Cartografia e Caracterização Geomorfológica da...
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Cartografia e Caracterização Geomorfológica da Superfície de Marte
David Alegre Vaz
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Sumário
• Marte – factos e perspetiva histórica
• A superfície de Marte
• Cartografia e Ciências Planetária no CITEUC &
CERENA
• Datação morfológica de escarpas de falha
• Estruturas sedimentares eólicas
• Conclusão
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Marte - factos
• Idade: 4.5 Ga (4500.000.000 anos)
• Período orbital = 687 dias (Terra = 365 dias)
• Período de rotação = 24h 37m (Terra = 24h)
• Raio equatorial = 3.396 km (Terra = 6.371 km)
• Força da gravidade = 3.71 m/s2 (39% menor que na terra)
• Atualmente não possui campo magnético
• Atmosfera pouco densa (0.6% da densidade na Terra)
• Composta por: 95.97% CO2, 1.93% Ar; 1.89% N
•Temperatura média = -63° C
• Atualmente é um planeta desértico
• Não necessariamente inativo do ponto de vista geológico
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Marte - perspetiva histórica
• Conhecido desde a antiguidade
•Marte – Deus da guerra romano
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Marte - perspetiva histórica
• Galileo Galilei (1610)
• Primeiras observações
• Giovanni Schiaparelli (1877)
“canali” = “channels” ~= “canals”
= natural ~= artificial
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Marte - perspetiva histórica
• Galileo Galilei (1610)
• Primeiras observações
• Giovanni Schiaparelli (1877)
“canali” = “channels” ~= “canals”
= natural ~= artificial
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Marte - perspetiva histórica
Mariner 4
• Ilusão de óptica/erro de tradução que “durou” até 1965
• A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua
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Marte - perspetiva histórica
• Ilusão de óptica/erro de tradução que “durou” até 1965
• A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua
• Alimentou a ficção cientifica mas contribuiu também para o
interesse na exploração do sistema solar
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Exploração de Marte
• Marsnik – primeira
missão (1960)
• Mariner 4 – primeiras
imagens (1965)
• Mars 3 – primeiro
“lander” (1971)
• Missões Viking (1975)–
permitiram a cartografia
global da superfície
• Baixa taxa de sucesso
das missões
• Mas tem vindo a
melhorar
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Missões a Marte
• 7 missões em orbita/superfície: • Mars Odyssey (2001)
• Mars Express (2003)
• Spirit & Opportunity (2004)
• Mars Reconnaissance Orbiter
(2006)
• MSL – Curiosity (2012)
• MAVEN (Mars Atmospheric and
Volatile EvolutioN) (2014)
• Mars Orbiter Mission (2014)
• ExoMars – 2016 & 2018
• InSight – 2018?
• Estas missões possibilitam a
cartografia e o estudo da geologia
marcianaExoMars 2018
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Missões a Marte
• As missões resultaram num acumular de dados que nos permitem
estudar a superfície e o interior do planeta:
• Imagens da superfície (resolução espacial até 25 cm/pixel)
• Topografia
• Dados hiper-espectrais
• Dados magnéticos e gravimétricos
• Rovers/landers
• Análises químicas
• Imagens/composição detalhada das rochas na superfície
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As luas de Marte
• Phobos e Deimos
• Pequenas luas (22 e 13 km de diâmetro) com formas irregulares
• Asteroides capturados
Phobos Deimos
As duas luas vistas pelo Curiosity
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A superfície de Marte
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Topografia
• Dicotomia hemisférica
• Norte: menores elevações, crusta mais recente
• Sul: maiores elevações, mais crateras = crusta mais antiga
• Impacto gigante? Tectónica de placas? Convexão mantélica?
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Anomalias magnéticas
• Anomalias magnéticas
crustais remanescentes
• Localizadas na crusta
mais antiga
• Campo magnético global
(até ~4 Ga)
• Bandas de
magnetização similares às
observadas na crusta
oceânica?
• Tectónica de placas?
Intrusões magmáticas?
Falhas?
• Não existem evidências
geológicas na superfície
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Geologia de Marte
• Mapas geológicos/geomorfológicos• Feitos a partir da interpretação de imagens da superfície
• Resumem grande parte do conhecimento geológico: unidades geológicas
• Carta geológica de Marte (USGS, 1:15M)
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Geologia de Marte
• Três grandes períodos
estratigráficos
• Noaquiano (4.5 – 3.7 Ga)
• Intensa craterização,
erosão e atividade
hidrológica
• Hesperiano (3.7 - 3 Ga)
• Atividade vulcânica
intensa
• Amazoniano (3 Ga até ao
presente)
• Hiperaridez, atividade
glaciar/periglaciar
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Composição
• Basaltos• E produtos da alteração dos
basaltos:
• Argilas, sulfatos, óxidos de
ferro, etc.
• Rochas sedimentares
• “Estratigrafia mineralógica”:
Phyllociano, Theiikiano, Siderikano
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Crateras de impacto
• Resultam do impacto de meteoritos na superfície do planeta
• A crusta marciana é antiga e está intensamente “craterizada”
• A contagem de crateras permite datar a superfície de um planeta
• Mais e maiores crateras = crusta mais antiga
• A única forma de datar a superfície
• Dependente dos modelos utilizados
• Grandes margens de erro
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Calotes polares
• Calotes polares: gelo de H20 e CO2 (2-3 km de espessura)
Norte Sul
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Calotes polares
• Calotes polares: gelo de H20 e CO2 (2-3 km de espessura)
• Phoenix demonstrou a existência de gelo no subsolo das zonas
circumpolares a pouca profundidade
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Vales fluviais
• Formados pela ação erosiva dos rios
• Localizados preferencialmente nas zonas mais antigas (+ de 3.5 Ga)
• Testemunhos de um clima mais ameno e húmido no passado
• Ciclo hidrológico
• Tempo necessário para a sua formação?
• Para onde foi a água?
Terra – deserto do Yemen
Marte
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Deltas fluviais e lagos
• Acumulação de sedimentos transportados por rios
• Deposição em corpos de água estáveis (lagos)
• Indicam a existência de massas de água durante largos períodos de
tempo?
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Deltas fluviais e lagos
Delta do rio Lena, Rússia Marte – Delta fóssil, cratera de Jezero
• Acumulação de sedimentos transportados por rios
• Deposição em corpos de água estáveis (lagos)
• Indicam a existência de massas de água durante largos períodos de
tempo?
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Oceano?
• Vários indícios indicam a existência de um oceano nas planícies do
hemisfério Norte
• Durante quanto tempo?
• Qual a extensão?
• Estaria congelado?
Redes de drenagem
Deltas
Luo & Stepinsky, 2010
Di Achille & Hynek, 2010
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Vulcões
• Os maiores vulcões do sistema solar
• Monte Olympus – 22 km de altura
• Vulcão-escudo
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Vulcões
• Outras morfologias vulcânicas:
• Tubos lávicos
Gruta das Torres
Pico, Açores
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Vulcões
• Outras morfologias vulcânicas:
• Tubos lávicos
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Vulcões
• Outras morfologias vulcânicas:
• Tubos lávicos
• Escoadas vulcânicas
Etna
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Vulcões
• Outras morfologias vulcânicas:
• Tubos lávicos
• Escoadas vulcânicas
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Estruturas tectónicas
• Ausência de tectónica de placas em
Marte (pelo menos nos últimos 4 Ga)
• Estruturas que indicam deformações
crustais são abundantes
• Qual foi o grau de mobilidade crustal?
Falhas normais
Cristas de enrugamento
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Processos eólicos
Terra – deserto da Namíbia Marte
• O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte
• Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas
• O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece
indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica
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Processos eólicos
• O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte
• Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas
• O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece
indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica
• Remoinhos de poeira (“dust devils”)
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Processos eólicos
• O vento é atualmente o principal fator de atividade geológica em Marte
• Tal como na Terra, existem dunas de areia ativas
• O estudo/cartografia das estruturas sedimentares eólicas fornece
indicadores que permitem caracterizar a circulação atmosférica
• Remoinhos de poeira (“dust devils”)
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Cartografia planetária no
CITEUC & CERENA
(2 exemplos)
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Cartografia planetária
• Desenvolvimento de algoritmos de processamento de
imagens para a identificação e caraterização de diversas
estruturas geomorfológicas:
• Crateras
Bandeira et al. 2007
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Cartografia planetária
• Desenvolvimento de algoritmos de processamento de
imagens para a identificação e caraterização de diversas
estruturas geomorfológicas:
• Crateras
• Estruturas tectónicas
Vaz, 2011
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Cartografia planetária
• Desenvolvimento de algoritmos de processamento de
imagens para a identificação e caraterização de diversas
estruturas geomorfológicas:
• Crateras
• Estruturas tectónicas
• Estruturas sedimentares eólicas
![Page 39: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/39.jpg)
Cartografia estrutural
• Fotointerpretação de dados de imagens orbitais
• Demorada, não reprodutível
• Algoritmo que permite a cartografia automática: rapidez e objetividade
• Permite analisar áreas mais extensas
• Medições morfométricas
• Técnica de base para o estudo das morfologias tectónicas
Borraccini et al. (2007)Dohm & Tanaka (1999) Vaz et al. (2012)
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Datação morfológica
• Datação morfológica de escarpas
de falha em Marte
• Escarpas de falhas normais
• geralmente bem preservadas
• mas diferentes graus de
degradação são observáveis
Morfologia das
escarpas de falha
Deformação
+
Degradação
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Datação morfológica
• Datação morfológica
• Quantificação do grau de
degradação das escarpas
• Utilizada na Terra em estudos
de paleosismicidade
• Poderá esta técnica ser aplicada
em Marte?
• O que nos poderá dizer sobre as
condições climáticas no passado?
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Datação morfológica
• Datação morfológica
• Quantificação do grau de
degradação das escarpas
• Utilizada na Terra em estudos
de paleosismicidade
• Poderá esta técnica ser aplicada
em Marte?
• O que nos poderá dizer sobre as
condições climáticas no passado?
•Teste e validação em dois rifts
com idades diferentes
• Ortofotos e MDTs com alta
resolução espacialClaritas Fossae
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Datação morfológica
• Datação morfológica
• Quantificação do grau de
degradação das escarpas
• Utilizada na Terra em estudos
de paleosismicidade
• Poderá esta técnica ser aplicada
em Marte?
• O que nos poderá dizer sobre as
condições climáticas no passado?
•Teste e validação em dois rifts
com idades diferentes
• Ortofotos e MDTs com alta
resolução espacial
Phlegethon Catena
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Datação morfológica
• Modelo de degradação difusiva
• Permite relacionar:
• Morfologia
• Idade das escarpas
• Constante de
difusividade (quantifica a
“velocidade média” de
degradação)
• Dados necessários:
• Idade (contagem de
crateras)
• Geometria inicial das
falhas
• Medições morfométricas
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• Geometria inicial:– Reconstrução palinspática 3D
• Crateras fracturadas = marcadores de
deformação
• Permite inferir a geometria das falhas
(47±9.8°)
Phlegethon Catena
Datação morfológica
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Datação morfológica
• Análise morfométrica
– Cartografia e caracterização automática de escarpas de falha (Vaz, 2011)
• Medição continua de vários parâmetros morfométricos (altura, inclinação, etc.)
Claritas Fossae
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Datação morfológica
• Possibilita a medição das diferenças morfométricas
– Maiores inclinações em Phlegethon
• Escarpas mais pequenas erodem mais depressa – processos difusivos
• Possibilita a parameterização da degradação – datação morfológica (Vaz, 2014)
Claritas Fossae Phlegethon Catena
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Datação morfológica
• Modelação da degradação
– Constante de difusividade
kPC = 4.1×10-3 m2/kyr
kCF = 4.0 ×10-3 m2/kyr
– Valores semelhantes nas duas
áreas: k constante nos últimos ~3
Ga
– O modelo prevê que os diferentes
estados de preservação são
devidos às diferentes idades, e não
a uma alteração da capacidade
erosiva
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Datação morfológica
• Modelação da degradação • kMarte= 9×10-4 - 1.3×10-2 m2/kyr
kTerra= 0.1-16 m2/kyr
• 3 ordens de magnitude abaixo dos
valores típicos na Terra
• k estimado está de acordo com as
condições climáticas hiperáridas
previstas para o Hesperiano Superior
e Amazoniano
• Demonstrou-se a possibilidade de
aplicação deste tipo de técnicas
• Um novo método para estudar o
passado climático de Marte
•Trace Gas Orbiter - CaSSIS
PC CF
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Processos eólicos
• Estudo da atividade eólica
• Estudar as condições atmosféricas atuais
• Primeira evidência de que as dunas estão ativas
Ripples eólicos
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Processos eólicos
• Cartografia automática de campos dunares:
• Inferir a orientação dos ventos
OBDA
OBDA
Manual
Manual
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Processos eólicos
• Cartografia automática de campos dunares:
• Inferir a orientação dos ventos
• Validar os modelos atmosféricos
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Processos eólicos
• Cartografia de ripples - permite inferir as principais direções dos ventos
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Processos eólicos
• Cartografia dos ripples
• Identificar ventos
dominantes
• Fluxos sedimentares
Vaz & Silvestro (2014)
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Processos eólicos
• Cartografia dos ripples
• Identificar ventos
dominantes
• Fluxos sedimentares
• Permite estudar a
circulação atmosférica
localmente
•Variação dos padrões
de ripples
• Morfologia dunar
vs. granulometria
Vaz & Silvestro (2014)
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Processos eólicos
Vaz & Silvestro (2014)
Direcção do vento perpendicular aos ripples• Cartografia dos ripples
• Identificar ventos
dominantes
• Fluxos sedimentares
• Permite estudar a
circulação atmosférica
localmente
•Variação dos padrões
de ripples
• Morfologia dunar
vs. granulometria
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Processos eólicos
• Análise multitemporal - taxas de migração dunar
• Contabilizar fluxos sedimentares atuais
Vaz & Silvestro (2014)
![Page 59: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/59.jpg)
Processos eólicos
• Aplicação das ferramentas desenvolvidas na cratera de Gale – Curiosity
Silvestro et al. (2013)
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Processos eólicos
• Meridiani Planum – ExoMars 2016
•TARs inativos nas condições atmosféricas atuais
• Descoberta de um novo tipo de “wind streak” – “ripple streak”
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Processos eólicos
• Reconstrução da atividade eólica na região
• Complexidade do regime de ventos na região
ao longo do tempo geológico
• As estruturas sedimentares indicam
diferentes direções predominantes
• Variações de obliquidade do eixo de
rotação?
• Este estudo serviu para antecipar e
caracterizar a região que será estudada pela
missão ExoMars 2016
• DREAMS (Dust Characterisation, Risk
Assessment, and Environment Analyser on
the Martian Surface)
• Uma das poucas (se não a única)
participação científica na missão
Silvestro et al. (2015)
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Processos eólicos
• Work in progress:
• Os ripples marcianos são
muito diferentes dos ripples
eólicos terrestres
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Processos eólicos
• Work in progress:
• Os ripples marcianos são
muito diferentes dos ripples
eólicos terrestres
![Page 64: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/64.jpg)
Processos eólicos
• Work in progress:
• Os ripples marcianos são
muito diferentes dos ripples
eólicos terrestres
![Page 65: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/65.jpg)
Processos eólicos
• Work in progress:
• Os ripples marcianos são
muito diferentes dos ripples
eólicos terrestres
![Page 66: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/66.jpg)
Processos eólicos
• Work in progress:
• Os ripples marcianos são
muito diferentes dos ripples
eólicos terrestres
• Morfologia/dinâmica
semelhantes a megaripples
subaquáticos
• Qual o impacto no registo
sedimentar?
• Será possível diferenciar
depósitos
eólicos/subaquáticos?
Vaz et al. (No prelo)
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Estratificação entrecruzada em Gale
Ambiente subaquático ou eólico?
![Page 68: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/68.jpg)
Conclusão
• Antes que os geólogos possam caminhar no planeta, será necessário
retirar o máximo de informação geológica dos terabytes de dados que as
missões têm vindo a adquirir
• Já não existem olhos suficientes para analisar todos os dados
recolhidos
• A cartografia geológica/geomorfológica, e em particular os novos
algoritmos que temos vindo a desenvolver permitem:
• Identificar e caracterizar uma grande variedade morfologias
• Permitem uma fácil e objetiva análise de áreas extensas
• Marte – ainda muitas questões em aberto
• Uma história geológica complexa
• Condições de habitabilidade parecem ter existido
• Existiu ou existe vida?
![Page 69: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/69.jpg)
Cartografar não é apenas compilar informação, é
também compreendê-la
![Page 70: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/70.jpg)
Cartografar não é apenas compilar informação, é
também compreendê-la
![Page 71: Cartografia e Caracterização Geomorfológica da …associacaodpga.org/Documentos_X_Encontro_Loule_files/02... · •A superfície de Marte era afinal parecida com a da Lua •Alimentou](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022021719/5ba133d509d3f2bb6a8be2e0/html5/thumbnails/71.jpg)
Obrigado pela atenção!