Odbojnost kamnin je odvisna od mineraloške sestave, materialne sestave in genetske narave in je v skladu s tem njihova diagnostična lastnost za DMI.
To sliko otoka Bathurst v Kanadi je posnel RADARSAT 21. marca 1996. Najbolj presenetljiva značilnost teh slik je osupljiv prikaz geoloških značilnosti na njih. Temna točka v središču slike (A) je zaliv Bracebridge Bay, ki meji na Arktični ocean zahodno od zadevnega območja. Iz tega zaliva se proti vzhodu razteza široka dolina, imenovana Prehod polarnega medveda.
Za geologijo otoka Bathurst so značilne izjemne vijugaste soteske. Zgornjih nekaj kilometrov kamnin v več nivojih je deformiranih v vrsto vdolbin, ki so jasno vidne na sliki RADARSAT.
Svetle barve na tej sliki (C) predstavljajo usedline apnenca, temne barve (B) pa kamnine. Meje med tema dvema okoljema se natančno in enostavno določijo iz slike.
Med prvimi deli, ki so predstavila spektralno svetlost kamnitih površin in dokazala pomen meritev njihovih vzorcev za interpretacijo aerofotografij, je bila objava Raya in Fisherja. Na podlagi eksperimentov so ugotovili, da litofaciječne razlike med kamninami določenega pokrajinskega območja niso vedno kontrastne in jih zato ni mogoče vedno zanesljivo ponovno prepoznati na aeroposnetku, posnetem na običajnem črno-belem pankromatskem filmu. Ti raziskovalci so iskali geodetske in obdelovalne tehnike, ki bi bolje izkoristile odbojnost in vpojnost različnih vrst kamnin in s tem pridobile sekundarne podatke s kontrastom za nekatere vrste kamnin na črno-belih fotografijah iz zraka. Ray in Fisher sta iskala spektralni kanal oziroma obseg valovnih dolžin, v katerem bi bila odbojnost določenih vrst kamnin najbolj različna. S kolorimetrom so pregledali odboj preperelih in svežih vzorcev skrilavca, apnenca in peščenjaka iz Nove Mehike. Ugotavljali so, kako se spreminja odbojnost posamezne skalne površine, in na podlagi teh podatkov narisali odbojnost po spektru. Oblika in položaj krivulje na njej kažeta, koliko odstotkov energije svetlobnega toka se je odbilo od površine kamnine v določenem območju valovnih dolžin (sl. 6 in 7).
riž. 6. Spektralni odboj štirih vrst kamnin: svetlo rjavi peščenjak (A), sivi apnenec (B), rdeči meljevec (C) in sivi peščenjak (D)
Na splošno se odbojnost proučevanih kamnin zmanjšuje z zmanjševanjem valovne dolžine (slika 6).
Če primerjamo položaj posameznih spektralnih krivulj tega grafa, lahko ugotovimo:
1. območja spektra, v katerih se krivulje približajo ali sekajo;
2. spektralna območja ali spektralne cone, v katerih je odbojnost proučevanih kamnin jasno podobna;
3. spektralne cone, v katerih se odbojne krivulje različnih kamnin jasno razlikujejo druga od druge. V tem spektralnem območju proučevane vrste kamnin odbijajo vpadni svetlobni tok z največjo razliko.
To je še bolje razvidno iz sl. 7, ki prikazuje odbojni krivulji rdečega meljevca (A) in preperelega sivega apnenca (B). V spektralnem območju 0,45-0,5 mikronov, pa tudi v območju 0,65-0,7 kmk je razlika v odbojnosti obeh vrst kamnin še posebej jasno izražena. V območju 0,45-0,5 mikronov (modri) apnenec (5) odbija svetlobni tok, ki vpada nanj, veliko močneje kot rdeči meljevec (A). Nasprotno pa je v območju 0,65–0,7 µm (rdeče) odboj rdečega meljevca (A) veliko večji kot odboj apnenca (B). V območju 0,575 µm je odbojnost obeh kamnin enaka in tu se njuni spektralni krivulji sekata.
riž. 7. Spektralni odboj dveh vrst kamnin: rdečega meljevca (A) in preperelega sivega apnenca (B (Ray R.G., Fisher W.A., 1960)
V tem primeru se izkaže, da: a) razlika v odbojnosti dveh vrst kamnin je v določenem območju valovnih dolžin ali delu spektra bolj izrazita kot pri drugih; b) razmerje odbojnosti dveh vrst kamnin v vidnem območju je lahko obrnjeno; c) spektralne značilnosti različnih kamnin v določenem območju valovnih dolžin so lahko podobne ali enake.
Iz analize grafov (sl. 6) izhaja, da se razlike v odbojnosti dveh ali več vrst kamnin v vidnem območju elektromagnetnega sevanja lahko bolj ali manj spreminjajo. Tako so v kratkovalovnem delu spektra krivulje spektralne svetlosti svetlo rjavega peščenjaka (A), sivega apnenca (B) in sivega peščenjaka (D) blizu druga drugi. Kamnine z različnimi barvami, mineralno sestavo in velikostjo zrn imajo podobne oblike krivulje spektralne svetlosti. Po drugi strani pa te tri varietete kamnin močneje odbijajo svetlobni tok, ki vpada nanje v modrem delu spektra, kot rdeči meljevec (C). V rdečem delu spektra (približno 0,65–0,7 mikronov) svetlo rjavi peščenjak (A) odbija svetlobni tok, ki vpada nanj, močneje kot sivi apnenec (B), rdeči meljevec (S) in sivi peščenjak (D), ki v tem delu spektra najdemo podobne spektralne značilnosti.
Če bi za fotografiranje območja s kamninami tipa A in B uporabili kombinacijo filter-film, pri kateri bi skozi filter na film padali žarki določene barve, t.j. valovnih dolžin, na primer modre (0,4-0,5 µm) ali rdeče (0,6-0,7 µm), potem bi pričakovali, da bodo na takšni spektrozonski (ozkoconalni) fotografiji rdeče izstopale z ostrimi kontrasti v odtenkih sivih muljnikov. (A) in sivi apnenci (B). Na takšni sliki, posneti v modri coni spektra, bi temno sivi apnenci izstopali kot svetlejši odtenki, rdeči muljevci pa kot temnejši odtenki. Na aerofotografiji, posneti v rdečem območju spektra, bi se fototoni spremenili v nasprotne, vendar bi količina kontrasta med njimi ostala enaka.
Če v žarkih modre cone spektra fotografiramo območje s štirimi identificiranimi vrstami kamnin (sl. 6), bodo na aeroposnetku izstopali izdanki kamnin tipa C kot najtemnejši odtenek sive med svetlejšimi. odtenki, ki ustrezajo močneje odbojnim izdankom kamnin drugih vrst (A, B in D). Če je kombinacija filter-film primerna za prepustnost rdečih žarkov, bodo na ozkoconalni sliki izdanki kamnin tipa A tokrat v najsvetlejših tonih izstopali med temnejšimi izdanki kamnin tipa B ali C/D. Na podlagi teh informacij in z uporabo ustreznih kombinacij filtra in filma sta Ray in Fisher dosegla najvišje kontrastne slike različnih vrst kamnin na fotografijah iz zraka. Njune raziskave so pokazale predvsem, kako pomembna je tehnologija geodetske meritve, spektralni obseg, v katerem je teren posnet in ki ga določajo spektralne značilnosti (vsakokrat svoje) materialov oziroma okolij – površin naravnih in človekovih površin. - izdelani predmeti raziskovanja. Raziskovalna metodologija in uporaba eksperimentalnih podatkov, ki sta jih uporabila Rey in Fisher, sta postavila temelje za razvoj, ki se je začel nekaj let kasneje pri razvoju multispektralnega geodetskega merjenja in tehnik obdelave podatkov daljinskega zaznavanja.
Za izbiro optimalnega spektralnega kanala ali strelnega območja in pridobitev optimalne slike pri obdelavi podatkov daljinskega zaznavanja je treba najprej poznati odbojne in absorpcijske sposobnosti materialov, ki nas zanimajo (objekti raziskovanja) v pričakovanem območju valovnih dolžin. V letih 1960-1970 Preučevanje teh vzorcev je vključevalo meritve odbojnosti (albeda) najpomembnejših mineralov in kamnin v laboratorijih, na tleh, pa tudi iz letal in satelitov. Raziskave so bile sprva omejene na meritve v vidnem in bližnjem infrardečem območju elektromagnetnega sevanja. Kasneje so začeli proučevati spektralno svetlost mineralov in kamnin v srednjem IR območju, pa tudi njihovo emisivnost (ali koeficiente toplotne emisivnosti) v temperaturnem oziroma termičnem območju infrardečega sevanja.
Hunt in njegovi sodelavci so v laboratoriju obsežno preučevali odbojnost najpomembnejših mineralov in kamnin v vidnem in bližnjem infrardečem območju. Rezultati njunih raziskav so služili kot najpomembnejša osnova za vsa kasnejša merjenja spektralnih značilnosti kamnin.
V naravnih razmerah je odbojnost ali albedo naravnih površin določena z vplivom številnih spremenljivk, ki so le delno odvisne od materiala površine in delno povezane z vplivom okolja. Natančneje, primerjava podatkov laboratorijskih in terenskih meritev je pokazala, da se spektralna svetlost istih vrst kamnin spreminja glede na velikost okna ali reže spektrometra ali radiometra, t.j. merilno polje, v katerem se določa koeficient spektralne svetlosti predmeta. Če laboratorijske meritve obsegajo površino nekaj kvadratnih milimetrov, potem lahko pri poljskem spektrometru ali radiometru merilno polje variira od kvadratnih decimetrov do kvadratnih metrov, kar je odvisno od tehničnih podatkov naprave in merilne tehnike. Multispektralni skener, nameščen na krovu satelita Landsat, pokriva minimalno površino približno 6000 kvadratnih metrov. Poleg tega so površine vzorcev, izmerjenih v laboratoriju, homogene. Naravne površine, ki padejo v merilno polje spektrometra, radiometra ali skenerja, nameščenega na krovu letala ali satelita, so skoraj vedno heterogene, nehomogene, zaradi možnih razlik v površinski strukturi, variacij v mineralni sestavi itd. Dokazano je, da z spremembe Vsebnost železovih mineralov lahko spremeni spektralno svetlost površine kamnine, saj se spremenijo nastanek tal, vrsta in sestava vegetacije na njej. Spektralne svetlosti skalnih površin, ki so bile pridobljene ob različnih časih, na različnih območjih in z uporabo različnih merilnih in geodetskih sistemov, odvisno od namena raziskav, verjetno ne bodo neposredno primerjane in kontrastne med seboj. Kljub temu obstoječi podatki prejšnjih spektralnih meritev kažejo, da se relativne razlike v odbojnosti, absorpcijski in emisijski sposobnosti najpomembnejših vrst kamnin lahko uporabijo pri krajinskih študijah in sestavljanju tematskih kart.
Rezultati nekaterih temeljnih študij spektralnih značilnosti mineralov in kamnin.
Watson je izvedel študijo štirih vrst kamnin v eni od dolin države. Oklahoma v laboratorijskih in terenskih pogojih. Izbral je sveže zdrobljene vzorce kremenovega peščenjaka in granita, vzorce preperelega apnenca, granita in dolomita ter z lišaji poraščene granite. Vsakokrat smo izmerili spektralne svetlosti več vzorcev različnih vrst kamnin. Na podlagi merilnih podatkov so bili izdelani grafi (slika 8a), ki prikazujejo odbojnost kamnin (v odstotkih glede na referenčno površino, t.j. referenčno belo mat površino).
riž. 8a. Spektralni odboj svežih in preperelih površin različnih kamnin. (Spektralni odboj in fotometrične lastnosti izbranih kamnin, R. Watson, Remote Sensing of Environment, Vol. 2, 1972, str. 95-100.)
1 – standardna površina; 2 – kremenčev peščenjak (sveže odkrušen); 3 – granit (sveže odkrušen); 4 – granit prekrit z zelenim lišajem; 5 – preperel apnenec; 6 – preperel granit; 7 – preperel dolomit.
V večini primerov v vidnem delu spektra sveže, nepreperele površine granitov močneje odbijajo sevanje kot površine istih kamnin, vendar preperele ali poraščene z lišaji. Preperele, hrapave površine so manj odbojne v vseh območjih valovnih dolžin.
V vidnem območju elektromagnetnega valovanja površine preperelih apnencev vedno močneje odbijajo večino vpadnega sevanja kot površine preperelih dolomitov (slika 8a). Kremenov peščenjak na svežem prelomu zaradi čiste in enakomerne površine veliko močneje odbija vpadni tok kot druge vrste kamnin (sl. 8a).
Watson poudarja, da so lahko primerjave odbojnih vrednosti, izmerjenih v laboratoriju in na terenu, le približne. Najprej naj spomnimo, da spektrometer meri površine različnih velikosti v laboratoriju in na terenu. Zaradi tega so možne velike razlike v izmerjenih odbojnih vrednostih. Poleg tega je kot osvetlitve v laboratoriju konstanten ali nastavljiv, v naravnih razmerah, v naravi, pa se vpadni kot sončnih žarkov spreminja glede na čas dneva in leta, kar vodi do spremenljive osvetlitve predmeta. Različne vrednosti naravne svetlobe spreminjajo intenzivnost spektralnega odboja istih površin čez dan in v različnih obdobjih leta. Zato vrednosti spektralnih svetlosti, pridobljene v različnih obdobjih z zemeljskimi meritvami ali kot rezultat letov testnih območij, med seboj niso primerljive ali pogojno primerljive.
Tako sekundarni geološki procesi (hidrotermalne spremembe v kamninah, preperevanje itd.), Ki so lahko povezani z nastankom mineralnih nahajališč, ali razvoj sodobnih pojavov, ki otežujejo geoekološko situacijo (območja, ki niso ugodna za gradnjo inženirskih objektov, itd.), bistveno spremenijo spektralne lastnosti kamnin
Široko se uporablja v DMI. Spektralne značilnosti kamnin se še posebej močno spreminjajo z razvojem glinasto-sljudnih, karbonatnih in hidroksil vsebujočih mineralov ter železovih hidroksidov.
Obstajajo številni pozitivni primeri (nekdanja ZSSR, ZDA, Francija itd.) uporabe DMI v zračni in vesoljski različici kot neposredne metode iskanja nahajališč bakra, urana, zlata in drugih mineralov.
Druga primerjava odbojnosti preperelih in svežih kamnitih površin: riolit, bazalt in tuf (slika 8b) kaže na zmanjšanje odbojne vrednosti na preperelih površinah. Kot je razvidno iz grafa, ostaja oblika karakterističnih krivulj skoraj nespremenjena, kar lahko pojasnimo s stabilnostjo spektralnih karakteristik določenih vrst kamnin.
riž. 8b. Spektralni odboj površin svežih in preperelih kamnin na primeru riolita (R), bazalta in tufa. (Večpasovni pristop k geološkemu kartiranju iz satelitov v orbiti: ali je odveč ali bistvenega pomena? avtor R.J. Lyon, Remote Sensing of Environment, Vol. 1, 1970, str. 237-244.
A – riolit; B – hidrotermalno spremenjen bazalt; VT – tuf z ametistom; indeks W prepereli vzorci.
Oglejmo si zdaj kvantitativno odvisnost spektralne svetlosti površin različnih vrst kamnin od gostote vegetacije, ki jih pokriva. Te meritve so bile izvedene na terenu s spektrometrom s širino merilnega območja od 0,45 do 2,4 μm, to je od vidnega do srednjega infrardečega (odbitega) sevanja, z višine približno 1,3 m z merilnim območjem okoli 200 cm2. Izbrani objekti so bile površine andezita, bazalta, riolita, lave (rdeče-oranžne), kremena, trahiandezita (latita), apnenca, rdečega skrilavca, limonitiziranega in argiliciziranega grušča in prsti, silicificiranega apnenca in marmoriziranega dolomita z limonitom. Površine vsake vrste kamnin so bile prekrite s heterogenim pokrovom zelenih travniških trav in borovega semena ter grmov medvejke in ovenelega žajblja.
Vpliv gostote vegetacijskega pokrova na spektralno odbojnost andezita, apnenca in aluminijskih limonitiziranih preperelih tal je prikazan na sl. 10. Ti grafi primerjajo svetlost skalnih površin, ki niso poraščene z rastlinami, in zaraščenih površin skal (gostota vegetacije v merilnem polju spektrometra je izražena v odstotkih). Po pričakovanjih je vpliv vegetacije v spektru odbitega energijskega toka jasno izražen le pri kamninah z nepomembnim albedom. Že pri 10% travniških trav so spektralne značilnosti andezita in apnenca prikrite s spektralnim signalom travniške vegetacije (slika 10, a). Tudi z malo rastlinskega pokrova je bilo težko prepoznati spektralne signale teh dveh vrst kamnin.
riž. 3.5. Vpliv vegetacije različnih vrst in različnih gostot na spektralno svetlost andezitne, apnenčaste in limonitizirane glinene prsti z drobci preperele kamnine (tla na preperalni skorji): a - travniške trave; b - goščave medvejke; c - goščave posušenega žajblja. Gostota vegetacije je prikazana v odstotkih na vsakem grafu (Kronberg, 1988)
Propadajoča ali odmirajoča vegetacija zagotavlja majhen ali nič maskirnega učinka za spektralne signale spodnjega substrata. To je očitno iz primerjave obeh obravnavanih skupin grafov (prim. sl. 10, a, b). Celo pri približno 60-odstotni gostoti pokrova se ohranijo spektralne lastnosti spodnjih tal. Seveda se z večanjem gostote vegetacije albedo apnenca in limonitizirane aluminozne prsti zmanjšuje.
Suha in venoča vegetacija le malo spremeni naravo spektra kamnin in tal. Samo zmanjša vrednost albeda.
Tako prisotnost (odstotek razširjenosti), narava (živa, suha) in vrsta vegetacije (vrste) različno vplivajo na spektralne značilnosti kamnin. Posebej močan je vpliv na kamnine, za katere je značilen nizek albedo: andeziti, apnenci, gline in produkti njihovega uničenja.
Študija spektralnih značilnosti naravnih objektov je prispevala k izbiri dveh najbolj optimalnih intervalov valovnih dolžin: 1,2-1,3 in 1,6-2,2 mikrona, v katerih je mogoče iskati mineralizacijo porfirnega bakra v nespremenjenih intruzivnih, vulkanskih in sedimentnih kamninah v sekundarne cone minerali in kamnine, ki so nastale kot posledica hidrotermalnih sprememb.
Kot rezultat laboratorijskih meritev je bilo ugotovljeno, da imajo nekateri minerali, ki se pojavljajo v conah hidrotermalno spremenjenih kamnin v bližini nahajališč, na primer porfirske bakrove rude, specifične spektralne podpise, zlasti v območju valovnih dolžin 2,1-2,4 mikrona. Te lastnosti se lahko uporabljajo za daljinsko zaznavanje. Tako kotlinit, montmorilonit, alunit in kalcit prepoznamo po značilnih ozkih in širokih pasovih absorpcije energije v srednjem infrardečem območju (slika 12). Na podlagi predpostavke, da bo z uporabo desetkanalnega radiometra z merilnim območjem 0,5-2,3 mikronov mogoče najti vsaj kaolin ali karbonatne kamnine na podlagi njihovih spektralnih karakteristik, so bile eksperimentalne raziskave izvedene z raketoplana Columbia. Poleg meritev v določenih ozkih spektralnih območjih so bile predlagane meritve v določeni kombinaciji območij ali kanalov, da se dokaže sposobnost določanja mineralov, ki nas zanimajo. Raziskave, izvedene na poligonu, so dokazale učinkovitost predlagane kombinacije dveh kanalov; 1,6 in 2,2 mikrona. Prvi od teh je zelo pomemben za odkrivanje hidroksilnih skupin v mineralih, značilnih za hidrotermalno spremenjene cone nahajališč. Po meritvah, opravljenih v obeh kanalih, je bilo mogoče ločiti limonitizirane, hidrotermalno spremenjene kamnine in magmatske kamnine, v večini primerov tudi z limonitom, ki nastane kot posledica oksidacije železo-magnezijevih mineralov in kristalizacije steklo. Poleg tega so bile najdene močno beljene hidrotermalno spremenjene kamnine brez limonita, če so vsebovale minerale s hidroksilno skupino OH-.
riž. 12. Spektralni odboj nekaterih mineralov, najdenih na območjih hidrotermalnih sprememb v kamninah (glede na laboratorijske meritve). Za določanje mineralov se je izkazala pomembna lega spektralnih absorpcijskih pasov: 1 – kaolinit; 2 – montmorilonit; 3 – alunit; 4 – kalcit.
Uporaba srednjega infrardečega območja je postala mogoča šele v zadnjih letih zaradi razvoja sprejemnikov, ki omogočajo te meritve. Tematski slikovni diagrami so pridobljeni z multispektralnim skenerjem satelita Landsat-4, ki ima poseben 2,2 μm kanal namenjen kartiranju litofacijesa ali mineralnega faciesa.
Na podlagi rezultatov enega od poskusov, izvedenih za reševanje geoloških problemov z uporabo oddaljenih metod, je bilo ugotovljeno, da je spektrometrija učinkovita v naslednjih spektralnih conah: 1,18-1,3; 4,0-4,75; 0,46-0,50; 1,52-1,73; 2,10-2,36 mikronov. Ta ugotovitev temelji na rezultatih obdelave podatkov z enega testnega mesta na kos. Utah. Meritve so bile izvedene z multispektralnim skenerjem med letenjem nad ozemljem mesta z izpostavljenimi kamninami glavnih vrst - sedimentnih in intruzivnih, pa tudi z območji njihovih sekundarnih hidrotermalnih sprememb. Velikost merilnega polja nad površino proučevane kamnine je bila približno 0,24 km2. Za vse vrste kamnin so bile meritve izvedene v 15 kanalih z razmakom med njimi 0,34-0,75 μm. Z uporabo diskriminantne analize so bila identificirana območja, ki so bila najpogosteje raziskovana v vseh varietetah kamnin, z optimalnim kontrastom posameznih variant kamnin glede na druge vrste. Posnetek identificiranih con je bil namenjen ponovnemu pregledu in kartiranju litofacialnih razlik. Uporabljeni multispektralni skener je imel spektralno ločljivost v vidnem območju 0,04–0,06 µm, v bližnjem IR območju 0,05–0,26 µm in v termičnem območju 0,25–0,36 µm. Samo eden od spektralnih kanalov tega skenerja je deloval v istem spektralnem območju kot skenerji prvih satelitov Landsat - od 0,4 do 1,1 mikrona, ostali štirje optimalni kanali so delovali v dolgovalovnem, infrardečem, območju sevanja, pomembnost kar so poudarili zgornji primeri.
Študije spektralnih značilnosti nespremenjenih in spremenjenih kamnin v bližini nahajališč urana so določile številne spektralne cone: 1,25; 0,95; 2,20; 2,15; 1,75; 2,45; 2.10; 1,60; 1,55 in 0,75 mikronov, pri katerih so meritve, izvedene v navedenem zaporedju, najučinkovitejše za ločevanje litofaciesov na območjih nahajališč urana. Ta primer poudarja pomen spektralnih raziskav v strogo omejenih ozkih območjih spektra, kjer je mogoče metode daljinskega zaznavanja bolj ali manj učinkovito uporabiti pri iskanju in raziskovanju.
Spektralna značilna svetlost kamnin je močno odvisna od velikosti okna ali reže spektrometra ali radiometra, to je merilnega polja (vida). Čim ožje je polje, tem večji so kontrasti v spektralni svetlosti, tem boljša je ločljivost terena. To je posledica dejstva, da se zmanjša vpliv razpršenega sevanja.
Prostorska ločljivost - vrednost, ki označuje velikost najmanjših predmetov, ki jih je mogoče razlikovati na sliki (poiščite primere fotografij kamnin).
Pomembno je izvajati DMI v različnih delih spektra, kjer imajo različne lastnosti kamnin kontrastne spektralne značilnosti. To se doseže z uporabo multispektralnih skenerjev, ki imajo spektralno ločljivost: v vidnem območju - 0,04-0,06 mikronov; v bližnjem infrardečem območju - 0,05-0,26 mikronov; v termičnem območju - 0,25-0,36 mikronov. V tem primeru se streljanje izvaja hkrati v petih ali več streliščih (primer slik).
Sekundarno toplotno sevanje kamnin (emisija)
Poleg značilnosti spektralnega odboja površin kamnin in tal v vidnem in bližnjem infrardečem območju se je nekatere geologe v šestdesetih letih prejšnjega stoletja zanimalo tudi za sekundarno toplotno sevanje kamnin, ki so ga želeli uporabiti pri daljinskem zaznavanju.
Kot rezultat raziskav, ki so potekale od poznih 50-ih let prejšnjega stoletja, je bilo ugotovljeno, da je oblika krivulj na grafih sekundarnega toplotnega sevanja kamnin tesno povezana z mineralno sestavo kamnin, da lahko ločimo silikatne in nesilikatne kamnine. s spektri njihovega sekundarnega toplotnega sevanja v območju 8-13 µm in da končno lahko silikatne kamnine različne mineralne sestave razdelimo po enakih spektrih. Znak za razpoznavo je bil v vseh primerih položaj minimumov na grafih sekundarnega toplotnega sevanja kamnin.
Razmislite o skupini grafov energije sekundarnega toplotnega sevanja, pridobljenih z meritvami nekaterih grobih, svežih, zdrobljenih vzorcev granita iz Nove Anglije. Barva posameznih vzorcev se spreminja od temno sive do rjave, rožnate ali modrikaste. Toda razlika v barvi po mnenju Lyona in Greena ne vpliva na intenzivnost sevanja oddajnika. Meritev položaja minimalne energije na grafih (sl. 14) je posledica sprememb mineralne sestave vzorcev (kemijski modul) kremenovih granitov (D in E) in alkalnih feldspatnih granitov (F). Za primerjavo sta prikazana oba minimuma v emisijskem spektru kremena (Q).
riž. 14. Spektralne emisivnosti sveže površine grobozrnatih granitov iz Nove Anglije. Q je minimalna emisija kremena za primerjavo. Navpične puščice kažejo, kje je emisija enaka 1.
Načeloma na spektralne značilnosti površine kamnine ali zemljine vplivajo številni dejavniki, tako odvisni od lastnosti površine merilnega objekta kot neodvisni od njih, a povezani z njegovim okoljem in atmosfero. Vendar pa v regijah, kjer so velika območja ozemlja brez vegetacije, na primer v sušnih regijah, v visokogorskih regijah itd., termovizijski skener pokriva velika območja izpostavljenih kamnin. Tukaj lahko uporabite minimume na grafih sekundarnega toplotnega sevanja objektov, ki so naravno povezani z njihovo mineralno sestavo, za interpretacijo določenih litofacialnih razlik kamnin ali njihovih kompleksov. Ta domneva je bila dokazana med termalnim skeniranjem letala: območja izpostavljenih kamnin različne sestave so bila najbolj kontrastno prikazana v odtenkih sive v dveh razponih: 8-9 in 9-11 mikronov. Najnižje vrednosti tega razmerja najdemo v kamninah ali tleh, ki vsebujejo kremen ali plagioklaz. Višje vrednosti tega razmerja kažejo, da so kamnine ali tla revna s kremenom in glinenci. Toda končno vprašanje o optimalnosti (in učinkovitosti) uporabe teh dveh spektralnih območij za preučevanje litofacijalnih značilnosti regij na podlagi podatkov toplotnih raziskav in vpliva nanje atmosferskih in drugih motenj med prehodom signala do sprejemnika, nameščenega na krovu. nosilec - letalo ali satelit - še ni razrešen trenutna stopnja raziskav.
Diagnostični znaki kamnin so predvsem položaj minimumov in druge značilnosti grafov, pa tudi razmerje spektralnih signalov različnih razponov (8-9 in 9-11 μm, sl. 3.6).
riž. 3.6. Spektralna emisivnost bazaltov (A in B), kremenčevega monconita (E in F) in granodiorita (I). Navpične puščice kažejo, kje je emisija enaka 1, vodoravne puščice pa 0,9. (Ljon, Green, 1975.)
Tako je zmožnost hkratnega izvajanja spektrometrije v številnih kritičnih (karakterističnih) spektralnih območjih, t.j., ključna za uvedbo geodetskih metod termičnega skenerja v geološke raziskave. zmožnost izvajanja multispektralnega termičnega skeniranja iz letal ali satelitov, kot tudi zmožnost računalniške obdelave rezultatov in predstavitve podatkov v obliki kontrastno optimiziranih slik.
Sekundarno toplotno sevanje kamnin torej določajo njihove fizikalne lastnosti: - toplotna prevodnost, gostota, specifična toplotna kapaciteta, toplotna difuzivnost, prenos toplote (temperaturna vztrajnost). Te lastnosti pa so odvisne od materiala, mineraloške in kemične sestave. Posebno vplivno je razmerje med temno obarvanimi (železo-magnezij) in svetlimi minerali.
Nasprotno pa se to vidi po spremembi koeficienta sekundarnega toplotnega sevanja (emisijskega koeficienta) podnevi in ponoči (slika 2.5). Nekateri predmeti "izgledajo svetlejši" podnevi, drugi ponoči. Pomemben je čas snemanja. Najbolj zaželene so ure pred zoro in opoldan.
Temperature površin različnih materialov čez dan (Lowe, 1969). 1 – voda v mlaki; 2 – prod; 3 – pokošena trata; 4 – beton; 5 – travnik; 6 – streha hiše
Računalniška obdelava podatkov termičnega skenerja in njihova vizualizacija (odtenki sive ali barvni ton) omogočata pridobivanje kontrastnih toplotnih slik.
Fotografiranje s toplotnim skeniranjem se praviloma izvaja v več najbolj informativnih (značilnih) spektralnih območjih. Raziskave v infrardečem območju običajno potekajo v povezavi z uporabo vidnega območja, kar omogoča upoštevanje močnega vpliva senčnih območij (podnevi) na rezultate IR fotografije.
Kvantitativna obdelava podatkov večspektralnih raziskav, vključno s termalnimi skenerji in radiometri, postaja vsak dan bolj pomembna. Že sedaj daljinsko zaznavanje temelji na temperaturnih značilnostih tal, rastlinskih združb ali kamnin pri reševanju operativnih problemov monitoringa okolja. Različne toplotne lastnosti kamnin (tabela 1a) in različni koeficienti sekundarnega toplotnega sevanja oziroma emisijski koeficienti (tabela 1b) povzročajo različno segrevanje podnevi in ohlajanje ponoči, kar določajo temperaturni kontrasti pri dnevnem nihanju temperature, ki se uporablja pri daljinskem zaznavanju.
Pri tem je pomembno poudariti, da je že podatek o relativni razliki sevalnih temperatur površine predmetov lahko odločilen pri geološki interpretaciji posnetkov, saj so možni dodatni kriteriji vrednotenja, ki jih s snemanjem v vidnem območju elektromagnetnega sevanja ni mogoče dobiti. valovi.
Tabela 1a. Toplotne lastnosti različnih kamnin in vode pri temperaturi 20°C.
- Odbojnost je količina, ki opisuje sposobnost katere koli površine ali vmesnika med dvema medijema, da odbija tok elektromagnetnega sevanja, ki vpada nanj. Pogosto se uporablja v optiki, kvantitativno pa je označen z odbojnostjo. Za karakterizacijo difuznega odboja se uporablja količina, imenovana albedo.
Sposobnost materialov, da odbijajo sevanje, je odvisna od vpadnega kota, polarizacije vpadnega sevanja, pa tudi od njegovega spektra. Odvisnost odbojnosti površine telesa od valovne dolžine svetlobe v območju vidne svetlobe človeško oko zazna kot barvo telesa.
Odvisnost odbojnosti materialov od valovne dolžine je pomembna pri konstrukciji optičnih sistemov. Za pridobitev želenih lastnosti materialov za odboj in prepustnost svetlobe se optika včasih prevleče z antirefleksno prevleko, kot na primer pri izdelavi dielektričnih ogledal ali interferenčnih filtrov.
Sorodni pojmi
Refrakcija (lom) je sprememba smeri žarka (valovanja), ki se pojavi na meji dveh medijev, skozi katera ta žarek prehaja, ali v istem mediju, vendar s spreminjajočimi se lastnostmi, pri čemer je hitrost širjenja valovanja ni enako.
Braggova mreža z vlakni (FBG) je porazdeljen Braggov reflektor (vrsta uklonske rešetke), oblikovan v jedru optičnega vlakna, ki prenaša svetlobo. FBG imajo ozek odbojni spekter in se uporabljajo v vlaknenih laserjih, senzorjih z optičnimi vlakni, za stabilizacijo in spreminjanje valovne dolžine laserjev in laserskih diod itd.
Fotometrija (starogrško φῶς, rodilnik φωτός - svetloba in μετρέω - merim) je znanstvena disciplina, skupna vsem vejam uporabne optike, na podlagi katere se izvajajo kvantitativne meritve energijskih značilnosti sevalnega polja.
Fotoluminiscenčna spektroskopija je vrsta optične spektroskopije, ki temelji na merjenju spektra elektromagnetnega sevanja, oddanega kot posledica pojava fotoluminiscence, povzročenega v proučevanem vzorcu, z vzbujanjem le-tega s svetlobo. Ena glavnih eksperimentalnih metod za proučevanje optičnih lastnosti materialov, zlasti polprevodniških mikro- in nanostruktur.
Optične pincete, včasih "laserske pincete" ali "optične pasti", so optični instrumenti, ki omogočajo manipulacijo mikroskopskih predmetov z uporabo laserske svetlobe (običajno jo oddaja laserska dioda). Omogoča vam uporabo sil od femtonewtonov do nanonewtonov na dielektrične predmete in merjenje razdalj od nekaj nanometrov do mikronov. V zadnjih letih so se v biofiziki začele uporabljati optične pincete za preučevanje zgradbe in principa delovanja...
Tlak elektromagnetnega sevanja, svetlobni tlak - tlak, ki ga povzroča svetloba (in elektromagnetno sevanje na splošno), ki vpada na površino telesa.
Prevleka optike je nanos najtanjšega filma ali več plasti filmov enega na drugega na površino leč, ki meji na zrak. To vam omogoča, da povečate prepustnost svetlobe optičnega sistema in povečate kontrast slike z zatiranjem bleščanja. Vrednosti lomnih količnikov se spreminjajo po velikosti in so izbrane tako, da zmanjšajo (ali popolnoma odpravijo) neželeni odboj zaradi motenj.
Svetlobna interferenca je interferenca elektromagnetnih valov (v ožjem pomenu - predvsem vidna svetloba) - prerazporeditev jakosti svetlobe kot posledica superpozicije (superpozicije) več svetlobnih valov. Za ta pojav je običajno značilno menjavanje maksimumov in minimumov jakosti svetlobe v prostoru. Posebna vrsta takšne porazdelitve jakosti svetlobe v prostoru ali na zaslonu, kamor pada svetloba, se imenuje interferenčni vzorec.
Luminescenca (iz latinščine lumen, rod luminis - svetloba in -escent - pripona, ki pomeni šibko delovanje) je netoplotni sijaj snovi, ki se pojavi, ko absorbira energijo vzbujanja. Luminescenca je bila prvič opisana v 18. stoletju.
Kerrov učinek ali kvadratni elektrooptični učinek je pojav spreminjanja vrednosti lomnega količnika optičnega materiala sorazmerno s kvadratom uporabljene električne poljske jakosti. Od Pockelsovega učinka se razlikuje po tem, da je sprememba indikatorja premo sorazmerna s kvadratom električnega polja, slednje pa se spreminja linearno. Kerrov učinek lahko opazimo pri vseh snoveh, vendar ga nekatere tekočine kažejo močneje kot druge snovi. Leta 1875 so ga odprli škotski ...
Bližnja infrardeča spektroskopija (NIR) je veja spektroskopije, ki preučuje interakcijo bližnjega infrardečega sevanja (od 780 do 2500 nm ali od 12.800 do 4000 cm-1) s snovmi. Bližnje infrardeče območje leži med vidno svetlobo in srednjim infrardečim območjem.
Dielektrično zrcalo je zrcalo, katerega odsevne lastnosti nastanejo zaradi nanosa več izmenično tankih plasti različnih dielektričnih materialov. Uporablja se v različnih optičnih instrumentih. S pravilno izbiro materialov in debelin slojev lahko ustvarimo optične nanose z želenim odbojem pri izbrani valovni dolžini. Dielektrična zrcala lahko zagotovijo zelo visoko odbojnost (tako imenovana superzrcala), ki zagotavljajo odboj...
Porazdeljeni Braggov reflektor je slojevita struktura, v kateri se lomni količnik materiala periodično spreminja v eni prostorski smeri (pravokotno na plasti).
Polarimeter (polariskop - samo za opazovanje) je naprava, namenjena merjenju kota zasuka polarizacijske ravnine, ki ga povzroča optična aktivnost prozornih medijev, raztopin (saharometrija) in tekočin. V širšem smislu je polarimeter naprava, ki meri polarizacijske parametre delno polariziranega sevanja (v tem smislu lahko merimo parametre Stokesovega vektorja, stopnjo polarizacije, parametre polarizacijske elipse delno polariziranega sevanja itd.). izmeriti).
Rayleighovo sipanje je koherentno sipanje svetlobe brez spreminjanja valovne dolžine (imenovano tudi elastično sipanje) na delcih, nehomogenostih ali drugih predmetih, ko je frekvenca sipane svetlobe bistveno višja od naravne frekvence sipajočega predmeta ali sistema. Ekvivalentna formulacija: sipanje svetlobe na predmetih, katerih dimenzije so manjše od valovne dolžine. Imenovan po britanskem fiziku Lordu Rayleighu, ki je leta 1871 ugotovil odvisnost intenzitete razpršene svetlobe od valovne dolžine...
Popolnoma črno telo je fizično telo, ki pri kateri koli temperaturi absorbira vse elektromagnetno sevanje, ki pada nanj v vseh območjih.
Infrardeča spektroskopija (vibrational spectroscopy, mid-infrared spectroscopy, IR spectroscopy, ICS) je veja spektroskopije, ki preučuje interakcijo infrardečega sevanja s snovmi.
Zatemnitev robov je optični učinek pri opazovanju zvezd, vključno s Soncem, pri katerem je osrednji del diska zvezde videti svetlejši od roba ali kraka diska. Razumevanje tega učinka je omogočilo ustvarjanje modelov zvezdnih atmosfer ob upoštevanju takšnega gradienta svetlosti, kar je prispevalo k razvoju teorije prenosa sevanja.
Michelsonov interferometer je dvožarkovni interferometer, ki ga je izumil Albert Michelson. Ta naprava je prvič omogočila merjenje valovne dolžine svetlobe. V Michelsonovem poskusu sta Michelson in Morley leta 1887 uporabila interferometer za testiranje hipoteze o svetlobnem etru.
Malokotno sipanje rentgenskih žarkov skrajšano, SAXS - elastično sipanje rentgenskega sevanja na nehomogenostih snovi, katerih dimenzije bistveno presegajo valovno dolžino sevanja, ki je λ = 0,1–1 nm; smeri sipanih žarkov le malo (za majhne kote) odstopajo od smeri vpadnega žarka.
Rentgenska optika je veja uporabne optike, ki proučuje procese širjenja rentgenskih žarkov v medijih in razvija elemente za rentgenske naprave. Rentgenska optika za razliko od klasične optike upošteva elektromagnetno valovanje v območju valovnih dolžin rentgenskih žarkov od 10−4 do 100 Å (od 10−14 do 10−8 m) in sevanje gama.
Geometrični faktor (tudi étendue, iz francoskega étendue géométrique) je fizikalna količina, ki označuje, koliko je svetloba v optičnem sistemu »razširjena« po velikosti in smeri. Ta vrednost ustreza parametru kakovosti žarka (BPP) v fiziki Gaussovega žarka.
Rentgensko ogledalo je optična naprava za nadzor rentgenskega sevanja (odboj rentgenskih žarkov, ostrenje in sipanje). Trenutno tehnologija omogoča ustvarjanje rentgenskih zrcal in ekstremnih UV delov z valovnimi dolžinami od 2 do 45-55 nanometrov. Rentgensko ogledalo je sestavljeno iz več plasti posebnih materialov (do nekaj sto plasti).
Uklonska rešetka je optična naprava, katere delovanje temelji na uporabi pojava uklona svetlobe. Je skupek velikega števila enakomerno razporejenih potez (rež, izboklin), nanesenih na določeno površino. Prvi opis pojava je naredil James Gregory, ki je kot mrežo uporabil ptičje perje.
Učinek Sadovskega je pojav mehanskega navora, ki deluje na telo, obsevano z eliptično ali krožno polarizirano svetlobo.
Vsak predmet, ki oddaja elektromagnetno energijo v vidnem območju spektra. Po svoji naravi jih delimo na umetne in naravne.
Dinamično sipanje svetlobe je skupek pojavov, kot so spremembe frekvence (Dopplerjev premik), jakosti in smeri svetlobe, ki prehaja skozi medij gibajočih se (Brownovih) delcev.
Svetloba je eden od učinkov samodelovanja svetlobe, ki sestoji iz koncentracije energije svetlobnega žarka v nelinearnem mediju, katerega lomni količnik narašča z naraščajočo jakostjo svetlobe. Pojav samofokusiranja je napovedal sovjetski teoretični fizik G. A. Askarjan leta 1961, prva pa sta ga opazila N. F. Pilipetski in A. R. Rustamov leta 1965. Temelje matematično strogega opisa teorije je postavil V. I. Talanov.
Dvofotonski laserski mikroskop je laserski mikroskop, ki omogoča opazovanje živega tkiva v globini več kot enega milimetra s pomočjo pojava fluorescence. Dvofotonski mikroskop je vrsta večfotonskega fluorescenčnega mikroskopa. Njegove prednosti pred konfokalnim mikroskopom so večja prodorna moč in nizka stopnja fototoksičnosti.
Infrardeče sevanje je elektromagnetno sevanje, ki zavzema spektralno območje med rdečim koncem vidne svetlobe (z valovno dolžino λ = 0,74 μm in frekvenco 430 THz) in mikrovalovnim radijskim sevanjem (λ ~ 1-2 mm, frekvenca 300 GHz).
Dvolomnost ali dvolomnost je učinek cepitve svetlobnega žarka na dve komponenti v anizotropnih medijih. Če svetlobni žarek pade pravokotno na površino kristala, se na tej površini razcepi na dva žarka. Prvi žarek se naprej širi naravnost in se imenuje navaden (o - navaden), drugi žarek pa se odmika vstran in se imenuje izredni (e - izredni).
Vavilov-Čerenkov učinek, Čerenkov učinek, Vavilov-Čerenkovo sevanje, Čerenkovo sevanje - sij, ki ga v prozornem mediju povzroči nabit delec, ki se giblje s hitrostjo, ki presega fazno hitrost svetlobe v tem mediju.
Elektromagnetno valovanje / elektromagnetno sevanje - motnja (sprememba stanja) elektromagnetnega polja, ki se širi v prostoru Med elektromagnetnimi polji, ki jih ustvarjajo električni naboji in njihovo gibanje, je običajno uvrščati med sevanje tisti del izmeničnih elektromagnetnih polj, ki je sposoben ki se širi najdlje od svojih virov - premikajoči se naboji, ki najpočasneje bledijo z razdaljo.
Spektralna absorpcijska črta ali temna spektralna črta je značilnost spektra, ki je sestavljena iz zmanjšanja intenzivnosti sevanja blizu določene energije.
Mikroskop (starogrško μικρός »majhen« + σκοπέω »gledam«) je naprava, namenjena pridobivanju povečanih slik, pa tudi merjenju predmetov ali strukturnih podrobnosti, ki so s prostim očesom nevidne ali težko vidne.
Vidno sevanje je elektromagnetno valovanje, ki ga zazna človeško oko. Občutljivost človeškega očesa na elektromagnetno sevanje je odvisna od valovne dolžine (frekvence) sevanja, pri čemer se največja občutljivost pojavi pri 555 nm (540 THz), v zelenem delu spektra. Ker se občutljivost z oddaljevanjem od maksimalne točke postopoma zmanjšuje na nič, je nemogoče navesti točne meje spektralnega območja vidnega sevanja. Običajno se kratkovalovna meja šteje za ...
Fourierjev spektrometer je optični instrument, ki se uporablja za kvantitativno in kvalitativno analizo vsebnosti snovi v vzorcu plina.
