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Programma
Argomenti: Spettroscopia e radiometria da remoto:
Spettroscopia da remoto per analisi della composizione delle rocce
Spettroscopia in emissione
Emittanza e proprietà termiche della superficie
Spettroscopia da remoto per analisi composizionali nel Visibile-Infrarosso vicino
Richiamo dei principi fisici di base:
radiazione elettromagnetica, teoria ondulatoria, costanti ottiche, teoria quantistica.
La teoria del campo cristallino (CFT):
splitting dei livelli di energia per diversi ambienti di simmetria; parametro D, energia di stabilizzazione; sistemi multi-elettronici, effetti della repulsione elettrone-elettrone e dell’interazione spin-orbita, probabilità della transizione e regole di selezione (La porte, molteplicità di spin);
bande di assorbimento dovute al campo cristallino.
Transizioni per trasferimento di cariche intervalenza (IVCT):
transizioni metallo-metallo omonucleari e eteronucleari, transizioni metallo-legante.
Applicazioni della teoria del campo cristallino e delle transizioni IVCT:
(1) spettri di assorbimento, ordinamento dei cationi;
schede spettroscopiche di minerali (granati, olivine, epidoti, pirosseni, anfiboli, feldspati, ossidi di ferro, spinelli);
(2) analisi spettroscopiche delle bande di assorbimento, scomposizione con distribuzione di
gaussiane, determinazione delle curve di correlazione:
(3) analisi di miscele di minerali: effetti della natura particellare, effetti delle fasi neutre;
approccio sperimentale; applicazione della decomposizione con gaussiane; modellizzazione;
(4) analisi spettroscopica delle rocce: confronto tra rocce e minerali puri: relazione tra posizione delle bande di assorbimento e concentrazione del catione spettroscopicamente attivo; relazione tra posizione delle bande di assorbimento e contenuto della specie spettroscopicamente attiva nella roccia; relazione tra intensità delle bande e composizione della roccia; effetti delle fasi neutre.
I processi di interazione vibrazionali
Interazioni della radiazione elettromagnetica nelle molecole, condizioni generali e tipi di vibrazione; modello di oscillatore armonico, energia della vibrazione, funzione dell’energia potenziale, momento di dipolo e regole di selezione; modello anarmonico per molecole diatomiche, anarmonicità meccanica e anarmonicità elettrica; vibrazioni in molecole triatomiche e in gruppi anionici con più atomi; vibrazioni del reticolo cristallino, modi e frequenze delle vibrazioni.
Applicazioni:
(1) spettri di assorbanza e trasmittanza (vibrazioni fondamentali e overtoni-combinazioni di toni), bande di assorbimento e bande di Christiansen;
schede spettroscopiche di minerali (quarzo, granati, olivine, pirosseni, anfiboli, feldspati, miche, minerali argillosi, ossidi);
(2) analisi spettroscopica delle rocce: relazione tra posizione delle bande di assorbimento (overtoni e combinazioni di toni) e la composizione della roccia: in carbonati e rocce metamorfiche; relazione tra posizione delle bande di assorbimento e processi geologici (esempio di rocce metamorfiche).
Spettroscopia di emissione
Richiamo del principi fisici di base:
corpo nero, legge di Kirchkoff;
Spettri in emissione:
Emissione e assorbimento in materiali allo stato solido cristallino; effetti della temperatura, effetti della dimensione e addensamento delle particelle;
spettri di emissività, trasmittanza e riflettanza; spettri di miscele di minerali di diversa granulometria; spettri di miscele di minerali puri.
Acquisizione dei dati da remoto:
interferometri; correzioni atmosferiche: profili verticali, scattering, modellizzazione dell’atmosfera.
Esempi di applicazione:
immagini e profili spettrali da immagine, confronto con dati spettroscopici di laboratorio.
Determinazione di proprietà termiche
Emittanza e proprietà termiche
emissività e emittanza radiante, flusso termico e temperatura dei corpi, temperatura apparente e temperatura di colore; processi all’interfaccia suolo atmosfera: calore sensibile e calore latente; trasporto del calore nel profilo verticale del suolo;
proprietà termiche e variazioni della temperatura nel tempo e nello spazio.
Applicazioni:
analisi di dati da remoto: determinazione della temperatura superficiale; determinazioni qualitative della variazione di emittanza; determinazione di proprietà termiche.
Laboratorio
Analisi di spettri in riflettanza
spettri di laboratorio di minerali e rocce: analisi delle strutture di assorbimento;
analisi di immagini iperspettrali da remoto: estrazione degli spettri-pixel, confronto con spettri di laboratorio, classificazione dell’immagine in unità spettrali con significato composizionale.
Analisi di spettri di emissività
Trasformazione a emissività di spettri di riflettanza, analisi delle strutture di minimo di emittanza.
Analisi delle proprietà termiche
Elaborazione e analisi di immagini multispettrali.
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Testi consigliati e bibliografiaA. Beran e E. Libowitzky, ed., Spectroscopic methods in mineralogy, EMU, Eötvös University Press, 2004 (cap. 1 e 3).
R.G. Burns, Mineralogical applications of crystal field theory, Cambridge University Press, 1970.
C.M. Pieters e P.A.J. Englert, Remote geochemical analysis: elemental and mineralogical composition, Cambridge University Press, 1993.
B.S. Siegal e A.B. Gillespie, Remote sensing in geology, John Wiley and Sons, 1980 (Cap. 2 e 8).
ENVI User’s guide e ENVI tutorial, Research Systems |
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