Подземный радар - это не что-то из последнего научно-фантастического фильма. На самом деле это инструмент, используемый почвоведами для быстрого и простого измерения количества влаги в почве.
Как и большинство технологий, она совершенствуется, и тестируются новые способы ее использования. Джонатан Алджео, аспирант Университета Рутгерса, провел исследования, совершенствуя георадар для различных целей, например, для измерения влажности почвы.
«Это очень распространенный инструмент в исследованиях, сельском хозяйстве, технике и армии для осмотра закопанных объектов и измерения содержания воды», - объясняет Algeo. «Одним из его основных преимуществ является то, что он очень быстрый. Одним из примеров является инструмент с колесом, которое позволяет радару проводить измерения, когда вы перемещаете его по земле. Таким образом, вы можете очень быстро проводить измерения на большом поле. или линия длиной в мили. Радар можно быстро использовать на большой площади, чтобы ответить на множество разных вопросов».
Эту технологию можно использовать для поиска подземных туннелей, скальных пород или трещин металла в опорах мостов. Что касается почвы, вопросы могут быть разными. Сколько воды находится у поверхности? Как она меняется по всему полевому участку? Содержание воды у поверхности может влиять на климат, поэтому оно важно и для компьютерных моделей климата.
Возможность измерять влажность почвы в поле может позволить фермерам оптимизировать использование воды, чтобы они не использовали слишком много или слишком мало, особенно в засушливых районах, где вода ограничена. Глядя на очень неглубокие недра, фермеры могут проверить эффективность своих ирригационных систем.
Как это делается? «В георадаре используются две антенны. Одна из них передает сигнал, а другая принимает его», - говорит Алгео. «Исходящий сигнал похож на сигнал микроволновой печи или сотового телефона. Этот сигнал распространяется во всех направлениях, но большая часть энергии направлена в землю. Когда есть зарытый объект или изменение материала, сигнал радара отражается обратно в поверхности, где он улавливается другой антенной."
Он добавляет, что чем больше воды в почве, тем медленнее движутся волны. Когда воды меньше, они двигаются быстрее. Ученый может использовать информацию, которую антенны собирают с волн, для оценки содержания воды в почве.
Уравнения и методы, которые исследователи используют для оценки содержания воды, бывают разных форм. Недавнее исследование Algeo проверило, какие из них лучше всего подходят для оценки содержания воды. Уравнения анализируют ранний временной сигнал. Это первые радиолокационные волны, которые возвращаются к приемной антенне, пройдя только верхний слой почвы. Сила этого сигнала изменяется в зависимости от содержания воды в верхней части почвы. Его можно измерить даже в богатых глиной почвах, где радар обычно бесполезен.
Алгео и его команда сравнили два метода расчета значения раннего временного сигнала, чтобы определить, какой из них лучше отслеживает изменения влажности почвы. Они обнаружили, что оба метода были успешными. Это дает исследователям возможность быстро оценить содержание воды на крупных полевых участках.
«Для того, чтобы метод получил широкое применение в промышленности, он должен быть подтвержден такими исследователями, как мы», - говорит Algeo. «Мы пытаемся выяснить все детали того, где, как и когда ранний анализ сигналов наиболее полезен. Это означает, что пользователи георадара будут иметь в своем наборе инструментов еще один инструмент, когда они пытаются быстро измерить содержание подземных вод."
«Георадар - мой любимый геофизический инструмент, потому что с его помощью мы можем получить очень разнообразную информацию из недр», - добавляет он. «Если есть вопрос о недрах, скорее всего, он сможет дать вам некоторое представление о том, что происходит».