إنه ليس شيئاً من أحدث أفلام الخيال العلمي، فقد أصبح رادار اختراق الأرض أداة يستخدمها علماء التربة من أجل قياس رطوبة التربة ولمعرفة ما يحتويه باطن الأرض من ثروات، وخاصة المياه.
وبعد تطور هذه الأداة مؤخراً بات قياس كمية الرطوبة في التربة أكثر سرعة وسهولة بطريقة تفتح آفاقاً جديدة في مجالات عدة أبرزها الزراعة التي يمكن أن يحدث رادار اختراق الأرض ثورة جديدة بها.
تقرير لموقع Eurek Alert العلمي عرض لأحدث تقنية طورت من كفاءة رادار اختراق الأرض، وهي من تقنية شأنها أن تساهم في حل مشكلة نقص المياه خاصة في مناطق مثل منطقة الشرق الأوسط تعاني شح مزمن في المياه.
اقرأ أيضاً
رادار اختراق الأرض يزداد فعالية.. لقد أصبح سريعاً للغاية
أمضى جوناثان ألجيو Jonathan Algeo، وهو طالب دراسات عليا في جامعة روتجرز الأميركية، دراساته في تطوير رادار اختراق الأرض يعمل بشكل أفضل للاستخدامات المختلفة، مثل قياس رطوبة التربة.
يوضح ألجيو: "إنها أداة شائعة جداً في الأبحاث والزراعة والهندسة والعسكرية للنظر إلى الأجسام المدفونة وقياس محتوى الماء".
"إحدى فوائدها الرئيسية هي أنها سريعة للغاية. أحد الأمثلة على ذلك هو أداة بعجلة تسمح للرادار بأخذ القياسات أثناء سحبها وتحريكها الرادار باستخدام العجلة على الأرض.
وبهذه الطريقة، يمكنك بسرعة أخذ القياسات عبر حقل كبير أو خط يصل طوله إلى عدة أميال.
ويمكن استخدام الرادار بسرعة على مساحة كبيرة للإجابة على العديد من الأسئلة المختلفة."
إذ يمكن استخدام هذه التقنية للعثور على أنفاق تحت الأرض أو صخور صخرية أو شقوق معدنية في دعامات جسر ما.
اقرأ أيضاً
والأهم هو الوظائف التي يقوم بها في مجالات المناخ والزراعة والري
أما فيما يتعلق بالتربة، فإن الأسئلة التي يجيب عنها رادار اختراق الأرض كثيرة ومهمة للزراعة.
وهي أسئلة متنوعة، فقد يكشف رادار اختراق الأرض كم من المياه موجودة بالقرب من السطح؟، أو كيف تختلف توزيعاتها في جميع أنحاء موقع ميداني ما؟.
إذ يمكن أن يؤثر المحتوى المائي القريب من السطح على المناخ، لذا فهو مهم بالنسبة للنماذج المناخية المعتمدة على الكمبيوتر أيضاً.
يمكن للقدرة على قياس رطوبة التربة في حقل ما أن تسمح للمزارعين بتحسين استخدامهم للمياه بحيث لا يستخدمون الكثير أو القليل جداً، خاصة في المناطق الجافة حيث تكون المياه محدودة.
كما أن النظر إلى السطح الأسفل الضحل بواسطة رادار اختراق الأرض يسمح للمزارعين باختبار كفاءة أنظمة الري لديهم.
ولكن كيف يكشف هذا الرادار باطن الأرض؟
"يستخدم الرادار الأرضي المخترق هوائيين، أحدهما يبعث إشارة والآخر يستقبلها"، حسبما يقول يقول "ألجيو".
"تشبه الإشارة الصادرة إشارة الموجات الميكروية أو الهاتف الخلوي. تنتقل هذه الإشارة في جميع الاتجاهات، ولكن يتم توجيه معظم الطاقة إلى الأرض.
عندما يكون هناك جسم مدفون أو تغيير في المادة، تنعكس إشارة رادار اختراق الأرض على السطح، حيث يلتقطها الهوائي الآخر".
ويضيف أنه عندما يكون هناك المزيد من المياه في التربة، تتحرك الأمواج بشكل أبطأ، وعندما تكون المياه أقل، فإنها تتحرك بشكل أسرع.
ويمكن للعلماء استخدام المعلومات التي تجمعها الهوائيات من الأمواج لتقدير المحتوى المائي للتربة.
إن الأمر يحتاج إلى معادلات معقدة
تأتي المعادلات والأساليب التي يستخدمها الباحثون لتقدير محتوى الماء عبر رادار اختراق الأرض بأشكال عديدة ومختلفة.
وقد قام بحث ألجيو الأخير باختبار أي المعادلات أفضل في تقدير محتوى الماء. تقوم المعادلات بتحليل الإشارة الزمنية المبكرة، وهي موجات الرادار الأولى التي تعود إلى هوائي الاستقبال بعد المرور فوق قمة التربة.
تتغير قوة هذه الإشارة بناءً على محتوى الماء في الجزء العلوي من التربة. ويمكن قياسها حتى في التربة الغنية بالصلصال حيث لا يكون الرادار مفيداً في العادة.
وهكذا طور ألجيو تقنية رادار اختراق الأرض
قارن ألجيو Algeo وفريقه طريقتين لحساب قيمة الإشارة الزمنية المبكرة
لتحديد أيهما أفضل في تتبع التغيرات في رطوبة التربة.
وقد وجدوا أن كلا الطريقتين كانت ناجحة. وهذا يعطي الباحثين القدرة على تقدير المحتوى المائي بسرعة عبر مواقع ميدانية كبيرة.
يقول ألجيو: "من أجل استخدام أسلوب واسع الانتشار لهذه التقنية في الصناعة، يجب إعادة إثباتها بلا شك من قبل الباحثين أمثالنا".
ولذا "نحن نحاول معرفة جميع تفاصيل أين وكيف، ومتى يكون تحليل إشارات الوقت المبكرة هو الأكثر فائدة، وهذا سيفيد مستخدمي رادار اختراق الأرض عندما يحاولون قياس المحتوى المائي تحت السطح بسرعة".
ويضيف: "رادار اختراق الأرض هو أداتي الجيوفيزيائية المفضلة لأننا نستطيع الحصول على مجموعة واسعة من المعلومات من باطن الأرض".
ويضيف قائلاً "إذا كان هناك سؤال حول الطبقة تحت السطحية، فستكون هناك إمكانية لإعطائك فكرة عن ما يحدث".
وقد تكون سعيد الحظ ويكتشف رادار اختراق الأرض مياهاً وفيرة تحت باطن الأرض التي تملكها.