Вторинне теплове випромінювання гірських порід
Поряд з характеристиками спектрального відбивання поверхонь гірських порід і грунтів у видимому і ближньому ІЧ-діапазонах в 1960-і роки частина геологів цікавилася і вторинним тепловим випромінюванням гірських порід, яке сподівалися використовувати при дистанційному зондуванні.
В результаті досліджень, що проводилися з кінця 50-х років [188, 194, 195], було встановлено, що форма кривих на графіках вторинного теплового випромінювання гірських порід тісно пов'язана з мінеральним складом порід, що силікатні і несилікатні породи можна розрізняти за спектрами їх вторинного теплового випромінювання в діапазоні 8-13 мкм і що, нарешті, можна розділити за цими ж спектрам силікатні породи різного мінерального складу. Ознакою для розпізнавання у всіх випадках служило положення мінімумів на графіках вторинного теплового випромінювання гірських порід.
Звернемося тепер до конкретних прикладів експериментів [190], що проводилися на різних грунтах і гірських породах в околицях кратера Пісга в Каліфорнії, США. Група графіків вторинного теплового випромінювання гірських порід і грунтів цього району побудовано по чотирьох лініях злетів, за якими проводилися спектральні вимірювання в діапазоні 6,8-13,3 мкм. Протяжність кожної лінії вимірювань 28 км, вимірювання велися з висоти 650 м при темпі зйомки 6 спектрів в 1 с. Просторова прив'язка даних зйомки проводилася у напрямку польоту з використанням результатів наземних вимірювань на тестових ділянках, розташованих уздовж ліній польотів. Під час польоту спектрометром вимірювався майданчик 15х15 м перед носієм зі встановленою апаратурою. Отримані дані корелювали з вимірами вторинного теплового випромінювання озера, так як спектр випромінювання водойм в діапазоні 8-14 мкм близький до спектру випромінювання абсолютно чорного тіла (див. розд. 2.3), тобто його можна використовувати як еталон референс-поверхні. Таким чином, група графіків (рис. 13) характеризує не абсолютні, а відносні величини вторинного теплового потоку від гірських порід і грунтів, обчислені щодо середньої величини випромінювання від водної поверхні.
Графіки емісії (вторинного теплового випромінювання) по обчисленому середньому спектру (рис. 13) побудовані для молодого, сучасного алювію (В), стародавнього алювію (С), пісковика (D), сухих озерних відкладів, так званої плайї (L), а також для трьох різних потоків олівін-базальтів (J, G, Н). Верхня і нижня групи графіків (рис. 13) побудовані щодо емітерного потоку відповідно від гранодіориту (А) і габро (І). В якості характерної, маркувальної, ознаки тієї чи іншої породи є положення (щодо осі абсцис) головного мінімуму на графіку, а також ряд додаткових приватних мінімумів у спектрі випромінювання об'єкта.
Рис. 13. Спектральна випромінювальна здатність різних гірських порід і грунтів в районі кратера Пісга, Каліфорнія
Криві спектрів сучасного (В) і стародавнього (С) алювію схожі один на одного. Вони мають один сильний постійний мінімум в інтервалі довжин хвиль 9,1-9,2 мкм. Точне зіставлення цих кривих показує, що для сучасного алювію мінімум в спектрі емітерної енергії зміщується в бік короткохвильової ділянки, тобто наліво по осі абсцис, відносно графіків енергії стародавнього алювію. Крім того, вигин кривої близько 9,5 мкм, відповідний високому вмісту кварцу [190], на кривій С відсутній.
При зіставленні графіків емітерного випромінювання олівін-базальтових лав (рис. 13, F-H) виявилося, що всі вони мають єдиний мінімум в інтервалі 9,45-9,55 мкм, різко виражений на всіх кривих. За характером графіків потоки базальтів можна розділити додатково на дві підгрупи: в першій криві F і G мають слабкий мінімум близько 10,97 мкм, в другій той же мінімум виражений різко (крива Н). Мабуть, можна провести ще більш точне ототожнення цих порід за формою їх графіків вторинного теплового випромінювання в діапазоні від 11,5 до 12,0 мкм [190], де криві F, що характеризують базальти, більш пологі, ніж криві порід типу G. Спектри енергії вторинного теплового випромінювання гірських порід, побудовані за даними аерознімань, зіставлялися з графіками вторинного теплового випромінювання, отриманими при вимірах пришліфованих штуфів гранодіориту (А) і габро (I). При цьому виявилося схожість груп кривих для базальтів з графіком емісії габро.
Величини вторинного теплового потоку (див. групу кривих D на рис. 13) були отримані також для ділянки, на якому звітрілі дрібнозернисті пісковики полого залягають на базальтах. Виявилося, що дані вимірювань відповідають спектрами алювію (В) там, де пісковики мають велику потужність, і базальтам там, де покрив пісковиків непостійний, малопотужний і скорочений. На графіках деяких ділянок (IIС) відображаються характерні ознаки групи кривих G. Провівши це зіставлення, Ліон [189] продемонстрував можливість виявлення порід різного мінерального складу при аерозйомці.
Проблематична інтерпретація графіків емітерного випромінювання плайєвих відкладень, бо вони виявилися аналогічними групі графіків, що характеризують базальти (G). Наземні спектральні вимірювання підтвердили коректність даних аерозйомки, після чого був проведений більш прискіпливий аналіз її результатів. Ним було встановлено, що спектри вторинного теплового випромінювання білих дрібнокристалічних глинистих мінералів в озерних відкладеннях близькі, майже тотожні спектрам олівінових базальтів.
Таким чином, зіставлення всіх груп графіків (рис. 13) показало, що положення мінімуму емісії змінюється в залежності від мінерального складу гірських порід або ґрунтів. При цьому було виявлено варіації мінімуму, залежні від співвідношення темноколірних і лужних або лужноземельних мінералів і вмісту силікатів у породі.
Розглянемо групу графіків енергії вторинного теплового випромінювання, отриманих при вимірюванні деяких грубозернистих свіжих подрібнених проб гранітів з Нової Англії [192]. Колір окремих проб змінюється від темно-сірого до коричневого, рожевого або блакитного. Але відмінність у кольорі, на думку Лайона і Гріна [192], не впливає на інтенсивність емітерного випромінювання. Вимірювання положення мінімуму енергії на графіках (рис. 14) викликане змінами в мінеральному складі проб (хімічному модулі) кварцових гранітів (D і E) і лужних польовошпатних гранітів (F). Для порівняння наведені обидва мінімуми в спектрі випромінювання кварцу (Q) [192].
Рис. 14. Спектральні випромінювальні здатності свіжої поверхні грубозернистих гранітів з Нової Англії [192]
Q - емісійний мінімум кварцу, для порівняння.
Вертикальні стрілки показують, де емісія дорівнює 1 (еi = 1,0), а горизонтальні 0,9 (ел = 0,9)
Результати наступної серії вимірів, проведених цими ж дослідниками в полі на кристалічних породах різного мінерального складу – від базальтів (A і B) до кварцових монцонітів (Е і F) і гранодіоритів (I), наведені на рис. 15 [192]. Базальти, з їх відсутністю кварцу і високим вмістом плагіоклазів, чітко відокремлюються за положенням мінімуму емісії від кварцових монцонітів і гранодіоритів (рис. 15). Багаті плагіоклазом кварцові монцоніти (F, G і Н) більше схожі між собою за формою мінімуму емісії, ніж однотипні з ними породи дещо іншого складу (С, D, Е). Спектральні криві шести різновидів кварцових монцонітів схожі одна на іншу, але відрізняються від кривої I (гранодіорити). На форму графіків, як і очікувалося, впливає вміст у породі залізо-марганцевих мінералів (Fe-Mg) і польового шпату, що виразилося у формі кривої, наприклад, гранодіоритів (I) з мінімумом близько 10 мкм (рис. 15).
Рис. 15. Спектральна випромінювальна здатність базальтів (А і В), кварцового монцонітів (Е і F) і гранодіориту (I) [192]
Значення стрілок таке ж, як і на рис. 14.