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].

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 лугових 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.

Сначала были измерены коэффициенты спектрального отражения покрытых растительностью поверхностей, для того чтобы получить представление о доле отраженной растительностью энергии в общем потоке отраженной от поверхности объекта энергии (рис. 9). Было установлено, что для живой растительности типично резкое возрастание спектральной яркости в полосе около 0,7 мкм, тогда как засохшая или увядшая растительность не дает такого скачка яркости и имеет малую долю в общем спектре отраженного потока энергии. Разрывы всех графиков яркости соответствуют полосам поглощения водяного пара 1,45 и 1,9 мкм.

Рис. 9. Спектральная отражательная способность живой и засохшей растительности на примере зарослей толокнянки, зеленой луговой травы и засохшего шалфея [279]. 1 – заросли толокнянки; 2 – зеленое луговое разнотравье; 3 – заросли засохшего шалфея.

Влияние плотности растительного покрова на величину спектрального отражения андезита, известняка и глиноземистых лимонитизированных выветрелых почв показано на рис. 10. На этих графиках сопоставляется яркость не покрытых растениями и заросших поверхностей горных пород (густота растительности в поле измерения спектрометра выражена в процентах). Как и ожидалось, эффект растительности в спектре отраженного потока энергии четко выражен только для горных пород с незначительным альбедо. Уже при 10% луговых злаков спектральные характеристики андезита и известняка маскируются спектральным сигналом луговой растительности (рис. 10, а). Даже при незначительном растительном покрове была затруднена идентификация спектральных сигналов пород этих двух типов. При плотности растений 30% спектральные импульсы известняка и андезита полностью определялись как спектральный сигнал растительности на измеряемой площадке. Обратим внимание, что для известняка характерен четкий спад кривой отражательной способности около 2,3 мкм (рис. 10, а). Характерный спектр отражения выветрелой, содержащей глинистые минералы и лимонит почвы маскируется растительностью. Так, при плотности покрова луговых трав, равной 30%, выделяется широкая и резкая полоса поглощения электромагнитных волн длиной 0,85 мкм катионом трехвалентного железа; на графике она выделяется местным минимумом (рис. 10, а) [123]. Вторая полоса поглощения – около 2,2 мкм на этом графике – соответствует гидроксильной группе глинистых минералов и распознается не менее отчетливо. При плотности луговых трав около 60% в спектре отражения покрытых ими почв преобладает сигнал растительности. Только около 2,2 мкм слабо выделяется полоса поглощения гидроксильной группой ОН-. Во всех рассмотренных трех примерах график спектральной яркости сильно меняется в коротковолновой зоне спектра, так как до 0,68 мкм отражательная способность живущей растительности сильно возрастает.

Рис. 10. Влияние растительности разных видов и разной плотности на спектральную яркость андезита, известняка и лимонитизированной глинистой почвы с обломками выветрелой горной породы (почва на коре выветривания): а – луговые травы; б – заросли толокнянки; в – заросли засохшего шалфея. Плотность растительности показана в процентах на каждом графике [279]. 

В опубликованных результатах исследований [279] отмечено влияние растительности на форму кривой графика спектральной яркости гидротермально измененных пород. Глинистые минералы различных типов, имеющие в своем составе гидроксильную группу, дают в спектре отражения гидротермально измененных вторичных пород характерный минимум поглощения энергии около 2,2 мкм. Если положение полосы поглощения изменяется в зависимости от типа глинистого минерала в пределах от 2,15 до 2,25 мкм, то можно использовать точную позицию минимума для распознавания вида содержащегося глинистого минерала [123]. Если же встречаются площадки с густой растительностью, то доля отраженного потока от растений преобладает в спектральном сигнале. Происходит смещение минимума к 2,1 мкм, и спектральный сигнал-импульс глинистого минерала искажается и маскируется.

Эффект проявления толокнянки, растущей на андезитах, известняках и почвах, содержащих лимонит и глинозем, показан на другой группе графиков (рис. 10, б). В целом кривые этой группы похожи на кривые, представленные на рассмотренной выше группе графиков (рис. 10, а). Спектральная интенсивность отражения толокнянки меньше, чем луговых трав, и при плотности ее покрова от 30 до 50% собственные спектры отражения андезита, известняка и лимонитизированных глиноземистых почв преобладают над спектром растительности (рис. 10, б).

Увядающая или увядшая растительность почти не дает маскирующего эффекта для спектральных сигналов подстилающего основания. Это очевидно из сравнения двух рассмотренных групп графиков (ср. рис. 10, а, б). Даже при плотности покрова около 60% спектральные признаки подстилающей его почвы сохраняются. Конечно, с увеличением густоты растительности уменьшается альбедо известняка и лимонитизированной глиноземистой почвы. Но известняк сохраняет характерное падение интенсивности отражения около 2,2 мкм даже при 80% покрова высохшего шалфея на его поверхности. И только при еще большей плотности высохшего шалфея ослабевает выражение этого минимума интенсивности на графике.

В интервале длин волн от 0,68 до 1,3 мкм влияние спектров отражения растительностью на сигналы, поступающие с перекрытых ею почв и горных пород, наиболее четко выражено. В этом интервале очень резко возрастает отражение живыми растениями, зеленая масса которых отражает падающий солнечный свет очень сильно. Сухая и увядающая растительность изменяет характер спектра пород и почв мало. Она только уменьшает величину альбедо.

Так как волны длиной более 1,4 мкм отражаются от зеленой растительности слабо, то ожидалось, что измерения в длинноволновой области до диапазона среднего инфракрасного излучения включительно дадут большую информацию о горных породах, чем измерения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах волн. Предполагалось идентифицировать горные породы и минералы по их спектральным характеристикам прежде всего в интервале длин волн от 2,0 до 2,5 мкм [279]. Для этих измерений в ближнем и среднем инфракрасных диапазонах излучения был использован спектрометр нового типа. На основании полученных данных исследователи [279] доказали возможность использования этого интервала длин волн для целенаправленного литофациального изучения местности.

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