Exploration de la Terre , investigation de la surface de la Terre et de son intérieur
Quiz Exploration européenne: réalité ou fiction? Ferdinand Magellan a été le premier Européen à voir l'île de la Dominique.Au début du XXe siècle, la majeure partie de la surface de la Terre avait été explorée, au moins superficiellement, à l'exception des régions arctique et antarctique. Aujourd'hui, la dernière des zones non marquées sur les cartes terrestres a été remplie par la cartographie radar et photographique des avions et des satellites. L'une des dernières zones à cartographier a été la péninsule de Darién entre le canal de Panama et la Colombie. Des nuages lourds, des pluies régulières et une végétation dense de la jungle ont rendu son exploration difficile, mais le radar aéroporté a pu pénétrer la couverture nuageuse pour produire des cartes fiables et détaillées de la région. Ces dernières années, les données renvoyées par les satellites terrestres ont conduit à plusieurs découvertes notables, comme par exemple les schémas de drainage au Sahara, qui sont des vestiges d'une période où cette région n'était pas aride.
Historiquement, l'exploration de l'intérieur de la Terre se limitait à la surface proche, et il s'agissait en grande partie de suivre à la baisse les découvertes faites à la surface. La plupart des connaissances scientifiques actuelles sur le sujet ont été obtenues grâce à des recherches géophysiques menées depuis la Seconde Guerre mondiale, et la Terre profonde reste une frontière majeure au 21e siècle.
L'exploration de l'espace et des profondeurs océaniques a été facilitée par la mise en place de capteurs et de dispositifs connexes dans ces régions. Cependant, seule une partie très limitée des régions souterraines de la Terre peut être étudiée de cette manière. Les enquêteurs ne peuvent forer que dans la croûte la plus haute, et le coût élevé limite considérablement le nombre de trous pouvant être percés. Le forage le plus profond jusqu'ici foré ne s'étend que sur une profondeur d'environ 10 kilomètres (6 miles). Parce que l'exploration directe est si restreinte, les chercheurs sont obligés de s'appuyer largement sur des mesures géophysiques (voir ci-dessous Méthodologie et instrumentation).
Principaux objectifs et réalisations
La curiosité scientifique, le désir de mieux comprendre la nature de la Terre, est un motif majeur pour explorer ses régions de surface et souterraines. Un autre motif clé est la perspective de profit économique. L'amélioration du niveau de vie a augmenté la demande d'eau, de carburant et d'autres matériaux, créant des incitations économiques. La connaissance pure a souvent été un sous-produit de l'exploration motivée par le profit; de même, des avantages économiques substantiels ont résulté de la recherche de connaissances scientifiques.
De nombreux projets d'exploration de surface et souterrains sont entrepris dans le but de localiser: (1) le pétrole, le gaz naturel et le charbon; (2) les concentrations de minéraux commercialement importants (par exemple, les minerais de fer, de cuivre et d'uranium) et les dépôts de matériaux de construction (sable, gravier, etc.); (3) eaux souterraines récupérables; (4) divers types de roches à différentes profondeurs pour la planification technique; (5) réserves géothermiques pour le chauffage et l'électricité; et (6) les caractéristiques archéologiques.
Le souci de la sécurité a suscité des recherches approfondies sur les dangers possibles avant d'entreprendre de grands projets de construction. Les sites de barrages, de centrales électriques, de réacteurs nucléaires, d'usines, de tunnels, de routes, de dépôts de déchets dangereux, etc. doivent être stables et fournir l'assurance que les formations sous-jacentes ne se déplaceront pas ou ne glisseront pas sous le poids de la construction, ne se déplaceront pas le long d'une faille pendant un tremblement de terre, ou permettre l'infiltration d'eau ou de déchets. Par conséquent, la prévision et le contrôle des tremblements de terre et des éruptions volcaniques sont des domaines de recherche majeurs aux États-Unis et au Japon, pays exposés à de tels risques. Les levés géophysiques fournissent une image plus complète que les sondages d'essai seuls, bien que certains forages soient généralement forés pour vérifier l'interprétation géophysique.
Méthodologie et instrumentation
Les techniques géophysiques impliquent la mesure de la réflectivité, du magnétisme, de la gravité, des ondes acoustiques ou élastiques, de la radioactivité, du flux de chaleur, de l'électricité et de l'électromagnétisme. La plupart des mesures sont effectuées à la surface de la terre ou de la mer, mais certaines sont prises à partir d'aéronefs ou de satellites, et d'autres encore sont effectuées sous terre dans des forages ou des mines et à des profondeurs océaniques.
La cartographie géophysique dépend de l'existence d'une différence dans les propriétés physiques des corps adjacents de la roche, c'est-à-dire entre ce qui est recherché et celles des environs. Souvent, la différence est fournie par quelque chose associé mais autre que ce qui est recherché. Les exemples incluent une configuration de couches sédimentaires qui forment un piège pour l'accumulation de pétrole, un modèle de drainage qui pourrait affecter l'écoulement des eaux souterraines, ou une digue ou une roche hôte où les minéraux peuvent être concentrés. Différentes méthodes dépendent de propriétés physiques différentes. La méthode particulière utilisée est déterminée par ce qui est recherché. Dans la plupart des cas, cependant, les données provenant d'une combinaison de méthodes plutôt que d'une seule méthode donnent une image beaucoup plus claire.
Télédétection
Cela comprend des mesures du rayonnement électromagnétique du sol, généralement de l'énergie réfléchie dans diverses plages spectrales mesurées à partir d'aéronefs ou de satellites. La télédétection englobe la photographie aérienne et d'autres types de mesures qui sont généralement affichées sous la forme d'images photographiques. Ses applications impliquent un large éventail d'études, y compris des enquêtes cartographiques, botaniques, géologiques et militaires.
Les techniques de télédétection impliquent l'utilisation de combinaisons d'images. Les images de différentes trajectoires de vol peuvent être combinées pour permettre à un interprète de percevoir des caractéristiques en trois dimensions, tandis que celles des différentes bandes spectrales peuvent identifier des types spécifiques de roche, de sol, de végétation et d'autres entités, où les espèces ont des valeurs de réflectance distinctes dans différentes régions spectrales. ( c'est-à-dire,signatures de ton). Des images prises à intervalles permettent d'observer les changements qui se produisent au fil du temps, comme la croissance saisonnière d'une culture ou les changements provoqués par une tempête ou une inondation. Celles prises à différents moments de la journée ou à différents angles du soleil peuvent révéler des caractéristiques bien distinctes; par exemple, les caractéristiques du fond marin dans des eaux relativement peu profondes dans une mer calme peuvent être cartographiées lorsque le soleil est haut. Le rayonnement radar pénètre dans les nuages et permet ainsi de cartographier par le dessus. Le radar aéroporté à visée latérale (SLAR) est sensible aux changements de pente du terrain et de rugosité de surface. En enregistrant les images des trajectoires de vol adjacentes, des paires stéréo synthétiques peuvent donner des élévations au sol.
L'énergie infrarouge thermique est détectée par un scanner optique-mécanique. Le détecteur est refroidi par une chemise d'azote liquide (ou d'hélium liquide) qui le renferme, rendant l'instrument sensible aux longues longueurs d'onde et l'isolant du rayonnement thermique de l'environnement immédiat. Un miroir rotatif dirige le rayonnement provenant de différentes directions sur le capteur. Une image peut être créée en affichant la sortie sous une forme synchronisée avec la direction du faisceau (comme avec un tube cathodique). Le rayonnement infrarouge permet de cartographier les températures de surface avec une précision inférieure à un degré et montre ainsi les effets de phénomènes qui produisent des variations de température, comme le mouvement des eaux souterraines.
Les images Landsat sont parmi les plus utilisées. Ils sont produits à partir des données obtenues à partir d'un scanner multispectral embarqué à bord de certains satellites américains Landsat en orbite autour de la Terre à une altitude d'environ 900 kilomètres. Des images couvrant une superficie de 185 kilomètres carrés sont disponibles pour chaque segment de la surface de la Terre. Les mesures du scanner sont effectuées dans quatre bandes spectrales: verte et rouge dans la partie visible du spectre et deux bandes infrarouges. Les données sont généralement affichées en attribuant arbitrairement différentes couleurs aux bandes, puis en les superposant pour créer des images en «fausses couleurs».
En géologie, les images Landsat sont utilisées pour délimiter les reliefs, les affleurements rocheux et la lithologie de surface, les caractéristiques structurelles, les zones hydrothermales et les sites de ressources minérales. Les changements de végétation révélés dans les images peuvent distinguer différents types de sol, des différences d'altitude subtiles, la distribution de l'eau souterraine, les sous-cultures de roches et la distribution des éléments traces, entre autres. Les linéations des caractéristiques peuvent distinguer des strates de roche plissée ou des ruptures de failles même lorsque les caractéristiques principales ne sont pas évidentes.
