從太空中“測量”黃石地質公園的地熱溫度

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徐慧,編譯.朱建東,校.

美國黃石國家地質公園地熱資源豐富,大量的地熱能不斷從地表向外釋放。這些地熱異常通常表現為熱泉、間歇泉、泥漿泉及地熱噴氣口等形式。科學家們可通過測量地熱異常點的溫度和規模來監測黃石地質公園的地熱活動,同時也有利于更好地保護這些珍貴的自然奇觀。但是,想要精確地測量出黃石地質公園內超過10 000個獨立的地熱異常點的數據,科學家們是如何做到的？

黃石地質公園的地熱點為數眾多,由于自然因素和人為因素的影響,其特征隨著時間而發生變化。例如,當地表溫度上升時,某些間歇泉會發生地熱異常,其噴發頻率和噴射速率會發生變化,甚至會形成新的間歇泉。2003年,由于地表溫度陡然增高,公園內諾里斯間歇泉(Norris Geyser)的游覽棧道因此關閉,而之前該處的溫度并不高。

人為因素同樣也會影響黃石公園的地熱點,包括人為地向泉眼中拋入異物,以及地表建筑、公路和觀光棧道的修建。這需要通過不間斷地對這些地熱點進行監測,以查清真實的原因。

溫度監測是其中的一項重要內容,公園內的部分地熱點均安裝了溫度監控設備。然而,不可能對公園內每一處地熱點都安裝溫度監控設備。幸運的是,還有另一種方法。

我們知道,任何具有溫度的物體都會向周圍環境中輻射紅外線能量,這些能量的大小與物體的溫度有密切的關系。利用這個原理,科學家們可以不接觸物體本身而測算出其溫度,這種方法稱為“熱紅外探測”技術。

如果物體溫度足夠高,它將發出人們肉眼可見的光線,稱為“可見光”。然而,黃石地質公園的地熱點溫度不足以發出可見光,但卻可以發射出熱紅外線(注:熱紅外線屬于電磁波的一種)。雖然人們無法通過肉眼直接觀測熱紅外線,但卻可以借助儀器探測到這種輻射的存在?？茖W家們將熱紅外探測器安裝到人造衛星上,便可利用熱紅外成像技術,對諸如黃石地質公園等區域進行大面積紅外線掃面成像。

利用人造衛星進行熱紅外感應成像最大的優點是可迅速地對地質公園內地熱異常區域進行掃描成像,然而這種設備的使用也有一定的局限性。例如,在日照環境下,由于太陽光對

周圍地表的加熱作用,公園內地熱異常區的溫度并不比周圍溫度高。因此,利用熱紅外設備在夜間對地質公園的地熱異常區進行熱感應成像,效果要比白天好很多。

利用人造衛星進行熱紅外感應成像的另一個局限就是成像像素不高。例如,美國國家航空航天局(NASA)土地資源衛星搭載的高精度熱輻射反射儀(ASTER),其精度僅為90 m的分辨率,也就是說,黃石地質公園內最大的熱泉在成像圖中也僅僅是一個像素的大小。因此,這種基于人造衛星獲得的熱感應成像圖必須結合相應的地表調查,而前者為后者的調查提供了許多極其關鍵的、通常又難以獲取的重要信息。