Giới thiệu
Chương này khám phá ứng dụng của viễn thám trong khoa học trái đất, bao gồm địa chất học, địa mạo học và khoa học về đất Mặc dù có những điểm khác biệt, các lĩnh vực này đều tập trung vào hình dạng và cấu trúc của đất cùng trầm tích bề mặt trái đất Việc ứng dụng viễn thám trong khoa học trái đất gặp nhiều khó khăn, do các đối tượng nghiên cứu thường nằm dưới mặt đất, khiến việc thu thập hình ảnh trực tiếp trở nên khó khăn Thay vào đó, các nhà nghiên cứu phải dựa vào các yếu tố hiện diện trên bề mặt để suy luận về đặc điểm địa chất và thổ nhưỡng Thông tin địa chất thường được thu thập qua phản xạ phổ và âm thanh từ bề mặt đất, và ngay cả các nghiên cứu trực tiếp của địa chất học cũng có thể gặp sai sót, làm cho việc ứng dụng viễn thám trong lĩnh vực này trở nên thách thức.
Cuối cùng, chúng ta thường dựa vào tín hiệu tổng hợp từ nhiều loại đất đá và thực vật, nhưng phổ phản xạ của chúng thường không giống với bất kỳ thành phần nào Việc này xảy ra do các thiết bị viễn thám thu nhận bức xạ từ một vùng rộng lớn trên mặt đất, không chỉ từ các điểm nhỏ, gây khó khăn cho ứng dụng trong khoa học trái đất.
Viễn thám mở ra nhiều cơ hội mới cho lĩnh vực địa chất học bằng cách cho phép quan sát sự phản xạ và bức xạ của các vật thể qua các dải sóng Ảnh vệ tinh ghi lại nhiều tín hiệu từ đất, đá và thực vật, phản ánh sự khác biệt giữa các địa hình mà các phương pháp quan sát khác khó có thể nhận biết Mặc dù không thể thay thế hoàn toàn nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, viễn thám cung cấp thông tin bổ sung cho các phương pháp truyền thống và đôi khi mang lại dữ liệu hữu ích mà các phương pháp khác không thể cung cấp.
Khoa học nghiên cứu về đất dựa trên ảnh chụp từ trên không và vệ tinh
cuu duong than cong com
Các nhà địa chất học nghiên cứu bề mặt trái đất để hiểu cấu trúc và tìm kiếm tài nguyên khoáng sản, dầu mỏ, đồng thời dự báo các nguy cơ địa chất Viễn thám đóng góp quan trọng bằng cách cung cấp thông tin về khoa học đất đá, mẫu cấu trúc và thực vật Khoa học về đá liên quan đến các tính chất vật lý và hóa học của đá, cũng như phân loại đất đá Cấu trúc địa chất định nghĩa các hình thức hình thành của các mảng đá, bao gồm gập, gãy và đứt đoạn Địa lý thực vật nghiên cứu mối quan hệ giữa lớp thực vật trên bề mặt và tính chất của đất đá bên dưới.
Hình 18.1 Ảnh chụp từ trên không vùng Galisteo Creek, phía bắc New Mexico
Nghiên cứu địa chất qua ảnh là quá trình thu thập và phân tích thông tin địa chất từ các bức ảnh chụp từ trên không, bắt đầu từ những năm 1920 với sự phát triển của công nghệ chụp ảnh Các kỹ thuật này đã được cải tiến và ứng dụng rộng rãi vào những năm 1950 và 1960 Hiện nay, nghiên cứu địa chất qua ảnh không chỉ giới hạn ở việc chụp ảnh trên không mà còn bao gồm nhiều công nghệ tiên tiến khác.
Hình 18.2 Chú giải ảnh trong hình 18.1
Việc thực hành nghiên cứu địa chất qua ảnh dựa trên ứng dụng lý thuyết dịch thông tin từ ảnh sang các vấn đề địa chất là rất quan trọng Các yếu tố như hình khối, kích thước, màu sắc và bố cục trong ảnh đóng vai trò quyết định trong nghiên cứu địa hình và địa vật Bên cạnh đó, lý thuyết quang trắc cũng hỗ trợ đắc lực trong việc tính toán độ dày của lớp thềm Những đo đạc này giúp thu thập thông tin về cấu trúc bề mặt đất từ ảnh chụp trên cao Ảnh viễn thám cung cấp thông tin giá trị về cấu trúc và địa hình, góp phần vào nghiên cứu địa chất hiệu quả.
Hình 18.1 và 18.2 biểu diễn ảnh nổi lập thể của một vùng khô cằn thuộc New
Mexico, đặc trưng bởi các dòng nham thạch chảy quanh nền đất đá trầm tích
Phía trên bức ảnh, các thềm sa thạch uốn cong hình cung kéo dài sang bên trái và tiếp tục xuống dưới Chiều cao của các vật thể trong bức ảnh lập thể làm lộ ra các mảng sa thạch và lớp địa chất tạo nên chỏm núi Hình ảnh 18.3 cung cấp quang cảnh từ mặt đất của một dãy núi nhỏ nằm ở góc trên bên phải của hình 18.2.
Những bức ảnh này chứng minh rõ ràng tác động của núi lửa trong việc hình thành cảnh quan, với các dòng nham thạch chảy cắt qua và tạo nên những đường hẹp nổi bật.
Hình 18.3 Ảnh chụp từ mặt đất của vùng Galisteo Creek, New Mexico
Vùng đất này có một thềm đá cứng và được bao phủ bởi một lớp cát vàng Có rất ít thực vật sinh sống
Việc sử dụng hình ảnh trên cuuduongthangcong.com mang lại cái nhìn sâu sắc và thông tin chi tiết về khoa học trái đất Bài viết tiếp theo sẽ khám phá thêm các khía cạnh của chụp ảnh địa hình và vai trò quan trọng của ảnh viễn thám trong nghiên cứu khoa học trái đất.
Các mô hình tiêu nước
Các mô hình thoát nước được thể hiện rõ qua ảnh viễn thám, cho phép các nhà địa chất học suy đoán thông tin hữu ích về vật chất bề mặt và cấu trúc địa chất liên quan đến quang cảnh cụ thể Những mô hình này có thể mang đặc điểm của hai hoặc nhiều mô hình khác nhau, do đó không phải lúc nào cũng trùng khớp hoàn toàn với các mô hình biểu diễn đã chỉ ra.
Hình 18.4 Sơ lược về các mô hình thoát nước
Mô hình thoát nước hình lá, với các nhánh giống như đường gân lá, thường xuất hiện trên địa hình bằng phẳng, có sườn không quá dốc và không có đứt gãy lớn Trong khi đó, mô hình thoát nước song song thường được tìm thấy ở những khu vực có địa chất đồng nhất nhưng có độ dốc rõ rệt Ngoài hai mô hình này, còn tồn tại nhiều dạng thoát nước thực tế nằm giữa mô hình hình lá và hình song song.
Địa hình với các đoạn nhô lên hoặc trũng xuống do tác động kiến tạo hoặc sự suy giảm mực nước biển có thể được mô hình hóa bằng các mô hình entrenched hoặc incised Những mô hình này cho phép phân tích các đặc điểm của vết rạch trong hệ thống thoát nước, từ đó tiết lộ thông tin về thềm đất đá phía dưới, bao gồm hình dạng, độ sâu, độ cứng và tính liên kết của các vật liệu bề mặt.
Địa hình với cấu trúc tuyến tính thường có các rãnh nước phân bố theo dạng lưới, trong khi địa hình cao ở trung tâm và thấp dần ra xung quanh sẽ tạo ra các rãnh nước hình tỏa tròn.
Hình 18.5 Ảnh chụp trên không mô tả một số dạng thoát nước được đề cập trong hình 18.4
Khi địa hình chịu tác động từ các yếu tố lớn như sự đóng băng, đường đứt đoạn và nham thạch, việc hình thành các đường rãnh thoát nước thường không rõ ràng Địa hình này được đặc trưng bởi các hồ và đầm lầy kết nối với nhau qua những hệ thống dòng chảy phức tạp Theo thời gian, các dòng chảy sẽ hình thành trở lại, nhưng trong giai đoạn này, hệ thống thoát nước trở nên lộn xộn và không theo một mô hình cụ thể nào.
Hệ thống thoát nước của một địa hình phản ánh đặc trưng cấu tạo của vật liệu bề mặt Địa hình bằng phẳng và sườn dốc tròn thường liên quan đến lớp đất dẻo, có tính liên kết cao Ngược lại, địa hình thiếu hoặc chỉ có hệ thống thoát nước đơn giản cho thấy lớp đất đá bề mặt có độ thấm nước cao Các mô hình thoát nước phức tạp thường đi kèm với vật liệu bề mặt ít thấm và mất độ cứng khi ướt.
Hình dạng của các đường cắt ngang trong hệ thống dòng chảy bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi tính kết dính của vật liệu bề mặt Những thay đổi đột ngột trong dòng chảy cho thấy sự biến đổi của lớp đất đá thềm hoặc bề mặt Các đường ngắn, hình chữ V với các biến đổi dạng bậc thang thường chỉ ra khả năng thoát nước tốt, với cấu trúc bề mặt lỏng lẻo như cát Trong khi đó, rãnh thoát nước hình chữ U cho thấy sự hiện diện của các lớp bùn sâu đồng nhất.
Trong chụp ảnh địa hình đen trắng từ trên không, màu sắc của địa hình phản ánh các đặc điểm của mô hình rãnh thoát nước Các vùng đất có màu sáng, mịn thường cho thấy khả năng thoát nước tốt Khu vực cát rộng và phẳng thường xuất hiện với màu xám sáng đồng nhất Nhìn chung, hình dạng địa hình với các tông màu khác nhau biểu thị sự đa dạng về kết cấu đất.
Nét đặc trưng
Thuật ngữ "lineament" thường được hiểu là những đường nét địa hình kéo dài trên quy mô khu vực, không nhất thiết phải có nguồn gốc kiến tạo Người ta thường đồng nhất lineaments với đứt gãy, gọi chung là đứt gãy sâu.
Lineanemts là thuật ngữ do các nhà địa chất đặt ra, được xác định từ các đặc điểm địa chất có thể quan sát qua ảnh viễn thám Mặc dù O’Leary (1975) đã đưa ra khái niệm này như một thuật ngữ phổ biến, nhưng nó đã được sử dụng trong văn bản địa chất từ năm 1904 và vẫn được áp dụng ở nhiều quốc gia khác Trước khi có ảnh hàng không, các thuật ngữ này đã được sử dụng để mô tả các đặc điểm và tính năng địa chất như địa hình, sườn núi, hệ thống thoát nước và bờ biển.
Vào đầu những năm 1930, các mẫu đứt gãy được phát hiện qua ảnh hàng không, giúp suy ra cấu trúc địa chất của các vùng Những đặc điểm trong bức ảnh đồng nhất với cấu trúc địa lý cụ thể Gần đây, trong tài liệu viễn thám, thuật ngữ "lineament" đã được mở rộng để chỉ các đối tượng địa lý dạng đường như đường phố và mạng lưới điện Tuy nhiên, việc thiết lập mối liên kết giữa các tính năng hình ảnh và tính năng tương ứng trên mặt đất vẫn gặp nhiều khó khăn.
Khả năng liên kết giữa hình ảnh và các tính năng tương ứng trên mặt đất phụ thuộc vào tính chất của ảnh Các đặc trưng tuyến tính trong bức ảnh có thể đại diện cho một khu vực, nhưng những tính năng phức tạp hơn lại khó xác định trong ảnh hàng không Mỗi bức ảnh chỉ thể hiện một khu vực địa lý nhỏ, và để mô tả các khu vực lớn hơn, cần có sự kết hợp của nhiều bức ảnh với điều kiện chiếu sáng và độ tương phản được cải thiện.
Sự ra đời của bộ cảm biến phi hình ảnh cùng với việc cung cấp quy mô lớn các ảnh vệ tinh đã tạo ra sự thay đổi đáng kể trong khả năng biểu diễn thông tin.
Khu vực địa lý rộng lớn được mô tả qua ảnh radar với chất lượng hình ảnh tốt, chiếu sáng từ một hướng và góc độ thấp, nhằm tăng khả năng nhìn thấy các đặc điểm hình học Hiện nay, các tính năng tương tự cũng được phát hiện trên ảnh vệ tinh của Landsat MSS Việc phát hiện và giải thích các đặc điểm hình học đã gây ra nhiều tranh luận, do quy mô lớn và độ phân giải thô của hình ảnh vệ tinh khiến các đường nét khó liên quan đến các đặc tính địa chất Trong suốt nhiều năm, các cuộc điều tra và tranh luận đã diễn ra để khẳng định giá trị của các đặc điểm hình học và cung cấp bằng chứng nhằm hiểu rõ hơn về các hiện tượng địa chất.
Lineaments là các đặc điểm tuyến tính được phát hiện trên ảnh hàng không, nhưng việc đánh giá ý nghĩa địa chất của chúng gặp nhiều khó khăn Mặc dù có lý do chính đáng để gán ý nghĩa địa chất cho lineaments, chúng không luôn tương đồng với những gì có thể quan sát rõ ràng tại các điểm đặc trưng Đặc điểm địa hình có thể xuất hiện như một khu vực tối (bóng râm) trên ảnh hàng không khi ánh sáng chiếu từ trên xuống.
Hình (a) chiếu sáng từ trên cao xuống sẽ tạo ra vệt tối như trong hình
Hình (b) được chiếu sáng từ dưới lên
Sự đứt gẫy bình thường trên mặt phẳng tạo ra sự khác biệt rõ rệt, với trục đút đoạn chuyển theo hướng của các đứt đoạn, dẫn đến ít cơ hội biểu diễn bề mặt hơn Những chỗ đứt đoạn được chiếu sáng có thể ẩn hoặc không nhìn thấy, không phải tất cả lỗi đều rõ ràng trên địa hình, nhưng mặt phẳng vẫn cung cấp độ ẩm và hỗ trợ sự phát triển của cây cối Dấu vết đứt đoạn có thể được nhận biết qua các loài thực vật, mặc dù không có biểu hiện địa hình rõ ràng Địa hình có sự đứt đoạn có thể làm thay đổi hệ thống thoát nước, tăng sự phân đoạn tuyến tính, dễ nhận thấy trong ảnh hàng không Khi xem xét kỹ lưỡng, cấu trúc ban đầu có thể được xác minh qua quan sát cụ thể, nhưng những đặc trưng đặc biệt khác chỉ có thể được phát hiện thông qua các tính năng mở rộng mà khó kiểm chứng tại một thời điểm.
LINEAMENTS có thể được xem là đặc trưng cấu trúc nhưng không cũng không dễ dàng để xác thực tính đúng đắn cuu duong than cong com
Những đối tượng địa lý dạng đường đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc địa hình, vì chúng chỉ ra sự đứt đoạn và đứt gẫy Sự giao nhau giữa các vùng miền có thể cung cấp thông tin quý giá về đặc điểm địa chất và hình thái của khu vực.
LINEAMENTS có vai trò quan trọng trong việc xác định các khu vực khoáng sản, các tầng địa hình, và nguồn nước ngầm phong phú Chúng cũng giúp nhận diện những khu vực có cấu trúc địa chất đặc biệt.
Các đường nét địa hình tuyến tính kép dài (lineaments) có thể không bắt nguồn từ cấu trúc địa chất, mà là sản phẩm của các hệ thống hình ảnh và thuật toán trong xử lý Như đã đề cập trong phần 18.1, con người đã góp phần gây ra sự đứt gãy trong địa hình Phần 18.3 chỉ ra rằng các đặc điểm đứt gãy có thể do ảnh hưởng của việc chụp ảnh từ máy bay phản lực và bóng râm, thể hiện qua các vệt trắng đen song song Hướng gió cũng có thể tác động đến một số đặc điểm địa hình, mà không phản ánh cấu trúc dưới bề mặt Mô hình văn hóa, bao gồm các đường biên giới giữa các vùng và các loại đứt gãy tuyến tính, có thể tạo ra hình ảnh đứt gãy trên ảnh hàng không, mặc dù những đặc điểm này có thể khó phân biệt từ ảnh chụp và cấu trúc ban đầu Sự phân tích các đường đứt gãy trong cấu trúc đã được xem xét bởi cộng đồng địa chất (Wise, 1982).
Hệ thống thị giác của con người có khả năng khái quát và liên kết các đặc điểm từ những hình ảnh rời rạc LINEAMENTS được hình thành từ các đặc điểm địa chất của các hệ thống đứt gãy đang mở rộng, không phải từ các hệ thống hoàn thiện Kết quả của các nghiên cứu này thường được diễn đạt khác nhau bởi các thông dịch viên và nhà nghiên cứu Việc phát hiện các cạnh và đường thẳng là một nhiệm vụ quan trọng trong phân tích hình ảnh và nhận dạng mẫu, với các kỹ thuật phân tích ảnh tiên tiến được áp dụng trong các cuộc điều tra Nhiều tài liệu đã nghiên cứu cách nâng cao chất lượng hình ảnh để làm nổi bật các hình ảnh đứt gãy tuyến tính và phân tích các mẫu nhằm cải thiện hình ảnh tuyến tính hiện có.
Sự nghiên cứu về mật độ đứt gãy
Hình ảnh và dữ liệu có thể được sử dụng để đánh giá sự phong phú của các đường đứt gãy thông qua việc phân tích sự xuất hiện của chúng trong các tế bào Việc phân tích và phân phối có định hướng của các đường đứt gãy trong nghiên cứu thực địa và dữ liệu khác có thể giúp đánh giá tiềm năng khoáng sản và mực nước ngầm Nghiên cứu năm 1983 do tổ chức Landsat MSS thực hiện tại Tây Nam Arizona đã phân tích khu vực này.
Helvetia-Rosemont là khu vực nổi tiếng với nguồn khoáng sản phong phú Tổ chức đã áp dụng công nghệ tiên tiến nhằm xác định vị trí các khu vực từng giàu tài nguyên khoáng sản như đá vôi, đá quazit, đá phiến sét, tiền Cambri và đá granit.
Sau khi phân tích tính định hướng của LINEAMENTS, các hoạt động kiếm tạo và mô hình đã được làm rõ thông qua hình ảnh Landsat, và kết quả được thể hiện bằng sơ đồ dạng hoa hồng.
Địa thực vật học
Geobotany là nghiên cứu mối quan hệ giữa thực vật và các thể địa chất, bao gồm sự thay đổi về hình dáng, sự phong phú và hình thành của thực vật Nó cũng liên quan đến các loài chỉ thị và đặc trưng âm vị học Nghiên cứu này giúp kiểm tra mối quan hệ giữa các loài thực vật và phản ứng của chúng đối với sự bất thường trong điều kiện khí hậu và chất lượng đất.
Khu vực nghiên cứu tập trung vào các dạng thực vật và các chỉ số của các loại thạch học khác nhau Các loại cây đặc trưng đại diện cho từng vùng, và sự thay đổi trong phong phú loài có thể dẫn đến sự hình thành của các loại đất đá mới.
Tiến trình địa chất tạo ra các nguyên tố vi lượng trong tầng lớp đất đá, và thảm thực vật hấp thụ những nguyên tố này dưới các điều kiện thời tiết khác nhau Khi thực vật hấp thụ các nguyên tố vi lượng với nồng độ cao hơn mức bình thường, chúng có thể hiển thị các dấu hiệu bất thường, từ đó giúp xác định sự tồn tại, vị trí và nồng độ của các khu vực.
Geobotany nghiên cứu sự tương tác giữa các chất dinh dưỡng trong lớp địa chất và khả năng hấp thụ của thực vật, cũng như ảnh hưởng của chúng đến đặc tính quang phổ của cây Các loài cây có thể phát triển trong điều kiện đất đai bất thường, vì vậy việc phân tích đặc điểm quang phổ của chúng rất quan trọng, đặc biệt ở những khu vực mà đất đá ít được nghiên cứu Ngoài ra, nghiên cứu này cũng hữu ích ở những vùng thảm thực vật thưa thớt, nơi có thể quan sát các loài cây riêng lẻ và những thay đổi nhạy cảm của chúng trước biến động thời tiết và chất dinh dưỡng trong đất.
Việc nghiên cứu về địa thực vật học cũng bị cản trở bởi vài yếu tố
Để thành công trong việc nghiên cứu thảm thực vật, cần phụ thuộc vào khả năng quan sát và phân biệt của các mô hình khác nhau, đòi hỏi nhiều dữ liệu về không gian, quang phổ và độ phân giải cao hơn so với ảnh vệ tinh hay dữ liệu SPOT Khái niệm địa thực vật học thường khó áp dụng cho các hình ảnh và dữ liệu hiện có Ảnh viễn thám siêu phổ là công cụ quan trọng trong việc phát triển và nghiên cứu địa thực vật học, cung cấp nền tảng cho sự phát triển cảm biến và kỹ thuật phân tích dựa trên các hoạt động cơ bản.
Địa chất chỉ là một trong nhiều yếu tố tác động đến sự phát triển của thực vật Sự thay đổi từ con người và thực vật cũng đã ảnh hưởng đến sự phức tạp trong phân bố thảm thực vật Các nguyên nhân tác động thường không tách biệt rõ ràng với nhau.
Thời gian là yếu tố quan trọng trong mỗi bức ảnh, đặc biệt khi liên quan đến sự thay đổi địa thực vật học mà chỉ có thể quan sát trong những mùa đặc trưng Chẳng hạn, màu sắc của thảm thực vật thay đổi theo mùa Vấn đề thời gian trở nên đặc biệt quan trọng vì các nhà phân tích không thể kiểm soát thời gian chụp ảnh hoặc chỉ có thể có bức ảnh mong muốn trong một ngày, trong khi cần nhiều yếu tố để nhận diện những thay đổi quan trọng.
Những bất thường về địa thực vật học phản ánh đặc trưng riêng của từng vùng, với các chỉ số cụ thể chỉ có ý nghĩa trong khu vực đó Do đó, việc hiểu biết về thảm thực vật và địa chất là cần thiết để khai thác triệt để thông tin từ tầng địa chất.
Kiến thức về địa chất ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật thông qua các tác nhân từ đất Sự phát triển này không chỉ phụ thuộc vào các chất dinh dưỡng chính như P, K, N mà còn vào các vi chất dinh dưỡng như Mg, B, Ca, S, mặc dù chúng cần với lượng rất nhỏ Những vi chất này đóng vai trò quan trọng trong việc tăng trưởng của thực vật Ngược lại, một số yếu tố độc hại như Ni, Cu, Cr, Pb có thể gây hại cho sự phát triển của cây, ngay cả với liều lượng rất nhỏ trong đất Qua đó, chúng ta có thể sử dụng thông tin về các yếu tố này để xác định vị trí của các tầng địa chất hoặc khu vực khoáng sản.
Hydrocarbon có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật khi được hấp thụ Khí hydrocarbon có khả năng di chuyển dưới mặt đất và có thể tồn tại với nồng độ cao trên bề mặt do sự thấm dầu hoặc từ các mỏ than Mặc dù hydrocarbon trong đất có thể cung cấp các dưỡng chất quan trọng cho thực vật, nhưng chúng cũng có thể làm thay đổi bầu khí quyển đất và gây hại cho một số loài thực vật Đặc biệt, địa thực vật học cho thấy sự thay đổi màu xanh trong chất diệp lục qua phổ quang học, với phản xạ cao nhất ở màu xanh lá cây và giảm dần ở màu xanh da trời và màu đỏ Trong vùng gần hồng ngoại, phản xạ tăng rõ rệt.
Collins (1981) và các nhà nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng sự ứng suất địa hóa xuất hiện trong phổ từ 0.55 - 0.75 µm, nơi có các màu xanh lá cây, đỏ và vùng hồng ngoại Đặc biệt, vị trí và độ dốc của đường phản xạ cho thấy sự gia tăng ở các vùng rìa của quang phổ nhìn thấy Mặc dù màu xanh của cây chịu ảnh hưởng mạnh từ các yếu tố điện hóa, nếu có sự tác động này, vị trí của đường phản xạ sẽ dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn, cụ thể là về phía cuối màu xanh của quang phổ, đồng thời độ dốc cũng trở nên dốc hơn.
Cần lưu ý rằng, những thay đổi này rất nhỏ và chỉ có thể được phát hiện bởi các cảm biến chất lượng cao cùng với các quy trình lọc phản xạ nền hiệu quả.
Theo Collins (1983), sự thay đổi màu xanh đã được ghi nhận ở hầu hết các loài thực vật, cho thấy rằng hiện tượng này không chỉ giới hạn ở một số loài mà phổ biến ở nhiều loại cây xanh.
Sự dịch chuyển màu sắc ở cây vẫn chưa được làm rõ, nhưng nồng độ kim loại nặng trong đất có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của cây, đặc biệt là lá Các kim loại nặng có thể gây ra bệnh úa vàng, như được ghi nhận bởi các phương pháp truyền thống Mặc dù mối quan hệ giữa kim loại nặng và sự thay đổi màu xanh của cây rất rõ ràng, nghiên cứu của Collins và các đồng nghiệp cho thấy rằng sự hiện diện của chúng không làm ảnh hưởng đến chất diệp lục; các ion kim loại nặng chỉ làm chậm sự phát triển của diệp lục mà không ảnh hưởng đến chất lượng của nó trong mô thực vật.
Chang và Collins đã thực hiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của các kim loại khác nhau đối với kết quả đo quang phổ Trong nghiên cứu, họ sử dụng các hợp chất như oxit, sunfat, sunfua, cacbon và clorua của các kim loại Cu, Zn, Fe, Ni, Mn, Mo, V, Se ở nồng độ thấp 100ppm Kết quả cho thấy Fe và Pb có tác động tích cực đến sự tăng trưởng của cây, trong khi Mo và V ít ảnh hưởng hơn trong điều kiện thí nghiệm Một số kim loại có tác dụng đối kháng lẫn nhau, trong khi một số khác kết hợp tạo ra sự thay đổi rõ rệt.
Quan sát hiện tượng đa phổ trong đá và khoáng sản
Một trong những chiến lược quan trọng trong nghiên cứu khoa học đá là quan sát quang phổ của đất và đá Màu sắc cùng với các đặc điểm quang phổ có thể giúp xác định tính năng của các mẫu địa chất Các nhà địa chất học sử dụng màu sắc để phân loại mẫu trong khu vực và trong phòng thí nghiệm để đo lường và phân tích quang phổ Độ phát xạ và sự phản xạ của quang phổ, cũng như tính chất của đá và khoáng sản, có mối quan hệ chặt chẽ với các tính chất vật lý và hóa học của chúng Trong phòng thí nghiệm, các đặc trưng của quang phổ được quan sát một cách chi tiết Các nhà địa chất đã tích lũy nhiều kinh nghiệm trong việc tính toán quang phổ của vật liệu địa chất và phát triển một cơ chế nghiên cứu rộng rãi về các tầng địa chất.
Việc áp dụng kiến thức từ quang phổ trong viễn thám gặp nhiều khó khăn do sự tác động của khí quyển, cây cối và các yếu tố che khuất Trong môi trường phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể quan sát quang phổ mà không bị ảnh hưởng, từ đó xác định các đặc tính như độ ẩm từ mẫu ban đầu hoặc điều chỉnh cho các yếu tố tác động Tuy nhiên, trong dữ liệu viễn thám, việc ước định sự ảnh hưởng của các biến này thường không khả thi, và các thiết bị cảm ứng từ xa thường thiếu quang phổ và độ phân giải phóng xạ cần thiết.
Vị trí các khu vực có biến đổi nhiệt có thể xác định qua sự hiện diện của khoáng chất limonit trên bề mặt Limonit, bao gồm oxi và hợp chất sắt như goethite và quặng sắt đỏ, thường xuất hiện gần dải hồng ngoại, dải nhìn thấy và tia cực tím Quang phổ của chúng thường dưới 0.5 µm và giảm trong vùng tử ngoại.
Limonit, một khoáng chất chính hoặc sản phẩm hình thành từ điều kiện thời tiết, có thể giúp xác định vị trí của khu vực biến đổi nhiệt và khả năng khoáng sản của khu vực đó Tuy nhiên, việc xác định các thành phần của limonit không cung cấp bằng chứng về hoạt động thủy nhiệt, vì sự hiện diện của nó có thể không ảnh hưởng đến quá trình nhiệt dịch Do đó, việc phân tích quang phổ và các thông tin khác là cần thiết để có cái nhìn toàn diện hơn về quá trình này.
Spectra of some natural geologic surfaces: (A) White Joe Lott Tuff member of
The Mt Belknap volcanics include the limonitic Joe Lott Tuff member, characterized by low reflectances in limonitic minerals at wavelengths below 0.5 micrometers, compared to nonlimonitic materials Field data were gathered using portable spectroradiometers, highlighting the distinct features of tan soil on rhyolite and orange-layered laterite in the area This information is supported by findings from Geotz et al (1975) as referenced by Williams (1983, p 1748).
Khoáng chất đất sột làm giảm sự phản xạ xuống quang phổ 1.6 âm Ở độ phân giải quang phổ tốt hơn, các khoáng chất đất sét và cacbon với cấu trúc ALOH và MgOH thể hiện quang phổ trong dải hấp thụ từ 2.1 - 2.4 âm Độ phát xạ của quang phổ từ 8 - 12 âm (giữa vùng hồng ngoại) cho phép xác định.
Khoáng chất silicat và quy trình tách chúng khỏi khoáng chất không phải silicat là chủ đề quan trọng trong nghiên cứu khoáng vật Khoáng chất silicat thường phát xạ với cường độ tối thiểu trong vùng này, trong khi khoáng chất không silicat lại phát xạ ở những bước sóng dài hơn Việc hiểu rõ sự khác biệt này giúp tối ưu hóa các phương pháp khai thác và ứng dụng khoáng sản.
Độ nghiêng hình ảnh
Độ nghiêng được ước tính thông qua việc phân tích sự phân bố độ sáng trong bức ảnh của bề mặt vật chất, chẳng hạn như miệng núi lửa.
Hiểu biết về mối quan hệ giữa độ sáng của hình ảnh và phương hướng bề mặt tạo ra độ sáng là rất quan trọng Một bề mặt không đồng nhất phản xạ ánh sáng theo cách thống nhất, và khi được chiếu sáng từ một góc nhất định, độ sáng của hình ảnh sẽ thay đổi Thông tin này liên quan đến độ dốc của các phần tử trên mặt đất, từ đó tạo ra hình ảnh đầy đủ với nhiều điểm ảnh, mô tả hình dạng địa hình trên trái đất.
Bề mặt trái đất không phản xạ ánh sáng một cách đồng nhất, dẫn đến độ sáng bề mặt biến đổi do địa hình không đều và các vật liệu bề mặt khác nhau Viễn thám thường liên quan đến sự khác biệt quang phổ mà chúng ta quan sát tại nhiều vị trí trên bề mặt Trái đất, điều này phản ánh sự phong phú của khoáng sản và các nguồn tài nguyên khác Do đó, độ sáng từ hướng bề mặt được xem là yếu tố phức tạp trong việc giải thích thông tin quang phổ, mà quang phổ là dải màu từ đỏ đến tím xuất hiện khi ánh sáng bị tán sắc.
Trong viễn thám, bề mặt và nguồn chiếu sáng có mối quan hệ hình học cố định, nhưng nơi được chiếu sáng lại có nhiều khía cạnh riêng biệt, định hướng rõ ràng với chùm tia năng lượng mặt trời Các chùm tia này chiếu sáng Trái đất ở một góc cố định, nhưng địa hình không đều tạo ra hình ảnh với độ sáng khác nhau Do đó, đối với bề mặt đồng nhất của địa hình không đều, sự thay đổi trong gam màu xám phản ánh sự thay đổi về độ nghiêng và định hướng của bề mặt.
Độ sáng của bề mặt phụ thuộc vào định hướng của nó so với hướng chiếu sáng Khi các bề mặt có cùng vật liệu và được xử lý theo luật cosin Lambert, độ sáng sẽ thay đổi dựa trên góc độ mà chúng được định hướng.
Luật cosin lambert trong quang học nói về mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng từ
1 bề mặt tỉ lệ thuận với cosin của góc anfa hợp bởi bề mặt vật và đường thẳng từ mắt người quan sát tới vật đó.
Ứng dụng
Tỉ lệ băng tần
Đất và bản đồ cảnh quan
Các đơn vị địa hình tích hợp
Đơn vị địa hình tích hợp được định nghĩa dựa trên sự đa dạng và phức tạp của đất, địa hình và thảm thực vật, với khả năng phản ứng quang phổ đặc trưng để nhận diện và lập bản đồ Phương pháp này đã được áp dụng từ lâu với nhiều tên gọi khác nhau, trong đó phương pháp nổi bật và lâu đời nhất được biết đến là "lập bản đồ hệ thống đất".
Lập bản đồ hệ thống đất là quá trình chia nhỏ một khu vực thành các yếu tố cảnh quan định kỳ, dựa trên việc kiểm tra toàn diện các bản phân phối của đất, thực vật, thủy văn và địa chất Phương pháp này dựa vào sự phân thứ bậc của cảnh quan, giúp tái lập hệ thống đất từ các thành phần như địa hình, đất đai và cây cối Các đơn vị cơ bản của hệ thống bao gồm lĩnh vực thạch học thống nhất, với sự đồng bộ tương đối giữa đất và hệ thống thoát nước.
Phương pháp của các đơn vị địa hình tích hợp được sử dụng để phân tích dữ liệu kỹ thuật số, kết hợp phản ứng quang phổ từ nhiều thành phần cảnh quan ở độ phân giải cảm biến vệ tinh Trong bối cảnh này, việc áp dụng các phương pháp phân loại hình ảnh để lập bản đồ các lớp đất, thảm thực vật và địa chất trở nên rất khó khăn.
Bảo tồn vùng ngập nước
Diện tích vùng ngập nước của đất là đặc trưng của đất bão hòa hoặc bị ngập Tại Hoa Kỳ, vùng đất ngập nước được xác định hợp pháp qua ba yếu tố: (1) sự hiện diện của thảm thực vật, (2) bằng chứng về ngập lụt hoặc bão hòa, và (3) các đặc điểm như nồng độ oxy thấp, màu sắc đặc biệt (màu xám hoặc đen) và các vết lốm đốm của sự bão hòa kéo dài.
Hiểu biết về sự xuất hiện của vùng đất ngập nước là rất quan trọng đối với nhiều vấn đề chính sách như quy định sử dụng đất, chất lượng nước, giảm thiểu lũ lụt, nông nghiệp và hấp thụ carbon Để phục vụ cho nghiên cứu thực địa, việc xác định và phân tích phạm vi của vùng đất ngập nước là cần thiết.
Tuy nhiên, cho các mục đích khác, viễn thám tạo thành một công cụ quan trọng trong việc bảo tồn và giám sát các vùng đất ngập nước.
Hình ảnh radar thăm dò
Chương này kết luận về ứng dụng của dữ liệu SAR trong thăm dò dầu khí ngoài khơi Dầu mỏ tự nhiên từ đáy đại dương tạo ra một lớp dầu mỏng trên bề mặt nước, hình thành điều kiện thuận lợi cho các phản ứng trong khu vực Hiện tượng dầu loang xảy ra khi các phân tử dầu nổi lên, tạo thành lớp dầu khí làm giảm độ sóng trên bề mặt Công nghệ SAR nhạy cảm với sự khác biệt về độ nhám bề mặt, giúp phân biệt dễ dàng giữa vết dầu và nước xung quanh.
Vết dầu loang trên hình ảnh radar được xác định bởi các khu vực ít hoặc không có tán xạ, tạo thành các vùng bóng tối rõ rệt Kết quả này giúp nhận diện các vùng có khả năng chứa váng, nhờ vào khả năng quan sát của SAR cả ngày lẫn đêm và trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau Dữ liệu từ SAR hỗ trợ việc xác định các khu vực có váng hình thành thường xuyên Bằng cách sử dụng hệ thống GIS, các bản đồ thăm dò quan trọng có thể được tạo ra, tích hợp thông tin về bờ biển, độ sâu, đường vận chuyển và giàn khoan dầu hiện có từ hình ảnh RADARSAT Những bản đồ này giúp các nhà sản xuất giảm rủi ro thăm dò và nâng cao hiệu quả chi phí trong khoan dầu ngoài khơi.
Tóm tắt
Chụp ảnh trên không và viễn thám đã được ứng dụng lâu dài trong khoa học trái đất, đặc biệt trong địa chất và lập bản đồ địa hình Những công nghệ này, kết hợp với các kỹ thuật khác, hiện vẫn là công cụ quan trọng trong việc lập bản đồ địa chất, thăm dò và nghiên cứu.
Khảo địa chất đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống viễn thám như Landsat, SPOT, RADARSAT và ERS-1 Nghiên cứu này không chỉ là một thành phần kinh tế thiết yếu của thực hành viễn thám mà còn là yếu tố then chốt cho sự tiến bộ trong lý thuyết và thực tiễn của lĩnh vực này.