Reflectivitatea rocilor depinde de compoziția mineralogică, compoziția materialului, natura genetică și, în consecință, este caracteristica lor de diagnostic în DME.

Această imagine a insulei Bathurst din Canada a fost achiziționată de RADARSAT pe 21 martie 1996. Cea mai izbitoare caracteristică a acestei imagini este afișarea izbitoare a caracteristicilor geologice. Pata întunecată din centrul imaginii (A) este Bracebridge, care se învecinează cu Oceanul Arctic în vestul zonei luate în considerare. Din acest golf spre est se întinde o vale largă numită Pasul Ursului Polar.

Geologia insulei Bathurst este caracterizată de șerpuirea remarcabilă a cheilor. Cei mai mulți kilometri superiori de stânci pe mai multe niveluri sunt deformate într-o serie de depresiuni care sunt clar vizibile în imaginea RADARSAT.

Tonurile deschise din această imagine (C) reprezintă depuneri de calcar, iar tonurile întunecate (B) reprezintă depuneri de pietre. Limitele dintre aceste două medii pot fi identificate cu precizie și ușor dintr-un instantaneu.

Printre primele lucrări în care este dată strălucirea spectrală a suprafețelor rocilor și este dovedită importanța măsurătorilor probelor lor pentru interpretarea fotografiilor aeriene, se află publicarea de către Ray și Fisher. Pe baza experimentelor, au descoperit că diferențele litofacies între rocile dintr-o anumită regiune peisagistică nu sunt întotdeauna contrastante și, prin urmare, nu pot fi întotdeauna evidențiate din nou cu încredere pe o fotografie aeriană făcută pe un film pancromatic alb-negru normal. Acești cercetători căutau tehnici de procesare a imaginii și procesare care să utilizeze mai bine reflexivitatea și absorbția diferitelor tipuri de roci și astfel să obțină date secundare îmbunătățite prin contrast pentru diferențele specifice de roci din fotografiile aeriene alb-negru. Ray și Fisher căutau un canal spectral, respectiv o gamă de lungimi de undă în care reflectivitatea anumitor tipuri de roci să fie cea mai diferită. Folosind un colorimetru, au examinat reflectivitatea probelor proaspete și șterse de șist, calcar și gresie din New Mexico. Ei au stabilit modul în care se schimbă reflectivitatea unei suprafețe individuale a rocii și au reprezentat reflectările asupra spectrului din aceste date. Forma și poziția curbei pe ea arată cât procent din energia fluxului de lumină a fost reflectată de la suprafața rocii într-un anumit interval de lungime de undă (Fig. 6 și 7).

Figura: 6. Reflectivitatea spectrală a patru tipuri de roci: gresie maro deschis (A), calcar gri (B), silt roșu (C) și gresie gri (D)

În general, reflectivitatea rocilor studiate scade odată cu scăderea lungimii de undă (Fig. 6).

Dacă comparăm poziția curbelor spectrale individuale ale acestui grafic, atunci putem determina:

1. zonele spectrului în care curbele se apropie una de alta sau se intersectează;

2. regiuni spectrale sau regiuni spectrale în care reflectivitatea rocilor studiate este clar similară;

3. Zone ale spectrului în care curbele de reflexie ale diferitelor roci diferă în mod clar unele de altele. În această zonă spectrală, tipurile de roci studiate reflectă fluxul luminos incident cu cea mai mare diferență.

Acest lucru este văzut și mai bine în Fig. 7, care prezintă curbele de reflexie ale siltstone roșu (A) și calcar gri degradat (B). În zona de spectru de 0,45-0,5 microni, precum și în zona de 0,65-0,7 kmk, diferența de reflectivitate a ambelor tipuri de roci este deosebit de pronunțată. În zona de 0,45-0,5 microni (albastru) calcarul (5) reflectă fluxul luminos incident pe el mult mai puternic decât siltstone roșu (A). Dimpotrivă, în zona de 0,65-0,7 microni (roșu), reflexia siltstone roșu (A) este mult mai mare decât cea a calcarului (B). În zona de 0,575 microni, reflectivitatea ambelor roci este aceeași; aici se intersectează curbele lor spectrale.

Figura: 7. Reflectivitatea spectrală a două tipuri de roci: siltstone roșu (A) și calcar gri degradat (B (Ray R.G., Fisher W.A., 1960)

Acest exemplu arată că: a) diferența de reflectivitate a celor două tipuri de roci într-un anumit interval de lungime de undă sau parte a spectrului este mai pronunțată decât în \u200b\u200baltele; b) raportul reflectivității celor două tipuri de roci din gama de radiații vizibile poate fi inversat; c) caracteristicile spectrale ale diferitelor roci într-un anumit interval de lungime de undă pot fi similare sau aceleași.

Din analiza graficelor (Fig. 6) rezultă că diferențele în reflectivitatea a două sau mai multe tipuri de roci în domeniul vizibil al radiației electromagnetice se pot schimba mai mult sau mai puțin. Astfel, în partea cu lungime de undă scurtă a spectrului, curbele de luminozitate spectrală ale gresiei maro deschis (A), calcarului gri (B) și gresiei gri (D) sunt apropiate unele de altele. Rocile cu diferite culori, compoziție minerală și mărimea granulelor au forme similare de curbe de luminozitate spectrală. Pe de altă parte, aceste trei soiuri de roci reflectă fluxul luminos incident asupra lor în partea albastră a spectrului mai puternic decât siltstone roșu (C). În partea roșie a spectrului (aproximativ 0,65-0,7 μm) gresie maro deschis (A) reflectă fluxul luminos incident asupra acestuia mai puternic decât calcarul gri (B), siltstone roșu (S) și gresie gri (D), care în în această parte a spectrului, se găsesc caracteristici spectrale similare.

Dacă s-ar folosi o combinație filtru-film pentru a supraveghea zona cu aflorimente de tip A și B, în care razele de o anumită culoare ar cădea prin filtrul de lumină de pe film, adică lungimile de undă, de exemplu, albastru (0,4-0,5 microni) sau roșu (0,6-0,7 microni), atunci ne-am putea aștepta ca într-o astfel de fotografie spectrozonală (cu spațiu îngust), roșu să iasă în evidență cu contraste clare de nămoluri gri și calcarele cenușii (B). Într-o astfel de imagine, luată în zona albastră a spectrului, calcarele de culoare gri închis ar părea mai deschise, iar pietrele de noroi roșii - nuanțe mai închise. Într-o fotografie aeriană făcută în zona roșie a spectrului, fototonele ar fi inversate, dar contrastul dintre ele ar fi păstrat.

Dacă un teren cu patru tipuri de roci identificate (Fig. 6) este fotografiat în razele zonei albastre a spectrului, atunci pe fotografia aeriană aflorimentele de roci de tip C se vor distinge prin cea mai întunecată nuanță de gri dintre nuanțe mai deschise corespunzătoare afloririlor mai puternic reflectante ale rocilor de alte tipuri D). Cu o transmisie adecvată a razelor roșii, combinația filtru-film în imaginea cu zonă îngustă a aflorimentelor de tip A va ieși în evidență în tonurile cele mai deschise dintre aflorimentele mai întunecate de tipul B sau C / D de data aceasta. Pe baza acestor cunoștințe și folosind combinații adecvate de filtru-film, Ray și Fisher au realizat cele mai contrastante imagini ale diferitelor tipuri de roci în fotografiile aeriene. Cercetarea lor a arătat, în primul rând, cât de importantă este tehnologia de fotografiere, intervalul spectral în care zona este supravegheată și care este determinat de caracteristicile spectrale (de fiecare dată de la sine) ale materialelor sau mediilor - suprafețele naturale și obiecte antropice de sondaj. Metodologia de cercetare și utilizarea datelor experimentale aplicate de Ray și Fisher au pus cele mai importante baze pentru dezvoltare, care a început câțiva ani mai târziu, în dezvoltarea sondajelor multispectrale și a metodelor de procesare și a datelor pentru teledetecție.

Pentru a selecta canalul spectral optim sau domeniul de fotografiere și pentru a obține imaginea optimă la prelucrarea datelor de teledetecție, în primul rând, este necesar să se cunoască capacitățile de reflectivitate și absorbție ale materialelor de interes (obiecte de sondaj) în intervalul de lungimi de undă presupus. În 1960-1970. Studiul acestor tipare a fost dedicat măsurării reflectivității (albedo) a celor mai importante minerale și roci din laboratoare, la sol, precum și de la aeronave și sateliți. La început, cercetările s-au limitat la măsurători în intervalele vizibile și apropiate de infraroșu ale radiațiilor electromagnetice. Mai târziu, au început să studieze strălucirea spectrală a mineralelor și rocilor în intervalul IR mediu, precum și emisivitatea lor (sau coeficienții de radiație termică) în temperatura sau gama termică a radiației infraroșii.

Reflectivitatea mineralelor și rocilor critice în zonele vizibile și aproape în infraroșu în condiții de laborator a fost studiată pe larg de Hunt și colegii săi. Rezultatele studiilor lor au servit drept cel mai important început pentru toate măsurătorile ulterioare ale caracteristicilor spectrale ale rocilor.

În condiții naturale, reflectivitatea sau albedo a suprafețelor naturale este determinată de influența unui număr de parametri variabili, care sunt doar parțial dependenți de materialul de suprafață și parțial legați de influența mediului. Mai precis, o comparație a măsurătorilor de laborator și de câmp a arătat că luminozitatea spectrală a acelorași tipuri de roci se schimbă în funcție de dimensiunea ferestrei sau a fantei spectrometrului sau radiometrului, adică câmp de măsurare în care se determină coeficientul de luminozitate spectrală al obiectului. Dacă măsurătorile de laborator acoperă o suprafață de câțiva milimetri pătrați, atunci pentru un spectrometru sau radiometru de câmp, câmpul de măsurare poate varia de la decimetri pătrați la metri pătrați, care depinde de datele tehnice ale dispozitivului și de tehnica de măsurare. Scannerul multispectral instalat la bordul satelitului Landsat acoperă o suprafață minimă de aproximativ 6.000 de metri pătrați. În plus, suprafețele probelor măsurate în laborator sunt omogene. Suprafețele naturale naturale care cad în câmpul măsurătorilor unui spectrometru, radiometru sau scaner instalat la bordul unei aeronave sau al unui satelit sunt aproape întotdeauna eterogene, eterogene, datorită diferențelor posibile în structura suprafeței, variațiilor în compoziția mineralelor etc. A fost dovedit că, odată cu modificarea conținutului de minerale feruginoase, strălucirea spectrală a suprafeței stâncii se poate modifica, pe măsură ce se schimbă formarea solului, tipul și compoziția vegetației de pe ea. Luminozitatea spectrală a suprafețelor stâncii, care a fost obținută în momente diferite, în diferite regiuni și utilizând diferite sisteme de măsurare și imagistică, în funcție de scopul sondajului, ar trebui să fie cu greu comparată și comparată între ele. În ciuda acestui fapt, datele disponibile din măsurătorile spectrale anterioare arată că diferențele relative în reflectivitate, absorbție și emisivitate ale celor mai importante tipuri de roci pot fi utilizate în studiile peisagistice și în compilarea hărților tematice.

Rezultatele unor studii fundamentale ale caracteristicilor spectrale ale mineralelor și rocilor.

Watson a efectuat un studiu asupra a patru tipuri de roci într-una din văile piesei. Oklahoma în laborator și pe teren. El a selectat mostre proaspete zdrobite de gresie cuarțică și granit, mostre de calcar, granit și dolomită degradate, precum și granite acoperite cu o crustă de lichen. De fiecare dată, a fost măsurată strălucirea spectrală a mai multor probe de diferite tipuri de roci. Pe baza datelor măsurătorilor, au fost construite grafice (Fig. 8a), care arată reflectivitatea rocilor (ca procent în raport cu suprafața de referință, adică suprafața mată de referință albă).

Figura: 8a. Reflectivitate spectrală a suprafețelor proaspete și degradate ale diferitelor roci. (Reflectanța spectrală și proprietățile fotometrice ale rocilor selectate, de R. Watson, Remote Sensing of Environment, Vol. 2, 1972, pp. 95-100.)

1 - suprafață standard; 2 - gresie de cuarț (decolteu proaspăt); 3 - granit (proaspăt despicat); 4 - granit acoperit cu lichen verde; 5 - calcar degradat; 6 - granit degradat; 7 - dolomită degradată.

În majoritatea cazurilor, în partea vizibilă a spectrului, suprafețele proaspete, neaterate, ale granitelor reflectă radiația mai puternic decât suprafețele acelorși roci, dar degradate sau acoperite cu licheni. Suprafețele aspre degradate reflectă slab la toate intervalele de lungime de undă.

În gama vizibilă a undelor electromagnetice, suprafețele calcarelor degradate reflectă cea mai mare parte a radiației incidente întotdeauna mai puternice decât suprafețele dolomiților degradate (Fig. 8a). Gresia de cuarț proaspătă fracturată, datorită suprafeței sale curate și uniforme, reflectă fluxul incident mult mai puternic decât alte tipuri de roci (Fig. 8a).

Watson subliniază faptul că o comparație a valorilor de reflexie măsurate în laborator și în câmp poate fi doar aproximativă. În primul rând, să ne amintim că spectrometrul din laborator și de pe câmp măsoară zone de diferite dimensiuni. Numai din acest motiv, sunt posibile diferențe mari în valorile măsurate ale reflexiei. În plus, unghiul de iluminare din laborator este constant sau reglabil, iar în condiții naturale, în natură, unghiul de incidență al soarelui se schimbă în funcție de momentul zilei și de anul, ceea ce duce la iluminarea variabilă a obiectului. Diferite valori ale iluminării naturale modifică intensitatea reflectării spectrale a acelorași suprafețe în timpul zilei și în perioade diferite ale anului. Prin urmare, valorile luminozității spectrale obținute în momente diferite prin măsurători la sol sau ca rezultat al survolării locurilor de testare nu sunt comparabile sau comparabile condiționat între ele.

Astfel, procese geologice secundare (modificări hidrotermale în roci, intemperii etc.), care pot fi asociate cu formarea zăcămintelor minerale, sau dezvoltarea fenomenelor moderne care complică situația geoecologică (zone nefavorabile pentru construcția de structuri inginerești etc.) ), modifică semnificativ caracteristicile spectrale ale rocilor

Este utilizat pe scară largă în DMY. Caracteristicile spectrale ale rocilor se schimbă în mod puternic în timpul dezvoltării mineralelor care conțin argilă-mică, carbonat și hidroxil și hidroxizi de fier.

Există numeroase exemple pozitive (fosta URSS, SUA, Franța etc.) ale utilizării DMI în variantele aeriene și spațiale ca metode directe de prospectare a depozitelor de cupru, uraniu, aur și alte minerale.

O altă comparație a reflectivității suprafețelor de rocă degradate și proaspete: riolit, bazalt și tuf (Fig. 8b) indică o scădere a valorii coeficientului de reflexie pe suprafețele degradate. După cum se poate observa din grafic, forma curbelor caracteristice rămâne aproape neschimbată, ceea ce poate fi explicat prin stabilitatea trăsăturilor spectrale ale anumitor tipuri de roci.

Figura: 8b. Reflectivitatea spectrală a suprafeței rocii proaspete și degradate pe exemplul de riolit (K), bazalt și tuf. (Abordarea multibandă a cartografierii geologice de la sateliții orbitanți: este redundantă sau vitală? De R. J. Lyon, Remote Sensing of Environment, Vol. 1, 1970, pp. 237-244.

A - riolit; B - bazalt alterat hidrotermal; VT - tuf cu ametist; indicele W probe degradate.

Să luăm acum în considerare dependența cantitativă a luminozității spectrale a suprafețelor diferitelor tipuri de roci de densitatea vegetației care le acoperă. Aceste măsurători au fost efectuate în câmp cu un spectrometru cu un domeniu de măsurare de la 0,45 la 2,4 μm, adică de la radiația infraroșie vizibilă până la medie (reflectată), de la o înălțime de aproximativ 1,3 m cu o suprafață de măsurare de aproximativ 200 cm2. Au fost selectate ca obiecte suprafețe de andezit, bazalt, riolit, lavă (roșu-portocaliu), cuarț, trahandesit (latit), calcar, șist roșu, moloz și sol limonitizat și argilizat, calcar silicificat și dolomit marmorat cu limonit. Suprafețele fiecărui tip de roci au fost acoperite cu un înveliș de ierburi verzi de pajiști și semințe de pin, cu densitate eterogenă, precum și tufișuri de urs și salvie ofilită.

Influența densității învelișului de vegetație asupra valorii reflectării spectrale a solurilor degradate de andezit, calcar și alumină limonitizată este prezentată în Fig. 10. Aceste grafice compară strălucirea suprafețelor de roci descoperite și acoperite (densitatea vegetației din câmpul de măsurare a spectrometrului este exprimată ca procent). Așa cum era de așteptat, efectul vegetației în spectrul fluxului de energie reflectat este clar pronunțat doar pentru rocile cu albedo nesemnificativ. Chiar și la 10% din ierburile de pajiști, caracteristicile spectrale ale andezitului și calcarului sunt mascate de semnalul spectral al vegetației de luncă (Fig. 10, a). Chiar și cu o acoperire vegetativă nesemnificativă, a fost dificil să se identifice semnalele spectrale ale acestor două tipuri de roci.

Figura: 3.5. Influența vegetației diferitelor specii și a densității diferite asupra strălucirii spectrale a solului de andezit, calcar și argilă limonitizată cu fragmente de rocă degradată (sol pe scoarța degradată): a - ierburi de luncă; b - desișuri de urs; c - desișuri de salvie uscată. Densitatea vegetației este prezentată ca procent pe fiecare grafic (Kronberg, 1988)

Vegetația ofilită sau ofilită nu are aproape niciun efect de mascare pentru semnalele spectrale ale bazei subiacente. Acest lucru este evident dintr-o comparație a celor două grupuri considerate de grafice (cf. Fig. 10, a, b). Chiar și cu o densitate de acoperire de aproximativ 60%, caracteristicile spectrale ale solului subiacent sunt păstrate. Desigur, odată cu creșterea densității vegetației, albedo-ul solului de calcar și de alumină limonitizat scade.

Vegetația uscată și ofilitoare schimbă puțin natura spectrului de roci și soluri. Scade doar valoarea albedo.

Astfel, prezența (procentul de distribuție), natura (vie, uscată) și tipul de vegetație (specie) afectează caracteristicile spectrale ale rocilor în moduri diferite. Efectul este deosebit de puternic pe roci caracterizate prin albedo scăzut: andezite, calcare, argile și produse de distrugere a acestora.

Studiul caracteristicilor spectrale ale obiectelor naturale a contribuit la selectarea celor mai optime intervale de lungime de undă: 1,2-1,3 și 1,6-2,2 microni, în care este posibilă căutarea mineralizării cuprului-porfir în roci intruzive, vulcanogene și sedimentare nealterate. în zonele secundare.mineralele și rocile formate ca urmare a alterării hidrotermale.

Ca rezultat al măsurătorilor de laborator, s-a constatat că anumite minerale care se găsesc în zone de roci alterate hidrotermal lângă depozite, de exemplu, minereuri de cupru porfir, au caracteristici spectrale specifice, în special în domeniul lungimilor de undă de 2,1-2,4 μm. Aceste semne pot fi utilizate pentru teledetecție. Astfel, kaolinita, montmorillonitul, alunita și calcitul sunt recunoscute prin benzile lor caracteristice de absorbție a energiei înguste și largi în domeniul infraroșu mediu (Fig. 12). Pe baza presupunerii că, cu ajutorul unui radiometru cu zece canale, cu un domeniu de măsurare de 0,5-2,3 microni, va fi posibil să se găsească cel puțin caolin sau roci carbonatate în funcție de caracteristicile lor spectrale, pentru început, au fost efectuate cercetări experimentale din Naveta spațială Columbia navă reutilizabilă ... Alături de măsurători în zone specifice înguste ale spectrului, au fost propuse măsurători într-o anumită combinație de zone sau canale pentru a dovedi posibilitatea determinării mineralelor de interes. Studiile efectuate la locul testului au dovedit eficiența combinației propuse de două canale; 1,6 și 2,2 microni. Primul dintre acestea este foarte important pentru detectarea grupărilor hidroxil în minerale tipice zonelor de depozite modificate hidrotermal. Conform măsurătorilor efectuate în ambele canale, a fost posibil să se distingă rocile limonitizate, alterate hidrotermal și rocile magmatice, în cele mai multe cazuri, de asemenea, cu limonitul, care se formează ca urmare a oxidării mineralelor de fier-magneziu și a cristalizării sticlă. În plus, s-au găsit roci puternic clarificate hidrotermal, fără limonit, dacă conțin minerale cu o grupă hidroxil OH-.

Figura: 12. Reflectivitatea spectrală a unor minerale găsite în zonele de dezvoltare a alterării hidrotermale în roci (conform măsurătorilor de laborator). Pentru determinarea mineralelor, poziția benzilor de absorbție spectrală sa dovedit a fi importantă, 1 - kaolinită; 2 - montmorillonit; 3 - alunită; 4 - calcit.

Utilizarea gamei de infraroșu mediu a devenit posibilă doar în ultimii ani datorită dezvoltării unor astfel de receptoare care au făcut posibile aceste măsurători. Imaginile schematice tematice sunt obținute de scanerul multispectral Landsat-4, care are un canal special de 2,2 µm conceput pentru cartografierea litofaziilor sau a faciesului mineral.

Conform rezultatelor unuia dintre experimentele efectuate pentru rezolvarea problemelor geologice prin metode la distanță, sa ajuns la concluzia că spectrometria este eficientă în următoarele zone spectrale: 1.18-1.3; 4,0-4,75; 0,46-0,50; 1,52-1,73; 2,10-2,36 microni. Această concluzie se bazează pe rezultatele prelucrării datelor de pe un site de test pe piesă. Utah. Măsurătorile au fost efectuate cu un scaner multispectral în timp ce zburau în jurul teritoriului zonei cu aflorimente de roci de principalele tipuri - sedimentare și intruzive, precum și cu zone de alterare hidrotermală secundară a acestora. Dimensiunea câmpului de măsurare pe suprafața rocii studiate a fost de aproximativ 0,24 km2. Pentru toate tipurile de roci, măsurătorile au fost efectuate în 15 canale cu un interval între ele 0,34-0,75 μm. Cu ajutorul analizei discriminante, s-au identificat zonele în care cel mai adesea s-a efectuat studiul tuturor diferențelor de rocă cu contrastul optim al diferențelor de rocă specifice în raport cu alte tipuri. Înregistrarea zonelor selectate a fost destinată re-studierii și cartografierii diferențelor litofacies. Scannerul multispectral utilizat a avut o rezoluție spectrală în intervalul vizibil de 0,04-0,06 μm, în domeniul aproape IR de 0,05-0,26 μm și în domeniul termic de 0,25-0,36 μm. Doar unul dintre canalele spectrale ale acestui scaner a funcționat în același interval spectral ca și scanerele primilor sateliți Landsat - de la 0,4 la 1,1 microni, restul de patru canale optime au funcționat în regiunea de undă lungă, infraroșu, radiație, semnificația care a fost subliniat de exemplele de mai sus.

Studiile caracteristicilor spectrale ale rocilor nemodificate și modificate în apropierea zăcămintelor de uraniu au stabilit o serie de zone spectrale: 1,25; 0,95; 2,20; 2,15; 1,75; 2,45; 2,10; 1,60; 1,55 și 0,75 microni, măsurători în care, efectuate în secvența indicată, sunt cele mai eficiente pentru separarea litofaziilor în zonele de depozite de uraniu. Acest exemplu subliniază importanța sondajelor spectrale în zone înguste strict limitate ale spectrului, în care metodele de teledetecție pot fi utilizate mai mult sau mai puțin eficient în prospectare și explorare.

Luminozitatea caracteristică spectrală a rocilor depinde puternic de mărimea ferestrei sau a fantei spectrometrului sau radiometrului, adică a câmpului de măsurare (viziune). Cu cât câmpul este mai îngust, cu atât contrastul luminozității spectrale este mai mare, cu atât rezoluția este mai bună în zonă. Acest lucru se datorează faptului că efectul radiației împrăștiate scade.

Rezoluția spațială este o valoare care caracterizează dimensiunea celor mai mici obiecte vizibile în imagine (găsiți exemple de imagini cu roci).

Este important să efectuați DMI în diferite părți ale spectrului, unde diferite proprietăți ale rocilor au caracteristici spectrale contrastante. Acest lucru se realizează folosind scanere multispectrale care au o rezoluție spectrală: în intervalul vizibil - 0,04-0,06 microni; în domeniul infraroșu apropiat - 0,05-0,26 microni; în domeniul termic - 0,25-0,36 microni. În acest caz, fotografierea se efectuează simultan în cinci sau mai multe intervale (exemple de imagini).

Radiația termică secundară a rocilor (emisie)

Împreună cu caracteristicile reflectării spectrale a suprafețelor rocilor și solurilor în intervalele vizibile și aproape în infraroșu, în anii 1960, unii geologi erau interesați și de radiația termică secundară a rocilor, pe care sperau să o folosească în teledetecție.

Ca rezultat al studiilor efectuate de la sfârșitul anilor 50, s-a constatat că forma curbelor de pe graficele radiației termice secundare a rocilor este strâns legată de compoziția minerală a rocilor, acel silicat și non-silicat. rocile se pot distinge prin spectrele radiației lor termice secundare în intervalul 8-13 μm și că, în cele din urmă, rocile de silicat cu compoziție minerală diferită pot fi împărțite în conformitate cu aceleași spectre. În toate cazurile, poziția minimelor pe graficele radiației termice secundare a rocilor a servit ca o caracteristică pentru recunoaștere.

Luați în considerare un grup de parcele de energie de radiație termică obținute din măsurători ale unor mostre de granit proaspăt grosier mărunțit din New England. Probele individuale variază în culori de la gri închis la maro, roz sau albăstrui. Dar diferența de culoare, potrivit Lyon și Green, nu afectează intensitatea radiației emițătorului. Măsurarea poziției minimului de energie pe grafice (Fig. 14) este cauzată de modificări ale compoziției minerale a probelor (modul chimic) de granite de cuarț (D și E) și granite de feldspat alcalin (F). Pentru comparație, sunt prezentate ambele minime din spectrul de emisie al cuarțului (Q).

Figura: 14. Emisivitatea spectrală a suprafeței proaspete a granitului grosier din New England. Q este minimul de emisii de cuarț, pentru comparație. Săgețile verticale arată unde emisia este 1.

În principiu, caracteristicile spectrale ale suprafeței unei roci sau a solului sunt influențate de numeroși factori, atât în \u200b\u200bfuncție de proprietățile suprafeței obiectului de măsurare, cât și nu în funcție de acestea, ci legate de mediul și atmosfera acestuia. Cu toate acestea, pentru regiunile în care zone întinse ale teritoriului sunt lipsite de vegetație, de exemplu, în regiuni aride, în regiuni de munte înalt etc., scanerul acoperă zone întinse de roci expuse în timpul procesului de imagistică termică. Aici, se pot utiliza valorile minime pe parcelele radiației termice secundare a obiectelor, care sunt asociate în mod natural cu compoziția lor minerală, pentru a interpreta anumite diferențe litofacies ale rocilor sau ale complexelor lor. Această presupunere a fost dovedită în timpul imagisticii termice a avionului: zonele de roci expuse de compoziție diferită au fost reproduse cel mai contrastant în nuanțe de gri în două game: 8-9 și 9-11 microni. Cele mai mici valori ale acestui raport se găsesc în roci sau soluri, care includ cuarț sau plagioclase. Valorile mai ridicate ale acestui raport indică sărăcia rocilor sau solurilor din cuarț și feldspati. Dar, în cele din urmă, problema optimității (și eficienței) utilizării acestor două intervale spectrale pentru studierea caracteristicilor litofaziilor din regiuni conform datelor sondajului termic și a efectului interferenței atmosferice și a altor interferențe asupra acestora atunci când semnalul trece la receptorul instalat la bord transportatorul - o aeronavă sau un satelit - nu a fost rezolvat în etapa actuală de cercetare.

Trăsăturile de diagnostic ale rocilor sunt, în primul rând, poziția minimelor și alte caracteristici ale graficelor, precum și raportul semnalelor spectrale de diferite intervale (8-9 și 9-11 μm, Fig. 3.6).

Figura: 3.6. Emisivitatea spectrală a bazaltelor (A și B), monzonitului de cuarț (E și F) și granodioritului (I). Săgețile verticale arată unde emisia este 1, iar orizontală - 0,9. (Ljon, Green, 1975.)

Astfel, capacitatea de a efectua simultan spectrometrie pe mai multe game spectrale critice (caracteristice), adică posibilitatea efectuării unui sondaj de scanare termică cu mai multe zone de la aeronave sau sateliți, precum și posibilitatea prelucrării computerizate a rezultatelor sale și prezentarea datelor sub formă de imagini optimizate pentru contrast.

Astfel, radiația termică secundară a rocilor este determinată de proprietățile lor fizice: - conductivitate termică, densitate, căldură specifică, difuzivitate termică, transfer de căldură (inerție de temperatură). La rândul lor, aceste proprietăți depind de compoziția materialului, mineralogică și chimică. Raportul dintre mineralele de culoare închisă (fier-magneziu) și mineralele de culoare deschisă este deosebit de puternic.

Acest lucru este văzut în contrast de schimbarea coeficientului radiației termice secundare (coeficient de emisie) în timpul zilei și noaptea (Fig. 2.5). Unele obiecte „par mai strălucitoare” în timpul zilei, altele - noaptea. Momentul filmărilor este important. Cele mai preferate sunt orele dinaintea dimineții și amiezii.

Temperaturile de suprafață ale diferitelor materiale în timpul zilei (Lowe, 1969). 1 - apă într-o baltă; 2 - pietriș; 3 - gazon cosit; 4 - beton; 5 - gazon; 6 - acoperișul casei

Prelucrarea computerizată a datelor din sondajele scanerului termic și vizualizarea acestora (nuanțe de gri sau culoare) permit obținerea de imagini termice contrastante.

Studiul scanerului termic este efectuat, de regulă, în mai multe dintre cele mai informative (caracteristice) game spectrale. Inspecțiile în infraroșu se efectuează de obicei împreună cu lungimea de undă vizibilă pentru a explica influența puternică a zonelor de umbră (în timpul zilei) asupra rezultatelor în infraroșu.

Prelucrarea cantitativă a datelor sondajului multispectral, inclusiv scanere termice și radiometre, devine din ce în ce mai importantă în fiecare zi. Deja acum, teledetecția se bazează pe caracteristicile de temperatură ale solurilor, comunităților de plante sau roci în rezolvarea problemelor operaționale de monitorizare a mediului. Diferitele proprietăți termice ale rocilor (tabelul 1a) și coeficienții diferiți ai radiației termice secundare sau coeficienții de emisie (tabelul 1 b) conduc la încălzire diferită în timpul zilei și răcire pe timp de noapte, care este determinată de contrastele de temperatură în cursul temperaturii diurne, care este folosit pentru teledetecție ...

Este important să subliniem aici că chiar și informații despre diferența relativă a temperaturilor de radiație de pe suprafața obiectelor pot fi decisive în interpretarea geologică a imaginilor, deoarece sunt posibile criterii de evaluare suplimentare care nu pot fi obținute prin sondaje în intervalul vizibil al electromagneticului. valuri.

Tabelul 1a. Proprietăți termice ale diferitelor roci și apă la o temperatură de 20 ° C.

• Reflectivitatea este o valoare care descrie capacitatea oricărei suprafețe sau interfețe între două medii de a reflecta fluxul de radiații electromagnetice incidente. Este utilizat pe scară largă în optică, caracterizat cantitativ prin coeficientul de reflexie. O cantitate numită albedo este utilizată pentru a caracteriza reflexia difuză.

  Capacitatea materialelor de a reflecta radiația depinde de unghiul de incidență, de polarizarea radiației incidente, precum și de spectrul acesteia. Dependența reflectivității suprafeței corpului de lungimea de undă a luminii în regiunea luminii vizibile este percepută de ochiul uman ca culoarea corpului.

  Dependența reflectivității materialelor de lungimea de undă este importantă în construcția sistemelor optice. Pentru a obține proprietățile dorite ale materialelor pentru reflectarea și transmiterea luminii, uneori se utilizează antireflexia optică, ca, de exemplu, la producerea de oglinzi dielectrice sau filtre de interferență.

Concepte conexe

Refracţie (refracție) - o schimbare în direcția unei raze (unde) care are loc la marginea a două medii prin care trece această rază sau într-un singur mediu, dar cu proprietăți variabile, în care viteza de propagare a undei nu este aceeași.

Grătar din fibră Bragg (FBG) este un reflector Bragg distribuit (un tip de rețea de difracție) format în nucleul purtător de lumină al unei fibre optice. FBG-urile au un spectru îngust de reflexie, sunt utilizate în lasere cu fibră, senzori cu fibră optică, pentru stabilizarea și schimbarea lungimii de undă a laserelor și a diodelor laser etc.

Fotometrie (Greaca veche φῶς, genitiv φωτός - lumină și μετρέω - măsoară) este o disciplină științifică comună tuturor ramurilor opticii aplicate, pe baza cărora se fac măsurători cantitative ale caracteristicilor energetice ale câmpului de radiații.

Spectroscopie fotoluminiscentă - un tip de spectroscopie optică bazat pe măsurarea spectrului de radiații electromagnetice emise ca urmare a fenomenului de fotoluminescență, cauzat în eșantionul studiat, prin excitarea acestuia cu lumină. Una dintre principalele metode experimentale pentru studierea proprietăților optice ale materialelor și, în special, a micro- și nanostructurilor semiconductoare.

Pensete optice (Pensete optice englezești), uneori „pensete laser” sau „capcană optică” - un instrument optic care vă permite să manipulați obiecte microscopice folosind lumina laser (de obicei emisă de o diodă laser). Vă permite să aplicați forțe de la femtonewtons la nanonewtons la obiecte dielectrice și să măsurați distanțele de la câțiva nanometri la microni. În ultimii ani, pensetele optice au început să fie utilizate în biofizică pentru a studia structura și principiul de funcționare ...

Presiunea radiației electromagnetice , presiunea luminii - presiunea exercitată de radiația luminoasă (și în general electromagnetică) care cade pe suprafața corpului.

Optica iluministă - aceasta este aplicarea celui mai subțire film sau a mai multor straturi de filme unul peste altul pe suprafața lentilelor care se învecinează cu aerul. Acest lucru vă permite să măriți transmisia de lumină a sistemului optic și să măriți contrastul imaginii prin suprimarea orbirii. Valorile indicilor de refracție alternează în mărime și sunt selectate în așa fel încât să reducă (sau să elimine complet) reflexia nedorită din cauza interferenței.

Interferență ușoară - interferența undelor electromagnetice (în sens îngust - în primul rând, lumină vizibilă) - redistribuirea intensității luminii ca urmare a suprapunerii (suprapunerii) mai multor unde luminoase. Acest fenomen se caracterizează de obicei prin alternarea maximelor și a minimelor intensității luminii în spațiu. Forma specifică a unei astfel de distribuții a intensității luminii în spațiu sau pe un ecran în care cade lumina se numește model de interferență.

Luminescență (din latină lumen, genus case luminis - luminos și -escent - sufix care înseamnă acțiune slabă) - strălucire non-termică a unei substanțe care apare după ce absoarbe energia de excitație. Luminescența a fost descrisă pentru prima dată în secolul al XVIII-lea.

Efectul Kerr , sau efectul electro-optic pătratic, este fenomenul unei modificări a valorii indicelui de refracție al unui material optic proporțional cu pătratul puterii câmpului electric aplicat. Se diferențiază de efectul Pockels prin faptul că schimbarea exponentului este direct proporțională cu pătratul câmpului electric, în timp ce acesta din urmă se schimbă liniar. Efectul Kerr poate fi observat la toate substanțele, dar unele lichide îl prezintă mai puternic decât alte substanțe. Deschis în 1875 de către scoțieni ...

Spectroscopie în infraroșu apropiat (NIR-spectroscopie, ing. Spectroscopie în infraroșu apropiat, NIR) - o secțiune a spectroscopiei care studiază interacțiunea radiației cu infraroșu apropiat (de la 780 la 2500 nm sau de la 12 800 la 4000 cm-1) cu substanțe. Regiunea infraroșu apropiat este situată între lumina vizibilă și regiunea infraroșie medie.

Oglindă dielectrică - o oglindă, ale cărei proprietăți reflectorizante se formează datorită acoperirii mai multor straturi subțiri alternante din diverse materiale dielectrice. Folosit într-o varietate de dispozitive optice. Cu alegerea corectă a materialelor și a grosimilor stratului, se pot crea acoperiri optice cu reflectivitatea dorită la lungimea de undă selectată. Oglinzile dielectrice pot oferi o reflectivitate foarte mare (numite super oglinzi), care asigură reflexie ...

Reflector Bragg distribuit este o structură stratificată în care indicele de refracție al materialului se schimbă periodic într-o direcție spațială (perpendiculară pe straturi).

Polarimetru (polariscop, - numai pentru observare) - un instrument conceput pentru a măsura unghiul de rotație al planului de polarizare cauzat de activitatea optică a mediilor transparente, a soluțiilor (zahararometrie) și a lichidelor. În sens larg, un polarimetru este un dispozitiv care măsoară parametrii de polarizare ai radiației parțial polarizate (în acest sens, parametrii vectorului Stokes, gradul de polarizare, parametrii elipsei de polarizare a radiației parțial polarizate etc.) poate fi măsurat.

Împrăștierea Rayleigh - împrăștierea coerentă a luminii fără modificarea lungimii de undă (numită și împrăștiere elastică) pe particule, neomogenități sau alte obiecte, atunci când frecvența luminii împrăștiate este semnificativ mai mare decât frecvența naturală a obiectului sau a sistemului de împrăștiere. Formulare echivalentă: împrăștierea luminii de către obiecte mai mici decât lungimea sa de undă. Numit după fizicianul britanic Lord Rayleigh, care a stabilit dependența intensității luminii împrăștiate de lungimea de undă în 1871 ...

Corp negru - un corp fizic care, la orice temperatură, absoarbe toată radiația electromagnetică care cade pe el în toate intervalele.

Spectroscopie cu infraroșu (spectroscopie vibrațională, spectroscopie în infraroșu mediu, spectroscopie IR, IR) - o secțiune a spectroscopiei care studiază interacțiunea radiației infraroșii cu substanțele.

Întunecarea discului spre margine - un efect optic la observarea stelelor, inclusiv a Soarelui, în care partea centrală a discului stelei apare mai strălucitoare decât marginea sau membrul discului. Înțelegerea acestui efect a făcut posibilă crearea de modele de atmosfere stelare luând în considerare un astfel de gradient de luminozitate, care a contribuit la dezvoltarea teoriei transferului de radiații.

Interferometrul Michelson - un interferometru cu două fascicule inventat de Albert Michelson. Acest dispozitiv a permis pentru prima dată să măsoare lungimea de undă a luminii. În experimentul lui Michelson, interferometrul a fost folosit de Michelson și Morley pentru a testa ipoteza eterului luminifer în 1887.

Difuzare cu raze X cu unghi mic abbr., МРР (engleză cu unghi mic de împrăștiere cu raze X abbr., SAXS) - împrăștiere elastică a radiațiilor cu raze X prin neomogenități ale unei substanțe, ale căror dimensiuni depășesc semnificativ lungimea de undă a radiației, care este λ \u003d 0,1-1 nm; În acest caz, direcțiile razelor împrăștiate deviază doar ușor (cu unghiuri mici) de direcția razei incidente.

Optică cu raze X - ramura opticii aplicate, care studiază procesele de propagare a razelor X în medii și dezvoltă, de asemenea, elemente pentru dispozitivele cu raze X. Optica cu raze X, spre deosebire de optica convențională, ia în considerare undele electromagnetice în intervalul de lungimi de undă de raze X 10-4 până la 100 Å (de la 10-14 la 10-8 m) și radiațiile gamma

Factorul geometric (de asemenea, étendue, din franceza étendue géométrique) este o cantitate fizică care caracterizează câtă lumină dintr-un sistem optic este „extinsă” în mărime și direcție. Această valoare corespunde parametrului de calitate a fasciculului (BPP) în fizica Gaussian a fasciculului.

Oglindă cu raze X - un dispozitiv optic utilizat pentru controlul radiațiilor cu raze X (reflexia razelor X, focalizarea și împrăștierea). Tehnologiile fac acum posibilă crearea de oglinzi cu raze X și părți UV extreme cu lungimi de undă cuprinse între 2 și 45-55 nanometri. O oglindă cu raze X este formată din multe straturi de materiale speciale (până la câteva sute de straturi).

Rețea de difracție - un dispozitiv optic, a cărui funcționare se bazează pe utilizarea fenomenului de difracție a luminii. Este o colecție de un număr mare de curse distanțate în mod regulat (fante, proeminențe) aplicate pe o anumită suprafață. Prima descriere a fenomenului a fost făcută de James Gregory, care a folosit pene de pasăre ca rețea.

Efectul Sadovsky - apariția unui cuplu mecanic, care acționează asupra unui corp iradiat cu lumină polarizată eliptic sau circular.

Orice obiect care emite energie electromagnetică în spectrul vizibil. Prin natura lor, ele sunt împărțite în artificiale și naturale.

Răspândirea dinamică a luminii (eng. împrăștierea dinamică a luminii) - este o combinație de fenomene precum schimbarea frecvenței (deplasare Doppler), intensitatea și direcția mișcării luminii care trece printr-un mediu de particule (browniene) în mișcare.

Lumina este unul dintre efectele auto-acțiunii luminii, constând în concentrația energiei unui fascicul de lumină într-un mediu neliniar, al cărui indice de refracție crește odată cu creșterea intensității luminii. Fenomenul autofocalizării a fost prezis de către fizicianul teoretic sovietic G.A.Askaryan în 1961 și a fost observat pentru prima dată de N.F. Pilipetskiy și A.R. Rustamov în 1965. Bazele unei descrieri riguroase matematic ale teoriei au fost puse de V.I. Talanov.

Microscop laser cu două fotografii - un microscop laser care vă permite să observați țesuturile vii la o adâncime de peste un milimetru folosind fenomenul fluorescenței. Un microscop cu doi fotoni este un fel de microscop cu fluorescență cu mai mulți fotoni. Avantajele sale față de un microscop confocal sunt puterea mare de penetrare și fototoxicitatea scăzută.

Radiatii infrarosii - radiații electromagnetice care ocupă regiunea spectrală dintre capătul roșu al luminii vizibile (cu o lungime de undă λ \u003d 0,74 μm și o frecvență de 430 THz) și emisie radio cu microunde (λ ~ 1-2 mm, frecvență 300 GHz).

Birirefringe sau birefringența - efectul divizării unui fascicul de lumină în două componente în mediu anizotrop. Dacă o rază de lumină este incidentă perpendicular pe suprafața cristalului, atunci pe această suprafață este împărțită în două raze. Prima rază continuă să se propagă direct și se numește obișnuită (o - obișnuită), a doua deviază spre lateral și se numește extraordinară (e - extraordinară).

Efectul Vavilov - Cherenkov, efect Cherenkov, radiație Vavilov - Cherenkov, radiație Cherenkov - o strălucire cauzată într-un mediu transparent de o particulă încărcată care se mișcă la o viteză care depășește viteza de fază a propagării luminii în acest mediu.

Undele electromagnetice / radiațiile electromagnetice - o perturbare (schimbare de stare) a câmpului electromagnetic care se propagă în spațiu. Printre câmpurile electromagnetice generate de sarcinile electrice și mișcarea lor, se obișnuiește să ne referim la radiații ca acea parte a câmpurilor electromagnetice alternative care se pot propaga cel mai departe de sursele lor - mișcări de sarcini, descompunându-se cel mai lent cu distanța ...

Linia de absorbție spectrală sau linia spectrală întunecată - o caracteristică a spectrului, care constă într-o scădere a intensității radiației în apropierea unei anumite energii.

Microscop (greaca veche μικρός „mic” + σκοπέω „aspect”) este un dispozitiv conceput pentru a obține imagini mărite, precum și pentru a măsura obiecte sau detalii ale structurii care sunt invizibile sau slab vizibile cu ochiul liber.

Radiații vizibile - unde electromagnetice percepute de ochiul uman. Sensibilitatea ochiului uman la radiațiile electromagnetice depinde de lungimea de undă (frecvența) radiației, sensibilitatea maximă fiind de 555 nm (540 THz), în partea verde a spectrului. Deoarece sensibilitatea scade treptat la zero cu distanța față de punctul maxim, este imposibil să se specifice limitele exacte ale intervalului spectral al radiației vizibile. De obicei, limita undei scurte este luată ...

Spectrometru Fourier - un dispozitiv optic utilizat pentru analiza cantitativă și calitativă a conținutului de substanțe dintr-o probă de gaz.