Μια ολοκληρωμένη ανάλυση τηλεπισκόπησης και Γ.Σ.Π. του παλαιοντολογικού ποταμου Kufrah στην Ανατολική Σαχάρα

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 13:33, 1 Μαρτίου 2012

An integrated remote sensing and GIS analysis of the Kufrah Paleoriver, Eastern Sahara
Συγγραφείς: Eman Ghoneim, Michael Benedetti, Farouk El-Baz

ΠΗΓΗ http://www.sciencedirect.com/science/journal/0169555X (Article history: Received 28 June 2011 Received in revised form 23 October 2011 Accepted 26 October 2011)

ιστορικό Η περιοχή της Σαχάρας στην βόρεια Αφρική είναι γνωστό ότι έχει υποστεί σημαντικές υδρολογικές διακυμάνσεις κατά καιρούς στο παρελθόν. Η περιοχή σήμερα που καταλαμβάνεται από τη Σαχάρα ήταν πράσινη, και υπήρχαν δάση, λιβάδια, ποτάμια και λίμνες. Όταν οι περίοδοι των νερών τερματίστηκαν, η Σαχάρα μετατράπηκε σε μια άνυδρη έρημο. Η παρούσα μελέτη αποτελεί συνέχεια των προσπαθειών εκείνων που ασχολούνται με τον εντοπισμό και μελέτη του παλαιού υδατικού δικτύου στο ανατολικό τμήμα της Σαχάρα. Η περιοχή μελέτης καλύπτει μεγάλα τμήματα της Ανατολικής Λιβύης, δυτική Αίγυπτο, το Τσαντ και τμήματα του Σουδάν. Η γεωλογία του υπεδάφους της περιοχής δεν είναι πλήρως γνωστή, αλλά η περιοχή στο σύνολό της έχει αντιστοιχιστεί σε ψαμμίτες.

Ένας συνδυασμός σεισμικών ερευνών και μια αβαθή γεώτρηση κοντά στον κόλπο της Σύρτης αποκάλυψε ένα φαράγγι περίπου 396 μ. βάθος και πλάτος 5 χλμ. σε ασβεστόλιθο της Μειόκαινης περιόδου. Αυτό το φαράγγι, που ονομάζεται στην παρούσα μελέτη Sahabi Canyon, εκτιμάται ότι βυθίστηκε κατά την ύψωση της Μεσογείου θάλασσας. Η υπερβολικά πλούσια πανίδα σπονδυλωτών που βρέθηκαν στην ευρύτερη περιοχή της παλαιοογενής περιόδου επιβεβαιώνει την ύπαρξη ενός μεγάλου αριθμού διαδρομών γλυκού νερού κατά το παρελθόν. Το μέγεθος του προαναφερθέντος φαραγγιού υποδηλώνει μια μεγάλη λεκάνη απορροής που δεν συνδέεται με τον πρόγονο του Νίγηρα ποταμού αλλά με ένα εκτεταμένο ποτάμιο δίκτυο που συνδέεται με την όαση kufrah και στην μελέτη αυτή ονομάζεται kufrah ποταμός που αποστράγγιζε το μεγαλύτερο μέρος της Ανατολικής Λιβύης και κατέληγε σε ένα μεγάλο τερματικό εσωτερικό δέλτα. Μέχρι σήμερα, καμία από τις μελέτες που έχουν γίνει στην ευρύτερη περιοχή δεν έχουν καθορίσει την πλήρη έκταση του Kufrah ποταμου και του αποστραγγιστικού δικτύου του.

Εικονα1:ο γεωλογικός χάρτης της περιοχής έρευνας

Σκοπός

Ο στόχος της μελέτης αυτής είναι να παρουσιάσει μια ολοκληρωμένη εικόνα του συνόλου του ποτάμιου σύστημα που καλείται Kufrah, με την χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης και Γ.Σ.Π.(γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών)

Πήγες Δεδομένων Σε αυτή τη μελέτη, τα δεδομένα έχουν αποκτηθεί από τρεις διαφορετικές δορυφορικές πλατφόρμες ανίχνευσης, τον δορυφόρο SAR RADARSAT-1, (25μ χωρικής ανάλυσης , τον SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) για την δημιουργία ψηφιακών τρισδιάστατων μοντέλων(90μ χωρικής ανάλυσης) και του δορυφόρου Landsat ETM+ για την διάκριση τον μορφών σε επιφανειακές ή κάτω από την επιφάνεια.

Μεθοδολογία

Εξαιτίας του ξηρού κλίματος και της απουσίας βλάστησης τα αρχαία γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής συνήθως μπορεί να διακριθούν με την χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Ο δορυφόρος SAR RADARSAT-1 χρησιμοποιείται στην παρούσα μελέτη για να αποκαλύψει θαμμένα κανάλια και δομικά χαρακτηριστικά κρυμμένων ποταμιών. Τα δεδομένα χρησιμοποιούνται επίσης για την επικύρωση των πληροφοριών που ελήφθησαν από το SRTM που προέρχονται από τα δίκτυα αποχέτευσης που ανιχνεύτηκαν. Τα δεδομένα αυτά έχουν 25 m χωρική ανάλυση και συλλέγονται σε μια φθίνουσα τροχιά ενός μήκους κύματος. Ο συγκεκριμένος δορυφόρος έχει την μοναδική ικανότητα να διεισδύσει στη ξηρή άμμο που καταλαμβάνει την επιφάνεια για να αποκαλύψει κρυμμένα χαρακτηριστικά κάτω από αυτήν την επιφάνεια. Τα δεδομένα συλλέγονται στη C-band (λ = 5.7 cm) το οποίο είναι χρήσιμο για την απεικόνιση θαμμένων χαρακτηριστικών μέχρι 0,5 μ. βάθος. Η ζώνη L (λ = ~ 23,5 εκατοστά) μπορεί να διεισδύσει μεταξύ 2-5 m αλλά με λιγότερες λεπτομέρειες από την C-band, παρά το μεγαλύτερο βάθος διείσδυσης. Τα δορυφορικά συστήματα Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) και Landsat ETM+ χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία ψηφιακών τρισδιάστατων μοντέλων απεικόνισης του εδάφους(όπως και με τον RADARSAT-1, το SRTM χρησιμοποιεί την C-band μήκος κύματος να διεισδύσει στεγνή άμμο και απεικονίζουν την κοντά στην επιφάνεια τοπογραφία). Τα δεδομένα SRTM χρησιμοποιούνται κυρίως στην τοπογραφική ανάλυση της περιοχής μελέτης, με σκοπό να οριοθετήσουν το πλήρες δίκτυο αποχέτευσης και απορροής του συστήματος του Kufrah ποταμού. Η αξιοπιστία των δεδομένων του SRTM που προέρχονται από την ανίχνευση του δικτύου αποχέτευσης έχει συγκριθεί και επικυρωθεί με τα αποτελέσματα από τον RADARSAT-1 για ένα σύνολο εικόνων που αφορά ένα μικρό τμήμα της λεκάνης Kufrah (Εικ. 2). Σε αυτή την κλίμακα, υπάρχει άριστη συμφωνία μεταξύ του SRTM που προέρχονται από δίκτυο αποστράγγισης και τα κανάλια που αποκάλυψε ο RADARSAT. Έτσι, θεωρούμε ότι η ανακατασκευή του δικτύου αποστράγγισης είναι μια ακριβή αναπαράσταση του θαμμένου συστήματος .Όλα τα δεδομένα αποτυπωθήκαν σε ένα Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) με στόχο την βέλτιστη αξιοποίηση τους (επικάλυψη και συσχέτιση των επιφανειακών / υπόγειων χαρακτηριστικών που ανιχνεύτηκαν)

Εικόνα 2:(α) Landsat ETM + χρώμα σύνθετο (ζώνη 7, 4, και 2) που δείχνουν την κυριαρχία της κάλυψης άμμου στην επιφάνεια και γυμνά βράχια, χωρίς καμία ένδειξη των αποχετεύσεων επιφανειακά.(β)RADARSAT-1 διαπιστωθεί κάτω από την επιφάνεια εγχάρακτη κοιλάδα (περίπου 8-10 km πλάτος), τείνοντας προς βορρά. Αυτό καταδεικνύει την ικανότητα των κυμάτων ραντάρ να διεισδύουν στην άμμο της Σαχάρας.(γ) δεδομένα SRTM και χρήση GIS. Σημειώστε την καλή αντιστοιχία σε αυτό το όριο μεταξύ των καναλιών που δημιουργήθηκαν με τη χρήση και αυτά που εμφανίζονται στην εικόνα(β) που προέρχεται από RADARSAT-1

Αποτελέσματα έρευνας Με βάση τα αποτελέσματα που προκύπτουν ο ποταμός Kufrah είχε μια εκτεταμένη περιοχή απορροής διαστάσεων 235.500 km2 και μήκος 950 χιλιόμετρα. Το ποτάμι κυλούσε με μια πολύ ήπια κλίση της τάξης του 0,6 m χλμ. Όπως φαίνεται στην εικόνα 3 ο ποταμός Kufrah ήταν ένα τεράστιο σύστημα ποταμών, με το συνολικό πλάτος τους να υπερβαίνει τα 30 χιλιόμετρα σε ορισμένους τομείς. Η λεκάνη απορροής του αποτελείται από τέσσερις μεγάλους παραποτάμους που προκύπτουν από ορεινές περιοχές προς τα δυτικά, νότια και ανατολικά. Οι δύο μεγαλύτεροι παραπόταμοι μαζί αποτελούσαν περισσότερο από τα δύο τρίτα της περιοχής λεκάνης απορροής και συνέκλιναν στην Kufrah όαση, η οποία είναι γνωστή σήμερα για τις παραγωγικές πηγών των υπογείων υδάτων και το γόνιμο χώμα της.

Εικονα3:από RADARSAT-1 το μωσαϊκό της περιοχής μελέτης.

Εικονα4 :Ανασυγκρότηση του Kufrah ποταμου από δεδομένα που εξήφθησαν από SRTM.(α) λεκάνη απορροής και το κανάλι του δικτύου. (β) Διαμήκης προφίλ κατά μήκος του κεντρικού στελέχους Έντονες γεωλογικές διεργασίες που έλαβαν χώρα στη περιοχή οδήγησαν στην απώλεια ενός μεγάλου μέρους της λεκάνης απορροής του Sahabi από την Πρώιμη Πλειόκαινη περίοδο, Παράλληλα η καθίζηση των εδαφών είχε τελικά ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας σημαντικής διαφοράς ύψους μεταξύ του ποταμού Sahabi και του ποταμού Kufrah. Παράλληλα, οι ανωτέρω διεργασίες ενισχύονταν από την αύξηση του επιπέδου της θάλασσας της Μεσογείου.

Εικ.. 5. Εκτιμώμενες μεταβολές των ποταμών Sahabi και Kufrah κατά την εξέλιξη των γεωλογικών διεργασιών. Ορθογώνιο κουτί στο (β) δείχνει την έκταση που αναφέρεται στο (γ). (γ) από RADARSAT-1 εικόνα του τμήματος του Kufrah ποταμού, δείχνοντας τη στένωση της ροής. (ε) Τοπογραφικό προφίλ σε όλη την εγχάρακτη κοιλάδα.

Συμπέρασμα Με τη χρήση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης έχει χαρτογραφηθεί για πρώτη φορά ολόκληρη η λεκάνη απορροής του Kufrah ποταμού. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 78 ανιχνεύσεις του δορυφόρου RADARSAT-1, δεδομένα από τον SRTM και εικόνες του Landsat ETM +. Με μήκος τουλάχιστον 950 χιλιομέτρων και μια έκταση τουλάχιστον 236.000 km2, η λεκάνη απορροής του Kufrah ποταμού είναι το μεγαλύτερο σύστημα παλαιοντολογικού ποταμού που έχει προσδιοριστεί και χαρτογραφηθεί μέχρι τώρα στην Ανατολική Σαχάρα της βόρειας Αφρικής. Εκτός από την σκιαγράφηση της λεκάνης απορροής του Kufrah ποταμού, η μελέτη αυτή θα μπορούσε να ενισχύσει την μελλοντική εξερεύνηση για υπόγεια ύδατα και πετρέλαιο στην περιοχή μελέτης.