teledetectie curs 2

65
1. INTRODUCERE Informaţiile obţinute cu ajutorul tehnicilor de teledetecţie sunt conţinute de imaginile cosmice sau aeriene care sunt supuse interpretării. Formarea acestor imagini se bazează pe detectarea şi înregistrarea energiei electromagnetice reflectate sau emise de suprafaţa corpurilor aflate în câmpul vizual al senzorilor şi care au interacţionat cu energia electromagnetică emisă de o sursă naturală (Soare, Lună) sau artificială (radar). Răspunsul obiectelor din natură la variatele lungimi de undă ale radiaţiei electromagnetice este diferit, în funcţie de proprietăţile lor fizice şi chimice, configuraţia şi rugozitatea suprafeţei, intensitatea iluminării ei şi unghiul de incidenţă. Aceste răspunsuri înregistrate prin intermediul senzorilor se traduc pe imagini prin apariţia unor modele (trăsături), pe baza cărora se pot deosebi şi identifica obiectele respective. Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu un corp solid este exprimată prin reflexia, absorbţia sau transmisia radiaţiei incidente. Proporţia în care au loc aceste fenomene depinde de proprietăţile materialului din care este constituit corpul şi de lungimea de undă a radiaţiei electromagnetice. Modul în care se comportă fiecare material pentru o anumită lungime de undă determină "tonul" sau "culoarea" cu care acesta apare pe imaginile satelitare sau aeriene. 1

Upload: ancutza4u22

Post on 19-Jun-2015

1.276 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

INTRODUCERE, RADIAŢIA ELECTROMAGNETICĂ , MATERIA ŞI RADIAŢIA ELECTROMAGNETICĂ

TRANSCRIPT

Page 1: Teledetectie Curs 2

1. INTRODUCERE

Informaţiile obţinute cu ajutorul tehnicilor de teledetecţie sunt conţinute de

imaginile cosmice sau aeriene care sunt supuse interpretării. Formarea acestor

imagini se bazează pe detectarea şi înregistrarea energiei electromagnetice

reflectate sau emise de suprafaţa corpurilor aflate în câmpul vizual al senzorilor şi

care au interacţionat cu energia electromagnetică emisă de o sursă naturală

(Soare, Lună) sau artificială (radar).

Răspunsul obiectelor din natură la variatele lungimi de undă ale radiaţiei

electromagnetice este diferit, în funcţie de proprietăţile lor fizice şi chimice,

configuraţia şi rugozitatea suprafeţei, intensitatea iluminării ei şi unghiul de

incidenţă. Aceste răspunsuri înregistrate prin intermediul senzorilor se traduc pe

imagini prin apariţia unor modele (trăsături), pe baza cărora se pot deosebi şi

identifica obiectele respective.

Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu un corp solid este exprimată prin

reflexia, absorbţia sau transmisia radiaţiei incidente. Proporţia în care au loc

aceste fenomene depinde de proprietăţile materialului din care este constituit

corpul şi de lungimea de undă a radiaţiei electromagnetice. Modul în care se

comportă fiecare material pentru o anumită lungime de undă determină "tonul" sau

"culoarea" cu care acesta apare pe imaginile satelitare sau aeriene.

Procesul formării imaginilor presupune prezenţa unei surse de energie

electromagnetică, transmiterea energiei de la sursă la suprafaţa investigată,

reflexia sau emisia energiei de la suprafaţă spre senzorul care o înregistrează şi

transformarea acesteia într-o imagine vizibilă.

2. RADIAŢIA ELECTROMAGNETICĂ

2.1. Natura radiaţiei electromagnetice

Energia electromagnetică este generată de câteva mecanisme: schimbări în

nivelele energetice ale electronilor, accelerarea sarcinilor electrice, înjumătăţirea

substanţelor radioactive şi mişcările termice ale atomilor şi moleculelor.

Lumina şi toate formele de radiaţie se comportă atât ca unde, cât şi ca

particule. Ele au forma unor câmpuri de forţe electric şi magnetic legate între ele în

pachete (cuante sau fotoni) ce au masă zero în repaus. O particulă de materie,

1

Page 2: Teledetectie Curs 2

cum ar fi un electron, prezintă un comportament de undă în anumite condiţii.

Materie pură şi energie pură sunt concepte total abstracte. Masa şi energia sunt

inseparabile şi sunt legate prin faimoasa formulă a lui Einstein:

(1)

unde E este energia, m este masa şi c este viteza radiaţiei în vid. Această

relaţie fundamentală a fost demonstrată practic de pierderea netă de masă în

fuziunea şi fisiunea nucleară şi prin transformarea energiei în particule subatomice

în acceleratoarele de particule de mare energie.

Undele asociate cu radiaţia sunt unde transversale şi implică vibraţii

perpendiculare pe direcţia de propagare. Radiaţia poate străbate vidul şi, de

asemenea, poate afecta particulele din mediul fizic prin schimbarea proprietăţilor

lor electronice, de vibraţie şi de rotaţie. Fiecare cuantă are asociate câmpuri

electric şi magnetic ce oscilează ca unde sinusoidale perpendiculare unul pe

celălalt şi faţă de direcţia de propagare (fig. 1). Distanţa dintre maxime este

lungimea de undă (), iar numărul de vibraţii ce trec printr-un punct într-o secundă

este frecvenţa (). Lungimea de undă se exprimă în metrii şi submultiplii ai

metrului. Frecvenţa se exprimă în hertzi (Hz) sau 1/secundă (1/s) şi supraunităţi

ale hertzului. Cunoaşterea unuia dintre aceştia determină automat obţinerea

celuilalt pe baza ecuaţiei:

(2)

unde c este viteza energiei electromagnetice care este o constantă egală cu

299,893 km/s.

Vibraţiile electrică şi magnetică asociate cuantei pot avea orice orientare

perpendicular pe direcţia de propagare. Totuşi, în cazul în care câmpurile tuturor

cuantelor sunt aliniate pe o direcţie unică prin anumite mijloace, radiaţia devine

plan-polarizată - un concept familiar oricărui geolog care a utilizat un microscop

polarizat pentru petrografie.

Frecvenţa sau lungimea de undă a radiaţiei este funcţie de energia cuantei.

Conform legii lui Planck:

(3)

unde h este constanta lui Planck (6,62x10-34 s).

Ecuaţia de mai sus arată că cu cât este mai mică lungimea de undă a

radiaţiei sau cu cât frecvenţa acesteia este mai mare, cu atât este mai mare

2

Page 3: Teledetectie Curs 2

energia fiecărei cuante. Deoarece cele mai importante interacţiuni radiaţie-materie

au loc la nivel cuantic, Legea lui Planck este importantă pentru înţelegerea lor.

Fig. 1 Radiaţia electromagnetică (EMR) compusă din unde în câmpuri magnetic şi electric. Aceste câmpuri sunt perpendiculare între ele şi pe direcţia de propagare a undelor. Undele reprezintă fluctuaţii regulate în câmpuri şi sunt descrise de funcţii sinusoidale. Distanţa ocupată de un ciclu complet de la un maxim la altul este lungimea de undă (λ), iar numărul de cicluri ce trec printr-un punct fix într-o secundă este frecvenţa radiaţiei (ν).

Ultima proprietate importantă a radiaţiei este intensitatea sa, echivalentă cu

strălucirea luminii vizibile. Aceasta poate fi privită fie ca numărul de cuante, fie ca

amplitudine a câmpurilor magnetic şi electric. Cu cât sunt mai multe cuante la o

anumită lungime de undă, cu atât este mai mare energia transmisă. Energia unei

singure cuante de lungime de undă mare este mai mică decât cea a unei lungimi

de undă mică. În consecinţă, detectorul trebuie să fie bombardat cu mai multe

cuante de lungime de undă mare pentru a produce un răspuns măsurabil

comparabil cu acela al unui număr mai mic de cuante de lungime de undă mai

mică. În general, de aceea, sistemele care lucrează cu lungimi de undă mai mari

au nevoie să culeagă radiaţie fie de pe o arie ţintă mai mare, fie într-un interval

mai mare de timp, faţă de situaţia lungimilor de undă mai mici. Acest lucru este o

consecinţă importantă pentru rezoluţia sistemelor de teledetecţie şi pentru

abilitatea lor de a deosebi obiectele reale de zgomotul sistematic. În realitate,

lucrurile sunt mult mai complicate, deoarece instrumentele utilizează diferite tipuri

de detectori pentru diferitele lungimi de undă.

2.2 Generarea radiaţiei electromagnetice

3

Page 4: Teledetectie Curs 2

Radiaţia electromagnetică este o formă de energie şi cantitatea de radiaţie

pe unitatea de timp este puterea şi se măsoară în Juli pe secundă (J/s) sau Waţi

(W). Puterea incidentă pe sau emanată de un corp este cunoscută ca flux radiant,

dar este de obicei mult mai uşor de exprimat ca putere pe unitatea de arie -

densitatea fluxului radiant (Wm-2). Densitatea fluxului radiant ce cade pe o

suprafaţă este cunoscută ca iradianţă, faţă de aceea care părăseşte o suprafaţă

numită emitanţă (uneori denumită exitanţă).

Limitările mărimii dispozitivului de măsură face ca rar să putem măsura direct

toate radiaţiile ce părăsesc o suprafaţă. În loc de aceasta, ceea ce se măsoară

este cantitatea de radiaţie interceptată de un detector ce colectează radiaţia ce

traversează un anume unghi solid. Aceasta este fluxul radiant pe unitatea de

unghi solid ce se numeşte radianţă. Unitatea radianţei este W/m2sr (waţi pe metru

pătrat or steradian, în care steradianul este unitatea de unghi solid).

Uneori este util de cunoscut cantitatea de radiaţie măsurată doar la o

anumită lungime de undă. Spre exemplu, fluxul spectral radiant este puterea

recepţionată sau radiată de un corp pe unitatea de arie pe unitate de lungime de

undă măsurat în W/m2m. Similar, radianţa spectrală se măsoară în W/m2srm.

De asemenea, este mult mai corect de luat în calcul cantitatea de radiaţie ce

vine de la o suprafaţă ca radianţă sau radianţă spectrală, atunci când scriem sau

vorbim informal despre termenul mult mai familiar de strălucire. Acest termen se

referă fie la cantitatea de radiaţie ce vine de la suprafaţă, fie la modul în care

apare acea suprafaţă pe o imagine. Spre exemplu, dacă o anumită porţiune dintr-o

imagine se spune că este strălucitoare este clar că noi ne referim, chiar dacă nu

putem cuantifica, la diferenţa în termeni de unităţi de radianţă.

Generarea radiaţiei este în esenţă un proces simplu. El se produce ori de

câte ori mărimea sau direcţia câmpului electric sau magnetic fluctuează în timp.

Undele radio pot fi produse prin curgerea unor curenţi alternativi printr-un corp

conductor sau antenă. Alternanţa este, de fapt, accelerarea şi decelerarea

repetată a electronilor. La cele mai scurte lungimi de undă, radiaţiile gama sunt

obţinute din ruperea nucleului atomic din timpul reacţiilor nucleare de fisiune sau

fuziune. Razele X, radiaţia ultravioletă şi radiaţia vizibilă sunt generate de salturile

electronilor de pe o orbită stabilă din jurul atomului pe o alta. Atunci cand un

electron se mişcă de pe o orbită înaltă pe una mai joasă, energia pe care o pierde

este convertită într-un foton de o anumită lungime de undă. Radiaţia infraroşie şi

microundele sunt produse de vibraţia şi rotaţia termică indusă a moleculelor.

4

Page 5: Teledetectie Curs 2

Microundele sunt de asemenea generate de fluctuaţii ale câmpurilor electric şi

magnetic.

Lungimile de undă ale radiaţiei electromagnetice cuprind multe ordine de

magnitudine, de la cele mai scurte de 10-13m pentru radiaţiile gama cele mai

energice, până la mai lungi de 100km pentru undele radio foarte lungi. În concluzie

a fost necesară o divizare a acestui vast interval în câteva regiuni arbitrare, fiecare

cu un nume al său (tabelul 1).

Tabelul 1- Principalele diviziuni ale spectrului electomagnetic

Regiunea din spectru Limite

Raze gamma <0.03 nm

Raze X 0.03-300 nm

Radiaţia ultravioletă 0.3-0.38 m

Lumina vizibilă 0.38-0.72 m

Radiaţia infraroşie

Infraroşu apropiat 0.72-1.3 m

Infraroşu mediu 1.3-3.0 m

Infraroşu indepărtat 7.0-1000 m (1mm)

Microunde 1mm-30 cm

Unde radio >30 cm

În natură toate procesele ce generează radiaţie sunt legate într-un anume fel

de temperatura corpului emitent. Toate materialele din Univers, chiar şi acelea din

vidul aproape perfect dintre galaxii, au temperatura deasupra lui zero absolut

(-273,15C) şi emit o formă de radiaţie. Cât anume emite şi intervalul de lungime

de undă este o funcţie complexă de temperatură şi de natura corpului însuşi.

Materia capabilă să absoarbă toată energia electromagnetică pe care o

recepţionează şi să emită radiaţie în perfect acord cu temperatura se numeşte

corp negru. Energia totală emisă de un corp negru - emitanţa sa H (W/m2) - este

proporţională cu puterea a patra a temperaturii absolute (în grade Kelvin). Aceasta

este Legea lui Stefan-Boltzmann:

(4)

unde este constanta lui Boltzmann (5,6697x10-8 W/m2K4).

La o anumită temperatură, un corp negru emite radiaţie într-un anumit

interval de lungimi de undă. Totuşi temperatura sa absolută determină ce lungime

5

Page 6: Teledetectie Curs 2

de undă transmite cantitatea maximă de energie. Lungimea de undă dominantă

este dată de Legea lui Wien:

(5)

Deci, cu cât creşte temperatura, energia totală emisă creşte foarte rapid şi

lungimea de undă ce conţine cea mai mare parte din energie este mai mică.

Forma curbei ce leagă emitanţa de lungimea de undă este importantă (fig. 3) şi

derivă din legile lui Boltzmann şi Wien. Pentru orice temperatură există o lungime

de undă minimă a radiaţiei, o lungime de undă apropiată de emitanţa maximă şi o

coadă lungă spre lungimi de undă mai mari. Deci, un corp negru la 6000K -

temperatura la suprafaţa Soarelui - nu emite radiaţie mai scurtă de 0,1m, are o

energie maximă la 0,5m (în partea vizibilă a spectrului si anume în zona verde),

dar emite toate lungimile de undă până la 100m. Energia totală emisă este dată

de aria de sub curbele din fig. 2.

Nici un obiect nu este un corp negru perfect (ideal). În cazul Soarelui - sursa

celei mai mari părţi din radiaţia utilizată în teledetecţie - sunt implicate multe

procese, altele decât cele de încălzire. În consecinţă, curba radiaţiei solare (fig. 5)

este un pic diferită de ideal. Pe lângă radiaţia din intervalul 0,1 - 100m, Soarele

emite raze gama rezultate din procesele termonucleare şi radiaţii de lungime de

undă mare rezultate din fluctuaţiile puternicelor lui câmpuri electric şi magnetic.

Teledetecţia se interesează de două categorii de radiaţii de la suprafaţa

Pământului - aceea ce cade pe suprafaţa lui şi este absorbită sau reflectată şi

aceea care este emisă de însăşi suprafaţa lui. Radiaţia reflectată derivă în

principal de la Soare şi sistemele care o detectează se numesc pasive deoarece

nu induc nici o energie artificială. Un sistem activ implică o "iluminare" artificială,

ca în blitz-ul fotografic. În teledetecţie cel mai utilizat sistem activ este transmisia

radar (radio detection and ranging) şi detectarea energiei radar reflectate înapoi la

senzor de către suprafaţa Terrei. Experimentele au demonstrat că alte sisteme

active ce utilizează radiaţie artificială, de obicei sub formă de lasere ultraviolete,

pot obţine date, dar pentru un număr limitat de aplicaţii.

6

Page 7: Teledetectie Curs 2

Fig. 2 Această familie de curbe de pe axele logaritmice exprimă modul în care energia emisă de un metru pătrat de corp negru la diferite temperaturi variază cu lungimea de undă şi modul în care lungimea de undă a emitanţei maxime şi intervalul de lungimi de undă emise se schimbă cu temperatura absolută. Aria de sub fiecare curbă reprezintă energia totală emisă la fiecare temperatură. Forma curbelor este controlată de legile lui Stefan-Boltzmann şi Wien

Deoarece temperatura ambientală a Terrei este de aproximativ 300K, legea

lui Wien indică o emitanţă maximă la 9m, în intervalul infraroşu mediu (MIR).

Energia implicată în producerea acestei radiaţii emise derivă din trei surse:

curgerea căldurii radioenergetice din interiorul Pământului, încălzirea suprafeţei

terestre de către radiaţia solară şi activităţile umane. Radiaţia infraroşie de

lungime de undă mare nu este singura radiaţie emisă de Pământ. Toate rocile şi

materialele derivate din ele conţin în proporţii variabile izotopi instabili 40K, 232Th, 235U şi 238U, ce emit raze gama când se înjumătăţesc. Această radiaţie poate fi şi

ea detectată şi adăugată intervalului real de lucru al tehnicilor de teledetecţie.

3. MATERIA ŞI RADIAŢIA ELECTROMAGNETICĂ

De modul în care radiaţia interacţionează cu materia depinde înţelegerea

felului în care datele de teledetecţie ne ajută să recunoaştem diversele materiale

de la suprafaţa Pământului.

Pentru un singur element chimic există câteva stadii posibile în care el poate

exista, fiecare fiind caracterizat de o anumită energie. Astfel de stadii implică

tipurile de legături (covalent sau ionic) şi starea de coordonare a atomilor în

molecule, nivelul energetic al electronilor cei mai exteriori ai atomului etc.

7

Page 8: Teledetectie Curs 2

Stările şi nivele energetice asociate sunt unice pentru fiecare element şi

compus. Un atom sau o moleculă poate trece printr-o tranziţie de la o stare la alta

dacă este excitat de o radiaţie de o anumită frecvenţă. Un exemplu este

fluorescenţa observată atunci când radiaţia de o anumită frecvenţă este absorbită

producând o tranziţie şi revenirea are ca efect emisia de radiaţii de joasă

frecvenţă. Există trei tipuri de tranziţii - electronică, de vibraţie şi de rotaţie.

Tranziţiile electronice implică saltul electronilor de pe orbitele cele mai

exterioare ale atomului ce dau valenţa elementului şi multe din proprietăţile sale

chimice. Astfel de tranziţii sunt inversul unor moduri de a genera radiaţia. Un foton

de o anumită lungime de undă induce unui electron exterior - conform mecanicii

undelor - un salt de pe o orbită de energie joasă definită ca stare de bază (stabilă)

către una cu energie ridicată (starea excitată), absorbind astfel acel foton.

Lungimile de undă asociate cu tranziţiile electronice sunt determinate de numerele

cuantice principale, momentul unghiular şi spinul asociat cu orbitele electronice din

interiorul unui anumit element. Tranziţiile electronice apar în solide, lichide şi gaze,

dar sunt în special importante pentru elemente precum fierul şi cromul, care au

câteva stări posibile de valenţă şi diferite poziţii şi coordonări în moleculele în care

apar în natură. Aceste diferenţe sunt importante pentru schimbările subtile în

lungimile de undă ale tranziţiilor electronice funcţie de gazda elementului.

Deoarece tranziţiile electronice necesită energie de excitaţie mare ele sunt mai

comune lungimilor de undă mici din domeniile ultraviolet şi vizibil.

Tranziţiile vibraţionale rezultă din schimbările în dipunerea relativă a atomilor

componenţi ai moleculelor. Cel mai uşor de vizualizat sunt distorsiunile legăturilor

prin extensie sau contracţie de la o stare de echilibru la alta. Analog sunetului,

lungimile de undă fundamentale sau "notele" asociate cu o tranziţie de vibraţie au

matematic legate de ele armonice sau supratonuri la alte lungimi de undă. Ca şi

tranziţiile electronice, cele asociate cu vibraţiile legăturilor moleculare sunt

caracteristice solidelor, lichidelor şi gazelor. Ele necesită energii mai scăzute faţă

de tranziţiile electronice si astfel apar împreună la radiaţii cu lungimi de undă mai

mari, în regiunea infraroşie.

Tranziţiile, de asemenea, apar în proprietăţile de rotaţie ale moleculelor, dar

ele se întâlnesc doar la gaze, fiind legate de schimbările în momentul de inerţie al

moleculelor în rotaţie ale gazului. Tranziţiile rotaţionale sunt de mare importanţă,

împreună cu tranziţiile vibraţionale, în interacţiunea dintre radiaţie şi gazele

8

Page 9: Teledetectie Curs 2

atmosferice prin care suprafaţa Pământului trebuie observată de către toate

sistemele de teledetecţie.

Energia detectată de sistemele de teledetecţie de-a lungul spectrului de

radiaţii este de aceea o funcţie de modul în care energia este partiţionată între

sursa sa şi materialele cu care interacţionează în drumul ei spre detector. Energia

unei anumite lungimi de undă a radiaţiei poate fi transmisă prin material, absorbită

de el, reflectată de suprafaţa sa, dispersată de către particulele sale constituiente

sau reradiată la o altă lungime de undă după absorbţie. În natură toate aceste

posibilităţi se combină într-un grad mai mare sau mai mic.

Pentru orice material pot fi măsurate trei tipuri de spectre - spectrul de

absorbţie (şi inversul ei, spectrul de transmisie), spectrul de reflexie şi spectrul de

emisie. Un spectru de absorbţie/transmisie se obţine atunci când materialul se

interpune între sursă şi senzor. Un spectru de reflexie este măsurat atunci când

sursa şi receptorul sunt de aceeaşi parte a materialului. Pentru un spectru de

emisie materialul însuşi este sursa. În fiecare caz o prismă de difracţie graticulară

desface radiaţia compusă în lungimile de undă componente şi intensităţile

lungimilor de undă discrete sunt măsurate de o serie de senzori, ele putând fi

legate de anumite procese de emisie şi absorbţie. Această tehnică este utilizată

de astronomi pentru a detecta şi măsura abundenţa elementelor în stele din

benzile de absorbţie ale spectrului stelar. Senzorul de teledetecţie este mai

preocupat de spectrele continue ce arată variaţia în energie/intensitate pe un

interval de lungimi de undă. Astfel de spectre sunt mai mult sau mai puţin curbe

netezite în care picurile indică maximele şi minimele din jurul lungimilor de undă ce

corespund unor tranziţii caracteristice. Mulţi factori microscopici şi macroscopici

conspiră împreună la determinarea lăţimii, intensităţii şi pantei acestor trăsături,

unele dintre ele fiind discutate în continuare.

Principiul conservării energiei face ca pentru orice interacţiune radiaţie-

materie, fluxul radiant incident de la o lungime de undă (E I) să fie distribuit intre

reflexie (ER), absorbţie (EA) şi transmisie (ET) de materialul implicat:

(6)

Ecuaţia de mai sus de divizare a energiei totale este expresia ce permite

definirea proprietăţilor spectrale în termeni de rapoarte (ER)/(EI), (EA)/(EI),

(ET)/(EI), care sunt reflectanţa spectrală (), absorbanţa () şi transmitanţa

(), obţinându-se astfel:

9

Page 10: Teledetectie Curs 2

(7)

Marea majoritate a materialelor geologice sunt opace şi transmitanţa este

zero. De aici rezultă că ecuaţia de mai sus se reduce la:

(8)

Ceea ce înseamnă că reflectanţa şi absorbanţa sunt interschimbabile (în

general indicele spectral este omis pentru ambii termeni), dar cel totodeauna

folosit este spectrul reflectanţei. Raportul fluxului total radiant reflectat de o

suprafaţă pe fluxul radiat total incident pe aceasta suprafaţă (în ambele cazuri

pentru un interval de lungimi de undă) este cunoscut ca albedo-ul suprafeţei. Deşi

nu este acelaşi lucru noi percepem albedo-ul ca strălucirea generală vizibilă a unui

obiect reflectiv.

Valoarea reflectanţei unei suprafeţe semnifică proporţia energiei incidente ce

este reflectată la o anumită lungime de undă, dar nu şi direcţia în care călătoreşte

energia reflectată. Aceasta depinde dacă suprafaţa produce reflexii ce răsfrâng

lumina ca într-o oglindă sau reflexii difuze ca acelea ale unei hârtii mate. În primul

caz toată energia reflectată este direcţionată la un unghi egal şi opus cu unghiul

de incidenţă. În reflexia difuză energia reflectată este direcţionată egal în toate

direcţiile, indiferent de unghiul de incidenţă (fig. 3). Un reflector perfect difuz se

numeşte reflector lambertian. Multe suprafeţe combină cele două reflexii prin

aceea că reflectă o parte din energie în toate direcţiile, dar reflectă o mare parte în

direcţia de răsfrângere (fig. 3c).

O suprafaţă se comportă ca reflector răsfrângător dacă este netedă şi ca un

reflector difuz dacă este rugoasă. Netezimea şi rugozitatea depind de lungimea de

undă a radiaţiei. In general, o suprafaţă se comportă ca una rugoasă dacă textura

ei este de o mărime comparabilă cu sau mai mare decât lungimea de undă a

radiaţiei şi în mod neted dacă textura sa are o scară mai mică decât aceea a

lungimii de undă. Mare parte din suprafeţe, cum sunt rocile, solurile sau iarba, sunt

reflectori difuzi în spectrul vizibil - ele apar la fel de luminoase indiferent de direcţia

din care sunt privite, chiar dacă acele mici părţi ale suprafeţei (spre exemplu,

cristale individuale de mineral) se comportă răsfrângător.

10

Page 11: Teledetectie Curs 2

Fig.3 Diagrame reprezentând reflexia (a) răsfrângătoare, (b) difuză sau Lambertiană şi (c)combinată având atât componentă răsfrângătoare, cât şi componentă difuză

Pentru teledetecţie noţiunea de emisivitate este de o importanţă egală cu cea

de reflectivitate, între emisivitate şi reflectivitate existând o diferenţă majoră. Orice

substanţă aflată la temperatura T posedă o energie termică şi emite radiaţie

electromagnetică în funcţie de nivelul acestei energii, fiind deci un generator de

radiaţie electromagnetică. În schimb, în cazul reflectivităţii, o substanţă reflectă în

totalitate sau doar în parte radiaţia electromagnetică incidentă la suprafaţa ei.

Energia calorică reprezintă energia cinetică de mişcare aleatorie a

particulelor din care este constituită materia, iar concentraţia acestei energii

calorice într-o substanţă este măsurată prin temperatură. Mişcarea aleatorie

determină coliziuni între particule, cauzând modificări ale mişcărilor electronilor

orbitali sau ale mişcărilor de vibraţie şi rotaţie ale particulelor atomice şi

molecuare. Stări de mişcare cu energie mai ridicată datorită coliziunilor pot trece

în mod spontan în stări energetice mai scăzute, cu emisie de radiaţie

electromagnetică. Astfel, energia calorică este transformată în energie radiantă.

Întrucât temperatura sau căldura (ambele definind starea termică a unei

substanţe) şi emisia de radiaţie electromagnetică sunt inseparabile, trebuie luat în

consideraţie fluxul caloric spre suprafaţa Pământului şi dinspre acesta şi transferul

său sub suprafaţă.

Regiunea microundelor a spectrului EM prezintă două oportunităţi pentru

colectarea datelor de teledetecţie. Prima, ca şi radiaţia din intervalul 8-14m,

suprafaţa Pământului emite microunde ca rezultat al temperaturii sale, în acord cu

relaţia Stefan-Boltzmann şi cu legea lui Wien. A doua, microundele pot fi generate

artificial ca unde coerente (radar).

11

Page 12: Teledetectie Curs 2

Ceea ce se întâmplă cu energia electromagnetică în pulsul radar când

acesta întâlneşte suprafaţa depinde de patru factori majori:

- atitudinea suprafeţei;

- rugozitatea şi heterogenitatea suprafeţei şi a materialelor de sub suprafaţă;

- lungimea de undă, polarizaţia şi unghiul de depresie al radarului, care sunt

variabile controlabile;

- proprietăţile electrice ale suprafeţei – constanta dielelctrică a materialelor

de la suprafaţă.

În ordinea descrescătoare a importanţei, toate ajută la determinarea

proporţiei energiei microundelor incidente pe care suprafaţa o dispersează înapoi

direct către antena de la bordul avionului sau platformei orbitale. Aceasta are

impact asupra tonului imaginii radar. Cu cât tonul este mai strălucitor cu atâr mai

mare este energia dispersată către antenă.

O măsură a intensităţii energiei dispersate înapoi către antenă de la un punct

ţintă este secţiunea radar. Aceasta este aria unei suprafeţe ipotetice care

dispersează energia radar egal în toate direcţiile şi care va înapoia aceeaşi

energie către antenă ca şi punctul ţintă. O măsură a energiei dispersate înapoi de

la o ţintă cu suprafaţă mare, cum ar fi un câmp, este coeficientul de dispersie

radar. Acesta este secţiunea radar medie pe unitatea de arie. Este o cantitate

adimensională şi variază pe câteva ordine de magnitudine exprimată ca de 10 ori

logaritmul său, în decibeli (dB). Coeficientul de dispersie radar este măsura

fundamentală a proprietăţilor radar ale suprafeţei şi determină tonul suprafeţei pe

imaginea radar.

3.1. Efectul atmosferei

Teledetecţia corpurilor cereşti cum sunt luna Io a lui Jupiter sau planeta

Marte consitutie deliciul geologilor. Amândouă au atmosfere foarte subţiri, aproape

transparente, cu excepţia momentelor de erupţii vulcanice, în cazul lui Io, sau a

furtunilor de praf, în cazul lui Marte. Virtual, pentru supraveghere este disponibil

întregul spectru al radiaţiei prin utilizarea unei mari varietăţi de senzori. Pentru

Pământ, însă, întreaga radiaţie trebuie să treacă printr-o atmosferă densă. Înainte

de a fi recepţionată de senzorul montat pe satelit, radiaţia solară trebuie să

străbată în jos atmosfera şi apoi să se întoarcă, tot prin aceasta, la senzor. Pentru

senzorii care măsoară radiaţia emisă de Pământ trecerea este una singură, dar şi

ea este afectată de unele perturbaţii.

12

Page 13: Teledetectie Curs 2

Pe lângă azot şi oxigen, atmosfera conţine cantităţi semnificative de vapori

de apă, ozon (O3), dioxid de carbon (CO2) şi urme de alte gaze. Toate aceastea

interacţionează cu radiaţia prin tranziţii de vibraţie şi de rotaţie al căror efect este

absorbţia energiei de la anumite lungimi de undă (fig. 4a). Absorbţia radiaţiei

solare de lungime de undă mică este unul din procesele ce duc la încălzirea

atmosferei.

Creşterea emisiei de CO2 industrial în atmosferă este sursa aşa-numitului

"efect de seră", care este un proces oarecum diferit. Principalul efect al dioxidului

de carbon în acest caz se manifestă la lungimi de undă mai mari, dominate de

radiaţia termală emisă de Pământ (fig. 2). Radiaţia termală emisă de Pământ este

absorbită de CO2 şi stocată temporar înainte de reemisia ei în spaţiu. Metanul şi

ozonul au un efect similar. Această "întârziere" în pierderea de căldură duce la

încălzirea atmosferei peste temperatura pe care ar atinge-o fără absorbanţii de

radiaţie termală.

La lungimi de undă mici benzile de absorbţie atmosferică sunt înguste, dar

cresc în lăţime în regiunile infraroşului şi microundelor. Figura 4b arată că 50

din spectrul de radiaţii nu poate fi utilizat pentru teledetecţia suprafeţei terestre din

cauză că niciuna din energiiile corespunzătoare nu poate penetra atmosfera. În

cazul razelor gama emise, doar prin zbor la foartă joasă altitudine acestea pot fi în

parte detectate. Este posibilă şi înregistrarea lungimilor de undă absorbite de

gaze, dar acest lucru este util doar în studii atmosferice.

O altă problemă a senzorului de teledetecţie, deşi pare ciudat, este cerul

albastru. Când ne uităm în sus într-o zi senină vom observa această culoare a

cerului, culoare pe care am putea-o observa şi dacă ne uităm de sus în jos.

Aceasta este cauzată de unul din fenomenele rezultate din dispersia radiaţiei de

către materialele din atmosferă. Tipul de dispersie se schimbă în funcţie de

mărimea particulelor responsabile. Acolo unde radiaţia interacţionează cu particule

mai mici decât lungimea de undă, cum sunt moleculele de oxigen şi azot, gradul

de dispersie este invers proporţional cu puterea a patra a lungimii de undă. Acest

fenomen este cunoscut ca dispersie Rayleigh, după descoperitorul său, Lord

Rayleigh. Relaţia arată că efectul dispersiei creşte dramatic la lungimi de undă

mici - de unde cerul albastru şi munţii albaştrii văzuţi de la distanţă. Efectul văzut

de deasupra suprafeţei Pământului este o inundare cu radiaţie albastră şi

ultravioletă reflectată, cu o componentă de dispersie foarte puternică şi o reducere

a contrastului.

13

Page 14: Teledetectie Curs 2

Când particulele atmosferice sunt similare ca mărime cu lungimea de undă a

radiaţiei, ca în cazul moleculelor gigant de apă sau praf, rezultă o dispersie Mie.

Aceasta afectează lungimile de undă mai mari decât lumina albastră şi este o

problemă în condiţii atmosferice de cer senin cu umiditate ridicată sau de praf.

Apusurile de soare roşii sunt atribuite efectului dispersiei Mie a prafului foarte fin

suflat din deşerturi sau particulelor microscopice de cenuşă şi picături de apă

acidă injectate în atmosferă de erupţiile vulcanice. Picăturile de aerosoli din nori şi

ceaţă care sunt mai mari decât cele mai mari lungimi de undă ale radiaţiei utilizate

în teledetecţie dispersează toate lungimile de undă din spectrul vizibil şi infraroşu.

Aerosolii sunt impenetrabili cu excepţia radiaţiei cu lungimi de undă mai mari de

100m - microunde şi radar. Chiar şi la astfel de lungimi de undă mari, ploaia

densă sau căderile de zăpadă pot cauza o dispersie nonselectivă ce poate fi

detectată şi chiar măsurată.

Într-o noapte clară stelele par să sclipească, aşa cum fac şi obiectele

îndepărtate într-o zi toridă. Aceste distorsiuni sunt produse de variaţiile de

temperatură din aer ce dau naştere la fluctuaţii în indicelui de refracţie al aerului şi

la o serie de anomalii optice. Aceleaşi efecte sunt prezente şi atunci când

Pământul este privit de sus. Licărirea atmosferică formează o importantă

constrângere asupra mărimii obiectelor ce pot fi detectate de teledetecţie, relativ la

puterea de rezolvare teoretică a fiecărui sistem.

Toate acestea au ca efect degradarea imaginilor de teledetecţie ale

Pământului, lucru ce nu poate fi evitat datorită existenţei atmosferei terestre.

Absorbţia atmosferică selectivă face ca să fie disponibile pentru supraveghere

doar câteva lungimi de undă (fig. 4b). Acele lungimi de undă care trec relativ

nedistorsionate prin aer reprezintă ferestre atmosferice şi ele determină cadrul în

care pot fi construite diferitele sisteme de teledetecţie. Figura 5a arată că energia

radiantă de la Soare este aproape nulă mai jos de 0,25m. În porţiunea 0,4 -

2,5m o bună parte a radiaţiei este reflectată de suprafaţă, funcţie de material,

permiţând astfel teledetecţia proprietăţilor radiaţiei reflectate. Aceasta este

regiunea de reflexie. Cel două ferestre dintre 3 - 5m şi 8 - 14m sunt dominate

de energia radiantă emisă de suprafaţa încălzită de Soare. Aceasta este regiunea

de emisie. Regiunea transparentă de dincolo de 1mm este regiunea microundelor.

Tehnicile de teledetecţie sunt diferite în aceste trei tipuri de regiuni funcţie de

fenomenul pe care îl contorizează.

14

Page 15: Teledetectie Curs 2

Fig. 4 Diversele gaze din atmosferă absorb energia solară în diferitele lungimi de undă prin tranziţii de vibraţie şi de rotaţie. Ca rezultat, curbele de iradianţă solară măsurate în afara spaţiului – curba de sus din (a) – şi la suprafaţă – curba de jos din (a) – sunt foarte diferite. Energia disponibilă pentru interacţiunile cu materia la suprafaţă se împarte în ferestre atmosferice discrete separate de benzi dominate de absorbţia atmosferică (în gri). În (b) sunt prezentate principalele ferestre atmosferice pentru porţiunea utilă din spectrul electromagnetic (EM) la scară logaritmică, în termen de procente transmise prin atmosferă. Aceste două grafice, împreună cu proprietăţile spectrale ale materialelor naturale, formează baza pentru construcţia sistemelor de teledetecţie.

O altă constrângere în design-ul sistemelor şi cel mai important factor în

strategia de teledetecţie este interacţiunea dintre radiaţie şi acele solide şi lichide

care constituie suprafaţa Pământului. Există trei componente importante: apa,

vegetaţia şi mineralele ce formează rocile şi solurile. Pentru geologi interacţiunea

cea mai importantă este cea dintre radiaţie şi roci şi soluri, dar deoarece ele conţin

apă sau pot fi acoperite cu vegetaţie, aceste din urmă materiale trebuie şi ele luate

în considerare.

15

Page 16: Teledetectie Curs 2

3.2. Interacţiunea radiatiei electromagnetice cu rocile şi mineralele

3.2.1. Comportamentul în domeniul vizibil-infraroşu apropiat

Rocile sunt ansambluri de minerale şi astfel spectrul lor este un amestec al

acelora a constituienţilor proporţional cu cantitatea lor. Mineralele la rândul lor

constau din ansambluri de elemente, legate impreună ca molecule prin diferite

tipuri de legături. Tranziţiile electronice din atomii înşişi necesită mai multă energie

decât tranziţiile de vibraţie din molecule. Astfel, primele caracterizează lungimile

de undă scurte, intervalul ultraviolet, în timp ce ultimele domină lungimile de undă

lungi din infraroşu apropiat (SWIR). Există totuşi suprapuneri între intervalele

acestor procese fundamentale.

Cele mai comune ingrediente ale rocilor şi mineralelor care le formează sunt

oxigenul, siliciul şi aluminiul, împreună cu diferite proporţii de fier, magneziu,

calciu, sodiu şi potasiu şi mici cantităţi de alte elemente. Atomii de oxigen, siliciu şi

aluminiu au orbite electronice în care nivelele de energie sunt de aşa natură încât

tranziţiile dintre ele au un efect slab sau nu au efect în intervalul vizibil şi infraroşu

apropiat. Spectrele mineralelor sunt dominate de efectele unor elemente mai puţin

comune şi de structurile moleculare în care ele sunt legate.

Atomii şi ionii izolaţi pot exista doar în stări energetice discrete. Absorbţia sau

emisia unei anumite lungimi de undă a radiaţiei electromagnetice are loc ca

schimbare de la o stare energetică la alta. Aceste schimbări se numesc tranziţii.

Valorile energetice ale stărilor electronice posibile pot fi calculate cu ajutorul

mecanicii cuantice şi a unor consideraţii teoretice, ce de asemenea permit

specificarea naturii fiecărui nivel energetic electronic. Când rezultatele unor astfel

de calcule sunt desenate pe o scară energetică, valoarea rezultantă constituie o

diagramă a nivelelor energetice ce caracterizează complet starea atomului sau

ionului.

Nivelele energetice caracteristice elementelor izolate se schimbă atunci când

ele sunt combinate în minerale datorită stărilor de valenţă ale ionilor lor, tipului de

legături şi relaţiilor lor cu alţi ioni (coordonarea lor). Anumiţi atomi aunci când sunt

implicaţi într-o construcţie solidă, cum este cea a unui mineral, fie drept

constituient sau ca impuritate, pot impărtăşi unul sau mai mulţi electroni ai lor cu

solidul ca întreg şi acei electroni nu mai sunt asociaţi unui anumit atom. Nivelele

energetice devin mai late, având un interval de valori, fiind astfel denumite "benzi

energetice" ale solidului, şi atomul din care provine devine ion. Toţi electronii

16

Page 17: Teledetectie Curs 2

ionului rezultat rămaşi legaţi de acesta au încă stări energetice cuantificate

asociate lor.

În cazul ionilor de pământuri rare, nivelele neumplute implică electroni mai

adânci, care sunt bine protejaţi de influenţele exterioare, astfel că nivelele lor

energetice în solid rămân aproape neschimbate faţă de cele ale ionului liber.

Pe de altă parte, pentru ionii metalelor de tranziţie fier, cupru, nichel, crom,

cobalt, magneziu, vanadiu, titan şi scandiu cei mai din exterior electroni determină

în principal localizarea nivelelor energetice şi deoarece ei nu sunt protejaţi pot fi

influenţaţi puternic de interacţiunea câmpurilor electrostatice ce înconjoară ionii.

Aceste câmpuri îşi au originea în anionii încărcaţi negativ şi grupurile dipolare, aşa

numiţii "lianţi" ce înconjoară ionii, şi poartă numele de câmpuri cristaline.

Schimbările induse în ion sunt dependente de tipul, poziţia şi simetria lianţilor

înconjurători. Pentru toate aceste elemente orbitele neumplute d au energii

identice în ionul izolat, dar când ionul este localizat într-un solid nivelele energetice

sunt despărţite şi deplasate de interacţiunea cu câmpul cristalin înconjurător.

Localizarea acestor nivele energetice este în principal determinată de starea de

valenţă a ionului (spre exemplu, Fe2+ sau Fe3+), numărul său de coordonare şi

simetria locului pe care îl ocupă.

Aranjamentul foarte diferit al nivelelor energetice pentru diferite câmpuri

cristaline duce la apariţia unui spectru destul de diferit pentru acelaşi ion. Totuşi,

nu toate tranziţiile posibile între aceste nivele pot apare la fel de puternic.

Informaţia legată de apariţia sau nu a unei anumite tranziţii este oferită de "regulile

de selecţie" din care cea mai pertinentă este cea legată de spinul electronului stării

implicate. Această regulă spune că tranziţiile permise produc trăsături intense în

spectru, în timp ce acelea interzise sunt complet absente sau produc trăsături

foarte slabe.

Cele mai frecvent întâlnite trăsături electronice în spectrul VNIR al

mineralelor (şi în consecinţă al rocilor şi solurilor) sunt datorate prezenţei fierului în

anumite forme.

Ionul feros Fe2+: Pentru un ion feros într-o poziţie perfect octaedrică există

un singur spin care să producă tranziţia creând astfel o singură trăsătură spectrală

în VNIR; atunci când însă dispoziţia octaedrică este distorsionată, câmpul suportat

de ion poate cauza ruperea în continuare a unor nivele, astfel că pot apare şi alte

tranziţii permise. În unele materiale, cum este olivina, ionii feroşi pot exista în două

17

Page 18: Teledetectie Curs 2

poziţii nonechivalente, şi tranziţiile în fiecare din aceşti ioni au o contribuţie

spectrală diferită.

Figura 5 prezintă spectrul de reflexie bidimensional al câtorva minerale ce

conţin ioni feroşi. Deoarece trăsăturile spectrale datorate fierului feros apar la

diferite lungimi de undă pentru diferite minerale, datele sunt legate în special de

natura poziţiei în care se găseşte ionul. În consecinţă, informaţia importantă legată

de structura generală a mineralului este oferită în acest mod oarecum indirect.

Acest tip de informaţie este extrem de valoroasă din punct de vedere al

teledetecţiei. Benzile în VNIR datorate tranziţiilor permise în ionul feros sunt

indicate în fig. 6 de o linie verticală ce localizează minimul benzii.

Spectrul superior din fig. 5 este acela al berilului (Be3Al2Si6O18). Banda

indicată este datorată ionului feros în coordonare şase localizat în poziţie aproape

perfect octaedrică Al3+, şi se datoreşte singurei tranziţii de spin permise (Grun-

Grzhimailo et al, 1962; Wood and Nassau, 1968).

Trăsăturile intense indicate în fig. 6 se datoresc toate tranziţiilor permise de

spin. Trăsăturile foarte slabe se datoresc tranziţiilor interzise de spin, exprimate

slab ca "umeri" ai trăsăturii largi de absorbţie responsabile de scăderea în

intensitate către lungimi de undă mai mici.

Fig. 5. Numărul şi poziţia trăsăturilor rezultate din tranziţiile electronice din mineralele cu fier depind de coordonarea ionilor de Fe2+ în structurilor moleculare ale mineralelor în discuţie. Specrele au fost decalate pe verticală pentru mai multă claritate. Benzile verticale gri indică benzile spectrale ale Landsat TM, unul dintre cele mai larg utilizate sisteme de teledetecţie

18

Page 19: Teledetectie Curs 2

De asemenea, deşi se pare că există o mare varietate de posibilităţi pentru a

distinge mineralele cu fier (fig. 5), în realitate ele sunt utile doar în laborator pe

minerale proaspete.

Transferul de sarcină sau tranziţia electronică interelement se referă la

procesele de absorbţie a energiei ce face ca un electron să migreze între ioni

învecinaţi sau între ioni şi lianţi. Deşi electronul este transferat, el rămâne localizat

în noua sa poziţie şi nu intră în banda de conducţie.

În structurile cristaline, un electron localizat în principal într-o orbită liantă

poate fi excitat pe o orbită localizată în principal în ionul metalic central sau vice-

versa. Astfel de transferuri pot apare între ionii vecini ai aceluiaşi metal cu stări de

valenţă diferite, astfel că procesul este esenţial unul de oxidoreducere fotochimică.

Acest lucru se întâmplă frecvent când perechi de ioni ca Fe2+ şi Fe3+, Mn3+ şi Mn2+

sau Ti3+ şi Ti4+ sunt aşezaţi alături unul de altul.

Trăsăturile spectrale ce apar ca rezultat al "transferului de sarcină" sunt de

obicei foarte intense, uzual de sute sau chiar mii de ori mai intense decât permit

tranziţiile câmpului cristalin; procesul este facilitat când apare o lipsă de echilibru

local de sarcină acompaniată de substituţia izomorfă cum este, spre exemplu,

înlocuirea Fe2+ şi Mg2+ de către Al3+ şi Fe3+ în silicaţii feromagnezieni (Burns,

1970).

În teren mineralele sunt asamblate în diferite proporţii în roci, astfel că

spectrele lor interferă şi, mult mai important, ele sunt rar proaspete, fiind acoperite

de cruste subţiri de produse de alterare. Deoarece radiaţia vizibilă şi infraroşie

apropiată (NIR) interacţionează doar cu primii câţiva microni ai suprafeţei, spectrul

mineralelor proaspete rar afectează radiaţia reflectată utilizată în teledetecţie.

Una dintre cele mai comune trăsături observate în spectrul materialelor

geologice terestre este descreşterea pronunţată în intensitatea spectrală de la

vizibil la ultraviolet, şi această scădere bruscă de intensitate este în mod particular

mai evidentă în spectrul mineralelor de alteraţie în care sunt prezenţi fierul şi

oxigenul.

Deoarece se află la limita dintre vizibil şi ultraviolet este dificil de spus dacă

trăsătura observată în vizibil reprezintă aripa (panta) unei benzi de transfer de

sarcină sau limita benzii de conducţie.

19

Page 20: Teledetectie Curs 2

Un alt tip de tranziţie electronică rezultă din prezenţa în ionii metalici a

electronilor care au suficientă energie pentru a nu fi puternic legaţi de un anume

ion şi se pot transfera de la un ion la altul. Aceasta este proprietatea ce explică

conductivitatea electrică mare a metalelor. În minerale poate apare o tranziţie

similară numită transfer de sarcină. Ea este indusă de energia din intervalele de

bandă înguste ale radiaţiei, creând trăsături de absorbţie. Cel mai comun transfer

de sarcină este implicat în migrarea electronilor de la fier la oxigen, şi are ca

rezultat o bandă largă de absorbţie la lungimi de undă mai mici de 0,55m. Este

comună tuturor mineralelor ce conţin fier şi este responsabilă pentru scăderea

abruptă a reflectanţei către limita albastră a spectrului. Cel mai notabil efect este

observat la oxizii şi hidroxizii de fier (fig. 6) şi este motivul pentru care aceste

minerale şi rocile ce le conţin sunt colorate în galben, orange, roşu şi brun. Astfel

de minerale formează principalii coloranţi în rocile alterate. Şi ele prezintă absorbţii

legate de câmpul cristalin, cea mai proeminentă fiind în jur de 0,8 - 0,9m. Aşa

cum se vede în figura 9, localizarea şi forma acestor benzi variază subtil de la un

mineral la altul, ajutând astfel la deosebirea între aceste minerale importante.

Când magnetitul este oxidat la hematit (-Fe2O3) spectrul se schimbă afişând

o limită de bandă aparentă în apropiere de 0,7m, şi în geothit FeO (OH),

această margine nu se extinde mai mult în vizibil.

Fig. 6 Oxizii şi hidroxizii de fier prezintă în spectrele lor de reflexie trăsături de absorbţie rezultate din transferul de sarcină Fe-O şi din efectele câmpului cristalin. Substituţia fierului în mineralele argiloase suprapune trăsături similare peste spectrele argilelor.

20

Page 21: Teledetectie Curs 2

Centrii de culoare. Un număr limitat de materiale colorate, în special halitele,

prezintă trăsături spectrale în vizibil ce nu pot fi explicate prin chimismul lor sau

prin prezenţa impurităţilor, ci sunt cauzate de prezenţa fenomenului electronic

numit "centrii de culoare".

Iradierea unui cristal perfect cu un câmp potenţial complet periodic nu va

avea un efect permanent pentru că imediat ce radiaţia este îndepărtată, electronii

excitaţi se vor întoarce la locurile încărcate pozitiv pe care le-au lăsat vacante. În

cristalele reale, totuşi, defectele de reţea existente disturbă periodicitatea; aceste

defecte pot produce nivele energetice discrete în care pot cădea electronii excitaţi,

şi astfel de electroni pot deveni legaţi de defect.

Există multe tipuri diferite de defecte şi ele au fost studiate intens, dar cel mai

comun centru de culoare poartă numele de "centru-F".

Trăsăturile spectrale datorate centrelor de culoare în cristalele naturale sunt

ilustrate în trei spectre ale fluoritului prezentate în fig. 7. Culorile mostrelor de

fluorit au fost galben, roşu şi albastru.

Fig. 7 Spectrele a trei mostre de fluorit diferit colorate, ilustrând trăsături datorate prezenţei centrelor de culoare din mineral.

În unele reţele periodice, nivelele energetice discrete ale învelişului electronic

exterior al ionilor ce compun reţeaua se lăţesc în benzi energetice din cauza

21

Page 22: Teledetectie Curs 2

vecinătăţilor. Sunt de aceea două benzi în care pot exista electronii: o regiune de

energie mare numită "bandă de conducţie" şi o regiune de energie scăzută numită

"bandă de valenţă". Între aceste două benzi energetice este o zonă de energie pe

care electronii nu o adoptă , ce poartă numele de "bandă interzisă" sau gap.

Metalele au o conductivitate înaltă, indicând o abundenţă de electroni liberi.

Ele prezintă un gap îngust, aproape inexistent. În acest caz benzile de conducţie

şi de valenţă se ating.

În materialele dielectrice, pe de altă parte, electronii de valenţă sunt atât de

strâns legaţi că sunt necesare mari cantităţi de energie pentru ca ei să fie liberi;

banda de conducţie nu începe decât în regiunea ultravioletă. Dielectricele de

obicei au benzi interzise largi.

Fig. 8 Spectrele a patru minerale care ilustrează tranziţia ascuţită dintre absorbţia intensă şi transparenţa din minerale care afişează trăsături datorate benzii interzise şi benzii de conducţie. În spectrul de jos, marginea de tranziţie apare în infraroşu mediu.

În semiconductori lăţimea benzii interzise este intermediară între metale şi

dielectrici şi limita de conducţie este marcată de apariţia unei margini intense de

absorbţie în VNIR. Panta acestei margini este o funcţie de puritatea şi

cristalinitatea materialului. În anumite materiale, limitele granulelor, defectele de

reţea, lipsa periodicităţii şi impurităţile compoziţionale, toate operează pentru a

22

Page 23: Teledetectie Curs 2

produce margini de absorbţie mai abrupte decât cele observate în cristalele

singulare pure.

Figura 81 prezintă spectrul a patru minerale, trei dintre ele sulful (S), realgar

(HgS) şi stibina (Sb2S3) au limite de absorbţie bine definite, marcând tranziţia

dintre absorbţia intensă din banda de conducţie la lungimi de undă mai mici,

pentru a completa transmisia din banda interzisă de la lungimi de undă mai mari.

Cel de-al patrulea spectru mineral, arsenopirita (FeAsS), prezintă bandă de

conducţie ce se extinde pe întreg intervalul VNIR.

Tranziţiile de vibraţie. Mişcările aparent dezordonate ale oricărui sistem

vibraţional sunt date de mişcări simple, restrânse numeric, numite normale sau

fundamentale. Pentru un sistem de N particule există 3N-6 moduri normale. Deci

numărul şi forma vibraţiilor normale şi valorile nivelelor energetice permise pentru

orice material sunt determinate de numărul şi tipul atomilor lor constituenţi,

geometriei lor spaţiale şi magnitudinii forţelor de legătură dintre ei.

Orice vibraţie normală are un număr cuantic i asociat lui şi o frecvenţă

normală i. Vibraţia i este de obicei descrisă în termeni ai mişcării implicate.

Pentru molecula de apă, care are doar trei moduri normale, legătura OH este

desemnată de 1 sau OH; legătura HOH de 2 şi asimetria OH de 3.

Atunci când un mod fundamental este excitat cu două sau mai multe cuante

de energie apar supratonurile ce produc o bandă la de două ori (sau multiplii

întregi ai valorii) frecvenţa fundamentală (de exemplu: 21, 31, 41). Când apar

două sau mai multe fundamentale sau supratonuri diferite, trăsăturile de

supratonuri sunt o combinaţie de tonuri.

Energia necesară pentru a excita modurile fundamentale ale tuturor

materialelor importante geologic se găseşte în regiunile infraroşu mijlociu şi

îndepărtat. Toate fundamentalele siliciului, aluminiului sau magneziului asociate cu

oxigenul apar în apropiere de 10m sau la lungimi de undă mai mari. Primele

supratonuri ale acestor fundamentale, care ar trebui să fie mai intense în

apropiere de 5m sau la lungimi de undă mai mari, nu sunt observate.

În partea infraroşie (SWIR) a spectrului cele mai importante tranziţii

vibraţionale în minerale sunt cele asociate cu prezenţa ionilor OH-, a moleculelor

de apă legate în structură sau a celor prezente în incluziunile fluide. Moleculele de

apă au trei tranziţii de vibraţie fundamentale datorate extensiei legăturii H-O-H de

la 3,11m şi 2,90m şi comprimării acestei legături de la 6,08m. Datorită

supratonurilor şi combinaţiilor de tonuri se produc trăsături de absorbţie la 1,9m,

23

Page 24: Teledetectie Curs 2

1,4m, 1,14m şi 0,94m, care sunt elementele de diagnostic pentru prezenţa

moleculelor de apă în minerale (fig. 9). Aceste trăsături sunt complet acoperite,

totuşi, de efectele aproape identice ale vaporilor de apă din atmosferă şi sunt utile

doar pentru situaţii de laborator.

Fig. 9 Minerale care conţin apă legată chimic au trăsături distincte de absorbţie apropiate de lungimile de undă teoretice ale supratonurilor tranziţiilor de extensie ale legăturii H-O-H. Niciuna dintre trăsături nu este dată de sulfaţi cum este gipsul, legat de ionii SO2-

4. Spectrele sunt decalate pe verticală.

Fig. 10 Curbarea legăturilor Al-OH şi Mg-OH din mineralele argiloase şi mice produce trăsături specifice de absorbţie în spectrele acestora. Împreună cu alte trăsături ale spectrelor, ele formează un mijloc puternic de deosebire a acestor minerale care sunt produse importante ale proceselor hidrotermale şi sedimentare. Spectrele sunt decalate pentru claritate

24

Page 25: Teledetectie Curs 2

Mulţi silicaţi şi minerale de alterare conţin ioni hidroxil (OH-) în structura lor

moleculară, pentru care există o singură tranziţie de extensie a legăturii O-H la

2,7m. Aceasta poate forma supratonuri în combinaţie cu alte tranziţii, cea mai

importantă fiind tranziţia implicând distorsiunea legăturilor metal-hidroxil Mg-OH şi

Al-OH ce produce trăsături de absorbţie în apropiere de 2,3m şi 2,2m.

Astfel de trăsături sunt proeminente în micele aluminoase şi mineralele

argiloase (fig. 10) şi trăsăturile dominante ale mineralelor hidroxilate ce conţin

magneziu, cum sunt talcul, cloritele, serpentinitele şi argilele bogate în magneziu

(saponite). Dovedind că trăsăturile de absorbţie pot fi rezolvate, aceste

caracteristici spectrale formează un mijloc important de deosebire între tipurile de

roci diferite chimic.

Tranziţii de vibraţie similare şi armonice ale acestora caracterizează şi

mineralele carbonatice. Ele derivă din extensia şi comprimarea legăturii C-O în

ionul CO32-. Ele creează un număr de trăsături de absorbţie în SWIR din care cea

din jurul a 2,3m este cea mai proeminentă (fig. 11). Acea trăsătură de la 2,55m

se află în afara feresteri atmosferice.

Fig. 11 Tranziţiile de vibraţie date de legăturile C-O produc trăsături de absorbţie în spectrele de reflexie ale carbonaţilor şi mineralelor argiloase. Cea mai importantă este cea din apropiere de 2.35m, care în general poate face distincţia dintre carbonaţi şi mineralele argiloase.

Trăsăturile ce apar în spectrul NIR între 1,6m şi 2,5m sunt rezultatul

supratonurilor sau combinaţiilor vibraţiilor interne ale ionului carbonat. Astfel de

trăsături sunt de obicei destul de uşor de distins. Carbonaţii nu sunt asociaţi de

obicei cu apa, astfel trăsăturile intense ale apei sunt frecvent absente.

Există şase moduri fundamentale ale ionului planar CO32-. Deoarece există

două moduri degenerate, vom avea patru frecvenţe fundamentale în loc de şase.

Ele sunt 1, extensia total simetrică C-O care este inactivă în infraroşu; 2, modul

25

Page 26: Teledetectie Curs 2

de legare în afara planului, ce apare la 11,36m; 3 modul de extensie asimetic C-

O destul de degenerat ce apare în apropiere de 7,0m şi 4 modul de extensie

asimetric C-O ce apare la aproximativ 14m.

În NIR carbonaţii de obicei afişează o serie de cinci benzi foarte

caracteristice, primele două dintre ele, de la lungimi de undă mai mari, sunt clar

dublate şi sunt considerabil mai intense decât cele trei de la lungimi de undă mai

mici care, în general, au "umeri" în părţile lor de la lungimi de undă mai scurte.

Dublarea poate fi explicată în termeni de ridicare a degenerărilor.

Benzile afişate în spectrul calcitului (CaCO3) (fig. 14) pot fi atribuite

următoarelor supratonuri sau combinaţiilor de tonuri: 1+22 în apropiere de

2,55m; 33 în apropiere de 2,35m; 1+23+4 sau 31+24 în apropiere de

2,16m; 21+23 în apropiere de 2m şi 1+33 în apropiere de 1,9m.

Spectrul ambligonitului (Li, Na)4 Al4 (PO4)4 (F, OH)4 prezintă trăsături

atribuite grupului P-O-H. În fosfaţi, arsenaţi şi vanadaţi ionii izolaţi XO43- nu ne dau

fundamentale la lungimi de undă suficient de mici astfel că frecvenţele

supratonurilor sau combinaţiilor de tonuri nu sunt suficient de intense pentru a fi

detectate în NIR. Trăsăturile indicate în ambligonit se datoresc mişcării ce implică

grupul P-O-H. Berry (1968) a determinat prin tehnici cu deuteriu că benzile din

apropiere de 3,39m, 4,22m şi 5,88m sunt datorate într-adevăr vibraţiilor P-O-

H. Combinaţiile acestor trăsături dau benzile din fosfatmonohidratat de calciu în

poziţiile echivalente cu cele din spectrul ambligonitului.

Trăsătura din spectrul colemanitului (Ca2B6O115H2O) poate fi datorată

supratonurilor ionului BO33- exact în acelaşi mod în care au fost explicate vibraţiile

CO32- din spectrul carbonaţilor. De asemenea, structura moleculară a boraţilor

metalici nu este în general bine înţeleasă, ca şi trăsăturile din spectrele unor boraţi

bine caracterizaţi cu structuri de aragonit şi calcit.

Deşi partea reflectivă a spectrului are un potenţial limitat de discriminare a

rocilor, trăsăturile de diagnostic sunt suficiente datorită efortului depus în

imbunătăţirea construcţiei senzorilor ce captează datele prin creşterea rezoluţiei

spectrale suficient de mult pentru a putea separa diversele trăsături. Benzile largi

ale Landsat TM, puse în evidenţă în figurile de la 10 la 14 sunt capabile să

detecteze aceste trăsături dar nu fac o discriminare între mineralele hidroxilate şi

cele carbonatate.

26

Page 27: Teledetectie Curs 2

3.2.2. Comportamentul în domeniul infraroşu termal

Caracteristicile spectrale ale solidelor anorganice în domeniul infraroşu

termal sau mediu din spectrul electromagnetic sunt în întregime rezultatul

proceselor de vibraţie, iar cele mai intense trăsături sunt cauzate de excitarea

modurilor fundamentale.

În acest domeniu există mai multe colecţii de caracteristici spectrale ale

mineralelor şi rocilor determinate de Lyon (1962), Hunt şi Salisbury (1970, 1971,

1972, 1973, 1974, 1975, 1976) şi Salisbury et al. (1987, 1988) şi câteva colecţii ce

pot fi accesate pe Internet sau care sunt incluse în programele de prelucrări de

imagini, cum este ERDAS Imagine.

În această parte din spectru radiaţia emisă de Pământ atinge un vârf şi există

o fereastră atmosferică între 8 şi 14m ce permite radiaţiei să fie sesizată de la

distanţă. Un corp negru ideal, din care energia totală emisă şi distribuţia sa între

diferitele lungimi de undă este guvernată de legile lui Stefan-Boltzmann şi Wien,

are un spectru de emisie de formă distinctă (fig. 2), dar nu trăsături spectrale. O

măsură a deviaţiei materialelor naturale de la ideal este emisivitatea lor (e) -

raportul între emitanţa radiantă a materialului respectiv pentru o anumită lungime

de undă () la o anumită temperatură şi cea a corpului negru. Un corp gri are o

emisivitate constantă mai mică de 1,0 pentru toate lungimile de undă. Mare parte

din materialele naturale, totuşi, au emisivităţi ce variază cu lungimea de undă. Ele

sunt radiatori selectivi deoarece tranziţiile de vibraţie ale legăturilor din structura

lor moleculară limitează emisia la lungimi de undă caracteristice. Cuarţul este un

bun exemplu, după cum arată fig. 12. El radiază aproape ca un corp negru până la

6m, dar deviază de la ideal la lungimi de undă mai mari.

Deoarece emiţătorii buni sunt şi buni absorbanţi ai radiaţiei, emisivităţile lor

sunt egale cu absorbtivităţile. Ultima este dificil de măsurat şi relaţia dintre cele

două, cunoscută ca Legea lu Kirchhoff, după iniţiatorul ei, poate fi transformată

utilizând ecuaţia:

(9)

27

Page 28: Teledetectie Curs 2

Fig. 12 Spectrul de emisie al cuarţului, la 600 K se abate de la un corp negru perfect datorită unei trăsături puternice induse de către extenisa legăturii Si-O. Din aceast motiv cuarţul este un radiator selectiv şi nu un corp negru.

Fig. 13 Datorită diferenţelor în structura silicaţilor, poziţiile picului şi „umărului” de la lungimi de undă mai mici ale extensiei Si-O (săgeţile) sunt diferite în spectrele infraroşu mediu ale mineralelor silicatice. Spectrele sunt obţinute din experimente prin utilizarea energiei transmise, dar sunt asemănătoare în cazul emisiei. Pentru claritate spectrele au fost decalate.

Depresiunea din curba de emitanţă a cuarţului dintre 8 şi 9m este

rezultatul vibraţiilor extensionale ale legăturii Si-O. Aceasta şi structurile spectrale

legate de ea sunt bine evidenţiate de spectrul de transmisie, şi ele apar atât în

silicaţi (fig. 13), cât şi în nonsilicaţi (fig. 14) deoarece mare parte din minerale au

legături chimice cu energii de vibraţie în regiunea infraroşu termal, şi emisia este

posterioară la o energie ce coincide cu fiecare vibraţie a legăturii. Cea mai

importantă trăsătură în spectrul familiei silicaţilor (fig. 13) este aceea că minimul

principal de absorbţie se deplasează în acord cu tipul structurii silicatice implicate.

La fel se întâmplă şi cu vârful minimului de absorbţie de la marginea

lungimilor de undă scurte. O explicaţie parţială a acestui lucru este aceea că în

28

Page 29: Teledetectie Curs 2

silicaţii cu diferite structuri tetraedrul SiO4 împarte oxigenul în diferite moduri.

Avantajul pentru geologi este că deplasarea vărfului de la lungimi de undă mici şi

a principalului minim către lungimi de undă mai mari corespunde cu tranziţia de la

minerale felsice către cele mafice.

Fig. 14 Spectrele unor non-silicaţi în părţile infraroşu mediu şi termal ale spectrului electro-magnetic ce prezintă modele complet diferite de trăsături de absorbţie faţă de silicaţi. Ele sunt, de asemenea, şi foarte diferite unele de altele sugerând marele potenţial al teledetecţiei în deosebirea litologică a radiaţiei termale emise. Spectrele sunt decalate pentru claritate.

În această regiune a spectrului, tranziţiile vibraţionale în nonsilicaţi produc

trăsături spectrale diferite de cele ale silicaţilor (fig. 14). Cele mai importante sunt

acelea asociate carbonaţilor şi oxizilor de fier care sunt atât de distincte încât

cantităţi mici de aceşti nonsilicaţi în roci dominant silicatice alterează drastic

spectrul. Într-adevăr, calcarele şi rocile ce conţin fier se pot distinge uşor unele de

altele, ca şi faţă de rocile silicatice, în această parte a spectrului.

Energia totală emisă de roci în regiunea infraroşu termal este legată de

temperatura lor. Presupunând legea lui Stefan-Boltzman este posibil să calculăm

temperatura radiantă a suprafeţei din emitanţa totală radiată. Temperatura unei

roci este dată de contribuţia a două surse de energie: căldura internă a

Pământului şi energia solară absorbită în timpul zilei. În timpul unui ciclu de 24 ore

temperatura suprafeţei variază, încălzindu-se către un maxim în cea mai

călduroasă parte a zilei şi răcindu-se prin radiere către un minim chiar înaintea

zorilor (fig. 15). Extremele şi rata acestei variaţii depinde de absorbţia materialului,

transmitanţă şi capacitate termică. Aceste variabile pot fi exprimate empiric prin

inerţia termică; o măsură a răspunsului materialului la schimbările de temperatură,

29

Page 30: Teledetectie Curs 2

răspuns ce este dependent de timp. O rocă cu inerţie termică mare seîncălzeşte şi

se răceşte lent, prezentând astfel un interval îngust de variaţie a temperaturii

diurne. Cele cu inerţie termică scăzută prezintă fluctuaţii mari ale temperaturii într-

un ciclu de 24 de ore.

La 300K suprafaţa Pământului emite radiaţii în regiunea lungimilor de undă a

microundelor ca şi în infraroşu, deşi intensitatea scade pe măsura creşterii lungimii

de undă. Atmosfera absoarbe mare parte din energia din intervalul 14m - 1mm.

Totuşi, în regiunea microundelor, pentru care atmosfera este transparentă,

intensităţile sunt încă destul de mari pentru a putea fi măsurate de sistemele de

teledetecţie pasive. Un semnal detectat deasupra suprafeţei va include

componente emise de suprafaţă, emise de atmosferă şi transmise de sub

suprafaţă. Această ultimă componentă este posibilă deoarece rocile şi solurile au

transmitanţe mai mari la aceste lungimi de undă decât au în partea vizibilă şi

infraroşie a spectrului. Deci teledetecţia pasivă de microunde este capabilă să

ofere informaţii despre materialele îngropate ca şi despre cele de suprafaţă.

Fig. 15 Materialele cu inerţie termică mare, cum sunt metalele, prezintă un interval mic de variaţie a temperaturii diurne deoarece ele se încălzesc şi se răcesc încet. Acele materiale ce au inerţie termică scăzută, cum sunt solurile, se încălzesc şi se răcesc rapid, astfel că ele ating un maxim de tempera-tură în timpul zilei şi un minim în timpul nopţii.

Spectrele rocilor sunt compuse din acelea ale mineralelor constituiente.

Funcţie de structura şi compoziţia acestor minerale ele pot fi detectate dacă sunt

suficient de abundente şi trăsăturile lor spectrale sunt suficient de puternice.

Spectrele rocilor ilustrează faptul că trăsăturile ce se datoresc componenţilor

minerali sunt deplasaţi ca lungime de undă sau sunt degradate prin amestecul cu

alţi componenţi ce formează roca. Trebuie avută grijă în interpretarea spectrelor

rocilor, în special când diferiţii compuşi produc trăsături în aceleaşi regiuni; trebuie

de asemenea avută grijă în extrapolarea informaţiei obţinute din spectrele

înregistrate de la suprafeţele rocilor cu compoziţie foarte diversă. Spectrele pot

30

Page 31: Teledetectie Curs 2

oferi doar informaţii legate de compoziţia stratului de suprafaţă, care pentru

energia din vizibil şi infraroşu apropiat are o grosime de ordinul milimetrilor.

Deoarece amestecul de minerale ce formează rocile nu face nimic pentru a

altera forma spectrului real al fiecărui constituient mineral (cu excepţia graniţelor

granulelor minerale în care reţeaua cristalină poate fi deformată), spectrul rocii

este întrucâtva o combinaţie a spectrelor reale ale constituienţilor săi. Totuşi,

intensitatea trăsăturilor minerale ce apar în spectrul rocii reflectă nu doar

concentraţia în acel mineral, ci şi accesibilitatea radiaţiei. Spre exemplu, mineralul

de interes înclus în componente minerale transparente va oferi trăsături mai

intense în spectrul rocii decât dacă el ar fi înconjurat de componenţi opaci. În

consecinţă, interpretarea spectrelor rocilor pentru scopuri analitice trebuie

realizată cu mare grijă. În situaţiile teledetecţiei, eterogenitatea condiţiilor

compoziţionale şi fizice din unitatea de arie minimă introduce probleme severe în

interpretare.

În intervalul 8-14m spectrele de emisie ale mineralelor silicatice conţin un

minim larg de absorbţie şi trăsături asociate datorate extensiei legăturii Si-O.

Poziţia acestui minim şi forma umerilor său sunt controlate de coordonarea

siliciului cu oxigenul. Pe măsură ce proporţia de siliciu din silicaţi creşte, trăsătura

de absorbţie se mută către lungimi de undă mai mici. Deoarece clasificarea

silicaţilor se face funcţie de coordonarea Si-O, această deplasare este un potenţial

mod de discriminare a silicaţilor prin intermediul teledetecţiei. Trăsături similare

caracterizează carbonaţii (extensia legăturii C-O), mineralele cu fier (Fe-O),

Mineralele argiloase (Si-O-Si, Si-O, Al-OH) şi diverse alte grupe de minerale.

Bogăţia de trăsături spectrale diverse şi controlate compoziţional din partea

infraroşie termală a spectrului sugerează o aplicare cu succes a analizei

multispectrale pe intervalul 8-14m.

Aceasta este regiunea cea mai probabilă să ofere un mijloc de discernere

directă între tipurile de roci, deoarece cele mai proeminente trăsături sunt legate

direct de mineralele formatoare de roci şi mai puţin de componenţii minori cum

sunt limonitul şi mineralele argiloase. Figura 16 prezintă spectrele pentru un

interval larg de roci magmatice şi sedimentare.

31

Page 32: Teledetectie Curs 2

Fig. 16 Aceste spectre de transmisie în infraroşu termal ale unor roci magmatice şi sedimentare depind de compozitia minerală a fiecărei roci (fig. 13 şi fig. 14). Liniile verticale indică benzile spectrale detectate de TIMS (Thermal Infrared Multispectral Scaner). Curbele sunt decalate pentru a li se putea observa forma (Kahle şi Rowan, 1980)

În ciuda puternicei atracţii exercitate de datele termale multispectrale,

dificultăţile în separarea benzilor înguste în regiunea emisivă nu au permis decât

două dispozitive experimentale de obţinere a imaginilor – TIMS şi Geoscan.

Ambele operează doar aeropurtat.

32

Page 33: Teledetectie Curs 2

Un dispozitiv satelitar multspectral este ASTER care se află la bordul

satelitului TERRA lansat în decembrie 1999 si care încorporează 14 benzi

spectrale înguste (tabelul 2).

Tabelul 2 Benzile spectrale acoperite de 5 sisteme spaţiale de teledetecţie utile în geologie

Landsat AVHRR SOPT JERS-1 ASTER

Banda Interval

(m)

Banda Interval

(m)

Banda Interval

(m)

Banda Interval

(m)

Banda Interval

(m)

MSS1

MSS2

MSS3

MSS4

MSS

TM1

TM2

TM3

TM4

TM5

TM6

TM7

0.5-0.6

0.6-0.7

0.7-0.8

0.8-1.1

10.4-12.6

0.45-0.52

0.52-0.6

0.63-0.69

0.76-0.9

1.55-1.75

10.4-12.5

2.08-2.35

1

2

3

4

5

0.58-0.68

0.73-1.10

3.55-3.93

10.5-11.5

11.5-12.5

XS1

XS2

XS3

P

0.5-0.59

0.61-0.68

0.79-0.89

0.51-0.73

1

2

3

4 (stereo)

5

6

7

8

0.52-0.6

0.63-0.69

0.76-0.86

0.76-0.86

1.60-1.71

2.01-2.12

2.13-2.25

2.27-2.4

1

2

3 (stereo)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0.52-0.6

0.63-0.69

0.76-0.86

1.600-1.700

2.145-2.185

2.185-2.225

2.235-2.285

2.295-2.365

2.360-2.430

8.125-8.475

8.475-8.825

8.925-9.275

10.25-10.95

10.95-11.65

Teoretic, alegând o combinaţie propice de benzi pe baza spectrelor de

laborator şi a unor rapoarte de benzi bine alese, ar trebui să putem pune în

evidenţă efectele diverselor minerale. În practică, radianţa emisă de suprafaţă este

dominată de temperatură şi deci de topografie, albedo şi inerţia termică. Există un

înalt grad de corelaţie între benzile termale. Imaginile color compozite ale benzilor

brute sau ale rapoartelor de benzi, chiar şi cu îmbunătăţirea contrastului, sunt

foarte slabe. Cea mai bună abordare este utilizarea filtrării de decorelaţiei.

Aceasta exploatează spaţiul color şi produce imagini în care culorile pot fi legate

de spectrele de laborator şi interpretate în termeni de diferite tipuri de roci.

33

Page 34: Teledetectie Curs 2

Fig. 17 Scăderea conţinutului în silice din rocile magmatice (şi din câteva roci metamorfice cu aceeaşi compoziţie) are ca rezultat deplasare progresivă a trăsăturii extensive de absorbţie a legăturii Si-O către lungimi de undă mai mari în spectrul de emisie termală. Poziţia canalelor TIMS sugerează faptul că studiile în domeniul termal pot fi un mijloc foarte putenic de cartare geologică în terenuri cristaline. Spectrele sunt decalate pe verticală pentru a le putea fi obsevată mai bine forma (Vickers şi Lyon, 1967)

Lucrările experimentale pe un număr de zone test au pus în evidenţă

rezultate interesante, unele dintre ele sunt prezentate în fig. 18 şi 19. Se pare că

există două roluri majore ale acestei abordări. Primul este legată de rocile

magmatice care bineînţeles conţin diverse minerale silicatice. Figura 17 prezintă

deplasarea progresivă a trăsăturii extensiei legăturii Si-O în spectrele rocilor către

lungimi de undă mai mari pe măsură ce conţinutul general în silice descreşte.

Figura 22 prezintă cât de puternică este această abordare. Dacă rocile ultrabazice

sunt prezente în zonă sunt posibile şi rezultate mai bune. Cealaltă abordare se

concentrează pe diferenţele în spectrele cuarţului, mineralelor argiloase şi

carbonaţilor şi efectele lor asupra signaturilor rocilor sedimentare. Figura 22 oferă un

exemplu de discriminare a rocilor sedimentare prin utilizarea acestei metode.

34

Page 35: Teledetectie Curs 2

Fig. 18 (a)este o imagine fals-color a benzilor TMS 5,3,1, afişate ca R,G,B după o ajustare a contrastului componenţilor principali şi rerotaţia în spaţiul datelor originare. (b) este o imagine compozită de culori mediate a reflectanţelor 1.6-2.2m (roşu), 1.6-0.48m (verde) şi 0.6-1.1m (albastru) unui scaner mltispectral aeropurtat. Imaginea TIMS este mult mai bună decât imaginea mediată în distingerea tufurilor, bazaltelor, carbonaţilor şi siltitelor, plus exemple de iviri îmbogăţite în minerale argiloase. Imaginea mediată este mai utilă în separarea depozitelor aluviale. Aria ce conţine roci ce au suferit două tipuri de alterare în timpul activităţii hidrotermale şi mineralizaţiei într-o zonă circulară ce apare în ambele imagini în nuanţe de roşu. În imaginea mediată părţile bogate în argile ale zonei de alterare are un raport 1.6/2.2 ridicat şi apare în roşu strălucitor. Cele cu un conţinut ridicat de fier şi un raport 1.6/0.48 ridicat apar în verde. Rocile silicifiate şi-au pierdut conţinutul în argilă şi apar în roşu închis, maro şi albastru. Petecele galbene reflectă zone bogate atât în fier cât şi în minerale argiloase. Imaginea TIMS exprimă aceste variaţii în mod oarecum diferit, iar culorile sunt afectate în special de conţinutul în silice – cuarţ sau opal. Rocile silicifiate sunt de culoare portocaliu aprins şi rocile opalizate bogate în argilă sunt magenta. Ambele tipuri de imagini se completează reciproc în cercetarea acestor tipuri de depozite minerale. (Anne B. Kahle, Jet Propulsion Laboratory Pasadena- Drury S., 2001)

Fig. 19 Această imagine TIMS a fost realizată în acelaşi mod ca cea anterioară. Ea este o parte din bazinul sedimentar mezozoic Wind River, Wyoming, SUA. Datorită trăsăturilor spectrale din infraroşu mediu, sedimentele bogate în silice apar în nuanţe de la roşu la roşu-oranj, iar carbonaţii în verde şi verde-albăstrui. Carbonaţii conţin petece sporadice şi strate discontinue de gresii roşii. Rocile arenitice în culori strălucitoare din partea stângă îşi datoresc variaţiile de culoare (roz, verde, galben) proporţiilor variabile de carbonaţi şi silice din cimentul lor. (Anne B. Kahle, Jet Propulsion Laboratory Pasadena- Drury S., 2001)

35

Page 36: Teledetectie Curs 2

3.3. Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu vegetaţia

Funcţie de climat şi de solurile care pot proveni direct din rocile subiacente

(bedrock) sau au fost transportate, vegetaţia poate prezenta variaţii legate de

geologie. Plantele utilizează energia solară pentru a converti apa şi dioxidul de

carbon în carbohidraţi şi oxigen în procesul de fotosinteză. Modul în care fac acest

lucru are o mare influenţă în interacţiunea lor cu radiaţia. Fiind organisme vii

metabolismul lor este puternic dependent de sistemele vasculare pe bază de apă

şi de structurile celulare. Abundenţa apei în structura lor de aceea controlează şi

această interacţiune cu radiaţia.

Catalizatorul pentru fotosinteză este pigmentul clorofilă, o proteină complexă

ce conţine fier. Clorofila absoarbe radiaţia solară pentru a creşte nivelele

energetice ale electronilor şi astfel de a duce la pomparea de protoni de-a lungul

membranelor celulare, baza metabolismului lor. Acest lucru se realizează prin

absorbţia benzilor din apropiere de 0,45m şi 0,68m - în părţile albastră şi roşie a

spectrului vizibil (fig. 20).

Fig. 20 Curba tipică a reflectanţei spectrale a unei frunze ce arată efectul puternic al absorbţiei date de clorofilă în partea vizibilă a spectrului, eficienţa reflexiei în infraroşu apropiat datorată celulelor frunzei şi trăsăturile de absorbţie distincte ale apei conţinute în structura sa. Pentru comparaţie este desenat un spectru tipic pentru apă şi sol.

Acesta este motivul pentru care mare parte din frunzele sănătoase apar

verzi. În afară de trăsăturile sale de absorbţie, clorofila poate fi făcută să emită

36

Page 37: Teledetectie Curs 2

lumină, prin fenomenul de fluorescenţă, în două benzi înguste de lângă 0,69m şi

0,74m dacă este iluminată cu un fascicul puternic de lumină laser. Aceasta este

baza unor tehnici speciale laser de teledetecţie utilizate pentru determinarea

conţinutului de clorofilă al frunzelor sau planctonului. Clorofila, totuşi, este instabilă

peste 70C. Pentru a o proteja de variaţiile termice plantele au dezvoltat mijloace

de a echilibra energia prin reflexia puternică a radiaţiei infraroşu apropiate, parţial

prin învelişul lucios al frunzelor, dar în special de către celulele interne. Structura

celulelor plantei este astfel constituită încât până la 50% din radiaţia incidentă din

domeniul infraroşu apropiat este reflectată intern pentru a reieşi la suprafaţă. Ceea

ce rămâne este transmisă direct prin frunze. Apa din celule absoarbe o parte din

energie în zonele sale caracteristice din jurul a 1,4m şi 1,9m (fig. 20),

absorbanţa depinzând de proporţia de apă. Peste 2m frunzele absorb radiaţia

infraroşu apropiat.

Diferitele structuri celulare, proporţia de clorofilă şi alţi pigmenţi, conţinutul de

apă şi morfologia suprafeţei diferitelor plante au un efect marker asupra

proprietăţilor lor spectrale în spectrul vizibil şi infraroşu apropiat (VNIR).

Reflectanţa spectrală a vegentaţiei creşte foarte abrupt pe măsură ce lungimea de

undă creşte peste ~0,7m şi 0,75m. Această schimbare abruptă în reflectanţa

spectrală este uneori cunoscută ca marginea roşie. Figura 21 ilustrează acest

efect pentru diferite tipuri de vegetaţie. Este clar că nu doar înălţimea platoului din

VNIR depinde de specia plantei, dar şi poziţia exactă a acestei margini roşii poate

varia funcţie de plantă. Aceşti doi factori pot şi ei fluctua în cazul în care plantele

sunt sub stress, ca rezultat al privării de apă sau nutrienţi, sau atunci când sunt

intoxicate (otrăvite) de un exces de elemente urmă toxice cum este cromul. Mai

mult, plantele sunt ansambluri de frunze, spaţii, rămurele şi uneori ramuri, cu

diferite forme şi mărimi ale frunzelor etc. Toate interacţiunile individuale în astfel

de structuri complexe pot interfera şi în continuare pot lărgi intervalul de răspuns.

Acest lucru facilitează discriminarea între specii şi între membrii sănătoşi sau

bolnavi ai aceleiaşi specii.

37

Page 38: Teledetectie Curs 2

Fig. 21 Toate atributele diferite ale conţinutului în clorofilă, ale formei frunzelor, a ariei şi numărului, împreună cu structura generală a plantei contribuie la proprietăţile de reflectanţă spectrală ale speciilor de plante. Cu toate că toate cele patru plante prezintă proprietăţi similare în spectrul vizibil, ele se diferenţiază net prin reflectanţa în infraroşu apropiat.

Deoarece plantele au cicluri de viaţă cu durată diferită, proprietăţile lor

spectrale nu sunt fixe. Pe măsură ce frunzele căzătoare se maturizează înainte de

a cădea, conţinutul lor în clorofilă scade îndepărtând absorbţia puternică în zona

roşie (fig. 22). În consecinţă acestea îşi schimbă culoarea de la verde, prin galben

la roşu. Pe măsură ce celulele se contractă şi se usucă ele devin mai puţin

eficiente în reflectarea VNIR. Când frunzele cad, progresiv mai puţină plantă

înterceptează radiaţie solară şi reflectanţa devine dominată de sol şi covorul de

frunze de dedesubt. Atunci când apar noi frunze reflectanţa în infraroşu apropiat

este bine dezvoltată, dublată de o reflectanţă de galben puternică. Pe măsură ce

creşte conţinutul de clorofilă se dezvoltă benzile de absorbţie în albastru şi roşu,

până când reflectanţa vizibilă atinge un minim în sezonul de maximă dezvoltare.

Coniferele nu-şi leapădă frunzele şi totdeauna afişează conţinuturi mari de

clorofilă. Deoarece frunzele lor sunt mici, este interceptată mai puţină radiaţie

solară şi astfel reflectanţa întregii plante este scăzută comparativ cu cea a

copacilor cu frunze căzătoare.

38

Page 39: Teledetectie Curs 2

Fig.22 Spectrele de la 1 la 5 arată stadiile progresive de schimbare a culorii frunzelor de fag înainte de căderea frunzelor toamna, de la verde închis (1) până la verde-gălbui deschis (2), roşu-oranj (3), brun (4) şi frunze moarte uscate (5).

Răspunsul vegetaţiei în regiunea infraroşu termal este complex. Mare parte

din energia absorbită la lungimi de undă mici este reemisă pentru a menţine

balanţa energetică. Temperatura radiantă a unei plante poate fi de până la 10 -

15C peste temperatura aerului noaptea şi până la 5C sub în timpul zilei. Plantele,

de asemenea, îşi controlează temperatura prin transpiraţie - exteriorizarea

umidităţii din pori pe frunze, şi de aici o pierdere de căldură latentă în vapori de

apă. Mulţi factori joacă un rol in determinarea ratei transpiraţiei: temperatura

actuală, umiditatea, alimentarea cu apă a rădăcinilor (care controlează

deschiderea şi închiderea porilor). Utilizarea radiaţiei infraroşu termal emise de

aceea poate oferi o cheie pentru multe din aceste procese.

3.4. Interacţiunea radiaţiei electromagnetice cu apa

Corpurile de apă au un răspuns diferit la radiaţie decât cea a legăturii apei

legate din moleculele minerale. Ele nu prezintă benzile discrete ale tranziţiilor de

vibraţie atât de caracteristice apei moleculare. În loc de acestea, curbele de

răspuns spectral arată trăsături largi (fig. 20). În intervalul vizibil interacţiunea

depinde de o varietate de factori. Doar considerând proprietăţile de reflectanţă,

cantitatea de lumină vizibilă reflectată de o suprafaţă de apă depinde de unghiul

de iluminare şi de prezenţa şi natura valurilor; apa netedă poate prezenta

39

Page 40: Teledetectie Curs 2

"scânteieri" pe când apa cu valuri o face mai rar. În general mai puţin de 5% din

radiaţia vizibilă incidentă este reflectată de apă.

Apa are o mare transmitanţă pentru lungimile de undă vizibile, dar ea creşte

pe măsură ce scade lungimea de undă. Ca rezultat, doar lumina albastră

penetrează peste o anumită adâncime, lungimile de undă mai mari fiind absorbite

la nivele mai scăzute (adâncimi mai mici). De aceea în apa clară este posibil să

estimăm adâncimea din intensitatea radiaţiei vizibile reflectate de fund, în special

cea a luminii albastre (fig23). pentru adâncimi mai mari de 40m totuşi, toată

radiaţia vizibilă este absorbită şi corpurile de apă apar întunecate.

Fig. 23 Apa Mării Roşii din zona Mersa Fatma (Eritrea) pemite penetrarea luminii verzi până la adâncimi de 20-30 m. In imaginea (a), o imagine Landsat TM fals-color, nuanţele de albastru ale apelor din apropierea ţărmului sunt rezultatul reflexiei recifilor de coral şi a nisipului din apa puţin adâncă. Imaginea (b) prezintă benzi colorate asociate unor intervale înguste ale reflectanţei în albastru pentru a realiza o reprezentare a variaţiilor de batimetrie. Tonurile de verde se află deasupra nivelului mării, roşu este zona apelor celor mai puţin adâncii, iar în continuare trecerea către albastru închis şi magenta este dată de tranziţia către ape din ce în ce mai adânci.

Există de asemenea o anumită cantitate de dispersie a luminii în apă care

este responsabilă de culoarea albastră a apei clare când este prea adâncă pentru

a i se vedea fundul. Există doi factori care contribuie la acest efect: dispersia

Rayleigh asigură dispersia mai aceentuată a lungimilor de undă mai mici faţă de

cele mai mari, şi descreşterea în transmitanţa luminii cu creşterea lungimilor de

undă ceea ce face ca lumina albastră dispersată să nu poată fi absorbită înainte

de a scăpa la suprafaţă.

Sedimentele în suspensie, planctonul şi vopselele naturale cum sunt

taninurile din turbării, toate cresc reflectanţa luminii vizibile de către apă. De aceea

este posibil să estimăm cantitatea de material în suspensie din apă din datele de

teledetecţie.

40

Page 41: Teledetectie Curs 2

În regiunea infraroşu apropiat apa se comportă ca un corp negru perfect şi

absoarbe teoretic toată energia incidentă. Este singurul material din natură cu

această proprietate şi astfel corpurile de apă pot fi decelate uşor de alte trăsături

de suprafaţă în această parte a spectrului de radiaţii, chiar dacă au o adâncime

mică sau conţin mult material în suspensie. Fiind aproximativ un bun corp negru,

apa este aproape un emiţător perfect de radiaţie infraroşie, ca şi un bun absorbant

(fig. 24). Aceasta înseamnă că măsurătorile radiaţiei infraroşii emise în regiunea

8m - 14 m pot fi utilizate pentru calcularea foarte precisă a temperaturii la

suprafaţa corpurilor de apă.

O combinaţie a proprietăţilor apei în mare şi a celor ale apei moleculare

controlează interacţiunea energiei radiate cu apa din spaţiile poroase ale rocilor şi

solurilor. Apa din pori creşte absorbanţa rocii şi solului şi astfel scade reflectanţa.

Solurile şi rocile umede de aceea apar mai întunecate decât în stare uscată. În

regiunea infraroşie solurile şi rocile umede afişează în mod mut scăderi ale

reflectanţei produse de tranziţiile vibraţionale ce sunt distincte pentru mineralele cu

conţinut de apă moleculară şi pentru vegetaţie (fig. 9 şi fig. 20). În regiunea

infraroşu termal răspunsul solurilor şi rocilor umede este complicată de diverşi

factori de mediu cum ar fi umiditatea şi răcirea dată de vânt, în mod analog cu

efectul transpiraţiei la plante.

Fig. 24 Măsurători experimentale ale emisiei spectrale radiante a apei relevă faptul că aceasta se manifestă ca un corp negru aproape perfect. Acest lucru înseamnă că măsurătorile energiei emise în regiunea infraroşu mediu de către apă ar trebuisă dea temperatura reală a suprafeţei. În practică, totuşi, există complicaţii datorate efectelor de răcire sau încălzire a aerului din filmul de la suprafaţă, astfel că nu este posibilă măsurarea decât a unei temperaturi relative.

41

Page 42: Teledetectie Curs 2

Zăpada proaspătă este una dintre suprafeţele naturale reflective la lungimi

de undă vizibile, dar în regiunea infraroşu apropiat reflectanţa sa scade cu

prezenţa unor trăsături de vibraţie largi ale H2O (fig. 25b). Pe măsură ce zăpada

îmbătrâneşte, ea recristalizează, formând cristale largi, şi efectul acestora este

reducerea reflectanţei, în special în regiunea infraroşie. Gheaţa (fig. 25a) are un

răspuns similar, cu excepţia faptului că reflectanţa sa în vizibil este sub 70%, dar

dacă conţine impurităţi (ca în mulţi gheţari) reflectanţa poate fi sub 20%.

Gheaţa naturală de obicei are ceva zăpadă pe suprafaţa sa şi/sau

suprafaţa este rugoasă şi interiorul său conţine limite între granule şi bule de aer.

Prezenţa acestor centrii de dispersie duce la o puternică dispersie difuză, în

special în VNIR. Pe măsură ce creşte lungimea de undă peste scara acestor

centrii, dispersia de volum predominantă este înlocuită de dispersia de suprafaţă,

comportamentul spectral se schimbă de la puternic difuz în VNIR/SWIR la puternic

răsfrângător în infraroşu termal.

(a)(b)

Fig. 25 Curbe spectrale pentru (a) gheaţă; (b) zăpadă

Zăpada proaspătă, fină şi frostul ar trebui să fie lambertiene la toate

lungimile de undă, aşa cum gheaţa curată şi netedă ar trebui să fie răsfrângătoare

la toate lungimile de undă. Zăpada veche, sfărâmată ar trebui să fie predominant

Lambertiană în VNIR/SWIR şi predominant răsfrângătoare în infraroşu termal.

Schimbări cum ar fi cele din răspunsul spectral al zăpezii şi gheţii pot fi uşor

de observat de către teledetecţie şi sunt utile în studii hidrologice ca şi în

glaciologie. În particular, gheaţa foarte veche şi curată este în general albastră la

culoare.

42

Page 43: Teledetectie Curs 2

BIBLIOGRAFIE

1. Adams J.B. (1965) – Imaging spectroscopy: Interpretations based on spectral mixture analysis, Ch.7 in Remote Geochemical Analysis: Elemental and Mineralogical Composition, C. Pieters and P. Englert ed., Cambridge UP,

2. Colwel R.N. ed. (1960) - Manual of Photogrammetric Interpretation. American Society of Photogrammetry. Falls Church, Virginia

3. Colwell R.N. ed. (1983) - Manual of Remote Sensing (2 vol), 2nd ed. American Society of Photogrammetry. Falls Church, Virginia

4. Drury S. (2001) - Image Interpretation in Geology. Allen & Unwin, Boston, 243p.

5. Goetz A.F.H., Rock B.N. & Rowan L.C. (1983) - Remote Sensing for exploration: an overview. Economic Geology 78, 573-590.

6. Goetz A.F.H. & Rowan L.C. (1981) - Geological Remote Sensing. Science 221, 781-791.

7. Grun-Grzhimailo et al. (1962) - Absorption spectra of iron-colored beryls at temperatures from 290 to 1.7oK. Opt. Spectroseofy Engl Transl 13,72.

8. Gupta R.P. (1991) - Remote Sensing Geology. Springer-Verlag, Berlin.

9. Hunt G.R. (1977) - Spectral signatures of particulate minerals in the visible and near-infrared. geophysics 42, 501-513

10. Hunt G.R. (1979) - Near-infrared (1.3 - 2.4 micrometers) spectra of alteration minerals: potential use in remote sensing. Geophysics 44, 1974 - 1986

11. Hunt G.R. (1980) Electromagnetic radiation: the communication link in remote sensing. In: Remote Sensing in Geology (eds. B.S. Siegal & A.R. Gillespie), pp 91-115, Wiley, New York.

12. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1970) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: I silicate minerals. Modern Geology, 1, 283 - 300

13. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1970) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: III oxides and hydroxides. Modern Geology, 2, 195 - 205

14. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1971) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: II carbonates. Modern Geology, 2, 23 - 30.

15. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1971) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: IV. Sulphides and Sulphates., Modern Geology, v.3, pp. 1-14

43

Page 44: Teledetectie Curs 2

16. Hunt G.R. & Salisbury J.W., Lenhoff C.J. (1972) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: V. Halides, Phosphates, Arsenates, Vanadates and Borates., Modern Geology, v.3, pp 121-132

17. Hunt G.R. & Salisbury J.W., Lenhoff C.J. (1972) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: VI. Additional Silicates., Modern Geology, v.4, pp. 85-106

18. Hunt G.R. & Salisbury J.W., Lenhoff C.J. (1973) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: VII. Acidic Igneous Rocks., Modern Geology, v.4, pp. 217-224

19. Hunt G.R. & Salisbury J.W., Lenhoff C.J. (1974) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: VIII. Intermediate Igneous Rocks., Modern Geology, v.4, pp. 237-244

20. Hunt G.R. & Salisbury J.W., Lenhoff C.J. (1974) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: IX. Basic and Ultrabasic Igneous Rocks., Modern Geology, v.5, pp. 15-22

21. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1975) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: X. Stony Meteorites., Modern Geology, vol. 5 pp. 115-128

22. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1976) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: XI. Sedimentary Rocks., Modern Geology, vol. 5 pp. 211-217

23. Hunt G.R. & Salisbury J.W. (1976) - Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks: XII. Metamorphic Rocks., Modern Geology, vol. 5 pp. 219-228

24. Kahle şi Rowan (1980) - Evaluation of multispectral middle infrared aircraft images for lithologic mapping in the East Tintic Mountains, Utah, Jet Propul. Lab., Pasadena, Calif., United States U. S. Geol. Survey, United States Geology; May 1980; v. 8; no. 5; p. 234-239

25. Lyon R.P.J (1962) – Minerals in the infrared – a critical bibliography., Pato Alto, Cal., Pub. Of Stanford Res. Inst.

26. McClure (1959) – Optical spectra of transition metal ions in corundum. J Chem Phys 36:2757–2779.

27. Milton N.M. (1983) - Use of reflectance spectra of native plant species for interpreting multispectral scanner data in the East Mintic Mountains, Utah. Economic Geology, 78, 761 - 769.

28. Milton N.M., Ager C.M., Collins W. & Chang S.H. (1989) - Arsenic- and selenium- induced changes in spectral reflectance and morphology of soybean plants. Remote Sensing of Environment, 30, 263 - 269.

29. Poole şi Itzel (1963) – Optical reflection spectra of chromia–alumina. J Chem Phys 39(12):3445

44

Page 45: Teledetectie Curs 2

30. Salisbury J.W., Walter L.S., Vergo N. (1987) – Midinfrared (2.1-2.5m) Spectra of Minerals, Open-File Report, 87-263, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia

31. Salisbury J.W., Walter L.S., D’Aria D. (1988) - Midinfrared (2.5-13.5m) Spectra of Igneous Rocks, Open-File Report, 88-686, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia

32. Tandon şi Gupta (1970) – Scatterograms Behavior For AVHRR Vegetation Indices Images Over Crop Growth Cycle. International Journal of Remote Sensing, Vol. 14, No. 1, Pp. 75-93.

33. Vâjdea V., Popescu I., Niţicã C., Vîjdea Anca-Marina, Gancz Vl., Ghiran M., Rãdulescu D. (1991) - Using remote sensing, geologic and geophysical data for predicting areas favourable for accumulations of hydrothermal mineralisations in the Neogene volcanic area of Gurghiu-Harghita mountains, Romania., Draft Report of the UN/DSE seminar on Receiving

34. Vîjdea Anca-Marina, Vâjdea V., Ghiran M. ( 1991) - Determining the spectral signatures of igneous rocks from the Neogene volcanic area of East Carpathians Mts. Al XVI-lea Simpozion de Fizica Pãmântului şi Geofizicã Aplicatã, decembrie 1991, Bucureşti.

35. Vickers şi Lyon (1967) - Infrared sensing from spacecraft - A geological interpretation (IR spectral techniques for satellite geodetic surveying, discussing spectral matching techniques for discriminating between different types of rocks). THERMOPHYSICS OF SPACECRAFT AND PLANETARY BODIES- RADIATION PROPERTIES OF SOLIDS AND THE ELECTROMAGNETIC RADIATION ENVIRONMENT IN SPACE. EDITED BY G. B. HELLER ; United States;

36. Wood şi Nassau (1968) – The characterization of beryl and emerald by visible and infrared absorption spectroscopy. Am. Mineral. 53, 777–800

37. ***** (1996) – ERDAS Imagine Field Guide, 3rd ed. ERDAS Inc. Atlanta, GA

38. ***** NASA (1976) - Landsat Data Users handbook. GSFC Document 76SDS-4258, NASA Goddard Space Flight Center.

39. ***** (2002) – ASTER User Handbook, Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer. JPL, California Institute of Technology, Pasadena, 93p.

45