Διερεύνηση των δυνατοτήτων του Sentinel-1 για την ανίχνευση υδροθερμικών αλλοιώσεων με βάση την πολυχρονική συμβολομετρική συνοχή ...

 

[[category:Γεωλογία – Εδαφολογία]]
[[Εικόνα:eli_nisyros_1.png | thumb | right | Εικόνα . Χάρτης θέσης νησιού Νίσυρος στην Ελλάδα(κόκκινο τετράγωνο).Εικόνα του ηφαοστείου της Νισύρου με το Sentinel-2.Η καλδέρα του ηφαιστείου από πρόσφατο γεωλογικό χάρτη . ]]
[[Εικόνα:eli_nisyros_2.png| thumb | right | Εικόνες .α)Ψηφιοποιημένος γεωλογικός χάρτης της Νισύρου 1:15000 που παρουσιάζει τα όρια της περιοχής υδροθερμικών αλλοιώσεων(κίτρινο χρώμα) β)Μέση εικόνα συνοχής 0-1 για τα έξι διαφορετικά ζεύγη του δορυφόρου . ]]

'''Διερεύνηση των δυνατοτήτων του Sentinel-1 για την ανίχνευση υδροθερμικών αλλοιώσεων με βάση την πολυχρονική συμβολομετρική συνοχή : η περίπτωση του ηφαιστείου της Νισύρου (Ελλάδα).'''

'''Πρωτότυπος Τίτλος''' : Investigation of Sentinel-1 capabilities to detect hydrothermal alteration based on multitemporal interferometric coherence : the case of Nisyro volcano (Greece )

'''Συγγραφείς''' : Athanasia -Maria Tompolidi , Isaak Parcharidis , Olga Sykioti

'''Δημοσιεύτηκε''' : Elsevier B.V.

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου''' :https://doi.org/10.1016/j.procs.2021.01.297 

'''Λέξεις – Κλειδιά''' : Sentinel-1 , In-Sar, συνοχή, ηφαίστειο Νισύρου, υδροθερμική αλλοίωση

'''Εισαγωγή''' 
Όλο και περισσότερες μελέτες σήμερα χρησιμοποιούν τους δίδυμους δορυφόρους της αποστολής Sentinel-1  για γεωλογικές εφαρμογές . Η αποστολή αποτελεί μέρος της διαστημικής συνιστώσας Copernicus και αποτελείται από δύο δορυφόρους,(Sentinel-1A και Sentinel-1B) ο καθένας από τους οποίους φέρει ένα απεικονιστικό όργανο SAR της ζώνης C. Οι δορυφόροι Sentinel-1  πετούν στο ίδιο εγγύς πολικό, ηλιοσύγχρονο τροχιακό επίπεδο σε ύψος 697km με επαναλαμβανόμενο κύκλο τροχιάς 12 ημερών, ο οποίος επιτυγχάνει ζεύγη εικόνων SAR συμβολομετρίας με χρονικό διάστημα 6 ημερών. Επιπλέον, κάθε δορυφόρος Sentinel-1 έχει μικρότερες τροχιακές γραμμές βάσης, γεγονός που επιτρέπει εφαρμογές ανίχνευσης αλλαγών συνοχής SAR interferometry  (InSar) (π.χ. παρακολούθηση επιφανειακών παραμορφώσεων, δυναμική της κρυόσφαιρας, γεωλογική χαρτογράφηση κ.λπ).
Στο πλαίσιο αυτής της μελέτης στοχεύουμε να συμβάλλουμε στη διερεύνηση της δυνατότητας του  δορυφόρου να χρησιμοποιηθεί μέσω μιας πολυχρονικής εκτίμησης της συνοχής για την ανίχνευση περιοχών υδροθερμικής αλλοίωσης στο ηφαιστειακό περιβάλλον της νήσου Νισύρου στην Ελλάδα.

'''Το ηφαίστειο της Νισύρου'''

Το ηφαίστειο της Νισύρου βρίσκεται στο ανατολικότερο τμήμα του ενεργού ηφαιστειακού τόξου του Νοτίου Αιγαίου , μεταξύ της Κω και της Τήλου και έχει μέση διάμετρο 8 km .Πρόκειται για ένα τεταρτογενές σύνθετο στρωματοηφαίστειο με ύψος 698m , κεντρική κοιλότητα καλδέρας και απότομα τοιχώματα με πτώση 300-400m. Το ηφαιστειακό οικοδόμημα της Νισύρου  σχηματίστηκε πάνω σε ένα αλπικό υπόβαθρο μεσοζωικών ασβεστόλιθων και αποτελείται από ασβεστοαλκαλικά ηφαιστειακά προϊόντα που φιλοξενούν βασαλτικές ανδεσιτικές έως ρυολιθικές αποθέσεις. Παράλληλα με τις ασβεστοαλκαλικές αποθέσεις, παρατηρείται τοπικά προχωρημένη αργιλική υδροθερμική αλλοίωση εντός της καλδέρας του ηφαιστείου. Το 1996-7 σημειώθηκε σεισμική κρίση που ακολουθήθηκε από προοδευτική ανύψωση, επέκταση των κεντρικών τμημάτων του νησιού προς τα ανατολικά-δυτικά και πιθανή εισαγωγή μάγματος σε μεγαλύτερο βάθος του φλοιού, η οποία οδήγησε σε φαινόμενα παραμόρφωσης.

'''Δεδομένα'''

Στη παρούσα μελέτη , πραγματοποιείται πολυχρονική ανάλυση της  συνοχής με τη χρήση έξι εικόνων C-band  του Sentinel-1 single Look Complex (SLC)  με ανοδικό πέρασμα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν έξι σκηνές ανοδικού περάσματος της λειτουργίας TOPS του Sentinel-1B  από τον Οκτώβριο 2017 έως Ιανουάριο 2018. (Πίνακας 1). Οι εικόνες  SLC του Sentinel-1B επιλέχθηκαν από τον κόμβο ανοιχτής πρόσβασης Copernicus με βάση τα δεδομένα βροχόπτωσης ανοιχτής πρόσβασης που ήταν διαθέσιμα από τον μετεωρολογικό σταθμό στη νήσο Νίσυρο. Συγκεκριμένα , το αρχείο βροχόπτωσης χρησιμοποιήθηκε για την επιλογή των κατάλληλων ημερομηνιών λήψης, ώστε να επιτευχθεί η ελάχιστη επίδραση της βροχόπτωσης στα αποτελέσματα της συμβολομετρίας.
Επιπλέον ο πρόσφατος ψηφιοποιημένος γεωλογικός  χάρτης 1 :15000 του ηφαιστείου της Νισύρου
χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της πολυχρονικής ανάλυσης συνοχής.

'''Μέθοδοι'''

Οι επτά εικόνες επεξεργάστηκαν με το εργαλείο SNAP που παρείχε ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος. Στη συνέχεια , οι ακριβείς τροχιές του Sentinel-1B μεταμορφώθηκαν αυτόματα και εφαρμόστηκαν στα σύνολα δεδομένων με τη χρήση του  Apply-Orbit. Κατά την κύρια επεξεργασία τα ζεύγη Sentinel-1B συν- καταχωρίθηκαν  χρησιμοποιώντας SI-TOPS με ακρίβεια sub-pixel μέσω της λειτουργίας S1 Back-Geocoding. 
Μετά τη δημιουργία των έξι διαφορικών συμβολογραφημμάτων, οι έξι χάρτες συνοχής συνδυάστηκαν προκειμένου να παραχθεί  ο μέσος χάρτης συνοχής. Η επεξεργασία των χαρτών έγινε στο λογισμικό ArcGIS προκειμένου να αξιολογηθούν με τη χρήση του ψηφιοποιημένου πρόσφατου γεωλογικού χάρτη του ηφαιστείου της Νισύρου.

'''Αποτελέσματα- Συζήτηση'''

Οι έξι εικόνες συνοχής  και ο χάρτης συνοχής παρουσιάζονται παρακάτω. Όπως φαίνεται υπάρχει απώλεια συνοχής στη θέση χαλαρών αλλουβιακών αποθέσεων (με γαλάζιο χρώμα στο γεωλογικό χάρτη που παρουσιάζεται Εικ.3α ) εντός της καλδέρας . Αντίθετα η περιοχή υδροθερμικών αλλοιώσεων (με κίτρινο στο γεωλογικό χάρτη ) παρουσιάζει υψηλή συνοχή κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν ορισμένα ηφαιστειακά προϊόντα , όπως φρέσκες ριζοδακιτικές λάβες (με κόκκινο χρώμα στο γεωλογικό χάρτη Σχ.3α) που βρίσκονται στο δυτικό τμήμα της καλδέρας, που επίσης παρουσιάζουν υψηλή συνοχή. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι φρέσκες ή υδροθερμικά τροποποιημένες λάβες διατηρούν τη συνοχή τους καλύτερα από τα πιο χαλαρά υλικά με κροκαλοπαγή μήτρα, όπως οι αλλουβιακές αποθέσεις.

'''Συμπεράσματα'''

Σε αυτή τη μελέτη δείχνουμε τη δυνητική ικανότητα του Sentinel 1B να διαφοροποιήσει την περιοχή υδροθερμικών αλλοιώσεων από πιο χαλαρά υλικά, όπως αλλουβιακές αποθέσεις, εντός της καλδέρας του ηφαιστείου της Νισύρου σε χρονικό διάστημα τεσσάρων μηνών. Οι υψηλότερες μέσες τιμές συνοχής παρατηρούνται εντός της περιοχής υδροθερμικής αλλοίωσης και οι χαμηλότερες εντός των αλλουβιακών αποθέσεων.
Ακόμα παρατηρείται ότι η περιοχή υδροθερμικών αλλοιώσεων και οι ριζοδακιτικές λάβες  είναι οι δύο κύριοι γεωλογικοί σχηματισμοί που παρουσιάζουν υψηλότερες μέσες τιμές συνοχής.
Στο τελικό μέσο χάρτη συνοχής αποδεικνύεται η διαφορά μεταξύ των διαφορετικών τύπων λιθολογιών στις επιδράσεις της αποσάθρωσης με την υδροθερμική περιοχή να είναι αμετάβλητη σε σύγκριση με τις περιφερειακές χαλαρές αλλουβιακές αποθέσεις.