
- •Тема 1. Геофізичні дослідження в екології
- •1.1 Геоекологія і геофізична екологія
- •1.2 Основи екологічної геофізики
- •Тема 2. Природні геофізичні поля
- •2.1. Коротка характеристика геофізичних полів Землі і Космосу
- •2.2. Гравітаційне поле
- •2.3. Геомагнітне поле
- •2.4. Електромагнітні поля
- •2.5. Сейсмоакустичні і шумові поля
- •2.6. Температурне поле Землі
- •2.7. Радіаційне поле
- •Тема 3. Техногенні фізичні і природні геофізичні поля та їх вплив на живі організми
- •3.1 Джерела, види і характеристики техногенних фізичних полів
- •3.2.1. Загальна характеристика техногенних фізичних полів.
- •3.2. Вплив природних геофізичних полів на живі організми.
- •Порівняльна чутливість організмів до гамма-випромінювання.
- •Тема 4. Методи геофізичних досліджень
- •4.1. Фізичні властивості гірських порід
- •4.2. Апаратура для геофізичних досліджень
- •4.3. Дистанційні аерокосмічні геофізичні методи
- •Закінчення таблиці
- •4.4. Наземні, аквальні і свердловинні геофізичні методи
- •Фізико-геологічна класифікація геофізичних методів дослідження
- •4.5 Роль літосфери в трансформації фізичних полів
- •Тема 5. Еколого-геофізичне районування та картування
- •5.1. Еколого-геофізичне районування
- •5.2. Просторове картування екологічно небезпечних геодинамічних зон
- •5.3. Еколого-геофізичне картування техногенного забруднення літосфери
- •5.4. Еколого-геофізичні дослідження техногенного забруднення підземних вод і нижніх шарів атмосфери
- •Література
Закінчення таблиці
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
б |
7 |
Багато-спектральна (БЗ) |
Реєстрація відбитого електромагнітного випромінювання від Сонця і від власного теплового випромінювання Землі |
0,41-12,5 мкм |
Фільтр із фотоелектронним помножувачем |
Регістограми електромагнітних хвиль |
До декількох сантиметрів |
Те ж |
Радіо-локаційна (РЛ)
|
Реєстрація відбитого електромагнітного випромінювання від джерела, встановленого на борті носія |
1-100 см |
Радіолокаційна антена
|
Радіоехограми відбитих сигналів, радіолокаційне зображення місцевості |
До 10—20 см
|
Те ж
|
Зйомка, заснована на вивченні електромагнітних полів довго-хвильових радіостанцій |
Реєстрація компонентів електромагнітного поля
|
0,1-100 кГц
|
Індукційні котушки, антени
|
Регістограми вимірюваних компонентів електромагнітного поля
|
Десятки метрів
|
Те ж
|
Багатоспектральне фотографування на різних довжинах електромагнітних хвиль відкриває додаткові можливості при так званих галузевих дослідженнях, тобто використанні аерокосмознімків для цілей топографічного, геоботанічного, геологічного, гідрогеологічного, еколого-геологічного й іншого видів картування.
Фотозображення відрізняються одне від одного за сумою ознак. До прямих дешифровальних ознак відносяться розмір, форма, структура (переважний характер малюнка), колір, фототон (колірна насиченість) зображення. На них істотно не впливає ступінь освітленості земної поверхні сонцем. Усередині контурів окремих об'єктів особливості будови рельєфу визначаються мікромалюнком (текстурою) зображення, що також є стійкою дешифровальною ознакою і не залежить від часу проведення зйомки.
Усі перераховані, а також додаткові інтерпретаційні ознаки (форма, розміри і взаємне розташування об'єктів) дозволяють вивчати як структурні особливості місцевості, так і сучасні фізико-геологічні явища і процеси, у тому числі і техногенні, викликані господарською діяльністю людини.
Телевізійна зйомка (ТЗ) ( = 0,32—0,75 мкм) служить для вивчення сонячного електромагнітного випромінювання, відбитого від земних ландшафтів. Вона виконується за допомогою спеціального приймача з електронним скануванням телевізійного зображення місцевості. Отриманий растровий знімок має велику оглядовість або цифрову інформацію можна візуалізувати на екрані дисплея. ТЗ має більшу роздільну здатність на місцевості, ніж КФЗ чи АФЗ, що зазвичай не перевищує (при мільйонному масштабі) 200—80 м. У порівнянні з КФЗ телевізійна зйомка має більш високу оглядовість і більшу генералізацію об'єкта. Тому ТЗ використовується як фонова основа для виявлення великих регіональних структур чи об'єктів, визначення яких утруднене за даними КФЗ. Усім дистанційним методам, у яких фіксується зображення місцевості у видимому діапазоні спектра, властиве ряд обмежень. Вони можуть використовуватися тільки в денний час і в ясну погоду. Крім того, даючи інформацію винятково про земну поверхню, вони характеризують підстилаючи її товщу гірських порід тільки по опосередкованих ознаках, що знаходить відображення в морфології, кольорі, рослинності й інших особливостях, що формують ландшафт. Таким чином, зведення про просторову будову і властивості верхньої частини літосфери виявляються дуже умовними.
4.3.3. Зйомки в невидимому діапазоні частот. Інфрачервона зйомка (ІЧ), в аероваріанті, теплове аерознімання (ТАЗ) (м = 1,5—14 мкм), звичайно здійснюється за допомогою скануючої апаратури (тепловізорів), тобто інформація про особливості земної поверхні складається з характеристик, одержаних на окремих ділянках, на які в даний момент часу спрямований пристрій, що реєструє.
Інфрачервоне випромінювання, як носій інформації, близьке до світлового зображення. Оскільки теплове випромінювання тіл безпосередньо зв'язано з їхнім енергетичним станом, він вказує на температуру і розміри джерела. Інтенсивність і спектральний склад випромінювання залежать не тільки від температури, але і від електромагнітних і теплових властивостей ґрунтів, ґрунтів і гірських порід, на які спрямований об'єктив тепловізора. Ці особливості ІЧ-випромінювання дозволяють виявляти природу джерел, у тому числі обумовлених глибинними процесами, що не вдається при дешифруванні фото- і телезображень земної поверхні, отриманих у видимому діапазоні спектра.
Спостереження в інфрачервоній області спектра ведуться в трьох діапазонах: ближньому ( = 0,7—2,5 мкм), середньому ( = 3—5,5 мкм), дальньому ( = 8—14 мкм). Ці діапазони відповідають "вікнам" прозорості атмосфери. У ближньому діапазоні реєструється головним чином довгохвильове відображення сонячного випромінювання, у далекому основну роль грає власне випромінювання земної поверхні, у середньому випромінювання носить змішаний характер.
Виділяють дві групи задач, які розв'язуються за допомогою теплової зйомки. Перша група зв'язана з вивченням аномального температурного поля областей сучасного вулканізму, зон поширення термальних вод і термального (природного чи техногенного) забруднення геологічного і водного середовища. До другої групи відноситься вивчення теплового поля, що формується за рахунок сонячної радіації, результат якого можна використовувати для регіональних геологічних і еколого-геологічних досліджень. Особливо ефективна сукупність зйомок у різні сезони року, нічних і денних, тобто коли міняється температура земної поверхні.
Радіолокаційна зйомка (РЛ) заснована на використанні радіохвильового діапазону електромагнітного спектра. Вона підрозділяється на пасивну (радіотеплову) з = 0,3—10 см і активну (радіолокаційну), у якій використовуються електромагнітні випромінювання з довжиною хвилі =1,0—100 см. Радіотеплова зйомка багато в чому аналогічна ІЧ-зйомці, але відрізняється істотно меншою роздільною здатністю. З її допомогою виділяються термічні аномалії, що охоплюють великі площі, через які вдається одержувати усереднені показники температурного поля.
При радіолокаційних (радарних) зйомках вивчається різна здатність об'єктів земної поверхні відбивати радіоімпульси. Інтенсивність відбитого сигналу визначається електромагнітними властивостями поверхневих відкладів до яких відносяться їхня діелектрична проникність і електропровідність, у свою чергу залежні від вологості. дозволяюча здатність радарного зображення залежить від довжини хвилі використовуваного сигналу. Характер зображення визначається жорсткістю рослинного покриву, мікрорельєфом і рельєфом. У реальних умовах відображення виявляється напіврозсіяним, що обумовлено безліччю хаотично розташованих нерівностей земної поверхні з розмірами, порівнянними з довжиною хвилі.
Радіолокаційні зйомки дозволяють виявляти розривні порушення, визначати склад порід, характеризувати ступінь їхньої зволоженості, картувати ділянки розвитку і деградації мерзлоти. Ці й інші задачі мають велике значення для екологічної геології. В умовах розвитку порід низької електропровідності (високого опору) радіолокаційне зондування може здійснюватися на глибину в кілька десятків метрів.
Ультрафіолетова і лазерна (лидарна) зйомки використовуються переважно для контролю забруднюючих компонентів приземних частин атмосфери, для оцінки впливу промислових об'єктів, територій урбанізації і сільськогосподарської діяльності на навколишнє середовище. Найчастіше як індикатори застосовуються датчики, що використовують лазерне випромінювання, так називані лидари (лазерні сенсори).
За допомогою лазерного променя, що підсилює ефект люмінесценції аерозольного і газового забруднення атмосфери, здійснюється спектральний аналіз забруднюючих речовин. При цьому лидари дозволяють виявляти випромінювання, створюване "мішенню", у діапазоні частот, відмінному від частоти лазера. Спектральний аналіз "мішені" виконується з практично абсолютною точністю, тобто він здатний виявляти окремі атоми забруднюючих речовин.
В даний час створені лидарні станції (комплекси), що можуть установлюватися на повітряних носіях, на висотних будинках і мачтах, на пересувних наземних носіях. Так, наприклад, для контролю аерозольних і газових компонентів атмосфери урбанізованих територій використовується трехканальна лидарна станція. У видимому діапазоні частот контролюється аерозольний компонент; ультрафіолетовий канал призначений для контролю забруднюючих газів SO2, NO2, О3; ІЧ-канал забезпечує контроль концентрації NH3, С2H4 і О3.
Лазерний моніторинг дозволяє стежити за еволюцією і руйнуванням озонового шару, контролювати киснево-азотний баланс в атмосфері, оцінювати вміст шкідливих аерозольних і газових компонентів у її приземній частині. За даними лидарних досліджень можна визначати внесок конкретних джерел техногенного впливу в забруднення атмосфери, виявляти роль повітряного каналу в переносі забруднюючих речовин на дослідні території, установлювати вплив цих речовин на екологічний стан верхньої частини літосфери і гідросфери.
До дистанційних методів можна віднести супутникову альтиметрію, тобто визначення загальної картини гравітаційного поля суші й океанів за спостереженнями за орбітами супутників.
4.3.4. Аерогеофізичні методи. Традиційні аерогеофізичні методи, які також можуть широко використовуватися для рішення екологічних задач. Аеромагнітна зйомки виконуються у великих масштабах по системі рівнобіжних профілів, віддалених один від другого на десятки чи сотні метрів. Зйомки дозволяють одержувати інформацію про регіональну і локальну магнітну аномалії, що можуть бути зв'язані з зонами тектонічних порушень, тріщинуватості, з виходами сильномагнітних порід і руд. Ці дані становлять інтерес з погляду геоекологічного картування територій, виявлення геопатогених зон, виділення ділянок з інтенсивними значеннями напруженості геомагнітного поля і їхніх градієнтів.
Особливу роль у геоекології відіграють аерорадіометричні (гамма- і гамма-спектрометричні зйомки). Вони виконуються у великих масштабах (відстані між профілями порядку 50—100 м), що забезпечує можливість картування природного і технічного радіоактивного забруднення території й організації моніторингу. Гамма-спектрометричні зйомки можна комплексувати з аеромагніторозвідкою, аероелектророзвідкою, інфрачервоною і газово-аерозольною зйомками. Використання для цих цілей комплексні аерогеофізичні станції забезпечують дистанційну реєстрацію ряду геофізичних і геохімічних параметрів і проведення моніторингу міських агломерацій і промислових зон.