從太空中“測量”黃石地質公園的地熱溫度

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國黃石國家地質公園地熱資源豐富,大量的地熱能不斷從地表向外釋放。這些地熱異常通常表現(xiàn)為熱泉、間歇泉、泥漿泉及地熱噴氣口等形式。科學家們可通過測量地熱異常點的溫度和規(guī)模來監(jiān)測黃石地質公園的地熱活動,同時也有利于更好地保護這些珍貴的自然奇觀。但是,想要精確地測量出黃石地質公園內超過10 000個獨立的地熱異常點的數(shù)據(jù),科學家們是如何做到的？

黃石地質公園的地熱點為數(shù)眾多,由于自然因素和人為因素的影響,其特征隨著時間而發(fā)生變化。例如,當?shù)乇頊囟壬仙龝r,某些間歇泉會發(fā)生地熱異常,其噴發(fā)頻率和噴射速率會發(fā)生變化,甚至會形成新的間歇泉。2003年,由于地表溫度陡然增高,公園內諾里斯間歇泉(Norris Geyser)的游覽棧道因此關閉,而之前該處的溫度并不高。

人為因素同樣也會影響黃石公園的地熱點,包括人為地向泉眼中拋入異物,以及地表建筑、公路和觀光棧道的修建。這需要通過不間斷地對這些地熱點進行監(jiān)測,以查清真實的原因。

溫度監(jiān)測是其中的一項重要內容,公園內的部分地熱點均安裝了溫度監(jiān)控設備。然而,不可能對公園內每一處地熱點都安裝溫度監(jiān)控設備。幸運的是,還有另一種方法。

我們知道,任何具有溫度的物體都會向周圍環(huán)境中輻射紅外線能量,這些能量的大小與物體的溫度有密切的關系。利用這個原理,科學家們可以不接觸物體本身而測算出其溫度,這種方法稱為“熱紅外探測”技術。

如果物體溫度足夠高,它將發(fā)出人們肉眼可見的光線,稱為“可見光”。然而,黃石地質公園的地熱點溫度不足以發(fā)出可見光,但卻可以發(fā)射出熱紅外線(注:熱紅外線屬于電磁波的一種)。雖然人們無法通過肉眼直接觀測熱紅外線,但卻可以借助儀器探測到這種輻射的存在。科學家們將熱紅外探測器安裝到人造衛(wèi)星上,便可利用熱紅外成像技術,對諸如黃石地質公園等區(qū)域進行大面積紅外線掃面成像。

利用人造衛(wèi)星進行熱紅外感應成像最大的優(yōu)點是可迅速地對地質公園內地熱異常區(qū)域進行掃描成像,然而這種設備的使用也有一定的局限性。例如,在日照環(huán)境下,由于太陽光對

周圍地表的加熱作用,公園內地熱異常區(qū)的溫度并不比周圍溫度高。因此,利用熱紅外設備在夜間對地質公園的地熱異常區(qū)進行熱感應成像,效果要比白天好很多。

利用人造衛(wèi)星進行熱紅外感應成像的另一個局限就是成像像素不高。例如,美國國家航空航天局(NASA)土地資源衛(wèi)星搭載的高精度熱輻射反射儀(ASTER),其精度僅為90 m的分辨率,也就是說,黃石地質公園內最大的熱泉在成像圖中也僅僅是一個像素的大小。因此,這種基于人造衛(wèi)星獲得的熱感應成像圖必須結合相應的地表調查,而前者為后者的調查提供了許多極其關鍵的、通常又難以獲取的重要信息。