La reflectividad de las rocas depende de la composición mineralógica, la composición del material y la naturaleza genética y, en consecuencia, es su característica diagnóstica de DMI.

Esta imagen de la isla Bathurst en Canadá fue tomada por RADARSAT el 21 de marzo de 1996. La característica más llamativa de estas imágenes es la sorprendente exhibición de características geológicas en ellas. La mancha oscura en el centro de la imagen (A) es la Bahía de Bracebridge, que limita con el Océano Ártico al oeste del área en cuestión. Desde esta bahía se extiende hacia el este un amplio valle, llamado Pasaje del Oso Polar.

La geología de la isla Bathurst se caracteriza por sus notables gargantas serpenteantes. Los pocos kilómetros superiores de rocas de varios niveles se deforman en una serie de depresiones que son claramente visibles en la imagen del RADARSAT.

Los colores claros en esta imagen (C) representan depósitos de piedra caliza y los colores oscuros (B) representan depósitos de roca. Los límites entre estos dos entornos se determinan con precisión y facilidad a partir de la imagen.

Entre los primeros trabajos que presentaron el brillo espectral de las superficies rocosas y demostraron la importancia de sus mediciones de muestras para la interpretación de fotografías aéreas estuvo la publicación de Ray y Fisher. Basándose en experimentos, descubrieron que las diferencias de litofacies entre las rocas de una determinada zona del paisaje no siempre contrastan y, por lo tanto, no siempre pueden volver a identificarse con seguridad en una fotografía aérea tomada con una película pancromática normal en blanco y negro. Estos investigadores buscaban técnicas de topografía y procesamiento que hicieran un mejor uso de la reflectividad y absortividad de diferentes tipos de rocas y así obtener datos secundarios con contraste mejorado para ciertas variedades de rocas en fotografías aéreas en blanco y negro. Ray y Fisher buscaban un canal espectral, respectivamente un rango de longitudes de onda, en el que la reflectividad de ciertos tipos de rocas sería muy diferente. Utilizando un colorímetro, examinaron la reflectancia de muestras frescas y erosionadas de esquisto, piedra caliza y arenisca de Nuevo México. Establecieron cómo cambia la reflectividad de la superficie de una roca individual y, basándose en estos datos, trazaron la reflectividad en todo el espectro. La forma y posición de la curva muestran cuánto por ciento de la energía del flujo de luz se reflejó desde la superficie de la roca en un cierto rango de longitud de onda (Fig. 6 y 7).

Arroz. 6. Reflectancia espectral de cuatro tipos de rocas: arenisca marrón clara (A), caliza gris (B), limolita roja (C) y arenisca gris (D)

En general, la reflectividad de las rocas estudiadas disminuye al disminuir la longitud de onda (Fig. 6).

Si comparamos la posición de las curvas espectrales individuales de este gráfico, podemos determinar:

1. áreas del espectro en las que las curvas se acercan entre sí o se cruzan;

2. regiones espectrales o zonas espectrales en las que la reflectividad de las rocas estudiadas es claramente similar;

3. zonas espectrales en las que las curvas de reflexión de diferentes rocas divergen claramente entre sí. En esta zona espectral los tipos de rocas estudiados reflejan con mayor diferencia el flujo de luz incidente.

Esto se puede ver aún mejor en la Fig. 7, que muestra las curvas de reflexión de la limolita roja (A) y la piedra caliza gris erosionada (B). En la zona espectral de 0,45-0,5 micrones, así como en la zona de 0,65-0,7 kmk, la diferencia en la reflectividad de ambos tipos de rocas se expresa con especial claridad. En la zona de 0,45-0,5 micrones (azul), la piedra caliza (5) refleja el flujo de luz que incide sobre ella mucho más fuerte que la limolita roja (A). Por el contrario, en la zona de 0,65-0,7 µm (roja), la reflexión de la limolita roja (A) es mucho mayor que la de la piedra caliza (B). En la zona de 0,575 µm, la reflectividad de ambas rocas es la misma, y ​​aquí es donde se cruzan sus curvas espectrales.

Arroz. 7. Reflectancia espectral de dos tipos de rocas: limolita roja (A) y caliza gris erosionada (B (Ray R.G., Fisher W.A., 1960)

En este ejemplo resulta que: a) la diferencia en la reflectividad de dos tipos de rocas en un determinado rango de longitud de onda o parte del espectro es más pronunciada que en otras; b) la relación de reflectividades de dos tipos de rocas en el rango visible se puede invertir; c) las características espectrales de varias rocas en un determinado rango de longitud de onda pueden ser similares o idénticas.

Del análisis de los gráficos (Fig. 6) se deduce que las diferencias en la reflectividad de dos o más tipos de rocas en el rango visible de radiación electromagnética pueden cambiar más o menos. Por lo tanto, en la parte del espectro de longitud de onda corta, las curvas de brillo espectral de la arenisca marrón clara (A), la piedra caliza gris (B) y la arenisca gris (D) están cercanas entre sí. Las rocas con diferentes colores, composiciones minerales y tamaños de grano tienen formas de curvas de brillo espectral similares. Por otro lado, estas tres variedades de rocas reflejan el flujo de luz que incide sobre ellas en la parte azul del espectro con más fuerza que la limolita roja (C). En la parte roja del espectro (alrededor de 0,65-0,7 micrones), la arenisca de color marrón claro (A) refleja el flujo de luz que incide sobre ella con más fuerza que la caliza gris (B), la limolita roja (S) y la arenisca gris (D), que en esta parte del espectro se encuentran características espectrales similares.

Si para fotografiar una zona con afloramientos rocosos de los tipos A y B se utilizara una combinación de filtro y película, en la que rayos de un determinado color cayeran a través del filtro sobre la película, es decir, longitudes de onda, por ejemplo, azul (0,4-0,5 µm) o rojo (0,6-0,7 µm), entonces uno esperaría que en una fotografía espectrozonal (zona estrecha) los rojos se resaltaran con fuertes contrastes en tonos de lutitas grises. (A) y calizas grises (B). En tal imagen, tomada en la zona azul del espectro, las calizas de color gris oscuro se destacarían como tonos más claros y las lutitas rojas como tonos más oscuros. En una fotografía aérea tomada en la zona roja del espectro, los fototonos cambiarían al contrario, pero la cantidad de contraste entre ellos seguiría siendo la misma.

Si se fotografía un área con cuatro tipos identificados de rocas (Fig.6) en los rayos de la zona azul del espectro, entonces en la fotografía aérea los afloramientos de rocas del tipo C se resaltarán con el tono de gris más oscuro entre los más claros. Tonos correspondientes a afloramientos más fuertemente reflectantes de rocas de otros tipos (A, B y D). Si la combinación filtro-película es adecuada para la transmisión de rayos rojos, en una imagen de zona estrecha, esta vez los afloramientos de rocas de tipo A se destacarán en los tonos más claros entre los afloramientos más oscuros de rocas de tipo B o C/D. Basándose en esta información y utilizando combinaciones adecuadas de filtro y película, Ray y Fisher lograron las imágenes de mayor contraste de diferentes tipos de rocas en fotografías aéreas. Su investigación mostró, en primer lugar, la importancia de la tecnología de topografía, el rango espectral en el que se estudia el terreno y que está determinado por las características espectrales (cada vez propias) de los materiales o del entorno: las superficies naturales y humanas. -objetos de encuesta hechos. La metodología de investigación y el uso de datos experimentales empleados por Rey y Fisher sentaron las bases para el desarrollo que comenzó varios años después en el desarrollo de técnicas de procesamiento de datos de detección remota y levantamientos multiespectrales.

Para seleccionar el canal espectral o rango de disparo óptimo y obtener la imagen óptima al procesar datos de teledetección, primero es necesario conocer las capacidades de reflectividad y absorción de los materiales de interés (objetos de estudio) en el rango de longitud de onda esperado. En 1960-1970 El estudio de estos patrones implicó mediciones de la reflectividad (albedo) de los minerales y rocas más importantes en laboratorios, en tierra, así como desde aviones y satélites. Inicialmente, la investigación se limitó a mediciones en los rangos de radiación electromagnética visible e infrarrojo cercano. Posteriormente, comenzaron a estudiar el brillo espectral de minerales y rocas en el rango de infrarrojo medio, así como su emisividad (o coeficientes de emisividad térmica) en el rango de temperatura o térmico de la radiación infrarroja.

Hunt y sus colegas estudiaron exhaustivamente en el laboratorio la reflectividad de los minerales y rocas más importantes en los rangos visible e infrarrojo cercano. Los resultados de su investigación sirvieron como base importante para todas las mediciones posteriores de las características espectrales de las rocas.

En condiciones naturales, la reflectividad o albedo de las superficies naturales está determinada por la influencia de una serie de variables que dependen sólo en parte del material de la superficie y en parte están relacionadas con la influencia del medio ambiente. Más precisamente, una comparación de datos de mediciones de laboratorio y de campo mostró que el brillo espectral de los mismos tipos de rocas varía dependiendo del tamaño de la ventana o rendija del espectrómetro o radiómetro, es decir Campo de medición en el que se determina el coeficiente de brillo espectral de un objeto. Si las mediciones de laboratorio cubren un área de varios milímetros cuadrados, entonces para un espectrómetro o radiómetro de campo el campo de medición puede variar desde decímetros cuadrados hasta metros cuadrados, lo que depende de los datos técnicos del dispositivo y de la técnica de medición. El escáner multiespectral instalado a bordo del satélite Landsat cubre un área mínima de unos 6.000 metros cuadrados. Además, las superficies de las muestras medidas en el laboratorio son homogéneas. Las superficies naturales que caen en el campo de medición de un espectrómetro, radiómetro o escáner instalado a bordo de un avión o satélite son casi siempre heterogéneas, no homogéneas, debido a posibles diferencias en la estructura de la superficie, variaciones en la composición mineral, etc. cambios El contenido de minerales ferruginosos puede cambiar el brillo espectral de la superficie de la roca, a medida que cambia la formación del suelo, el tipo y la composición de la vegetación. Es poco probable que los brillos espectrales de las superficies rocosas, que se obtuvieron en diferentes momentos, en diferentes áreas y utilizando diferentes sistemas de medición y estudio, dependiendo del propósito de los estudios, puedan compararse y contrastarse directamente entre sí. A pesar de esto, los datos existentes de mediciones espectrales anteriores muestran que las diferencias relativas en las capacidades de reflectividad, absorción y emisión de los tipos de rocas más importantes pueden utilizarse en estudios de paisaje y en la elaboración de mapas temáticos.

Resultados de algunos estudios fundamentales de las características espectrales de minerales y rocas.

Watson realizó un estudio de cuatro tipos de rocas en uno de los valles del estado. Oklahoma en condiciones de laboratorio y de campo. Seleccionó muestras frescas trituradas de arenisca de cuarzo y granito, muestras de caliza, granito y dolomita erosionadas, así como granitos con incrustaciones de líquenes. En cada ocasión se midieron los brillos espectrales de varias muestras de diferentes tipos de rocas. Con base en los datos de medición, se construyeron gráficos (Fig. 8a), que muestran la reflectividad de las rocas (como porcentaje con respecto a la superficie de referencia, es decir, la superficie mate blanca de referencia).

Arroz. 8a. Reflectancia espectral de superficies frescas y erosionadas de varias rocas. (Reflectancia espectral y propiedades fotométricas de rocas seleccionadas, por R. Watson, Remote Sensing of Environment, Vol. 2, 1972, págs. 95-100.)

1 – superficie estándar; 2 – arenisca de cuarzo (fresca desconchada); 3 – granito (recién desconchado); 4 – granito cubierto de líquenes verdes; 5 – piedra caliza erosionada; 6 – granito erosionado; 7 – dolomita erosionada.

En la mayoría de los casos, en la parte visible del espectro, las superficies frescas y no erosionadas de granito reflejan la radiación con más fuerza que las superficies de las mismas rocas, pero erosionadas o cubiertas de líquenes. Las superficies desgastadas y rugosas son menos reflectantes en todos los rangos de longitud de onda.

En el rango visible de las ondas electromagnéticas, las superficies de las calizas erosionadas siempre reflejan la mayor parte de la radiación incidente con más fuerza que las superficies de las dolomías erosionadas (Fig. 8a). La arenisca de cuarzo sobre una fractura reciente, debido a su superficie limpia y uniforme, refleja el flujo incidente mucho más fuertemente que otros tipos de rocas (Fig. 8a).

Watson enfatiza que las comparaciones de los valores de reflectancia medidos en el laboratorio y en el campo sólo pueden ser aproximaciones. En primer lugar, recordemos que el espectrómetro mide áreas de diferentes tamaños en el laboratorio y en el campo. Por este motivo, son posibles grandes diferencias en los valores de reflexión medidos. Además, el ángulo de iluminación en el laboratorio es constante o ajustable, pero en condiciones naturales, en la naturaleza, el ángulo de incidencia de los rayos del sol cambia según la hora del día y el año, lo que conduce a una iluminación variable del objeto. Diferentes valores de luz natural cambian la intensidad del reflejo espectral de las mismas superficies durante el día y en diferentes épocas del año. Por lo tanto, los valores de brillo espectral obtenidos en diferentes momentos mediante mediciones terrestres o como resultado de vuelos de áreas de prueba no son comparables ni condicionalmente comparables entre sí.

Así, los procesos geológicos secundarios (cambios hidrotermales en las rocas, erosión, etc.), que pueden estar asociados con la formación de depósitos minerales, o el desarrollo de fenómenos modernos que complican la situación geoecológica (áreas desfavorables para la construcción de estructuras de ingeniería, etc.), cambian significativamente las características espectrales de las rocas.

Es ampliamente utilizado en DMI. Las características espectrales de las rocas cambian especialmente con el desarrollo de mica arcillosa, minerales que contienen carbonatos e hidroxilos e hidróxidos de hierro.

Existen numerosos ejemplos positivos (antigua URSS, EE.UU., Francia, etc.) del uso de DMI en versiones aéreas y espaciales como método directo para buscar depósitos de cobre, uranio, oro y otros minerales.

Otra comparación de la reflectividad de las superficies de rocas erosionadas y frescas: riolita, basalto y toba (Fig. 8b) indica una disminución en el valor de reflectancia en las superficies erosionadas. Como puede verse en el gráfico, la forma de las curvas características permanece casi sin cambios, lo que puede explicarse por la estabilidad de las características espectrales de ciertos tipos de rocas.

Arroz. 8b. Reflectancia espectral de superficies de rocas frescas y erosionadas usando el ejemplo de riolita (R), basalto y toba. (El enfoque multibanda para el mapeo geológico desde satélites en órbita: ¿es redundante o vital? por R.J. Lyon, Remote Sensing of Environment, Vol. 1, 1970, págs. 237-244.

A – riolita; B – basalto alterado hidrotermalmente; VT – toba con amatista; índice W muestras erosionadas.

Consideremos ahora la dependencia cuantitativa del brillo espectral de las superficies de diferentes tipos de rocas de la densidad de la vegetación que las cubre. Estas mediciones se llevaron a cabo en el campo con un espectrómetro con un ancho de rango de medición de 0,45 a 2,4 μm, es decir, desde radiación visible hasta radiación infrarroja media (reflejada), desde una altura de aproximadamente 1,3 m con un área de medición de aproximadamente 200cm2. Los objetos elegidos fueron las superficies de andesita, basalto, riolita, lava (rojo anaranjado), cuarzo, traquiandesita (latita), piedra caliza, esquisto rojo, escombros y suelo limonitizados y argilizados, calizas silicificadas y dolomita marmolizada con limonita. Las superficies de cada tipo de roca estaban cubiertas por una capa heterogénea de pastos verdes y semillas de pino, así como arbustos de gayuba y salvia marchita.

El efecto de la densidad de la cubierta vegetal sobre la reflectancia espectral de andesita, piedra caliza y suelos erosionados limonitizados aluminosos se muestra en la Fig. 10. Estos gráficos comparan el brillo de superficies rocosas no cubiertas de plantas y superficies de rocas cubiertas de maleza (la densidad de vegetación en el campo de medición del espectrómetro se expresa como porcentaje). Como era de esperar, el efecto de la vegetación en el espectro del flujo de energía reflejado es claramente pronunciado sólo en rocas con un albedo insignificante. Ya con un 10% de pastos de pradera, las características espectrales de la andesita y la piedra caliza quedan enmascaradas por la señal espectral de la vegetación de la pradera (Fig. 10, a). Incluso con poca cobertura vegetal, la identificación de las señales espectrales de estos dos tipos de rocas fue difícil.

Arroz. 3.5. La influencia de la vegetación de diferentes tipos y diferentes densidades en el brillo espectral de suelos andesíticos, calizos y arcillosos limonitizados con fragmentos de roca erosionada (suelo sobre la corteza erosionada): a - pastos de pradera; b - matorrales de gayuba; c - matorrales de salvia seca. La densidad de vegetación se muestra como porcentaje en cada gráfico (Kronberg, 1988)

La vegetación en descomposición o moribunda proporciona poco o ningún efecto de enmascaramiento de las señales espectrales del sustrato subyacente. Esto resulta evidente al comparar los dos grupos de gráficos considerados (cf. Fig. 10, a, b). Incluso con una densidad de cobertura de aproximadamente el 60% se conservan las características espectrales del suelo subyacente. Por supuesto, a medida que aumenta la densidad de la vegetación, el albedo de la piedra caliza y del suelo aluminoso limonitizado disminuye.

La vegetación seca y marchita cambia poco la naturaleza del espectro de rocas y suelos. Sólo reduce el valor del albedo.

Así, la presencia (porcentaje de distribución), la naturaleza (viva, seca) y el tipo de vegetación (especies) tienen diferentes efectos sobre las características espectrales de las rocas. Especialmente fuerte es el efecto sobre las rocas caracterizadas por un albedo bajo: andesitas, calizas, arcillas y productos de su destrucción.

El estudio de las características espectrales de los objetos naturales contribuyó a la selección de los dos intervalos de longitud de onda más óptimos: 1,2-1,3 y 1,6-2,2 micrones, en los que es posible buscar mineralización de pórfido de cobre en rocas intrusivas, volcánicas y sedimentarias inalteradas en zonas secundarias minerales y rocas formadas como resultado de la alteración hidrotermal.

Como resultado de mediciones de laboratorio, se encontró que ciertos minerales que se encuentran en zonas de rocas alteradas hidrotermalmente cerca de depósitos, por ejemplo, minerales de pórfido de cobre, tienen firmas espectrales específicas, especialmente en el rango de longitud de onda de 2,1 a 2,4 micrones. Estas características se pueden utilizar para la detección remota. Así, la caolinita, la montmorillonita, la alunita y la calcita se reconocen por sus características bandas estrechas y anchas de absorción de energía en el rango del infrarrojo medio (Fig. 12). Partiendo del supuesto de que utilizando un radiómetro de diez canales con un rango de medición de 0,5 a 2,3 micrones sería posible encontrar al menos caolín o rocas carbonatadas en función de sus características espectrales, se llevaron a cabo estudios experimentales desde el transbordador espacial Columbia. Además de las mediciones en zonas espectrales estrechas específicas, se han propuesto mediciones en una combinación específica de zonas o canales para demostrar la capacidad de determinar los minerales de interés. La investigación realizada en el sitio de prueba demostró la efectividad de la combinación propuesta de dos canales; 1,6 y 2,2 micras. El primero de ellos es muy importante para la detección de grupos hidroxilo en minerales propios de zonas de yacimientos alterados hidrotermalmente. Según las mediciones realizadas en ambos canales se pudo distinguir entre rocas limonitizadas, alteradas hidrotermalmente, y rocas ígneas, en la mayoría de los casos también con limonita, que se forma como resultado de la oxidación de minerales de hierro y magnesio y la cristalización de vaso. Además, se encontraron rocas altamente blanqueadas alteradas hidrotermalmente sin limonita si contenían minerales con el grupo hidroxilo OH-.

Arroz. 12. Reflectancia espectral de algunos minerales encontrados en zonas de alteración hidrotermal en rocas (según mediciones de laboratorio). Para la determinación de minerales resultó importante la posición de las bandas de absorción espectral: 1 – caolinita; 2 – montmorillonita; 3 – alunita; 4 – calcita.

El uso del rango de infrarrojo medio sólo ha sido posible en los últimos años gracias al desarrollo de receptores que permiten realizar estas mediciones. Los diagramas de imágenes temáticas se obtienen mediante el escáner multiespectral del satélite Landsat-4, que tiene un canal especial de 2,2 μm diseñado para mapear litofacies o facies minerales.

Con base en los resultados de uno de los experimentos realizados para resolver problemas geológicos utilizando métodos remotos, se concluyó que la espectrometría es efectiva en las siguientes zonas espectrales: 1,18-1,3; 4,0-4,75; 0,46-0,50; 1,52-1,73; 2,10-2,36 micras. Esta conclusión se basa en los resultados del procesamiento de datos de un sitio de prueba por unidad. Utah. Las mediciones se realizaron con un escáner multiespectral sobrevolando el territorio del sitio con afloramientos rocosos expuestos de los principales tipos, sedimentarios e intrusivos, así como con zonas de sus alteraciones hidrotermales secundarias. El tamaño del campo de medición sobre la superficie de la roca estudiada fue de aproximadamente 0,24 km2. Para todo tipo de rocas, las mediciones se realizaron en 15 canales con un intervalo entre ellos de 0,34-0,75 μm. Utilizando un análisis discriminante, se identificaron las áreas que se inspeccionaron con mayor frecuencia en todas las variedades de rocas, con un contraste óptimo de variedades de rocas específicas en relación con otros tipos. El registro de las zonas identificadas estaba destinado a un nuevo examen y mapeo de las diferencias de litofacies. El escáner multiespectral utilizado tenía una resolución espectral en el rango visible de 0,04-0,06 µm, en el rango de infrarrojo cercano de 0,05-0,26 µm y en el rango térmico de 0,25-0,36 µm. Sólo uno de los canales espectrales de este escáner operaba en el mismo rango espectral que los escáneres de los primeros satélites Landsat: de 0,4 a 1,1 micrones, los otros cuatro canales óptimos operaban en la región de radiación infrarroja de onda larga, la importancia de lo cual fue enfatizado por los ejemplos anteriores.

Los estudios de las características espectrales de rocas alteradas y no alteradas cercanas a depósitos de uranio han establecido una serie de zonas espectrales: 1,25; 0,95; 2,20; 2,15; 1,75; 2,45; 2.10; 1,60; 1,55 y 0,75 micras, mediciones en las que, realizadas en la secuencia especificada, resultan más eficaces para separar litofacies en zonas de depósitos de uranio. Este ejemplo subraya la importancia de los estudios espectrales en zonas estrechas y estrictamente limitadas del espectro, en las que los métodos de teledetección pueden utilizarse de forma más o menos eficaz en trabajos de prospección y exploración.

El brillo característico espectral de las rocas depende en gran medida del tamaño de la ventana o rendija del espectrómetro o radiómetro, es decir, del campo de medición (visión). Cuanto más estrecho sea el campo, mayores serán los contrastes en el brillo espectral y mejor será la resolución del terreno. Esto se debe al hecho de que se reduce la influencia de la radiación dispersa.

Resolución espacial: valor que caracteriza el tamaño de los objetos más pequeños distinguibles en la imagen. (busque ejemplos de fotografías de rocas).

Es importante realizar DMI en diferentes partes del espectro, donde diferentes propiedades de las rocas tienen características espectrales contrastantes. Esto se logra mediante el uso de escáneres multiespectrales que tienen una resolución espectral: en el rango visible: 0,04-0,06 micrones; en el rango del infrarrojo cercano: 0,05-0,26 micrones; en el rango térmico: 0,25-0,36 micrones. En este caso, el disparo se realiza simultáneamente en cinco o más campos. (imágenes de ejemplo).

Radiación térmica secundaria de rocas (emisión)

Además de las características de la reflexión espectral de las superficies de las rocas y del suelo en los rangos visible e infrarrojo cercano, en la década de 1960 algunos geólogos también se interesaron por la radiación térmica secundaria de las rocas, que esperaban utilizar en la teledetección.

Como resultado de investigaciones realizadas desde finales de los años 50, se encontró que la forma de las curvas en los gráficos de radiación térmica secundaria de las rocas está estrechamente relacionada con la composición mineral de las rocas, que se pueden distinguir rocas de silicato y no silicato. por los espectros de su radiación térmica secundaria en el rango de 8-13 µm y que, finalmente, las rocas de silicato de diferente composición mineral pueden dividirse según los mismos espectros. La señal de reconocimiento en todos los casos fue la posición de los mínimos en los gráficos de radiación térmica secundaria de las rocas.

Considere un grupo de gráficos de energía de radiación térmica secundaria obtenidos a partir de mediciones de algunas muestras de granito triturado, fresco y grueso de Nueva Inglaterra. El color de las muestras individuales varía del gris oscuro al marrón, rosa o azulado. Pero la diferencia de color, según Lyon y Green, no afecta a la intensidad de la radiación emisora. La medición de la posición de la energía mínima en los gráficos (Fig. 14) se debe a cambios en la composición mineral de las muestras (módulo químico) de granitos de cuarzo (D y E) y granitos feldespáticos alcalinos (F). A modo de comparación, se muestran ambos mínimos en el espectro de emisión del cuarzo (Q).

Arroz. 14. Emisividades espectrales de la superficie fresca de granitos de grano grueso de Nueva Inglaterra. Q es el mínimo de emisión del cuarzo, a modo de comparación. Las flechas verticales muestran dónde la emisión es igual a 1.

En principio, las características espectrales de la superficie de una roca o de un suelo están influenciadas por numerosos factores, tanto dependientes de las propiedades de la superficie del objeto de medición como independientes de ellas, pero relacionados con su entorno y atmósfera. Sin embargo, en regiones en las que grandes superficies del territorio están desprovistas de vegetación, por ejemplo en regiones áridas, en regiones montañosas altas, etc., el escáner termográfico cubre grandes superficies de rocas expuestas. Aquí se pueden utilizar los mínimos en las gráficas de radiación térmica secundaria de los objetos, naturalmente relacionados con su composición mineral, para interpretar ciertas diferencias de litofacies de las rocas o de sus complejos. Esta suposición se demostró durante el escaneo térmico de un avión: las áreas de rocas expuestas de diferente composición se transmitieron de manera más contrastante en tonos de gris en dos rangos: 8-9 y 9-11 micrones. Los valores más bajos de esta relación se encuentran en rocas o suelos que contienen cuarzo o plagioclasa. Valores más altos de esta relación indican que las rocas o suelos son pobres en cuarzo y feldespatos. Pero la pregunta final sobre la optimización (y eficiencia) del uso de estos dos rangos espectrales para estudiar las características de litofacies de regiones basadas en datos de estudios térmicos y la influencia sobre ellos de la interferencia atmosférica y de otro tipo durante el paso de una señal a un receptor instalado a bordo Un portaaviones (un avión o un satélite) aún no se ha resuelto en la etapa actual de investigación.

Los signos diagnósticos de las rocas son, en primer lugar, la posición de los mínimos y otras características de las gráficas, así como la proporción de señales espectrales de diferentes rangos (8-9 y 9-11 μm, Fig. 3.6).

Arroz. 3.6. Emisividad espectral de basaltos (A y B), monzonita de cuarzo (E y F) y granodiorita (I). Las flechas verticales muestran dónde la emisión es igual a 1 y las flechas horizontales, 0,9. (Ljon, Verde, 1975.)

Por lo tanto, la capacidad de realizar espectrometría simultáneamente en muchos rangos espectrales críticos (característicos), es decir, es crucial para la introducción de métodos de estudio con escáner térmico en la investigación geológica. la capacidad de realizar escaneos térmicos multiespectrales desde aviones o satélites, así como la capacidad de procesar por computadora sus resultados y presentar los datos en forma de imágenes de contraste optimizado.

Así, la radiación térmica secundaria de las rocas está determinada por sus propiedades físicas: - conductividad térmica, densidad, capacidad calorífica específica, difusividad térmica, transferencia de calor (inercia de temperatura). A su vez, estas propiedades dependen de la composición material, mineralógica y química. La proporción entre minerales de color oscuro (hierro-magnesio) y de color claro influye especialmente.

Esto se puede ver en contraste con el cambio en el coeficiente de radiación térmica secundaria (coeficiente de emisión) durante el día y la noche (Fig. 2.5). Algunos objetos “parecen más brillantes” durante el día, otros durante la noche. El momento del rodaje es importante. Las horas más preferibles son la madrugada y el mediodía.

Temperaturas de superficies de diversos materiales durante el día (Lowe, 1969). 1 – agua en un charco; 2 – grava; 3 – césped cortado; 4 – hormigón; 5 – césped; 6 – techo de la casa

El procesamiento informático de los datos del escáner térmico y su visualización (tonos de gris o tintes de color) permiten obtener imágenes térmicas contrastantes.

La fotografía de escaneo térmico se realiza, por regla general, en varios de los rangos espectrales más informativos (característicos). La investigación en el rango infrarrojo generalmente se lleva a cabo junto con el uso del rango visible, lo que permite tener en cuenta la fuerte influencia de las áreas de sombra (durante el día) en los resultados de la fotografía IR.

El procesamiento cuantitativo de datos de estudios multiespectrales, incluidos escáneres térmicos y radiómetros, es cada vez más importante. Actualmente, la teledetección se basa en las características de la temperatura del suelo, las comunidades vegetales o las rocas para resolver problemas operativos de vigilancia medioambiental. Las diferentes propiedades térmicas de las rocas (Tabla 1a) y los diferentes coeficientes de radiación térmica secundaria o coeficientes de emisión (Tabla 1b) conducen a diferentes calentamientos durante el día y enfriamiento durante la noche, lo que está determinado por los contrastes de temperatura en la variación de temperatura diaria, que se utiliza. en teledetección.

Es importante destacar aquí que incluso la información sobre la diferencia relativa en las temperaturas de radiación de la superficie de los objetos puede ser decisiva en la interpretación geológica de las imágenes, ya que son posibles criterios de evaluación adicionales que no se pueden obtener disparando en el rango visible de la radiación electromagnética. ondas.

Tabla 1a. Propiedades térmicas de varias rocas y agua a una temperatura de 20°C.

• La reflectividad es una cantidad que describe la capacidad de cualquier superficie o interfaz entre dos medios para reflejar el flujo de radiación electromagnética que incide sobre ella. Ampliamente utilizado en óptica, se caracteriza cuantitativamente por su reflectancia. Para caracterizar la reflexión difusa se utiliza una cantidad llamada albedo.

  La capacidad de los materiales para reflejar la radiación depende del ángulo de incidencia, de la polarización de la radiación incidente y de su espectro. El ojo humano percibe como color del cuerpo la dependencia de la reflectividad de la superficie corporal de la longitud de onda de la luz en la región de luz visible.

  La dependencia de la reflectividad de los materiales de la longitud de onda es importante en la construcción de sistemas ópticos. Para obtener las propiedades deseadas de los materiales para la reflexión y transmisión de la luz, a veces se recubren las ópticas con una capa antirreflectante, como por ejemplo en la producción de espejos dieléctricos o filtros de interferencias.

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Presión de radiación electromagnética, presión luminosa: la presión ejercida por la luz (y la radiación electromagnética en general) que incide sobre la superficie de un cuerpo.

El recubrimiento de ópticas es la aplicación de una película muy fina o de varias capas de películas, una encima de otra, sobre la superficie de las lentes, al borde del aire. Esto le permite aumentar la transmisión de luz del sistema óptico y aumentar el contraste de la imagen suprimiendo el deslumbramiento. Los valores de los índices de refracción se alternan en magnitud y se seleccionan de tal manera que se reduzca (o se elimine por completo) la reflexión no deseada debido a la interferencia.

La interferencia de la luz es la interferencia de ondas electromagnéticas (en sentido estricto, principalmente luz visible), la redistribución de la intensidad de la luz como resultado de la superposición (superposición) de varias ondas de luz. Este fenómeno suele caracterizarse por la alternancia de máximos y mínimos de intensidad de luz en el espacio. El tipo específico de dicha distribución de la intensidad de la luz en el espacio o en la pantalla donde incide la luz se denomina patrón de interferencia.

La luminiscencia (del latín lumen, género luminis - ligero y -escente - un sufijo que significa acción débil) es un brillo no térmico de una sustancia que se produce después de que absorbe energía de excitación. La luminiscencia se describió por primera vez en el siglo XVIII.

El efecto Kerr, o efecto electroóptico cuadrático, es el fenómeno de cambiar el valor del índice de refracción de un material óptico en proporción al cuadrado de la intensidad del campo eléctrico aplicado. Se diferencia del efecto Pockels en que el cambio en el indicador es directamente proporcional al cuadrado del campo eléctrico, mientras que este último cambia linealmente. El efecto Kerr se puede observar en todas las sustancias, pero algunos líquidos lo manifiestan con más fuerza que otras. Inaugurado en 1875 por los escoceses...

La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) es una rama de la espectroscopia que estudia la interacción de la radiación del infrarrojo cercano (de 780 a 2500 nm, o de 12 800 a 4000 cm-1) con sustancias. La región del infrarrojo cercano se encuentra entre la luz visible y la región del infrarrojo medio.

Un espejo dieléctrico es un espejo cuyas propiedades reflectantes se forman debido a un recubrimiento de varias capas delgadas alternas de diversos materiales dieléctricos. Utilizado en una variedad de instrumentos ópticos. Con una selección adecuada de materiales y espesores de capa, se pueden crear recubrimientos ópticos con la reflexión deseada en una longitud de onda seleccionada. Los espejos dieléctricos pueden proporcionar reflectividades muy altas (los llamados superespejos), que proporcionan reflexión...

Un reflector de Bragg distribuido es una estructura en capas en la que el índice de refracción del material cambia periódicamente en una dirección espacial (perpendicular a las capas).

El polarímetro (polariscopio, solo para observación) es un dispositivo diseñado para medir el ángulo de rotación del plano de polarización causado por la actividad óptica de medios transparentes, soluciones (sacarometría) y líquidos. En un sentido amplio, un polarímetro es un dispositivo que mide los parámetros de polarización de la radiación parcialmente polarizada (en este sentido, los parámetros del vector de Stokes, el grado de polarización, los parámetros de la elipse de polarización de la radiación parcialmente polarizada, etc. medirse).

La dispersión de Rayleigh es la dispersión coherente de la luz sin cambiar la longitud de onda (también llamada dispersión elástica) sobre partículas, faltas de homogeneidad u otros objetos, cuando la frecuencia de la luz dispersada es significativamente mayor que la frecuencia natural del objeto o sistema que se dispersa. Formulación equivalente: la dispersión de la luz por objetos cuyas dimensiones son menores que su longitud de onda. Debe su nombre al físico británico Lord Rayleigh, quien en 1871 estableció la dependencia de la intensidad de la luz dispersada de la longitud de onda...

Un cuerpo completamente negro es un cuerpo físico que, a cualquier temperatura, absorbe toda la radiación electromagnética que incide sobre él en todos los rangos.

La espectroscopia infrarroja (espectroscopia vibratoria, espectroscopia de infrarrojo medio, espectroscopia de infrarrojos, ICS) es una rama de la espectroscopia que estudia la interacción de la radiación infrarroja con sustancias.

El oscurecimiento de los bordes es un efecto óptico al observar estrellas, incluido el Sol, en el que la parte central del disco de la estrella parece más brillante que el borde o la rama del disco. La comprensión de este efecto permitió crear modelos de atmósferas estelares teniendo en cuenta dicho gradiente de brillo, lo que contribuyó al desarrollo de la teoría de la transferencia radiativa.

El interferómetro de Michelson es un interferómetro de dos haces inventado por Albert Michelson. Este dispositivo permitió medir por primera vez la longitud de onda de la luz. En el experimento de Michelson, Michelson y Morley utilizaron el interferómetro para probar la hipótesis del éter luminífero en 1887.

Dispersión de rayos X de ángulo pequeño, abreviada SAXS: dispersión elástica de la radiación de rayos X sobre heterogeneidades de la materia, cuyas dimensiones exceden significativamente la longitud de onda de la radiación, que es λ = 0,1–1 nm; las direcciones de los rayos dispersados ​​se desvían sólo ligeramente (en pequeños ángulos) de la dirección del haz incidente.

La óptica de rayos X es una rama de la óptica aplicada que estudia los procesos de propagación de los rayos X en los medios, así como el desarrollo de elementos para dispositivos de rayos X. La óptica de rayos X, a diferencia de la óptica convencional, considera ondas electromagnéticas en el rango de longitud de onda de los rayos X de 10−4 a 100 Å (de 10−14 a 10−8 m) y radiación gamma.

El factor geométrico (también étendue, del francés étendue géométrique) es una cantidad física que caracteriza cuánto se “expande” la luz en un sistema óptico en tamaño y dirección. Este valor corresponde al parámetro de calidad del haz (BPP) en la física del haz gaussiano.

Un espejo de rayos X es un dispositivo óptico que se utiliza para controlar la radiación de rayos X (reflejo de rayos X, enfoque y dispersión). Actualmente, la tecnología permite crear espejos de rayos X y piezas de rayos UV extremos con longitudes de onda que oscilan entre 2 y 45-55 nanómetros. Un espejo de rayos X se compone de muchas capas de materiales especiales (hasta varios cientos de capas).

Una rejilla de difracción es un dispositivo óptico cuyo funcionamiento se basa en el aprovechamiento del fenómeno de la difracción de la luz. Es una colección de una gran cantidad de trazos espaciados regularmente (ranuras, protuberancias) aplicados a una determinada superficie. La primera descripción del fenómeno la hizo James Gregory, quien utilizó plumas de pájaro como red.

El efecto Sadovsky es la aparición de un par mecánico que actúa sobre un cuerpo irradiado con luz polarizada elíptica o circularmente.

Cualquier objeto que emita energía electromagnética en la región visible del espectro. Por su naturaleza se dividen en artificiales y naturales.

La dispersión dinámica de la luz es un conjunto de fenómenos tales como cambios en la frecuencia (desplazamiento Doppler), la intensidad y la dirección de la luz que pasa a través de un medio de partículas en movimiento (brownianas).

La luz es uno de los efectos de la autoacción de la luz, que consiste en la concentración de la energía de un haz de luz en un medio no lineal, cuyo índice de refracción aumenta al aumentar la intensidad de la luz. El fenómeno del autoenfoque fue predicho por el físico teórico soviético G. A. Askaryan en 1961 y observado por primera vez por N. F. Pilipetsky y A. R. Rustamov en 1965. V. I. Talanov sentó las bases de una descripción matemáticamente rigurosa de la teoría.

Un microscopio láser de dos fotones es un microscopio láser que permite observar tejido vivo a una profundidad de más de un milímetro mediante el fenómeno de la fluorescencia. Un microscopio de dos fotones es un tipo de microscopio de fluorescencia multifotónico. Sus ventajas respecto a un microscopio confocal son un mayor poder de penetración y un bajo grado de fototoxicidad.

La radiación infrarroja es radiación electromagnética que ocupa la región espectral entre el extremo rojo de la luz visible (con una longitud de onda λ = 0,74 μm y una frecuencia de 430 THz) y la emisión de radio de microondas (λ ~ 1-2 mm, frecuencia 300 GHz).

La birrefringencia o birrefringencia es el efecto de dividir un haz de luz en dos componentes en medios anisotrópicos. Si un rayo de luz incide perpendicularmente a la superficie del cristal, en esta superficie se divide en dos rayos. El primer rayo continúa propagándose en línea recta y se llama ordinario (o - ordinario), mientras que el segundo rayo se desvía hacia un lado y se llama extraordinario (e - extraordinario).

Efecto Vavilov-Cherenkov, efecto Cherenkov, radiación Vavilov-Cherenkov, radiación Cherenkov: brillo causado en un medio transparente por una partícula cargada que se mueve a una velocidad que excede la velocidad de fase de la luz en este medio.

Ondas electromagnéticas / radiación electromagnética: una perturbación (cambio de estado) de un campo electromagnético que se propaga en el espacio. Entre los campos electromagnéticos generados por cargas eléctricas y su movimiento, se acostumbra clasificar como radiación la parte de los campos electromagnéticos alternos que es capaz de propagándose más lejos de sus fuentes: cargas en movimiento, que se desvanecen más lentamente con la distancia.

La línea de absorción espectral o línea espectral oscura es una característica del espectro que consiste en una disminución de la intensidad de la radiación cerca de una determinada energía.

El microscopio (griego antiguo μικρός “pequeño” + σκοπέω “miro”) es un dispositivo diseñado para obtener imágenes ampliadas, así como para medir objetos o detalles estructurales que son invisibles o difíciles de ver a simple vista.

La radiación visible son ondas electromagnéticas percibidas por el ojo humano. La sensibilidad del ojo humano a la radiación electromagnética depende de la longitud de onda (frecuencia) de la radiación, produciéndose la sensibilidad máxima a 555 nm (540 THz), en la parte verde del espectro. Dado que la sensibilidad disminuye gradualmente hasta cero a medida que nos alejamos del punto máximo, es imposible indicar los límites exactos del rango espectral de la radiación visible. Generalmente se considera que el límite de onda corta es...

El espectrómetro de Fourier es un instrumento óptico utilizado para el análisis cuantitativo y cualitativo del contenido de sustancias en una muestra de gas.