ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

1.1 Ορισμός και ιστορική αναδρομή

Η λέξη Τηλεπισκόπηση συντίθεται από το αρχαίο επίρρημα «τήλε» (=μακρόθεν, από μακριά), ως το πρώτο συνθετικό της, και το ρήμα «επισκοπέω –ω», που σημαίνει εξετάζω, βλέπω από ψηλά, επιθεωρώ. Τηλεπισκόπηση (Remote Sensing), επομένως, σημαίνει αντίληψη αντικειμένων ή φαινομένων από απόσταση. Ορίζεται ως η επιστήμη της συλλογής, ανάλυσης και ερμηνείας της πληροφορίας γύρω από έναν στόχο για την αναγνώριση και μέτρηση των ιδιοτήτων του, εξετάζοντας τις αλληλεπιδράσεις του με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, χωρίς στην πραγματικότητα να έρθουμε σε απευθείας επαφή με αυτόν. Η Τηλεπισκόπηση αποτελείται από τρία τμήματα: τους στόχους που συνιστούν τα υπό μελέτη αντικείμενα ή τα φαινόμενα μιας περιοχής, τη συλλογή δεδομένων, μέσω ορισμένων οργάνων, και την ανάλυση και ερμηνεία των δεδομένων, πάλι μέσω ειδικών οργάνων. Ο ορισμός της Τηλεπισκόπησης είναι τόσο ευρύς που μπορεί να περιλαμβάνει την ανθρώπινη όραση και την ακοή, τις ακτίνες Χ των ιατρικών επιστημών, την έρευνα με laser για την παρατήρηση σωματιδίων της ατμόσφαιρας, κ.ά. Παραδείγματα μετρήσεων Τηλεπισκόπησης περιλαμβάνουν τη συμβατική φωτογραφία, την αεροφωτογραφία, τη λήψη εικόνων με Radar, τις μετρήσεις βαρύτητας κλπ. Στην πράξη, όμως, οι μελέτες Τηλεπισκόπησης περιορίζονται μόνο σε συστήματα απεικονίσεων ή εικόνων, όπως αεροφωτογραφίες και δορυφορικές εικόνες, και όχι σε συστήματα της απευθείας μέτρησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως τα βαρυτήμετρα, τα μαγνητόμετρα, ή οι συσκευές μέτρησης ηλεκτρισμού. Επίσης ο στόχος ή το αντικείμενο μελέτης της Τηλεπισκόπησης μπορεί να είναι είτε πολύ μεγάλο, όπως η Γη, ή η Σελήνη και οι άλλοι πλανήτες, είτε πολύ μικρό, όπως τα βιολογικά κύτταρα, που ερευνούνται με μικροσκόπια στην ιατρική και στη βιολογία. Κύριος σκοπός της Τηλεπισκόπησης εδώ είναι η μέτρηση και η απεικόνιση της επιφάνειας της γης, η κατανομή των διαφόρων αντικειμένων και φαινομένων στον χώρο, καθώς και ο καθορισμός της θέσης και των ιδιοτήτων τους. Μερικές από τις ιστορικές χρονολογίες της Τηλεπισκόπησης είναι επιγραμματικά οι ακόλουθες: 1826. Γεννάται η Τηλεπισκόπηση με την ανακάλυψη της φωτογραφίας. Στη συνέχεια, αναπτύσσονται νέοι τύποι φιλμ ώστε να γίνεται καταγραφή φωτογραφιών και σε ζώνες εκτός του ορατού φάσματος. 1939. Αναπτύσσεται η υπέρυθρη φωτογραφία και το Radar κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου. 1960. Δίδεται μεγάλη ώθηση στην Τηλεπισκόπηση από τον ανταγωνισμό στις διαστημικές και δορυφορικές έρευνες κατά τη διάρκεια του ψυχρού πολέμου, και από τη δημιουργία της Αμερικανικής Αεροναυτικής και Διαστημικής Υπηρεσίας NASA (National Aeronautics and Space Administration). 1970. Εκτοξεύονται δορυφόροι, όπως ο αμερικανικός δορυφόρος Landsat-1 (1972), για την παρατήρηση της επιφάνειας της γης. 1982. Κατασκευάζεται η δεύτερη γενεά δεκτών και δορυφόρων Landsat με τον θεματικό χαρτογράφο ΤΜ (Thematic Mapper). 1980. Άλλοι δορυφόροι Τηλεπισκόπησης εκτοξεύονται από χώρες όπως η Ινδία (IRS-1a, IRS-1b), η Ιαπωνία (MOS-1, MOS-1b), και η Ρωσία. 1986. Εκτοξεύεται ο γαλλικός δορυφόρος SPOT-1. 1986. Αναπτύσσονται τα εικονοληπτικά φασματόμετρα (Imaging Spectometers), όπως τα Geoscan II (32 κανάλια), MONITEQ (288 κανάλια), CASI (288 κανάλια) της Intres Research, το MEIS FM (64 κανάλια) του καναδικού κέντρου Τηλεπισκόπησης (Canadian Centre for Remote Sensing), AVIRIS, κ.ά. 1990. Δημιουργείται το EOS (Earth Observing Systems) στις ΗΠΑ για την παροχή δεδομένων στην παρακολούθηση παγκόσμιων μεταβολών, το Radarsat στον Καναδά και ο Ευρωπαϊκός δορυφόρος Earth Resources Satellite (ERS-1) με συσκευές Radar του τύπου SAR. (Synthetic Aperture Radar). Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών δόθηκε μεγάλη ώθηση στην εκτόξευση συστημάτων εικονοληπτικών Radar (Imaging Radar, βλέπε Σχήμα 1.1). Η ευρωπαϊκή εταιρεία διαστήματος ESA εκτόξευσε τον δορυφόρο ERS-1 (Earth Resource Satellite-1), η ιαπωνική εταιρεία διαστήματος NASDA τον δορυφόρο JERS-1 (Japanese Earth Resource Satellite-1) και η καναδική κυβέρνηση τον δορυφόρο Radarsat. Τα συστήματα αυτά καλύπτουν διαφορετικά μήκη κύματος στο Radar και διαφορετικές γωνίες παρατήρησης (βλέπε Κεφάλαιο 6), και καταγράφουν εικόνες σε διαφορετικές φασματικές ζώνες. Τα εργαστήρια JPL (Jet Propulsion Laboratories) των Η.Π.Α. δημιούργησαν το αερομεταφερόμενο σύστημα AIRSAR, που έχει την ικανότητα να μετράει τη διαφορά φάσης του επιστρεφόμενου σήματος Radar, ώστε να επιτρέπεται η χρήση συμβολομετρίας (interferometry) για τη μέτρηση υψομετρικών διαφορών στο έδαφος και ταχυτήτων στη θαλάσσια επιφάνεια. Την ικανότητα μέτρησης αυτών των υψομετρικών διαφορών διαθέτουν επίσης ορισμένα δορυφορικά συστήματα με τη μέτρηση της διαφοράς φάσης από δύο δορυφορικές τροχιές. Επιπλέον, σημαντική έρευνα έχει διεξαχθεί στον τομέα της ανάπτυξης των εικονοληπτικών φασματόμετρων (imaging spectometers), τα οποία έχουν δεκάδες ή εκατοντάδες φασματικές ζώνες καταγραφής (διαύλους) και καλύπτουν φασματικές περιοχές στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο. Τα συστήματα αυτά μετρούν με ακρίβεια τα φασματικά στοιχεία των επιφανειακών χαρακτηριστικών της γης. Η χρήση των δορυφορικών στοιχείων έχει επιφέρει ουσιαστικές μεταβολές στη μεθοδολογία ανάλυσης των αεροφωτογραφιών. Ιδιαίτερα για τα συστήματα μέτριας διαχωριστικής ικανότητας, όπως αυτά του γαλλικού δορυφόρου SPOT (10 m x 10 m ή 20 m x 20 m) και του αμερικανικού Landsat (15 m x 15 m ή 30 m x 30 m), η ανάλυση βασίζεται όλο και λιγότερο στη θεματική πληροφορία, στο σχήμα και το μέγεθος των αντικειμένων, και εξαρτάται περισσότερο από τη φασματική μεταβολή του χαρακτηριστικού στοιχείου της επιφανείας της γης. Εξαιτίας, όμως, της τρομακτικής αύξησης του όγκου των δεδομένων, που οφείλεται στην αύξηση των συστημάτων και της χωρικής και της φασματικής τους ανάλυσης, η οπτική ερμηνεία έχει παραμερισθεί από την αυτόματη και μηχανική ανάλυση, η οποία βασίζεται στους υπολογιστές και έχει επιταχυνθεί λόγω της δραστικής αύξησης της ισχύος και των δυνατοτήτων των υπολογιστών και της ουσιαστικής μείωσης του κόστους των. Νέες μέθοδοι επεξεργασίας των δεδομένων των εικόνων με τη βοήθεια της τεχνητής νοημοσύνης και των νευρωνικών δικτύων έχουν βελτιώσει την ικανότητα των υπολογιστών να αναλύουν αυτόματα στοιχεία εικόνων. Εντούτοις, ο ανθρώπινος παράγοντας για την ερμηνεία των εικόνων Τηλεπισκόπησης είναι ακόμη καθοριστικός για την έγκυρη και ολοκληρωμένη ανάλυση των. Τέλος, υπάρχει μια στροφή της μεθοδολογίας ανάλυσης των εικόνων προς τα ολοκληρωμένα συστήματα με δεδομένα από διαφορετικά συστήματα και πηγές, όπως τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους, τα στοιχεία βροχοπτώσεων, τα κοινωνικοοικονομικά στοιχεία κλπ. Η μετατόπιση αυτή έχει υποστηριχθεί κυρίως από την παράλληλη ανάπτυξη των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών.

1.2 Εφαρμογές Για περισσότερο από τρεις δεκαετίες, δεδομένα από δορυφόρους και αερομεταφερόμενους ανιχνευτές έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρατήρηση της γης. Ο όγκος των λαμβανομένων στοιχείων έχει αυξηθεί εντυπωσιακά. Ενώ απαιτούνται περίπου 6 Mbytes μνήμης για την αποθήκευση πληροφορίας που περιέχεται σε έναν συμβατικό χάρτη, απαιτούνται 200-300 Mbytes για τα ψηφιακά στοιχεία μιας αντίστοιχης εικόνας που λαμβάνεται, για παράδειγμα, από τους δορυφόρους Landsat με διαχωριστική ικανότητα (χωρική ανάλυση) 30 m x 30 m. Άρα η Τηλεπισκόπηση θεωρείται σε μεγάλο βαθμό τεχνολογία της πληροφορίας και όχι τεχνολογία της αεροδιαστημικής. Μόλις τα τελευταία χρόνια, αναπτύχθηκαν δύο αποφασιστικής σημασίας τεχνολογίες που είναι διαθέσιμες και οικονομικά προσιτές: οι ισχυροί σταθμοί εργασίας με γραφικά για την απεικόνιση των δεδομένων εικόνας, και τα προγράμματα λογισμικού για την επεξεργασία της. Κατά συνέπεια, τα δορυφορικά δεδομένα χρησιμοποιούνται τώρα ευρύτερα απ' ό, τι παλαιότερα, παρόλο που μερικοί δορυφόροι εκτοξεύθηκαν στη δεκαετία του 1980 και διέθεταν δέκτες σχετικά παλαιάς τεχνολογίας. Με το λογισμικό επεξεργασίας δορυφορικών στοιχείων, κατασκευάζονται χάρτες κατευθείαν από δορυφορικά δεδομένα. Χάρτες ειδικής χρήσεως μπορούν επίσης να κατασκευαστούν από την ενοποίηση ή τον συνδυασμό στοιχείων από διαφορετικούς δορυφόρους ή από βάσεις δεδομένων με μη δορυφορικά στοιχεία. Επομένως, στοιχεία Τηλεπισκόπησης χρησιμοποιούνται σήμερα όχι μόνον στην παρακολούθηση κλιματολογικών μεταβολών και στην ανακάλυψη φυσικών διαθεσίμων, αλλά επίσης στην καταγραφή της κτηματικής περιουσίας για τη φορολόγηση της, στο κτηματολόγιο, στην κατασκοπεία, κλπ. Ας αναφερθούμε σε μερικές χαρακτηριστικές εφαρμογές της Τηλεπισκόπησης στις γεωεπιστήμες.

1.2.1 Παρατήρηση ωκεανών α. Μετρήσεις θερμοκρασίας στη θαλάσσια επιφάνεια Δορυφόροι, όπως για παράδειγμα ο NOAA, συλλέγουν δεδομένα της επιφανειακής θερμοκρασίας της θάλασσας (πάνω από μερικά εκατομμύρια παγκόσμιες μετρήσεις τον μήνα). Έτσι, καταγράφουν την αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας με τη γήινη επιφάνεια, με πολλαπλούς δέκτες (κανάλια) στο τμήμα της υπέρυθρης θερμικής ζώνης του φάσματος. Επίσης, επίγεια πλωτά συστήματα (σημαδούρες) μετρούν, ταυτόχρονα, δεδομένα σχετικά με τη θέση τους και την επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας (μετρούν επίσης και άλλα στοιχεία όπως πίεση, ταχύτητα και διεύθυνση του ανέμου, ύψος και διεύθυνση κυμάτων κλπ.). Τα δεδομένα αυτά χρησιμεύουν στη διασταύρωση της ακρίβειας της πληροφορίας για την επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας. Για παράδειγμα, όταν έγινε η έκρηξη του Μεξικανικού ηφαιστείου El Chichon (Απρίλιος, 1982), η ηφαιστειακή τέφρα και τα αέρια παρεμπόδιζαν την εκπομπή ακτινοβολίας από τη γη προς το διάστημα και είχαν σημαντική επίδραση στην ικανότητα των δορυφόρων να παρακολουθήσουν τη θερμοκρασία των ωκεανών. Η διαφορά όμως στις μετρήσεις των δορυφορικών και των επίγειων συστημάτων (σημαδούρες) ήταν χρήσιμη στην παρακολούθηση της εξέλιξης και της διασποράς της ηφαιστειακής τέφρας και του νέφους. β. Χαρτογράφηση του θαλάσσιου πυθμένα Υψηλής ακρίβειας δορυφορικά αλτίμετρα, όπως ο ευρωπαϊκός δορυφόρος Earth Resources Satellite (ERS-1 και πρόσφατα ο ERS-2), μετρούν και απεικονίζουν την τοπογραφία της επιφάνειας της θάλασσας (sea surface topography), που επηρεάζεται από τους ανέμους, τα ρεύματα και τη βαρύτητα. Η τοπογραφία της θαλάσσιας επιφάνειας, όπως μετρείται από τα δορυφορικά αλτίμετρα, αποκαλύπτει διογκώσεις (κυρτώματα προς τα έξω) και κοιλότητες (υφέσεις) της θαλάσσιας επιφάνειας, με ανάγλυφο που εμφανίζει διακυμάνσεις της τάξεως του 1 m από την αντίστοιχη ισοδυναμική επιφάνεια του γεωειδούς (μέση στάθμη της θάλασσας). Επειδή αυτές οι επιφανειακές μεταβολές εκτείνονται σε μεγάλο εύρος, δεν μπορούν να ανιχνευθούν με το ανθρώπινο μάτι. Το σχήμα της επιφάνειας της θάλασσας καθορίζεται από την ένταση της βαρύτητας που δημιουργείται από υποθαλάσσια όρη, κορυφές, κοιλάδες και άλλες γεωλογικές δομές μεταβαλλόμενης πυκνότητας που κατανέμονται άνισα στον θαλάσσιο πυθμένα. Όσο πιο μεγάλο είναι ένα υποθαλάσσιο όρος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η δύναμη της βαρύτητας. Επομένως, μάζες θαλάσσιου νερού συσσωρεύονται γύρω από τον υποθαλάσσιο όγκο, προκαλώντας μια διόγκωση στην τοπογραφία της θαλάσσιας επιφάνειας. Δεδομένα της δορυφορικής αλτιμετρίας χρησιμοποιούνται για να κατασκευαστούν βυθομετρικοί χάρτες των ωκεανών μέχρι 11 km βάθος. Υποθαλάσσιες κορυφογραμμές και βαθιά χαρακώματα διαγράφονται ευκρινώς με την αλτιμετρία από δορυφόρους. Οι βυθομετρικοί αυτοί χάρτες χρησιμοποιούνται στη θεωρία των πλακών και στην ανίχνευση και εντοπισμό κοιτασμάτων στη θάλασσα.

1.2.2 Οικολογία Καθώς η βιομηχανοποίηση εκτείνεται σε όλες τις αναπτυσσόμενες χώρες του κόσμου, το ίδιο εκτείνεται και η ρύπανση, ως ατυχές παραπροϊόν της ευημερίας. Τα πλουσιότερα κράτη μαστίζονται από μολυσμένο αέρα και νερό, μολυσμένο έδαφος και υπόγεια νερά, από σκουπίδια και τοξικά απόβλητα. Ως λύσεις στα προβλήματα της ρύπανσης έχουν επιλεγεί η διοχέτευση αποβλήτων και η απόρριψη σκουπιδιών στις θάλασσες, και η καύση τοξικών αποβλήτων σε ειδικά πλοία αποτέφρωσης. Αποτέλεσμα αυτών των ενεργειών είναι οι ακτές να γίνονται ανασφαλείς και ακατάλληλες για κολύμβηση και αλιεία. Τα απόβλητα στους ωκεανούς τείνουν να συγκεντρώνονται σε θερμά στρώματα και ωκεάνια μέτωπα που αποτελούν περιοχές τροφής θαλάσσιων οργανισμών. Θαλάσσια ρεύματα μεταφέρουν ψάρια που τρέφονται στους τόπους των αποβλήτων, εκατοντάδες χιλιόμετρα από τις ακτές. Συνεπώς τα τοξικά, που υποτίθεται ότι θα έχουν διαλυθεί σε ασφαλή επίπεδα, κατακλύζονται από βιολογικούς οργανισμούς, και, βάσει της βιολογικής πυραμίδας, καταλήγουν στον άνθρωπο. Τα γεωργικά χημικά και φάρμακα, υπεύθυνα για την επανάσταση στη γεωπονία, ξεπλένονται από .την επιφάνεια της γης, πέφτουν στα ποτάμια και τελικά καταλήγουν στις θάλασσες. Ως αποτέλεσμα τούτου μερικές θάλασσες, όπως η Kattegat μεταξύ Σουηδίας και Δανίας, έχουν απολέσει σχεδόν όλη τη θαλάσσια ζωή τους. Κατά τον ίδιο τρόπο δεκάδες χιλιάδες λίμνες στη Βόρεια Αμερική και στη Σκανδιναβία δεν διαθέτουν πλέον ψάρια εξαιτίας της όξινης βροχής. Για την παρακολούθηση των περιβαλλοντικών προβλημάτων σε παγκόσμια κλίμακα η Τηλεπισκόπηση χρησιμοποιεί δέκτες, που μεταφέρονται από αεροσκάφη ή δορυφόρους, για τη συλλογή πληροφοριών σε εκτενείς περιοχές όπου απαιτείται συνεχής κάλυψη. Επειδή οι περισσότεροι δορυφόροι Τηλεπισκόπησης είναι σε τροχιές σύγχρονες με την κίνηση του Ήλιου —700 km και έως 900 kmπερίπου πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, όπως οι δορυφόροι NOAA, SPOT, Landsat, MOS και άλλοι (Πίνακας 1.1) —έχουν αυτή τη μοναδική δυνατότητα διαχρονικής και εποπτικής κάλυψης για την ανίχνευση και τον εντοπισμό περιβαλλοντικών προβλημάτων. Έτσι, επιφανειακοί ρύποι όπως απόβλητα αποχετεύσεων, βιομηχανικά ακάθαρτα ύδατα, οξέα κλπ. μπορούν να εντοπισθούν από διάφορους ανιχνευτές Τηλεπισκόπησης. Ωστόσο, δεν μπορούν όλοι οι τύποι ρύπανσης να εντοπισθούν από φασματικούς ανιχνευτές που μεταφέρονται από δορυφόρους και αεροσκάφη. Όταν, όμως, οι ανιχνευτές αυτοί χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με επιφανειακές μετρήσεις, τότε μπορούν να βελτιώσουν την ικανότητα τους στην παρακολούθηση συγκεκριμένων τύπων ρύπανσης. Απόβλητα σε θάλασσες, όπως νερά υπονόμων, και βιομηχανικά οξέα, παρατηρούνται σήμερα από τους δορυφόρους Landsat και SPOT και ειδικοί επιστήμονες μπορούν να διακρίνουν τύπους αποβλήτων και. να καθορίσουν τη μετατόπιση και τη διασπορά τους. Η ρύπανση του ατμοσφαιρικού αέρα στις μεγάλες πόλεις και η ρύπανση του αέρα από βιομηχανίες είναι δυνατόν να καταγραφούν και να ανιχνευτούν σε εικόνες δορυφόρων ή αεροσκαφών. Ρύπανση τέτοιου είδους οφείλεται σε συγκεκριμένα υλικά, όπως το μονοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα, το όζον και τα αεροζόλ. Τα υλικά αυτά συνήθως αιωρούνται σε μορφή λεπτής σκόνης ή νέφους. Συνδυαζόμενα, τώρα, με την υγρασία και τον Ήλιο σχηματίζουν κατά κανόνα ένα φωτοχημικό νέφος που υφίσταται σε πολλές αστικές περιοχές, όπως στην πόλη της Αθήνας. Τα όργανα της Τηλεπισκόπησης έχουν τη δυνατότητα να μετρήσουν τις συγκεντρώσεις και τις μετακινήσεις των ρύπων του ατμοσφαιρικού αέρα σε τέτοιες αστικές περιοχές, καθώς και τα ποσοστά της εκπομπής χημικών αποβλήτων από βιομηχανίες, κ.ο.κ. Επιπλέον των ανθρωπίνων ρυπάνσεων, σημειώστε ότι υπάρχουν και τα φυσικά απόβλητα και οι ρύποι, όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις, οι δασικές φωτιές, οι ανεμοθύελλες κλπ. Ατμοσφαιρικά συστατικά όπως υδρατμοί, όζον, μονοξείδιο του άνθρακα έχουν επίσης επιτυχώς μετρηθεί από το διάστημα. Σημαντικό ρόλο στην ανίχνευση τέτοιων ρύπων παίζει ο βαθμός εξασθένησης της θερμικής ακτινοβολίας από τη γη καθώς διαδίδεται στην ατμόσφαιρα, ο οποίος συνδέεται άμεσα με τις συγκεντρώσεις των παραπάνω αερίων. Για παράδειγμα, οποιαδήποτε συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα οδηγεί σε αύξηση της αδιαφάνειας της ατμόσφαιρας στο ορατό φάσμα και συνεπώς σε αλλαγή της φασματικής κατανομής της εκπεμπόμενης ενέργειας. Η μεταβολή αυτή μπορεί να καταγραφεί από δέκτες της Τηλεπισκόπησης. Η ρύπανση των θαλασσών και των ποταμών από πετρελαιοκηλίδες αποτελεί σοβαρή απειλή για την οικολογία και τους φυσικούς μηχανισμούς απορρύπανσης των ωκεανών, ιδιαίτερα δε των κλειστών θαλασσών, όπως της Μεσογείου. Σύμφωνα με την Παγκόσμια Επιτροπή για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (World Commission on Environment and Development, 1987), όλα τα κράτη με παράκτιες περιοχές θα πρέπει επειγόντως να αναθεωρήσουν τα νομικά και θεσμικά πλαίσια τους για μία ολοκληρωμένη επιτήρηση και διαχείριση των παράκτιων και θαλάσσιων περιοχών καθώς και του ρόλου που θα παίξουν στο πλαίσιο μιας διεθνούς συνεργασίας. Η επιτήρηση των θαλασσών και των ακτών καθώς και η άμεση απορρύπανση τους θα πρέπει να αποτελούν επίσης πρωταρχικούς εθνικούς στόχους και προτεραιότητες της Ελλάδος. Η ρύπανση των θαλασσών έχει πλέον καταστρέψει την εξαιρετικά λεπτή μεμβράνη της θαλάσσιας επιφάνειας —που ονομάζεται νευστόν (neuston). Το νευστόν παίζει καθοριστικό ρόλο στη σύλληψη και σταθεροποίηση της τροφής των μικροοργανισμών των θαλασσών και αποτελεί τη βάση της δημιουργίας της αλυσίδας των τροφών και της ισορροπίας του παγκόσμιου οικοσυστήματος. Οι συνέπειες μιας τέτοιας καταστροφής δεν είναι πλήρως γνωστές, αλλά το νευστόν παίζει σημαντικό ρόλο στη θαλάσσια οικολογία και στη σύζευξη της ατμόσφαιρας με τη θάλασσα. Η ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες αποτελεί, επίσης, σοβαρή απειλή για τους φυσικούς μηχανισμούς απορρύπανσης των ωκεανών, που είναι αρκετά βραδείς. Στη Μεσόγειο, για παράδειγμα, απαιτούνται 80 έως 90 έτη για την οικολογική ανανέωση (Gore, 1993) κάποιας ρύπανσης. Από την άλλη πλευρά, η συχνότητα εμφάνισης περιστατικών πετρελαιοκηλίδων στη Μεσόγειο αυξάνεται σημαντικά. Το Σχήμα 1.4 δείχνει την κατανομή των περιστατικών των πετρελαιοκηλίδων από το έτος 1977 έως το 1991 για τις χώρες της Μεσογείου. Συγκεκριμένα η Ελλάδα είναι η δεύτερη κατά σειρά χώρα μετά την Ιταλία στην εμφάνιση πετρελαιοκηλίδων. Σύμφωνα με στοιχεία εταιρειών, που χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό και την απομάκρυνση των πετρελαιοκηλίδων στην Ελλάδα, εμφανίζονται από 2 έως 50 περιστατικά το έτος ανεξαρτήτως μεγέθους. Η καταστροφική πετρελαιοκηλίδα στην Πύλο της Πελοποννήσου τον Οκτώβριο του 1993, αποτελεί μαρτυρία της περιβαλλοντικής κρίσης που αντιμετωπίζει όχι μόνον η Ελλάδα αλλά και όλη η Ευρώπη. Κατά συνέπεια η ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες θα πρέπει να αντιμετωπισθεί μεθοδικά και αποτελεσματικά για τις κακώς επιτηρούμενες ελληνικές θάλασσες με τις εκτενείς παράκτιες περιοχές. Η ανίχνευση και ο εντοπισμός πετρελαιοκηλίδων για την άμεση παρακολούθηση περιστατικών εμφάνισης πετρελαιοκηλίδων στην Ελλάδα απαιτείται ώστε να γίνεται σωστός συντονισμός των διαδικασιών απορρύπανσης, να μειωθεί το κόστος απορρύπανσης καθώς και να ευρεθεί ο τρόπος για την παρουσίαση αξιόπιστων στοιχείων για την επιβολή νομικών κυρώσεων κατά των υπαιτίων. Ένα τέτοιο σύστημα ανίχνευσης, εντοπισμού και αξιολόγησης πετρελαιοκηλίδων μπορεί να υλοποιηθεί με κάποιο σύστημα Τηλεπισκόπησης. Πετρελαιοκηλίδες ανιχνεύονται με τεχνικές που βασίζονται σε δύο παράγοντες. Πρώτον, στη φασματική συμπεριφορά της ακτινοβολίας που προέρχεται από την πετρελαιοκηλίδα. Για παράδειγμα, ο δείκτης διάθλασης μιας πετρελαιοκηλίδας μπορεί να είναι λίγο μεγαλύτερος από το υπόλοιπο καθαρό νερό στο ορατό ή στο υπέρυθρο τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ή η πετρελαιοκηλίδα να εμφανίζεται ελαφρώς ψυχρότερη (γύρω στους 2 βαθμούς Κελσίου, με συντελεστή εκπομπής του νερού є = 0,993 και του πετρελαίου є = 0,972, βλέπε Κεφάλαιο 2) στην υπέρυθρη ζώνη. Η θερμοκρασιακή αυτή διαφορά μπορεί να μετρηθεί από ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας που έχουν τη δυνατότητα να μετρούν θερμοκρασιακές μεταβολές με ακρίβεια της τάξεως του 0,1 βαθμού Κελσίου. Δεύτερον, στην εξομάλυνση των μικρής κλίμακας κυματισμών της θάλασσας λόγω ύπαρξης του επιστρώματος του πετρελαίου. Η διαφορετική αυτή τραχύτητα στους θαλάσσιους κυματισμούς ανιχνεύεται από Radar που μπορούν να λειτουργούν ακόμη και τη νύχτα με οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες.

1.2.3 Εφαρμογές σε ανίχνευση ορυκτών πόρων Η Τηλεπισκόπηση έχει φανεί χρήσιμη σε τουλάχιστον τέσσερις περιοχές που σχετίζονται με την ανίχνευση και τον εντοπισμό ορυκτών και κοιτασμάτων: 1. στη χαρτογράφηση των διαφόρων γραμμώσεων – οποιωνδήποτε γραμμικών στοιχείων που είναι ορατά στην εικόνα – σε περιφερειακή κλίμακα κατά μήκος των οποίων εμφανίζονται ορυκτά, 2. στη χαρτογράφηση γεωλογικών δομών τοπικής κλίμακας που πιθανόν να ελέγχουν κοιτάσματα, 3. στην απεικόνιση υδροθερμικών εξαλλοιωμένων πετρωμάτων που σχετίζονται με κοιτάσματα, και τέλος, 4. στην παροχή βασικών γεωλογικών στοιχείων. Ορυκτά και κοιτάσματα αποκαλύπτονται με διαφορετικούς τρόπους και ανιχνεύονται από δέκτες Τηλεπισκόπησης που συνήθως λειτουργούν σε μήκη κύματος εκτός του ορατού φάσματος (π.χ., 2,08-2,35 μm στον δίαυλο 7 του ΤΜ). Εικόνες δορυφόρων μπορούν να καταγράψουν γεωλογικές δομές, όπως ρήγματα, ζώνες κατατμήσεων και γεωλογικών επαφών πετρωμάτων. Άλλες δομές, όπως πτυχές, σύγκλινα, αντίκλινα κλπ. διακρίνονται σε δορυφορικές εικόνες που πιθανόν όμως να αποτελούν παγίδες υδρογονανθράκων. Ορυκτοί πόροι μπορούν να εμφανιστούν επίσης ως αποχρωματισμός του περιβάλλοντος πετρώματος ή ως ιδιαίτερη ανάπτυξη βλάστησης, η οποία αντιστοιχεί σε συγκεκριμένους τύπους πετρωμάτων. Τα Radar μπορούν να διεισδύσουν μέσα από τα πυκνά σύννεφα και τη βλάστηση ώστε να επιτρέπουν μετρήσεις για το υποκείμενο έδαφος και τις ιδιότητες του και τα χαρακτηριστικά του. Τα Radar είναι επίσης χρήσιμα στην αναγνώριση γεωλογικών δομών και στην ταξινόμηση πετρωμάτων της επιφάνειας της γης.

α. Γεωλογική χαρτογράφηση Η Τηλεπισκόπηση στη Γεωλογία χρησιμοποιείται κυρίως για τη βελτίωση των συμβατικών μεθόδων σύνταξης και ερμηνείας γεωλογικών χαρτών σε εκτεταμένες περιοχές. Εικόνες του δορυφόρου Landsat εφαρμόζονται σε ποικίλα γεωλογικά προβλήματα που είναι δύσκολο να επιλυθούν αποκλειστικά και μόνον με συμβατικές μεθόδους. Η σύνταξη των συμβατικών γεωλογικών χαρτών περιλαμβάνει παρατηρήσεις πεδίου και εργαστηριακές μετρήσεις που εξαρτώνται από την έκθεση των πετρωμάτων, την προσπελασιμότητα της περιοχής, και το διαθέσιμο ανθρώπινο δυναμικό. Με τις τεχνικές, όμως, της Τηλεπισκόπησης είναι δυνατόν να ληφθούν συγκεκριμένες πληροφορίες γεωλογικής δομής και λιθολογίας πιο αποτελεσματικά από ό, τι στο έδαφος. Σε καλώς εκτεθειμένες περιοχές, γεωλογικοί χάρτες μπορούν να κατασκευαστούν από εικόνες Landsat και SPOT ακόμη και αν υπάρχουν πολύ περιορισμένες μετρήσεις πεδίου, επειδή πολλές από τις κύριες γεωλογικές ομάδες και ιδιότητες απεικονίζονται στις εικόνες αυτέ. Η κάλυψη του δορυφόρου Ι3ηά83ΐ για περιοχή 185 km x 170 km, με χαμηλή γωνία ύψους του Ήλιου, και επανάληψη της λήψης κάθε 16 ημέρες (ή 18 ημέρες σε δορυφόρους παλαιότερης γενεάς) κάνει τη δορυφορική εικόνα χρήσιμη στη γεωλογική χαρτογράφηση. Η μικρή γωνία φωτισμού του Ήλιου επιτυγχάνεται με το να αναγκασθεί ο δορυφόρος να τεθεί σε τροχιά τέτοια ώστε να τέμνει τον ισημερινό γύρω στις 10:00 π.μ. τοπική ώρα. Η χαμηλή αυτή γωνία ύψους του Ήλιου αυτήν την ώρα της ημέρας δημιουργεί σκιές λόγω των γεωλογικών δομών και της τοπογραφίας, δίνοντας έμφαση και τονίζοντας έτσι το τοπογραφικό ανάγλυφο στις εικόνες. Επίσης, τα γραμμικά εκείνα στοιχεία που είναι ορατά σε κάποια εικόνα – και τα οποία ονομάζονται γραμμώσεις – ενδέχεται να αντιστοιχούν σε ζώνες αδυναμίας του φλοιού της Γης, οι οποίες συχνά αποτελούν ρήγματα. Ο τόνος και η υφή των εικόνων Radar χρησιμοποιούνται για τη διάκριση εδαφών και πετρωμάτων. Διαφορετικά πετρώματα καθίστανται διακριτά στις εικόνες εξαιτίας των διαφορών που εμφανίζουν στην τραχύτητα της επιφάνειας των καθώς και εξαιτίας της διηλεκτρικής τους σταθεράς, και της αγωγιμότητας τους.

β. Ανίχνευση κοιτασμάτων Η Τηλεπισκόπηση δίνει τη δυνατότητα ανίχνευσης δύσβατων περιοχών, χαρτογραφώντας περιοχές γεωλογικών κατατμήσεων, οι οποίες κατατμήσεις ελέγχουν την εναπόθεση ορυκτών και την ύπαρξη των μητρικών πετρωμάτων που σχετίζονται με κοιτάσματα. Κατά αυτόν τον τρόπο, η ευρεία κάλυψη των δορυφορικών εικόνων διευκολύνει τις γεωλογικές μελέτες σε περιφερειακή κλίμακα. Επιπλέον, η ενίσχυση και βελτίωση της εικόνας με ψηφιακή επεξεργασία μέσω υπολογιστή μάς δίνει τη. δυνατότητα να δώσουμε έμφαση στα χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν, όπως είναι οι γραμμώσεις και η επιφανειακή τραχύτητα, που σχετίζονται και ρυθμίζουν τους ορυκτοποιούς παράγοντες. Ψευδο-χρωματικές εικόνες από το Landsat – μεμονωμένες φασματικές ζώνες αντιπροσωπεύονται από διαφορετικό χρώμα – μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό περιοχών που περιέχουν υδροθερμικά εξαλλοιωμένα πετρώματα (hydrothermal alteration) (π.χ., ο αποχρωματισμός (discoloration) των επιφανειακών πετρωμάτων σε λειμωνίτη). Οι υδροθερμικές αυτές εξαλλοιώσεις που καταγράφονται στις εικόνες Τηλεπισκόπησης ενδέχεται να περιέχουν ορυκτά σε τέτοια περιεκτικότητα ώστε αυτά να χαρακτηρισθούν κοιτάσματα. Η ανίχνευση εδώ βασίζεται στη μεταβαλλόμενη ανακλαστικότητα των εξαλλοιωμένων πετρωμάτων. Επίσης, σαρωτές θερμικών καταγραφών που φέρονται από αεροσκάφη μπορούν να ανιχνεύσουν μεταβολές στην περιεκτικότητα του διοξειδίου του πυριτίου, να διακρίνουν μεταβολές στις ενότητες των πετρωμάτων, να εντοπίσουν περιοχές υδροθερμικών εξαλλοιώσεων, πράγματα που αποτελούν όλα σημαντικούς παράγοντες στην ανίχνευση ορυκτών πόρων και κοιτασμάτων. Ένας συνδυασμός πολυφασματικών δορυφορικών δεδομένων και δεδομένων Radar μπορεί να ενισχύσει και να βελτιώσει την οπτική εμφάνιση των εικόνων, έτσι ώστε να αποκαλυφθούν λεπτές διαφορές των επιφανειακών ιδιοτήτων των πετρωμάτων.

γ. Ανίχνευση υδρογονανθράκων Οι δορυφόροι της Τηλεπισκόπησης έχουν συνεισφέρει σημαντικά στην ανίχνευση υδρογονανθράκων. Εταιρείες πετρελαίων χρησιμοποιούν συστηματικά δορυφορικές εικόνες ώστε να συμπληρώσουν άλλες μεθόδους ανίχνευσης υδρογονανθράκων. Οι δορυφορικές απεικονίσεις χρησιμοποιούνται για να γίνει περισσότερο κατανοητός ο τρόπος δημιουργίας και συσσώρευσης των κοιτασμάτων πετρελαίου. Οι εικόνες του θεματικού χαρτογράφου (Thematic Mapper και του ΕΤΜ+) του δορυφόρου Landsat μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εντοπισθούν λεπτά χαρακτηριστικά των πετρωμάτων, όπως πτυχώσεις, ρήγματα, βυθίσματα, διευθύνσεις στρωμάτων, σχηματισμοί δικτύων απορροής κλπ. Χαρακτηριστικά τέτοιας γεωλογικής δομής ενδέχεται να μην είναι ορατά με άλλες τεχνικές, αλλά μπορεί να υποδηλώνουν παγίδες υδρογονανθράκων. Επιφανειακοί γεωλογικοί σχηματισμοί όπως αντίκλινα, σύγκλινα, και πτυχώσεις πετρωμάτων έχουν κάποια σχέση με την υπόγεια γεωλογική δομή και είναι μετρήσιμα από δέκτες Radar. Η διάκριση επιτυγχάνεται εξαιτίας της ευαισθησίας του σήματος επιστροφής του Radar σε αλλαγές στην κλίση των πετρωμάτων, στους τύπους και τις μορφές του δικτύου απορροής κλπ. Όλα αυτά τα στοιχεία αποτελούν επίσης μιαν ακόμη ένδειξη της λιθολογίας της περιοχής και αποτελούν στοιχεία για ανίχνευση πετρελαίου και φυσικού αερίου.

1.2.4 Τεκτονική πλακών Η θεωρία των τεκτονικών πλακών προσφέρει απαντήσεις στα ερωτήματα αναφορικά με την προέλευση ορισμένων κοιτασμάτων που εμφανίζονται σε συγκεκριμένες θέσεις. Για παράδειγμα, το σχήμα των ακτών της Ερυθράς θάλασσας μεταξύ Αφρικής και Αραβίας μαρτυρεί κοινή προέλευση των πετρωμάτων που βρίσκονται στα όρια των πλακών εκατέρωθεν των ακτών και διακρίνονται από τους δορυφόρους Τηλεπισκόπησης (βλέπε Σχήμα 1.6). Συνοψίζοντας μπορούμε να πούμε ότι η Τηλεπισκόπηση εφαρμόζεται: πρώτον, στην ανίχνευση και στον εντοπισμό ορυκτών, δίνοντας ολοκληρωμένη εποπτική και τακτικά επαναλαμβανόμενη πληροφορία που είναι διαθέσιμη σε ψηφιακή μορφή• δεύτερον, στην παρακολούθηση διαχρονικών μεταβολών γεωδυναμικών φαινομένων, και στην παρακολούθηση περιβαλλοντικών καταστροφών και αποκαταστάσεων τρίτον, στην παρακολούθηση ηφαιστειακών διεργασιών, στην εξερεύνηση γεωθερμικών πεδίων, στον υπολογισμό της παρεχόμενης γεωθερμικής ενέργειας, στην αναγνώριση της ενέργειας που εκπέμπεται από την οξείδωση ορυκτών τα οποία περιέχουν, για παράδειγμα, θείο• και τέταρτον, στην αναγνώριση γεωμορφολογικών στοιχείων ενδεικτικών για την ύπαρξη, παραδείγματος χάρη, βωξίτη, νικελίου, πετρελαίου, φυσικού αερίου, στον εντοπισμό ρηγμάτων σε μεγάλα βάθη που πιθανόν να σχετίζονται με κοιτάσματα χαλκού και σιδήρου και γενικά στην ανάπτυξη θεωριών και βασικών αρχών προέλευσης, κατανομής και περιεκτικότητας κοιτασμάτων, καθώς και στην υδρογεωλογία, και στο περιβάλλον.

1.2.5 Μελέτη βλάστησης Ένας από τους στόχους της Τηλεπισκόπησης είναι η μελέτη της βιολογικών υλικών (βλάστησης), όπως η παρακολούθηση της δυναμικής συμπεριφοράς της βλάστησης μέσω του κύκλου ανάπτυξης της, καθώς και η μελέτη της υγείας των φυτών. Επομένως, οι μεταβολές των φασματικών χαρακτηριστικών της βλάστησης ως συνάρτηση της κατάστασης της υγείας της έχουν ιδιαίτερη σημασία. Η περιεχόμενη στα φύλλα υγρασία μπορεί να προσδιοριστεί συγκρίνοντας τις ανακλαστικότητες κοντά στα μήκη κύματος 0,8 μm, 1,6 μm και 2,2 μm. Η παρουσία της χλωροφύλλης στη βλάστηση οδηγεί σε απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας σε μήκη κύματος μικρότερα από 0,7 μm. Στην περιοχή από 0,7 μm μέχρι 1,3 μm εμφανίζεται ισχυρή ανάκλαση που οφείλεται στην ασυνέχεια του δείκτη διάθλασης μεταξύ του αέρα και των κυψελών των φύλλων. Η ποσότητα της πράσινης βιομάζας (green biomass) επιδρά επίσης στην ανακλαστικότητα των βιολογικών υλικών. Χέρσα εδάφη εμφανίζουν μηδενική καμπύλη στη βιομάζα. Καθώς όμως αναπτύσσεται η βλάστηση, η φασματική ταυτότητα της βλάστησης αρχίζει να εμφανίζεται στις εικόνες. Σε πολλές περιπτώσεις τα γεωλογικά υλικά (εδάφη και πετρώματα) καλύπτονται μερικώς ή ολικώς από βλάστηση. Επομένως, τα φυσικά φασματικά χαρακτηριστικά στην εικόνα θα περιέχουν κάποια ανάμιξη που χαρακτηρίζει τη φυτική κάλυψη και το υποκείμενο έδαφος. Τέλος, άλλες εφαρμογές της Τηλεσκόπησης περιλαμβάνουν τη Μετεωρολογία, την Αρχαιολογία, την κατασκοπεία κ.ά.