Χαρτογράφηση πιθανώς αμιαντούχων πετρωμάτων με τη χρήση φασματικών εικόνων

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Mapping potentially asbestos-bearing rocks using imaging spectroscopy

Συγγραφείς: G.A. Swayze, R.F. Kokaly, C.T. Higgins, J.P. Clinkenbeard, R.N. Clark, H.A. Lowers and S.J. Sutley

A: Φασματική απορρόφηση ορυκτών που σχετίζονται με αποθέσεις σερπεντίνη στην κοιλάδα El Dorado. Β: Χάρτης με πιθανά ορυκτά με αμίαντο, μείγμα σερπενίνη/βλάστησης και θαμνώδη φυτική κάλυψη για ένα κομμάτι του Flagstaff Hill με τη χρησιμοποίηση AVIRIS. C: Λεπτομέρειες της περιοχής Iron Mountain. D, E: Δευτερογενείς ηλεκτρονικές εικόνες χρυσοτιλικού αμιάντου και τρεμολίτη από τις περιοχές που φαίνονται στο C. F: Σύσταση ινώδους τρεμολίτη της περιοχής ED03-3A G: Φασματικές εικόνες των περιοχών S1, S2.

A: Χάρτης με πιθανά ορυκτά με αμίαντο, μείγμα σερπενίνη/βλάστησης και θαμνώδη φυτική κάλυψη για ένα κομμάτι του Garden Valley με τη χρησιμοποίηση AVIRIS. B: Φασματική απορρόφηση περιοχών σερπεντίνη/γρασιδιού και φάσμα AVIRIS για μια θαμνώδη περιοχή στο Flagstaff Hill. C: Φωτογραφία της περιοχής σερπεντίνη/γρασιδιού. Τα βέλη δείχνουν που έγιναν οι φασματικές μετρήσεις D: Η συνεχής αφαίρεση που εφαρμόστηκε στα φασματικά πεδία για απορρόφηση καντά στα 2.3μm. E: Το αποτέλεσμα της αφαίρεσης του φάσματος του γρασιδιού (επί 70) από το μεικτό φάσμα σερπεντίνη/γρασιδιού.

ΣΚΟΠΟΣ

Πετρώματα και έδαφος που μπορεί να περιέχουν φυσικά εμφανιζόμενο αμίαντο, γνωστό καρκινογόνο στον άνθρωπο, χαρτογραφήθηκαν στη Sierra Nevada, στην Καλιφόρνια, χρησιμοποιώντας έναν αερομεταφερόμενο φασματογράφο ορατού/υπέρυθρου (AVIRIS), για να καθοριστεί αν αυτά τα συστατικά μπορεί να αναγνωριστούν μοναδικά με φασματοσκόπηση. Ακόμη, οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιήθηκαν για την προετοιμασία και τον καθορισμό χαρτών των περιοχών που μπορεί να περιέχουν τέτοια αμιαντούχα ορυκτά, όπως ο σερπεντίνης και ο τρεμολίτης – ακτινόλιθος, με τελικό σκοπό την πρόταση μέτρων προστασίας, αλλά και την κάλυψη κενών στη γεωλογική χαρτογράφηση, όπου η πρόσβαση ήταν περιορισμένη.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Ο φυσικά εμφανιζόμενος αμίαντος, είναι ένας φυσικός κίνδυνος, εξαιτίας της σύνδεσής του με το μεσοθηλίωμα, τον καρκίνο του πνεύμονα και την αμιάντωση. Μεταξύ των ορυκτών είναι ο χρυσοτίλης (ένα μέλος της ομάδας του σερπεντίνη) και οι ινώδεις μορφές πολλών αμφιβολιτών, όπως ο τρεμολίτης και ο ακτινόλιθος. Στην Καλιφόρνια, τέτοια μέταλλα είναι κυρίαρχα, όχι όμως αποκλειστικά, σχετιζόμενα με σερπεντινικά και υπερβασικά πετρώματα, τα οποία είναι συνήθη στη Sierra Nevada, την Coast Ranges και τα Klamath Mountains. Πολλές περιαστικές κοινότητες επεκτείνονται στις περιοχές όπου υπόκεινται αυτά τα πετρώματα. Έχει προσδιοριστεί ένας αυξημένος κίνδυνος μεσοθηλιώματος μεταξύ των κατοίκων που ζουν κοντά στον αμίαντο στην Καλιφόρνια. Κατά συνέπεια, είναι επιθυμητό αυτοί οι συγκεκριμένοι τύποι πετρωμάτων να προσδιοριστούν και να χαρτογραφηθούν για να βοηθήσουν στη μείωση της έκθεσης του κοινού σε αμιαντούχα σκόνη που παράγεται απ’ αυτά.

Η Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ και το Τμήμα Γεωλογικής Επισκόπησης της Καλιφόρνια διεξήγαγαν μια από κοινού μελέτη για να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα της υπερφασματικής εικόνας που συλλέγονται από τον αερομεταφερόμενο φασματογράφο ορατού/υπέρυθρου της NASA (AVIRIS), στη χαρτογράφηση της έκθεσης σε πιθανά αμιαντούχους σερπεντινίτες και υπερβασικά πετρώματα. Οι περιοχές μελέτης είναι οι Plumas και El Dorado Counties στη Sierra Nevada. Αυτές οι περιοχές έχουν άφθονη βλάστηση, η οποία υπόκειται μιας ζώνης Παλαιοζωικών – Μεσοζωικών μεταϊζηματογενών και μεταηφαιστειακών πετρωμάτων με διεισδύσεις πλουτώνιων πετρωμάτων. Η ζώνη περιέχει αρκετές Β-ΒΔ ρηξιγενείς ζώνες, οι περισσότερες απ’ τις οποίες, συμπεριλαμβανομένης της West Bear Mountains and Melonies, περιέχουν φακούς σερπεντινιωμένων υπερβασικών και ταλκικού σχιστόλιθου. Για να επιβεβαιώσουν την αποτελεσματικότητα της τηλεπισκοπικής μεθόδου, τα δεδομένων συλλέχθηκαν σε εμφανίσεις σερπεντίνη και υπερβασικών τα οποία είχαν χαρτογραφηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Ο στόχος ήταν να αξιολογηθεί η χρήση της τηλεπισκοπικής τεχνολογίας στη βοήθεια αναγνώρισης σερπεντίνη και πετρωμάτων που περιέχουν τρεμολίτη και ακτινόλιθο, τα οποία πιθανώς περιέχουν φυσικό αμίαντο, σε περιοχές όπου η γεωλογική χαρτογράφηση είναι περιορισμένη.

Πέντε γραμμές συλλέχθηκαν για ανάλυση επειδή κάλυπταν σερπεντινίτες σε κλιμακούμενα μεγαλύτερα ύψη, δίνοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα να εκτιμηθεί πως διαφορετική φυτοκάλυψη επηρεάζει την ικανότητα χαρτογράφησης της ορυκτολογίας του εδάφους. Αυτές οι γραμμές κάλυπταν μέρος του λόφου Flagstaff, του ποταμού Cosumnes, της κοιλάδας Garden, του όρους Little Bald στην κοιλάδα του El Dorado και το όρος Red στην κοιλάδα Plumas.

Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα συλλέχθησαν από αεροπλάνο που πετούσε στα 5.300 μέτρα, παράγοντας εικόνα 4 mpixels, με λωρίδες 2,5-3 χιλιομέτρων. Τα δεδομένα βαθμονομήθηκαν σε εμφανή ανάλυση και αναλύθηκαν για να χαρτογραφηθεί η ορυκτολογία και η βλάστηση, χρησιμοποιώντας το σύστημα USGS Tetracorder. Αυτό χρησιμοποιεί μια τροποποιημένη τεχνική ελάχιστων τετραγώνων για να αναγνωρίσει φασματικά υλικά της επιφάνειας και να δημιουργήσει χάρτες κατανομής τους. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, δημιουργήθηκαν από το AVIRIS χάρτες με τα ορυκτά και τη βλάστηση, όπου τα χρωματιστά εικονοστοιχεία αντιπροσωπεύουν τη χωρική κατανομή από ένα συγκεκριμένο σύνολο υλικών που εκτίθεται σε επιφανειακές συνθήκες.

ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΟΡΥΚΤΩΝ

Ο χρυσοτίλης, ο λιζαρδίτης και ο αντιγορίτης ομαδοποιήθηκαν στους χάρτες, αφού παρουσιάζουν φασματική απορρόφηση στην περιοχή των 2.3μm. Επίσης, επειδή τα φασματικά χαρακτηριστικά της βλάστησης συμπίπτουν με αυτή την περιοχή τιμών, δημιουργήθηκε μια φασματική κατηγορία σερπεντίνη και ήσσονος σημασίας ξηρής βλάστησης, η οποία εμφανίζεται με κόκκινα εικονοστοιχεία με πάνω από 30% φυτοκάλυψη, έτσι ώστε να επεκταθεί η χαρτογράφηση των ορυκτών πέρα από τις μη φυτοκαλυμμένες περιοχές. Ο τρεμολίτης έχει ισχυρή απορρόφηση με κορυφές σε δύο σημεία, στα 2.314 και 2.386μm, πολύ διαφορετική από αυτή του σερπεντίνη, σχέδον ίδια όμως με τον ακτινόλιθο και τον τάλκη, ορυκτά με τα οποία βρίσκεται συχνά κοντά. Έτσι δημιουργήθηκε η κατηγορία τάλκη/τρεμολίτη-ακτινόλιθου (Τ/ΤΑ).

Οι μετρήσεις του AVIRIS ανακλούν το φως του ήλιου, συνεπώς δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση ορυκτών σε βάθος μεγαλύτερο απ’ αυτό που μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι. Συνεπώς οι περιοχές που δεν έχουν χρωματιστά εικονοστοιχεία (π.χ κοντά στην ακτογραμμή), είτε δεν έχουν τα ορυκτά που μας ενδιαφέρουν, είτε δεν μπορεί να τα εντοπίσει το AVIRIS.

ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΒΛΑΣΤΗΣΗΣ

Μελετήθηκαν οι φασματικές εικόνες θαμνώδων ειδών, όπως Arctostaphylus viscida, Adenostoma fasciculatum και Heteromeles arbutifolia, προκειμένου να καθοριστεί εάν μπορούν έμμεσα να προσδιορίσουν περιοχές με σερπεντίνη, λόγω τοπικής συγγένειάς τους με αυτόν. Έτσι προστέθηκε στη φασματική βιβλιοθήκη του Tetracorder ο παράγοντας χλωροφύλλης 0.65μm. Οι θάμνοι εντοπίστηκαν κυρίως, αλλά όχι αποκλειστικά στις περιοχές με υπερβασικά και σερπεντινιωμένα πετρώματα του Flagstaff Hill και του Garden Valley.

Για τον εντοπισμό σερπεντίνη σε περιοχές με κάλυψη γρασιδιού πάνω από 30% χρησιμοποιήθηκε η τεχνική για την αναγνώριση πολλαπλού φάσματος συστατικά σε ένα εικονοστοιχείο, η οποία περιλαμβάνει την πρόσθεση του φάσματος του σερπεντίνη και του γρασιδιού σε διαφορετικά τμήματα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Οι κατηγορίες βλάστησης είναι ένα σημαντικό στοιχείο των χαρτών του λόφου Flagstaff και της κοιλάδας Garden, αφού θάμνοι και μείγματα σερπεντινίτη-γρασιδιού καλύπτουν τουλάχιστον τη μισή περιοχή στα πολύγωνα, εμφανώς περισσότερη απ’ ό,τι καλύπτεται από εικονοστοιχεία (κίτρινα και μπλε) που σχετίζονται με ορυκτά. Οι παρατηρήσεις και από τις πέντε περιοχές μελέτης, δείχνουν ότι η κάλυψη με θάμνους είναι ανομοιογενής, με δεσπόζοντα σερπεντινιωμένα πετρώματα στα χαμηλότερα υψόμετρα, κάλυψη με γρασίδι στα ενδιάμεσα υψόμετρα και δασοκάλυψη με κωνοφόρα στα υψηλότερα υψόμετρα. Οι φασματικοί χάρτες που ενσωματώνουν πληροφορίες για φυτική ταξινόμηση που εξαρτάται απ’ το υπόστρωμα και ορυκτολογική ταυτοποίηση ανεξάρτητη από τη λιθολογία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν εργαλείο για την οριοθέτηση περιοχών που είναι πιο πιθανό να περιέχουν φυσικά εμφανιζόμενο αμίαντο. Οι χάρτες αυτοί μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό δρόμων καλυμμένων με αθροίσματα σερπεντίνη, τον εντοπισμό περιοχών που έχουν ανάγκη από έλεγχο της σκόνης και να βοηθήσουν να συμπληρωθούν τα κενά στη γεωλογική χαρτογράφηση, όπου η πρόσβαση είναι περιορισμένη.