Electromagnetísmo

Georradar

Rebanadas de georradar. La estructura representada es una cripta en un cementerio histórico en Saint Paul, Minnesota

Gráfico de un radar de penetración terrestre (radargrama), hecho a un cementerio histórico de Alabama. Las reflexiones hiperbólicas indican la presencia de reflectores enterrados bajo la superficie, posiblemente asociados a entierros humanos

Un georradar, radar de penetración de tierra, radar de penetración terrestre,radar de sondeo terrestre, GPR o radar inferior, se utiliza para investigar o detectar objetos, estructuras, etc... por debajo del nivel del suelo.¹

El georradar es una moderna técnica no destructiva, ampliamente utilizada por un grupo muy diverso de profesionales que incluyen agrónomos, arqueólogos, criminólogos, ingenieros, especialistas ambientales, forestales, geólogos, geofísicos, hidrólogos, gestores de uso de la tierra, y los científicos del suelo.

Se trata de un método no invasivo de análisis de materiales basado en la transmisión de ondas electromagnéticas de banda ultra ancha en los materiales. Una parte de la onda electromagnética se refleja cuando se alcanza un límite entre dos materiales con diferente propiedades eléctricas. La señal reflejada se graba en la fuente de la onda EM y se muestra para el operador y con frecuencia registrada para su posterior análisis.

Las aplicaciones del georadar de subsuelo como técnica ecológica, no destructiva y de alta resolución están ampliamente documentadas, también por la gran versatilidad que lo caracteriza. Uno de los desafíos a los que se enfrenta esta técnica es ser capaz de obtener información a mayor profundidad de la que se obtiene actualmente, así como métodos de representación de los datos obtenidos que sean más fáciles de interpretar.

El Georadar, es una técnica relativamente nueva. A principios del Siglo XX, Christian Hülsmeyer obtuvo la primera patente en tecnología de radar, año 1904. Seis años más tarde Gotthelf Leimbach and Heinrich Löwy aplicaron esta tecnología para localizar objetos enterrados bajo tierra.

Ya en 1926 el Dr. Hülsenbeck introduce el sistema de radar por pulsos, lo que permitió mejorar notablemente la resolución en profundidad. Una técnica que se sigue empleando ampliamente en nuestros días. Uno de las primeras prospecciones usando la técnica de georadar se llevó a cabo en Austria en 1929, donde W.Stern midió la profundidad de un glaciar.

Después de esto hito, la técnica de georadar queda abandonada por muchos años, y no es hasta después de la segunda guerra mundial que esta tecnología se retoma, en especial orientada a aplicaciones militares, tales como localizar túneles en la zona desmilitarizada comprendida entre Corea del Norte y Corea del Sur.

Poco después, las empresas de servicios públicos y la construcción empezaron a interesarse en el georadar como una herramienta práctica para localizar líneas de conducción bajo las calles de las ciudades. Otras aplicaciones que aparecen en torno a 1980 fue la de utilizar esta tecnología de radar de penetración terrestre para explorar, entre otros, mesas de agua y depósitos de sal.

Los primeros sistemas GPR se vendieron en el año 1985 y los primeros libros de referencia globales fueron escritos en la década de 1990. Hoy en día existen varias empresas que producen los sistemas GPR mientras que otros proporcionan servicios de mediciones. Por otra parte, las universidades llevan a cabo investigaciones a nivel mundial en el campo de los sistemas de radar de penetración terrestre

Un GPR también se utiliza, para investigar las propiedades de las capas del suelo. En los últimos 70 años han aumentado considerablemente las aplicaciones, por ejemplo, en geofísica.

EL georradar multicanal nos permite escanear varias ha/día con gran detalle, obteniendo una imagen 3D del subsuelo.

El análisis de estos datos permite detectar y delinear las diferentes estructuras de los primeros metros del subsuelo, estos datos son entregados en los formatos que desee el cliente (JPG, CAD..).

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Las antenas del georradar emiten ondas electromagnéticas que son reflejadas en las  discontinuidades del terreno causadas por cambios bruscos en las propiedades electromagnéticas de los materiales (permitividad dieléctrica, conductividad eléctrica y permeabilidad magnética), con estos datos obtenemos información de la morfología del subsuelo. Para cada posición se registra una traza, y su registro denso a lo largo de perfiles paralelos produce prismas de georradar. Los datos se posicionan mediante una estación robótica total o GPS. Horno cuerpo negro La mayoría de los cuerpos negros utilizados en experimentos de laboratorio se denominan"Horno cuerpo negro", que consiste en una cavidad con una abertura muy pequeña para que entre desde el exterior la radiación incidente. La radiación exterior, entra al horno a través del agujero, y en su interior choca contra la pared interior del horno que en parte es absorbida y en parte reflejada. Luego la porción reflejada choca con otro punto de la pared interior, la cual absorbe otra porción y la refleja parcialmente, y así continúa el ciclo. Pasado cierto tiempo y luego de sucesivas reflexiones, la radiación exterior incidente es totalmente absorbida. En donde A, B, C, D, E, F, G y H son nodos en la pared interior de la cavidad del "Horno cuerpo negro". La pared exterior del horno, generan un espectro de radiación desde el interior de la cavidad llamado "radiación de cavidad". Por consiguiente, la radiación del interior de una cavidad cuyas paredes están a una temperatura  es de la misma índole que la radiación emitida por la superficie de un cuerpo negro a temperatura . El color (cromaticidad) corresponde a la radiación que depende de la temperatura del cuerpo negro; ese espacio es conocido como el"locus Planckian". Lord Rayleig y sir James Jeans demostraron que la radiación dentro de cada cavidad de volumen  consta de ondas estacionarias con nodos en las paredes. Calcularon el número de ondas estacionarias para el intervalo de frecuencia  a  como: Para un radiador de 1500 K cuando la frecuencia se reduce a cero, el espectro predicho por la fórmula clásica de Rayleigh y Jeans se acerca más y más al espectro observado experimentalmente. Sin embargo, cuando la frecuencia se aumenta a valores de la región ultravioleta del espectro, el resultado teórico clásico difiere enormemente del experimento, ya que la “formula matemática” predice una densidad de energía infinita, cuando la densidad de la energía, a frecuencias muy altas, tiende a cero, lo que se llamó catástrofe ultravioleta. En la física clásica el nivel de energía puede tener cualquier valor en una gama continua que parte desde cero hasta llegar a grandes magnitudes. Sin embargo, para Planck ello no es así, ya que en vez de ser valores continuos se tratan de valores discretos como sucede en:  Así como en el conjunto de los números naturales corresponde a un conjunto discreto, también lo es la energía de los estados cuánticos: donde:  es la constante de Planck , frecuencia del fotón. No parece que los péndulos tengan energía discreta como lo postula Planck, sino que a la inversa, dan la impresión de que en su recorrido indefectiblemente viajan a través de una gama continuo de energía, a medida que sigue su movimiento oscilante. Algunas personas, podrán argüir que para oscilaciones, dentro de nuestro marco cotidiano, no es visible ni es detectable la naturaleza “cuantizada” del recorrido de péndulo en oscilación. Y agregaran, que los sistemas macroscópicos no revelaran si el postulado de Planck es válido o no. La curva punteada (en violeta) grafica la fórmula clásica de Rayleigh y Jeans, que tiende al infinito. En donde la caparazón del Horno, debiera radiar una energía que tendiera al infinito, que, en el hecho, no se observa. En efecto, a medida que la temperatura disminuye, el pico del cuerpo negro de la curva de la radiación se mueve a menor intensidad y longitudes de onda más largas. En consecuencia la radiación gráficada del cuerpo negro es comparación con el modelo clásico de Rayleigh y Jeans.