Η Εφαρμογή της Τηλεπισκόπησης στην Παλαιοντολογία: Μελέτη των Άνω Κρητιδικών Ιζημάτων στο Kazakhstan για Πιθανές Θέσεις Απολιθωμάτων

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 12:22, 10 Φεβρουαρίου 2017

Εικόνα 1: Έγχρωμο σύνθετο (κανάλια 3-2-1) της περιοχής μελέτης Shakh-Shakh. Η μαύρη γραμμή κλίμακας είναι 10 km. Συντομογραφίες θέσεων: 1.Shakh-Shakh 2, 2.Shakh-Shakh, 3.Bird Site, 4.Turtle Site, 5.Forest, 6.Forest 2, 7.Shakh Shakh 3.

Εικόνα 2: Ψευδέχρωμο σύνθετο (κανάλια 7-3-1) της περιοχής μελέτης Shakh-Shakh. Η μαύρη γραμμή κλίμακας είναι 10 km. Συντομογραφίες θέσεων: 1.Shakh-Shakh 2, 2.Shakh-Shakh, 3.Bird Site, 4.Turtle Site, 5.Forest, 6.Forest 2, 7.Shakh Shakh 3.

Εικόνα 3: Ταξινόμηση εικόνας με τον αλγόριθμο ISODATA της περιοχής μελέτης Shakh-Shakh. Η μαύρη γραμμή κλίμακας είναι 10 km. Συντομογραφίες θέσεων: 1.Shakh-Shakh 2, 2.Shakh-Shakh, 3.Bird Site, 4.Turtle Site, 5.Forest, 6.Forest 2, 7.Shakh Shakh 3.

Εικόνα 4: Ταξινόμηση εικόνας Landsat ETM+ της περιοχής μελέτης Shakh-Shakh. Η μαύρη γραμμή κλίμακας είναι 10 km. Συντομογραφίες θέσεων: 1.Shakh-Shakh 2, 2.Shakh-Shakh, 3.Bird Site, 4.Turtle Site, 5.Forest, 6.Forest 2, 7.Shakh Shakh 3.

Εικόνα 5: Εικόνα SAM (φασματικές βιβλιοθήκες που συλλέχθηκαν από το Scatter Plot) της περιοχής μελέτης Shakh-Shakh. Η μαύρη γραμμή κλίμακας είναι 10 km. Συντομογραφίες θέσεων: 1.Shakh-Shakh 2, 2.Shakh-Shakh, 3.Bird Site, 4.Turtle Site, 5.Forest, 6.Forest 2, 7.Shakh Shakh 3.

Malakhov, Dmitry V., Dyke, Gareth, J., and King, Christopher, 2009. Remote Sensing Applied to Paleontology: Exploration of Upper Cretaceous Sediments in Kazakhstan for Potential Fossil Sites. Palaeontologia Electronica Vol. 12, Issue 2; 3T: 10p; http://palaeo-electronica.org/2009_2/164/index.html.

Πηγή: http://palaeo-electronica.org/2009_2/164/index.html (8/11/2016)

Σε αυτή την εργασία περιγράφεται μία μέθοδος, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον γρήγορο εντοπισμό των δυνητικά απολιθωματοφόρων στρωμάτων που αργότερα θα διερευνηθούν από παλαιοντολόγους στο έδαφος. Η μέθοδος αυτή υλοποιήθηκε με την ανάπτυξη μίας φασματικής βιβλιοθήκης για τον χαρακτηρισμό των ιζηματογενών στρωμάτων στην περιοχή μελέτης.

Η περιοχή μελέτης για την αρχική ανάλυση είναι η εκτεταμένη περιοχής του Lower Syrdarya Uplift του νοτίου Kazakhstan, μία εκτεθειμένη περιοχή πάνω από 17.000 km2 που γίνεται ολοένα και πιο γνωστή για τη διατήρηση μίας πλούσιας πανίδας απολιθωμένων σπονδυλωτών ΥστεροΚρητιδικής ηλικίας (π.χ. Shilin and Suslov 1982, Nessov 1995, Kordikova et al. 2001, Malakhov and Dyke 2003, Dyke and Malakhov 2004, Averianov 2007). Σε διαδοχικές έρευνες πεδίου (2006, 2007) αναλύθηκαν και εφαρμόστηκαν δεδομένα Landsat ETM+ για την καθοδήγηση της έρευνας επί του εδάφους ώστε να εξοικονομηθούν χρόνος και χρήματα. Επιπλέον, πέρα από την φασματική ανάλυση, αναπτύχθηκε ένας λεπτομερής χάρτης της περιοχής με βάση την ανάλυση εικόνων Landsat.

Η εργασία επικεντρώνεται στον χαρακτηρισμό των φασματικών παραμέτρων των ήδη γνωστών απολιθωματοφόρων περιοχών που έχουν αναγνωρισθεί από προηγούμενες μελέτες πεδίου στην περιοχή Syrdarya (Dyke and Malakhov 2004). Μόλις χαρακτηρισθούν οι φασματικές παράμετροι μπορούν να εφαρμοσθούν εκ νέου σε άλλες περιοχές για να γίνει μία πρόβλεψη των τοποθεσιών των απολιθωματοφόρων περιοχών. Υπάρχει ένας αριθμός από λόγους γι’ αυτό: 1) Η μελετώμενη περιοχή είναι απομακρυσμένη (το πιο κοντινό χωριό είναι 90 km μακριά) και δεν είναι εύκολη η πρόσβαση σε αυτή και 2) προηγουμένως είχαν συλλεχθεί υπολείμματα απολιθωμάτων που βρέθηκαν σε αφθονία αλλά συγκεντρώνονται σε μικρές περιοχές διάσπαρτα σε όλη την περιοχή μελέτης (περίπου 17.000 km2). Αυτοί οι παράγοντες τονίζουν την ανάγκη για τον ακριβή προσδιορισμό των πιθανών περιοχών και όχι μία ασαφή προσπάθεια αναζήτησης (σε υψηλό κόστος). Ιδίως για περιοχές με μεγάλες εκτάσεις, η ανάπτυξη φασματικών βιβλιοθηκών ως βοήθημα για τον εντοπισμό πιθανών απολιθωματοφόρων στρωμάτων φαίνεται λογική προσέγγιση, αν και δεν είναι τόσο ακριβής όσο η ανάλυση των τοπικών περιβαλλοντικών μεταβλητών με τη χρήση GIS (Oheim 2007).

Όλες οι διαδικασίες, εκτός από τη συλλογή των βασικών χαρτών, διεξήχθησαν με το RSI ENVI 4.2. Οι ακόλουθοι χειρισμοί χρησιμοποιήθηκαν για την προ-επεξεργασία του αρχικού Landsat fileset που κατέβηκε από http://edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer/ › – 7 (συμπεριλαμβανομένων των θερμικών καναλιών 6.1 και 6.2), που αρχικά παρουσιάστηκε ξεχωριστά σε μορφή GeoTIFF σε ανάλυση 14,5 m. Η συνολική εικόνα κόπηκε για να οριοθετηθεί η περιοχή μελέτης, ενώ δοκιμάστηκαν οπτικά αρκετοί συνδυασμοί καναλιών (σύγκριση εικόνων 1, 2). Οι εικόνες που ανακτήθηκαν έχουν υποστεί ατμοσφαιρική και γεωμετρική διόρθωση.

Φασματική Ανάλυση

Χρησιμοποιήθηκε απεικόνιση ενός συνδυασμού των καναλιών 7-3-1 (R-G-B αντιστοίχως) για να καθορισθούν και να συλλεχθούν οι φασματικές υπογραφές. Αν και λήφθηκαν οι φασματικές παράμετροι και των επτά καναλιών για κάθε εικονοστοιχείο, αυτά τα τρία κανάλια επιλέχθηκαν επειδή δείχνουν τη μεγαλύτερη αντίθεση. Εφαρμόσθηκε ο αλγόριθμος μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης ISODATA (με πέντε (5) έως τριάντα (30) κατηγορίες με πάνω από τρεις επαναλήψεις ως προϋποθέσεις) σε αυτό το ψευδέχρωμο σύνθετο (εικόνα 2). Η ανάλυση των εικόνων που προέκυψαν με τον αλγόριθμο ISODATA δείχνει ότι τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά είναι εμφανή, σε αντίθεση με τα γεωλογικά (εικόνα 3). Αυτό το πρώτο βήμα εξηγεί τη γενική φασματική ομοιογένεια στην περιοχή Syrdarya. Αυτή η εικόνα δείχνει ότι οι γνωστές τοποθεσίες ταιριάζουν σε μεικτές τάξεις (εικόνα 3) με βάση τον αλγόριθμο ISODATA.

Η προσπάθειά μας να παραχθεί μία ταξινόμηση εικόνας χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Band Ratio είχε ως αποτέλεσμα την εικόνα που φαίνεται στην εικόνα 4. Υπολογίσθηκε η αναλογία των καναλιών για τα αργιλικά ορυκτά (κόκκινο) και για τα σιδηρούχα ορυκτά (ανοιχτό πράσινο) (εικόνα 4): αυτό υποστηρίζει το επιχείρημα ότι τα απολιθώματα των σπονδυλωτών που βρέθηκαν μέχρι σήμερα σε αυτή την περιοχή έχουν μεταφερθεί επειδή τα σιδηρούχα ορυκτά συνήθως καθορίζονται από αυτό τον αλγόριθμο ως χαρακτηριστικό των περιοχών που έχουν «ταλαιπωρηθεί» (είτε από καιρικές συνθήκες είτε όχι).

Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ένα profile Ζ (φάσμα), fuction του λογισμικού RSI ENVI, για τη συλλογή φασμάτων από τις πιο ευδιάκριτες ενώσεις εικονοστοιχείων και υπολογίσθηκαν οι Φασματικές Γωνίες (Spectral Angle Mapper, RSI ENVI) στην πολυφασματική απεικόνιση Landsat (εικόνα 5). Παρά το γεγονός ότι χρησιμοποιήθηκε η 7-3-1 απεικόνιση για τη συλλογή φασμάτων, καταγράφηκαν οι φασματικές υπογραφές από όλα τα κανάλια για κάθε εικονοστοιχείο που εξετάσθηκε αφού ο αλγόριθμος λειτουργεί με ένα πλήρες σύνολο των καναλιών. Η προσέγγιση αυτή καθόρισε την ακόλουθη αρίθμηση των φασματικών κατηγοριών:

1. Κίτρινο-ΥστεροΚρητιδικοί άργιλοι (φαίνονται στα κίτρινα εικονοστοιχεία)

2. Κόκκινο-ΥστεροΚρητιδικοί άργιλοι (κόκκινα εικονοστοιχεία)

3. Υπερκείμενα Νεογενή και Παλαιογενή ιζήματα (μπλε εικονοστοιχεία)

4. Τεταρτογενή στρώματα αργίλου (άσπρα εικονοστοιχεία)

5. Στεγνό κάτω μέρος μίας προσωρινής λίμνης – θάλασσας (πράσινα εικονοστοιχεία)

Όλα αυτά τα φάσματα σώθηκαν ως μία βιβλιοθήκη για τις επόμενες αναλύσεις.

Η απλή ανάλυση και η επαλήθευση από τη μελέτη πεδίου σε αυτή την εργασία δείχνει ότι είναι δυνατόν – τουλάχιστον στην περιοχή της Syrdarya του Kazakhstan – να χρησιμοποιηθούν φασματικά δεδομένα εικόνων Landsat ETM+ για να βοηθήσουν την αναζήτηση των απολιθωμάτων στο έδαφος. Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, είναι καθοριστικός ο ρόλος της τηλεπισκόπησης στον εντοπισμό των απολιθωματοφόρων θέσεων τόσο για την εξοικονόμηση χρόνου και χρήματος όσο και για την δημιουργία φασματικών βιβλιοθηκών που θα εξυπηρετήσουν μελλοντικές έρευνες.