Laser w pomiarach zanieczyszczeń
ekologia ziemia i atmosfera
Nie wszystkie zanieczyszczenia są widoczne gołym okiem
Zanieczyszczenia powietrza - gazy cieplarniane, związki potrzebne do powstawania kwaśnych deszczów, pyły i sadze rzadko widoczne są w atmosferze gołym okiem. Do ich wykrywania wykorzystuje się lidary - laserowe odpowiedniki radarów.
Jak sprawdzić, czy w środku nocy, kiedy nikt nie widzi, pobliski zakład przemysłowy albo elektrociepłownia nie wypuszcza do atmosfery zmagazynowanych zanieczyszczeń? Do takiej szpiegowskiej działalności idealny będzie lidar.
Lidar to młodszy brat radaru - podobnie wysyła w atmosferę fale elektromagnetyczne a następnie rejestruje powracające echo. Zamiast fal radiowych posługuje się jednak tysiąc razy krótszymi falami świetlnymi (ultrafioletem, widzialnymi i podczerwienią), dzięki czemu może obserwować "cele" o wiele mniejsze niż samoloty czy nawet krople deszczu. Nazwa lidar to angielski akronim od słów LIght Detection And Raging (wykrywanie fal świetlnych i wyznaczanie odległości).
Światło wysyłane przez lidar nie może być byle jakie. Wokół nas nawet w nocy pełno jest rozmaitych źródeł światła, w dzień potężną "żarówą" jest Słońce - lidar musi wiedzieć, że to, co odbiera ma związek z tym, co wysłał, a nie jest tylko zwodniczym szumem. Dlatego w przestrzeń wysyła się światło "idealne" mające ściśle określoną długość fali, lecące w ściśle określonym kierunku - słowem światło laserowe. Dzięki temu powracający sygnał (również o ściśle określonej długości fali) łatwo odróżnić od tła.
W zależności od obiektu zainteresowań konstruuje się różnego rodzaju lidary. Najprostszą zasadę działania ma lidar rozproszeniowy, który emituje a następnie rejestruje promieniowanie odbijane przez zawieszone w powietrzu pyły i kropelki. Silne echo oznacza duże nagromadzenie takich cząstek. Na podstawie czasu, jaki mija pomiędzy wysłaniem wiązki laserowej a powrotem sygnału, można określić, gdzie znajduje się warstwa zanieczyszczeń lub zaczyna chmura (laserowe mierniki wysokości podstawy chmur wykorzystuje się standardowo na lotniskach). Podczas pomiarów lidarowych w Warszawie w roku 2005 udało się zaobserwować w wyższych partiach atmosfery pyły, które przywędrowały do nas aż z Sahary. Aktualne sygnały lidarowe rejestrowane w Warszawie oglądać można na stronie Instytutu Geofizyki UW.
Obok pyłów i kropel zainteresowaniem naukowców i działaczy ochrony środowiska cieszą się także gazy cieplarniane i związki przyczyniające się do powstawania kwaśnych deszczów lub smogu. Do ich obserwowania służą bardziej wyrafinowane systemy lidarowe. Jednym z nich jest lidar absorpcji różnicowej (DIAL - DIfferential Absorption Lidar). Nazwa tego urządzenia nie jest może chwytliwa, ale za to tłumaczy zasadę jego działania. Zamontowany w lidarze laser na przemian emituje wiązki promieniowania o dwóch zbliżonych długościach fali, które w podobnym stopniu są tłumione, zaginane itp. w atmosferze. Długości są dobrane tak, aby jedna z wiązek była dobrze pochłaniana przez wybrany związek chemiczny (np. ozon albo dwutlenek siarki).
To, jakie fale "lubi" pochłaniać związek, zależy od budowy jego cząsteczek - molekuły absorbują przede wszystkim takie promieniowanie, którego energia wystarcza dokładnie na wykonanie szczególnych manewrów, np. przerzucenie elektronu dalej od jądra atomowego, rozpoczęcie drgania lub obrotów. Zestaw fal pochłanianych przez związek jest unikalny, zwykle można więc wybrać fale pochłaniane tylko przez te cząsteczki, które nas interesują.
Gdy rozproszony sygnał powraca do lidaru, różnica pomiędzy natężeniem fali absorbowanej i nieabsorbowanej przynosi informacje o koncentracji zanieczyszczeń (im większa różnica, tym więcej cząsteczek wybranego związku z atmosferze). Przez jakiś czas lidarem DIAL posługiwali się naukowcy z Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW - wykorzystali go między innymi do pomiarów stężeń toksycznego ozonu i dwutlenku siarki w rejonie "czarnego trójkąta" (Karkonosze) przez elektrownię Turów oraz elektrownie na terenie Niemiec.
Zaletą lidarów jest to, że nie trzeba instalować ich dokładnie w miejscu prowadzenia pomiarów - można obserwować zanieczyszczenia z pewnej odległości. Oprócz urządzeń stacjonarnych istnieją również systemy montowane w samochodach (jak lidar IFD) i samolotach. Od trzech lat działa także lidar zamontowany na pokładzie satelity CALIPSO (NASA i CNES).
Aleksandra Kardaś
http://www.supermozg.pl/supermozg/1,9162.....zczen.html
Tego typu urzadzenia moga tez przenosic na swoich falach rozne zanieczyszczenia powietrza z jednego miejsca w drugie.
Wiki2
Wykop2
Linki
Szukaj
Ekipa
Rejestracja
Zaloguj
