunar a fost obținut nu numai prin analiza lor, ci și datorită măsurătorilor in situ și caracterizărilor efectuate în timpul misiunilor lunare . [9]

Stratul de regolit care acoperă suprafața Lunii are o culoare gri, o grosime care variază de obicei între 5 m și 10 m și o densitate aproximativă de 1,5 g / cm 3 ; aproximativ jumătate din particulele din care este format nu depășesc dimensiunea de 100 microni. [10] Compoziția sa variază în funcție de locul considerat, dar cele mai abundente minerale sunt olivina , piroxena și plagioclaza , indicate în tabelul de mai jos împreună cu alte materiale prezente în cantități mai mici. [11]

Minerale găsite în regolitul lunar [11]
Principalele minerale Minerale secundare
Formula chimica
olivină Mg 2 SiO 4 spinelele
Fe 2 SiO 4 armalcolit
piroxen CaSiO 3 silice
MgSiO 3 fier
FeSiO 3 troilit
plagioclasă CaAl 2 Si 2 O 8 ilmenit
NaAl 2 Si 2 O 8
Imagini SEM ale aglutinărilor lunare

S-a constatat și prezența fragmentelor sticloase, justificată de bombardamentele meteorice și erupțiile vulcanice care au avut loc în trecut. [10] Un exemplu semnificativ este dat de aglutinatele lunare, care conțin particule de diferite tipuri, picături mici de fier și troilit și gaze provenite de la vântul solar. Partea sticloasă care acționează ca un liant este probabil rezultatul fuziunii regulitului preexistent, în urma impactului cu roiuri micrometeorice de mare viteză. De asemenea, este important să subliniem că una dintre cerințele necesare formării unor astfel de aglomerate este absența unei atmosfere. [12]

Compoziția chimică medie la locurile de debarcare a misiunilor Apollo 11 , Apollo 15 , Apollo 16 și Apollo 17 este prezentată în tabelul de mai jos. [13] În regulit există, de asemenea, atomi de substanțe care provin de la Soare ( hidrogen și heliu ) și de la razele cosmice originare în afara sistemului solar . [10]

Compoziția chimică medie a solului lunar în locurile de debarcare ale unor misiuni Apollo [13]
Substanţă Masa%
Apollo 11 Apollo 15 Apollo 16 Apollo 17
SiO2 42.2 46,8 45 43.2
TiO 2 7.8 1.4 0,54 4.2
La 2 O 3 13.6 14.6 27.3 17.1
Cr 2 O 3 0,3 0,36 0,33 0,33
FeO 15.3 14.3 5.1 12.2
MnO 0,2 0,19 0,3 0,17
MgO 7.8 11.5 5.7 10.4
CaO 11.9 10.8 15.7 11.8
Na 2 O 0,47 0,39 0,46 0,4
K 2 O 0,16 0,21 0,17 0,13
P 2 O 3 0,05 0,18 0,11 0,12
S. 0,12 0,06 0,07 0,09

Un aspect interesant este dat de studiile efectuate pentru determinarea unor proprietăți tehnice ale regulitului, inclusiv compresibilitatea, permeabilitatea și rezistența la forfecare . [14] De exemplu, acesta din urmă a fost analizat scrupulos, deoarece caracteristicile importante ale solului lunar depind de acesta, cum ar fi capacitatea portantă și tranzitabilitatea. Modelul Mohr-Coulomb [15] a fost folosit pentru a-l caracteriza:

unde este indică rezistența la forfecare, σ tensiunea normală , reprezintă contribuția coezivă, e este unghiul de frecare . [15]

Prin exploatarea datelor din testele penetrometrice statice efectuate atât in situ în timpul misiunilor lunare (în special misiunile Apollo și Lunochod 1 și 2 ), cât și în laborator (primele teste au fost cele efectuate pe probe din misiunea Apollo 11 [16] ] ), Profesorul James Mitchell [17] de la Universitatea din Berkeley și colaboratorii săi au dezvoltat modelul Apollo [15] :

Regolit marțian

Spre deosebire de Lună, Marte are o atmosferă: pe lângă impacturile cu meteoroizi, menționate în partea introductivă, fenomene precum eroziunea și procesele meteorologice contribuie, prin urmare, la formarea regulitului. [18]

În prezent, nu este posibil să se analizeze direct regolitul marțian, deoarece nu s-au raportat probe înapoi pe Pământ. Caracteristicile solului marțian sunt totuși cunoscute datorită informațiilor obținute prin diferite misiuni spațiale , printre care trebuie amintit Viking , Pathfinder , Spirit și Opportunity . [19] [20] [21] Datorită acestora a fost posibil să se determine dimensiunea medie a particulelor de regolit (de la 70 la 800 microni) [3] și compoziția sa chimică . Tabelul de mai jos oferă informații cu privire la compoziția medie a greutății solului și prafului marțian, care poate fi asimilată regulitului însuși. [21] Prezența percloraților , cloraților și a altor compuși similari a crescut interesul datorită posibilelor efecte negative asupra astronauților și a performanței echipamentelor în perspectiva viitoarelor misiuni cu echipaj . [21]

Compoziția medie a solului și prafului marțian [21]
Oxid Sol Praf
Greutate%
SiO2 46,52 ± 0,57 44,84 ± 0,52
TiO 2 0,87 ± 0,15 0,92 ± 0,08
La 2 O 3 10,46 ± 0,71 9,32 ± 0,18
FeO 12,18 ± 0,57 7,28 ± 0,70
Fe 2 O 3 4,20 ± 0,54 10,42 ± 0,11
MnO 0,33 ± 0,02 0,33 ± 0,02
MgO 8,93 ± 0,45 7,89 ± 0,32
CaO 6,27 ± 0,23 6,34 ± 0,20
Na 2 O 3,02 ± 0,37 2,56 ± 0,33
K 2 O 0,41 ± 0,03 0,48 ± 0,07
P 2 O 5 0,83 ± 0,23 0,92 ± 0,09
Cr 2 O 3 0,36 ± 0,08 0,32 ± 0,04
Cl 0,61 ± 0,08 0,83 ± 0,05
SO 3 4,90 ± 0,74 7,42 ± 0,13
Simulant JSC MARS-1A

Imposibilitatea de a efectua studii și analize de laborator asupra probelor reale de regulit a dus la crearea diferitelor materiale artificiale, numite simulanți, care încearcă să reproducă caracteristicile sale. Câteva exemple sunt [22] :

Simulanții sunt de o importanță fundamentală, deoarece permit, printre altele, să efectueze experimente menite să înțeleagă diverse fenomene, să studieze aplicații precum astrobotanica sau să analizeze performanța echipamentelor pe solul marțian . [22]

Importanță și aplicații

Posibilitatea stabilirii unei baze pe solul lunar este un pas necesar în pregătirea și dobândirea cunoștințelor și abilităților necesare desfășurării unor misiuni de explorare spațială de lungă durată și echipate. Pe lângă acest aspect, Luna este încă extrem de interesantă din punct de vedere științific. [23]

Pe de altă parte, apropierea și similaritatea relativă a lui Marte cu Pământul fac din această planetă o destinație inevitabilă pentru explorarea științifică și, eventual, colonizarea de către om. Studiul aprofundat al evoluției și caracteristicilor sale ar putea conduce la o înțelegere a dezvoltării altor planete din sistemul solar și a posibilității existenței unor forme de viață extraterestre. [24]

Viitoarele misiuni de explorare umană și colonizare a solului lunar și marțian vor avea nevoie de structuri spațiale și habitate la costuri reduse, fiabilitate ridicată și autonomie față de Pământ. [25] Întrucât materialele și tehnologiile tradiționale nu sunt de obicei în măsură să îndeplinească aceste cerințe, noi soluții de proiectare au fost introduse și dezvoltate parțial în ultima vreme. [26] Unul dintre cele mai semnificative aspecte este legat de exploatarea resurselor locale ale unui corp ceresc, adesea definit cu acronimul englez ISRU (In-Situ Resource Utilization). [19] În acest sens, Regolitul poate fi utilizat pentru a obține materiale cu cele mai disparate proprietăți prin mijloace precum imprimarea 3D într-un mediu extraterestru. [27] [28]

Unul dintre cele mai promițătoare materiale în contextul habitatelor spațiale este betonul , care se caracterizează prin rezistență și durabilitate excelente. Producția sa pe Marte și pe Lună ar fi posibilă datorită prezenței în regulitul respectiv a unor substanțe precum alumina , oxidul de calciu și silicatul . [19] Pentru a depăși problema deficitului, inexistenței sau accesibilității dificile a apei (o componentă fundamentală în betoanele clasice), sa gândit la substanțe care ar putea să o înlocuiască. Un exemplu este dat de geopolimerii obținuți din regulit , care au avantajul suplimentar de a oferi un anumit nivel de protecție împotriva radiațiilor . [29]

Structură obținută prin imprimarea 3D a unui simulant lunar, expusă la ESTEC

Alte familii de materiale care pot fi obținute din sol (și, prin urmare, din regulit) sunt metalele și aliajele acestora, care pot fi utilizate pentru fabricarea componentelor structurale. Printre acestea se numără aluminiu și magneziu , care au performanțe mecanice bune și sunt ușor de prelucrat datorită punctelor lor de topire scăzute. Aluminiul poate fi, de asemenea, integrat în beton ca element constitutiv al acestuia, în timp ce magneziul este util în sistemele de protecție împotriva impactului și radiațiilor. [30] O bună protecție împotriva radiațiilor este asigurată și de hidrogenul conținut în regolit [31], care poate fi exploatat și în sistemele de control termic pasiv datorită proprietăților sale izolante. [32]

În cele din urmă, disponibilitatea ridicată a bazaltului îl face atractiv pentru viitoarele tehnologii de imprimare 3D. Din extrudarea sa este posibil să se obțină fibre similare cu cele ale sticlei și carbonului , cu o bună rezistență la tracțiune, coroziune și solicitări termice. [33]

Imprimarea 3D este poate cea mai promițătoare metodă de producție in situ [27] : permite prelucrarea multor materiale, obținând geometrii complexe într-o gamă largă de dimensiuni, ușurință mai mare și mai puține deșeuri de materii prime. [34] Cu toate acestea, nivelul său tehnologic este în prezent atât de scăzut încât nu poate fi utilizat în practică. [35] În următoarele câteva decenii, totuși, va fi posibilă observarea dezvoltării sale, până la crearea de habitate și clădiri de diferite tipuri. [35] Conform teoriilor recente, va fi, de asemenea, posibilă exploatarea acestei tehnologii pentru a obține materiale plastice pornind de la regolitul marțian și alte substanțe, cum ar fi apa, dioxidul de carbon , bazaltul și etilena. [28]

Alte propuneri de sisteme de producție sunt:

  • Sinterizarea solară și laser , care constă în încălzirea unui material poros peste punctul său de topire pentru a produce obiecte într-un mediu uscat. Sursele utilizate sunt lumina soarelui sau laserul [36]
  • Sinterizarea cu microunde , în care utilizarea microundelor de înaltă frecvență permite transformarea energiei electromagnetice în energie termică utilizată pentru procesarea materialelor ceramice și a pulberilor metalice [36]
  • Metode Dry-Mix / Steam-Injection (DMSI) și metode îmbunătățite Dry-Mix / Steam-Injected (E-DMSI) pentru obținerea obiectelor din beton cu o rezistență bună la compresiune prin exploatarea expunerii la vapori de temperatură ridicată [36]
  • Insertul modulului de stingere (QMI) și Insertul modulului de difuzie (DMI), cuptoare proiectate să funcționeze pe metale și aliaje între 400 ° C și 1600 ° C în condiții de greutate redusă [37]

În plus, au fost studiate metode de extracție a fierului, [38] oxigenului și aliajelor metalice [39] din regulitul lunar și a apei [40] din regulitul marțian.

Efecte asupra structurilor spațiale și asupra organismului uman

Fracțiunea de regolit alcătuită din particule extrem de fine se numește praf și reprezintă o amenințare pentru astronauți și echipamentele utilizate în misiunile pe Lună și Marte. [41] [42]

În misiunile Apollo s-a observat o degradare rapidă a instrumentelor și a costumelor spațiale în timpul activităților extravehiculare, din cauza prafului care rămăsese aderent la acestea. [43] Acest praf a fost, de asemenea, transportat, fără să știe, în interiorul modulului lunar de către astronauți, punându-le serios în pericol sănătatea. [41]

Tesutul beta contaminat cu praf lunar (Apollo 16)

Faptul că praful lunar este extrem de fin și încărcat electric îl face să adere la suprafețe și să pătrundă în mecanisme și fisuri. [41] Sarcina sa este dată de interacțiunea cu vântul solar și radiația ultravioletă , [41] iar absența fenomenelor atmosferice înseamnă că particulele care îl compun sunt extrem de ascuțite. [43] Toate acestea pot duce nu numai la deteriorarea semnificativă a costumelor spațiale și a componentelor electronice, ci și la probleme în sistemele de comunicații. [43]

Praful poate avea un efect deosebit de negativ asupra sistemului respirator , care se aprinde ca urmare a interacțiunii cu speciile reactive de oxigen pe care le generează. [44] Ar putea avea efecte suplimentare asupra sistemului cardiovascular , iar proprietățile abrazive ale particulelor reprezintă o amenințare semnificativă pentru piele și ochi . [44] Au fost efectuate mai multe studii pentru a înțelege nivelul real de risc dat de expunerea organismului uman la praful lunar. Din analiza efectelor simulanților lunari asupra plămânilor șobolanilor, sa constatat că praful poate provoca fibroză pulmonară [45], în timp ce un al doilea studiu a arătat că interacțiunea dintre simulanți similari și celulele neuronale și pulmonare duce la moartea celule și deteriorarea ADN-ului asociat. [46]

În ceea ce privește regolitul marțian, sunt disponibile în prezent informații mai puțin detaliate, dar un factor diferențiat în ceea ce privește cazul lunar este prezența unei atmosfere. Prin urmare, acțiunea vântului poate favoriza mișcarea prafului și aderența acestuia la suprafețele instrumentelor, structurilor și costumelor. [42] Pentru a înțelege efectele asupra acestor sisteme și asupra astronauților este necesar să se aprofundeze cunoașterea proprietăților mecanice și toxicologice ale prafului marțian; una dintre cele mai eficiente abordări constă în utilizarea simulanților și a procedurilor experimentale standard și în compararea ulterioară a datelor obținute de la mai multe laboratoare și grupuri de cercetare. [42]

Notă

  1. ^ Biodiversitatea solului , pe Institutul Superior pentru Protecția și Cercetarea Mediului . Adus pe 26 iunie 2020 .
  2. ^ eroziune în Enciclopedia Treccani , pe www.treccani.it . Adus pe 26 iunie 2020 .
  3. ^ a b c ( EN ) MZ Naser, Materiale de construcție native pentru spații pentru infrastructură durabilă și independentă de pământ , în Acta Astronautica , vol. 155, 1 februarie 2019, pp. 264-273, DOI :10.1016 / j.actaastro.2018.12.014 .
  4. ^ Meyer , p. 54 .
  5. ^ (EN) Taylor, G. (Graham), Regolith geology and geomorphology , J. Wiley, 2001, ISBN 0-471-97454-4 ,OCLC 46.937.447 .
  6. ^ Zingarelli, Nicola, 1860-1935., Lo Zingarelli: vocabular of the italian language , Zanichelli, 2003, ISBN 88-08-15478-5 ,OCLC 53058583 .
  7. ^ Heiken , p. 285 .
  8. ^ Heiken , pp. 286-287 .
  9. ^ Heiken , p. 286 .
  10. ^ a b c Meyer , pp. 46-48 .
  11. ^ a b ( EN ) DS Mckay și DW Ming, Developments in Soil Science , vol. 19, Elsevier, 1990, pp. 449–462, DOI : 10.1016 / s0166-2481 (08) 70360-x , ISBN 978-0-444-88302-5 .
  12. ^ Heiken , p. 296 .
  13. ^ a b Heiken , p. 346 .
  14. ^ Heiken , p. 476 .
  15. ^ a b c Heiken , p. 506 .
  16. ^ Heiken , p. 514 .
  17. ^ (RO) Site-ul James K. Mitchell Legacy , pe mitchell.geoengineer.org. Adus pe 26 iunie 2020 .
  18. ^ (EN) Soare, Richard J. ,, Conway, Susan J. și Clifford, Stephen Mark, 1952-, Introducere , în Marte dinamică: evoluția recentă și peisajul actual al planetei roșii, ISBN 978-0-12-813019 -3 ,OCLC 1048255062 .
  19. ^ a b c Naser, Chehab , p. 76 .
  20. ^ (EN) Harry Y. McSween și Klaus Keil, Mixing relations in the Martian regolith and the global homogeneous composition of dust in Geochemistry et Cosmochimica Acta, vol. 64, n. 12, 2000-06, pp. 2155-2166, DOI : 10.1016 / s0016-7037 (99) 00401-9 .
  21. ^ a b c d ( EN ) DW Ming și RV Morris, Proprietăți chimice, mineralogice și fizice ale prafului și solului marțian ( PDF ), 2017.
  22. ^ A b (EN) Kevin M. Cannon, Daniel T. Britt și Trent M. Smith, Mars global simulant MGS-1: Un standard deschis bazat pe Rocknest pentru simulanții de regulit bazaltic marțian , în Icarus, vol. 317, 1 ianuarie 2019, pp. 470–478, DOI : 10.1016 / j.icarus.2018.08.019 .
  23. ^ (EN) Future of Spaceflight , National Geographic Science. Adus pe 26 iunie 2020 .
  24. ^ (RO) De ce să mergi pe Marte? , pe www.esa.int . Adus pe 26 iunie 2020 .
  25. ^ (EN) Carlo Menon și colab. , Biomimetică și robotică pentru aplicații spațiale: provocări și tehnologii emergente , în 2007 IEEE Int. Conf. Robot. Autom. , 2007, pp. 1-8.
  26. ^ (EN) Igor Levchenko, Kateryna Bazaka și Thierry Belmonte, Advanced Materials for Next-Generation Spacecraft , în Advanced Materials, vol. 30, n. 50, 2018-12, DOI : 10.1002 / adma.201802201 .
  27. ^ a b Naser, Chehab , p. 86 .
  28. ^ a b Yashar , p. 4 .
  29. ^ Naser, Chehab , p. 77 .
  30. ^ Naser, Chehab , p. 78 .
  31. ^ Yashar , p. 8 .
  32. ^ (EN) Michael Higgins și Haym Benaroya, Utilizarea procesului de ierarhie analitică pentru a determina configurația optimă a habitatelor lunare , în Acta Astronautics, vol. 173, 2020-08, pp. 145–154, DOI :10.1016 / j.actaastro.2020.04.012 .
  33. ^ Yashar , p. 6 .
  34. ^ (EN) Irina Gouzman, Eitan Grossman și Ronen Verker, Advances in Polyimide-based Materials for Space Applications , în Advanced Materials, vol. 31, n. 18, 2019-05, DOI : 10.1002 / adma.201807738 .
  35. ^ a b Yashar , p. 2 .
  36. ^ a b c Naser, Chehab , p. 81 .
  37. ^ Naser, Chehab , p. 82 .
  38. ^ (EN) BAE Lehner, J. și A. Schlechten Filosa, misiune de proiectare end-to-end pentru activități ISRU microbiene ca pregătire pentru un sat lunar , în Acta Astronautics, vol. 162, 2019-09, pp. 216–226, DOI :10.1016 / j.actaastro.2019.06.001 .
  39. ^ (EN) Oxigen și metal din regolitul lunar , pe www.esa.int. Adus pe 26 iunie 2020 .
  40. ^ (EN) Diane L. Linne și Julie E. Kleinhenz, Extracția și captarea apei din Martian Regolith Experimental Proof-of-Concept , în al 8-lea Simpozion privind utilizarea resurselor spațiale, Institutul American de Aeronautică și Astronautică 4 ianuarie 2016, DOI : 10.2514 / 6.2016-0226 .
  41. ^ a b c d ( EN ) Kavya K. Manyapu, Leora Peltz și Pablo De Leon, Costume spațiale autocurățate pentru viitoarele misiuni planetare care utilizează tehnologia nanotuburilor de carbon , în Acta Astronautica , vol. 157, 2019-04, pp. 134–144, DOI :10.1016 / j.actaastro.2018.12.019 .
  42. ^ A b c (EN) Levine, Joel S., editor. Winterhalter, Daniel, editor. Kerschmann, Russell L., editor., Praful în atmosfera lui Marte și impactul său asupra explorării umane , ISBN 978-1-5275-1172-9 ,OCLC 1040629937 .
  43. ^ a b c ( EN ) Kavya K. Manyapu, Pablo De Leon și Leora Peltz, Dovada conceptului de demonstrație a noilor tehnologii pentru atenuarea prafului în costum spațial lunar , în Acta Astronautica , vol. 137, 2017-08, pp. 472–481, DOI :10.1016 / j.actaastro.2017.05.005 .
  44. ^ a b ( EN ) Dag Linnarsson, James Carpenter și Bice Fubini, Toxicitatea prafului lunar , în Planetary and Space Science , vol. 74, nr. 1, 2012-12, pp. 57–71, DOI : 10.1016 / j.pss.2012.05.023 .
  45. ^ (EN) Yan Sun, Liu Jinguo și Zhang Xiaoping, Mecanisme implicate în fibroza pulmonară inflamatorie indusă de simulantul de praf lunar la șobolani , în Toxicologia mediului, vol. 34, nr. 2, 2019-02, pp. 131-140, DOI : 10.1002 / tox.22665 .
  46. ^ (EN) Rachel Caston, Katie Luc și Donald Hendrix, Evaluarea toxicității și a deteriorării ADN-ului nuclear și mitocondrial cauzate de expunerea celulelor de mamifere la simulanții regolitului lunar , în GeoHealth, vol. 2, nr. 4, 2018-04, pp. 139–148, DOI : 10.1002 / 2017GH000125 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 60801 · LCCN (EN) sh95004894 · GND (DE) 4368274-1
Sistem solar Portalul sistemului solar : Accesați intrările Wikipedia de pe obiectele sistemului solar
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Regolite&oldid=122564071 ”