At trænge ind i jordoverfladen med radar

Jordgennemtrængende radar er ikke noget fra den seneste sci-fi-film. Det er faktisk et værktøj, der bruges af jordforskere til hurtigt og let at måle mængden af ​​fugt i jorden.

Som med de fleste teknologier, det bliver bedre, og nye måder at bruge det på bliver afprøvet. Jonathan Algeo, en kandidatstuderende ved Rutgers University, har brugt sine studier på at gøre jordgennemtrængende radar bedre til forskellige formål, såsom måling af jordfugtighed.

"Det er et meget almindeligt værktøj i forskning, landbrug, ingeniørarbejde, og militæret for at se på nedgravede genstande og måle vandindhold, " Algeo forklarer. "En af dens vigtigste fordele er, at den er meget hurtig. Et eksempel er et værktøj med et hjul, der gør det muligt for radaren at tage målinger, mens du trækker den langs jorden. På denne måde du kan meget hurtigt tage mål på tværs af et stort felt eller en linje, der er miles lang. Radar kan bruges hurtigt over et stort område til at besvare mange forskellige spørgsmål."

Teknologien kan bruges til at finde underjordiske tunneler, grundfjeld, eller revner af metal i støtterne på en bro. Med hensyn til jord, spørgsmålene kan variere. Hvor meget vand er der nær overfladen? Hvordan varierer det på et feltsted? Vandindholdet nær overfladen kan påvirke klimaet, så det er også vigtigt for computerbaserede klimamodeller.

At kunne måle jordfugtighed på en mark kan give landmænd mulighed for at optimere vandforbruget, så de ikke bruger for meget eller for lidt, især i tørre områder, hvor vandet er begrænset. At se på den meget lavvandede undergrund giver landmændene mulighed for at teste effektiviteten af ​​deres kunstvandingssystemer.

Hvordan gør den dette? "Ground penetrerende radar bruger to antenner. En udsender et signal, og en anden modtager det, " Algeo siger. "Det udgående signal ligner et mikrobølge- eller mobiltelefonsignal. Det signal bevæger sig i alle retninger, men det meste af energien ledes ned i jorden. Når der er en nedgravet genstand eller en ændring i materiale, radarsignalet reflekteres tilbage til overfladen, hvor den bliver opfanget af den anden antenne."

Han tilføjer, at når der er mere vand i jorden, bølgerne bevæger sig langsommere. Når der er mindre vand, de bevæger sig hurtigere. En videnskabsmand kan bruge information, som antennerne indsamler fra bølgerne, til at estimere vandindholdet i jorden.

De ligninger og metoder, forskere bruger til at estimere vandindholdet, kommer i mange forskellige former. Algeos seneste forskning testede, hvilke der var bedst til at estimere vandindholdet. Ligningerne analyserer det tidlige tidssignal. Dette er de første radarbølger, der kommer tilbage til modtagerantennen efter kun at have gået gennem toppen af ​​jorden. Styrken af ​​dette signal ændres baseret på vandindholdet i toppen af ​​jorden. Det kan måles selv i lerrig jord, hvor radar normalt ikke ville være nyttig.

Algeo og hans team sammenlignede to metoder til at beregne en værdi for det tidlige tidssignal for at bestemme hvilken, hvis enten var bedre til at spore ændringer i jordfugtighed. De fandt, at begge metoder var vellykkede. Dette giver forskere mulighed for hurtigt at estimere vandindholdet på tværs af store feltområder.

"For at en metode kan få udbredt brug i industrien, det skal bevises uden tvivl af forskere som os, " siger Algeo. "Vi forsøger at finde ud af alle detaljerne om, hvor, hvordan, og hvornår tidlig tidssignalanalyse er mest nyttig. Det betyder, at brugere af jordgennemtrængende radar vil have endnu et værktøj i deres værktøjskasse, når de forsøger hurtigt at måle indholdet af underjordisk vand."

"Jordgennemtrængende radar er mit foretrukne geofysiske værktøj, fordi vi kan få så mange forskellige oplysninger fra undergrunden med det, " tilføjer han. "Hvis der er et spørgsmål om undergrunden, chancerne er, at det vil være i stand til at give dig et indblik i, hvad der foregår."