Кронберг П.
Дистанційне вивчення Землі: Основи і методи дистанційних досліджень в геології

Відбиваюча і поглинальна здатності гірських порід покритих рослинністю. Частина 3

Ще одне порівняння відбивної здатності вивітрених і свіжих поверхонь гірських порід: ріолітов, базальту і туфу (рис. 8б) – свідчить про зменшення величини коефіцієнту відбивання на вивітрених поверхнях. Як видно з графіку, форма характеристичних кривих майже не змінюється, що можна пояснити стійкістю спектральних ознак певних типів порід [189].

Спектральна відбивна здатність свіжої та вивітреної поверхні гірських порід на прикладі ріолітів, базальту і туфу
Рис. 8б. Спектральна відбивна здатність свіжої та вивітреної поверхні гірських порід на прикладі ріолітів (К), базальту і туфу

А - ріоліт;
В - гідротермально змінений базальт;
ВТ - туф з аметистом;
індекс W - вивітрені проби.

Розглянемо тепер кількісну залежність спектральної яскравості поверхонь різних типів гірських порід від густоти покриваючої їх рослинності [279]. Ці виміри проводилися в полі спектрометром з шириною діапазону вимірювань від 0,45 до 2,4 мкм, тобто від видимого до середнього (відбитого) інфрачервоного випромінювання, з висоти близько 1,3 м при площі вимірювань близько 200 см кв. Як об'єкти були обрані поверхні андезиту, базальту, ріолітов, лави (червоно-помаранчевої), кварцу, трахіандезиту (латиту), вапняку, червоного глинистого сланцю, лімонітізованих і аргілітізованих щебеню і грунту, кварцованого вапняку і мраморизованого доломіту з лімонітом. Поверхні кожного типу порід були покриті неоднорідним за густотою покровом зелених лучних трав, і насінням сосни, а також кущиками мучниці і зів'ялої шавлії. Щоб можна було зіставляти дані, отримані при різних умовах зйомки (в різний час, за різних погодних умов і різної освітленості об'єкту), вимірювання проводились прецизійно, тобто заміряна величина яскравості об'єкту кожного разу порівнювалася з яскравістю еталону.

Спочатку були виміряні коефіцієнти спектрального відбивання покритих рослинністю поверхонь, для того щоб отримати уявлення про частку відбитої рослинністю енергії в загальному потоці відбитої від поверхні об'єкту енергії (рис. 9). Було встановлено, що для живої рослинності типове різке зростання спектральної яскравості на ділянці близько 0,7 мкм, тоді як засохла або зів'яла рослинність не дає такого стрибка яскравості і має малу частку в загальному спектрі відбитого потоку енергії. Розриви всіх графіків яскравості відповідають смугам поглинання водяної пари 1,45 і 1,9 мкм.

Спектральна відбивна здатність живої і засохлою рослинності на прикладі заростей мучниці, зеленої лучної трави і засохлої шавлії
Рис. 9. Спектральна відбивна здатність живої і засохлою рослинності на прикладі заростей мучниці, зеленої лучної трави і засохлої шавлії [279]

1 - зарості мучниці;
2 - зелене лучне різнотрав'я;
3 - зарості засохлої шавлії.

Вплив щільності рослинного покриву на величину спектрального відбивання андезиту, вапняку і глиноземистих лімонітізованих звітрілих грунтів показано на рис. 10. На цих графіках зіставляється яскравість не покритих рослинами і зарослих поверхонь гірських порід (густота рослинності виражена у відсотках). Як і очікувалося, ефект рослинності в спектрі відбитого потоку енергії чітко виражений тільки для гірських порід з незначним альбедо. Вже при 10% лучних злаків спектральні характеристики андезиту і вапняку маскуються спектральним сигналом лучної рослинності (рис. 10, а). Навіть при незначному рослинному покриві була утруднена ідентифікація спектральних сигналів порід цих двох типів. При щільності рослин 30% спектральні імпульси вапняку і андезиту повністю визначалися як спектральний сигнал рослинності на вимірюваному майданчику. Звернемо увагу, що для вапняку характерний чіткий спад кривої відбивної здатності близько 2,3 мкм (рис. 10, а). Характерний спектр відбивання звітрілого грунту, що містить глинисті мінерали і лімоніт. Так, при щільності покриву лучних трав, що дорівнює 30%, виділяється широка і різка смуга поглинання електромагнітних хвиль довжиною 0,85 мкм катіоном тривалентного заліза; на графіку вона виділяється місцевим мінімумом (рис. 10, а) [123]. Друга смуга поглинання – близько 2,2 мкм на цьому графіку – відповідає гідроксильній групі глинистих мінералів і розпізнається не менш чітко. При щільності лучних трав близько 60% у спектрі відбивання покритих ними грунтів переважає сигнал рослинності. Тільки близько 2,2 мкм слабо виділяється смуга поглинання гідроксильною групою ОН. У всіх розглянутих прикладах графік спектральної яскравості сильно змінюється в короткохвильовій ділянці спектру, так як до 0,68 мкм відбивна здатність живої рослинності сильно зростає.

Вплив рослинності різних видів і різної щільності на спектральну яскравість андезиту, вапняку і лімонітізованого глинистого грунту з уламками звітрілої гірської породиВплив рослинності різних видів і різної щільності на спектральну яскравість андезиту, вапняку і лімонітізованого глинистого грунту з уламками звітрілої гірської породи
Рис. 10. Вплив рослинності різних видів і різної щільності на спектральну яскравість андезиту, вапняку і лімонітізованого глинистого грунту з уламками звітрілої гірської породи (грунт на корі вивітрювання)

а - лугові трави;
б - зарості мучниці;
в - зарості засохлого шавлії.
Щільність рослинності показана у відсотках на кожному графіку [279].

В опублікованих результатах досліджень [279] зазначено вплив рослинності на форму кривої графіка спектральної яскравості гідротермально змінених порід. Глинисті мінерали різних типів, що мають в своєму складі гідроксильну групу, дають в спектрі відбивання гідротермально змінених вторинних порід характерний мінімум поглинання енергії близько 2,2 мкм. Якщо положення смуги поглинання змінюється залежно від типу глинистого мінералу в межах від 2,15 до 2,25 мкм, то можна використовувати точну позицію мінімуму для розпізнавання виду глинистого мінералу [123]. Якщо ж зустрічаються ділянки з густою рослинністю, то частка відбитого потоку від рослин переважає в спектральному сигналі. Відбувається зсув мінімуму до 2,1 мкм, і спектральний сигнал-імпульс глинистого мінералу спотворюється і маскується.

Ефект прояву мучниці, що росте на андезиті, вапняках і грунтах, що містять лімоніт і глинозем, показаний на іншій групі графіків (рис. 10, б). В цілому криві цієї групи схожі на криві, представлені на розглянуті вище (рис. 10, а). Спектральна інтенсивність відбивання мучниці менша, ніж лучних трав, і при щільності її покриву від 30 до 50% власні спектри відбивання андезиту, вапняку і лімонітізованих глиноземів переважають над спектром рослинності (рис. 10, б).

В'януча або зів'яла рослинність майже не дає маскувального ефекту для спектральних сигналів підстилаючої поверхні. Це очевидно з порівняння двох розглянутих груп графіків (пор. рис. 10, а, б). Навіть при щільності покриву близько 60% спектральні характеристики грунту зберігаються. Звичайно, зі збільшенням густоти рослинності зменшується альбедо вапняку і лімонітізованих глиноземів. Але вапняк зберігає характерне падіння інтенсивності відбивання близько 2,2 мкм навіть при 80% покриву висохлої шавлії на його поверхні. І тільки при ще більшій щільності висохлої шавлії слабшає виразність цього мінімуму інтенсивності на графіку.

В інтервалі довжин хвиль від 0,68 до 1,3 мкм вплив спектрів відбивання рослинністю на сигнали, що надходять з перекритих нею грунтів і гірських порід, найбільш чітко виражений. У цьому інтервалі дуже різко зростає відбивання живими рослинами, зелена маса яких відбиває падаюче сонячне світло дуже сильно. Суха і зів'яла рослинність змінює характеристики спектру порід і грунтів мало. Вона тільки зменшує величину альбедо.

Так як хвилі довжиною понад 1,4 мкм відбиваються від зеленої рослинності слабо, то очікувалося, що вимірювання у довгохвильовій ділянці діапазону середнього інфрачервоного випромінювання включно дадуть більшу інформацію про гірські породи, ніж вимірювання у видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах хвиль. Передбачалося ідентифікувати гірські породи і мінерали за їх спектральними характеристиками насамперед в інтервалі довжин хвиль від 2,0 до 2,5 мкм [279]. Для цих вимірювань у ближньому і середньому інфрачервоних діапазонах випромінювання був використаний спектрометр нового типу. На підставі отриманих даних дослідники [279] довели можливість використання цього інтервалу довжин хвиль для цілеспрямованого літофаціального вивчення місцевості.

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом