从太空中“测量”黄石地质公园的地热温度

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徐慧,编译.朱建东,校.

美国黄石国家地质公园地热资源丰富,大量的地热能不断从地表向外释放。这些地热异常通常表现为热泉、间歇泉、泥浆泉及地热喷气口等形式。科学家们可通过测量地热异常点的温度和规模来监测黄石地质公园的地热活动,同时也有利于更好地保护这些珍贵的自然奇观。但是,想要精确地测量出黄石地质公园内超过10 000个独立的地热异常点的数据,科学家们是如何做到的？

黄石地质公园的地热点为数众多,由于自然因素和人为因素的影响,其特征随着时间而发生变化。例如,当地表温度上升时,某些间歇泉会发生地热异常,其喷发频率和喷射速率会发生变化,甚至会形成新的间歇泉。2003年,由于地表温度陡然增高,公园内诺里斯间歇泉(Norris Geyser)的游览栈道因此关闭,而之前该处的温度并不高。

人为因素同样也会影响黄石公园的地热点,包括人为地向泉眼中抛入异物,以及地表建筑、公路和观光栈道的修建。这需要通过不间断地对这些地热点进行监测,以查清真实的原因。

温度监测是其中的一项重要内容,公园内的部分地热点均安装了温度监控设备。然而,不可能对公园内每一处地热点都安装温度监控设备。幸运的是,还有另一种方法。

我们知道,任何具有温度的物体都会向周围环境中辐射红外线能量,这些能量的大小与物体的温度有密切的关系。利用这个原理,科学家们可以不接触物体本身而测算出其温度,这种方法称为“热红外探测”技术。

如果物体温度足够高,它将发出人们肉眼可见的光线,称为“可见光”。然而,黄石地质公园的地热点温度不足以发出可见光,但却可以发射出热红外线(注:热红外线属于电磁波的一种)。虽然人们无法通过肉眼直接观测热红外线,但却可以借助仪器探测到这种辐射的存在。科学家们将热红外探测器安装到人造卫星上,便可利用热红外成像技术,对诸如黄石地质公园等区域进行大面积红外线扫面成像。

利用人造卫星进行热红外感应成像最大的优点是可迅速地对地质公园内地热异常区域进行扫描成像,然而这种设备的使用也有一定的局限性。例如,在日照环境下,由于太阳光对

周围地表的加热作用,公园内地热异常区的温度并不比周围温度高。因此,利用热红外设备在夜间对地质公园的地热异常区进行热感应成像,效果要比白天好很多。

利用人造卫星进行热红外感应成像的另一个局限就是成像像素不高。例如,美国国家航空航天局(NASA)土地资源卫星搭载的高精度热辐射反射仪(ASTER),其精度仅为90 m的分辨率,也就是说,黄石地质公园内最大的热泉在成像图中也仅仅是一个像素的大小。因此,这种基于人造卫星获得的热感应成像图必须结合相应的地表调查,而前者为后者的调查提供了许多极其关键的、通常又难以获取的重要信息。