Thoạt nhìn, một thiết bị Radar xuyên đất (Ground Penetrating Radar - GPR) giống như chiếc xe đẩy nhỏ được kéo hoặc đẩy trên mặt đất. Nhưng bên dưới lớp vỏ ấy là một hệ thống có khả năng phát hiện những thứ mắt người hoàn toàn không nhìn thấy: đường ống, dây cáp, nền móng cũ, khoảng rỗng, lớp địa chất, mộ cổ hay thậm chí dấu vết của các công trình đã biến mất.
Ảnh: wessexarch.co
Nguyên lý của GPR thực ra khá giống radar thông thường, chỉ khác ở chỗ thay vì phát sóng vào không gian, nó hướng các xung sóng vô tuyến điện từ xuống lòng đất. Một bộ phát gửi những xung cực ngắn xuống dưới bề mặt, trong khi bộ thu chờ đợi tín hiệu phản xạ quay trở lại.
Điều khiến GPR “nhìn thấy” vật thể dưới đất không phải đơn giản vì vật đó là kim loại hay có hình dạng đặc biệt. Quan trọng hơn là sự khác biệt về tính chất điện từ giữa các vật liệu. Khi sóng đi qua đất rồi gặp một ranh giới có độ điện môi khác biệt đáng kể, chẳng hạn giữa đất và một đường ống, đá và đất, hoặc đất và một khoảng rỗng, một phần năng lượng sẽ phản xạ trở lại.
Ảnh: georadar.rtg-tengler
Máy ghi lại hai thông tin quan trọng: cường độ tín hiệu phản hồi và thời gian nó đi xuống rồi quay trở lại. Nếu biết vận tốc truyền sóng trong môi trường, các chuyên gia có thể ước tính độ sâu của cấu trúc bên dưới. Sóng truyền nhanh hay chậm phụ thuộc mạnh vào hằng số điện môi của vật liệu; nước, chẳng hạn, làm vận tốc sóng giảm đáng kể so với không khí.
Khi người khảo sát đẩy GPR đi theo một đường thẳng, máy liên tục thu hàng loạt tín hiệu. Ghép chúng lại, phần mềm tạo thành một radargram – hình ảnh dạng mặt cắt của lòng đất. Một đường ống nằm dưới đất có thể hiện lên như một đường cong hình hyperbol, trong khi các lớp địa chất có thể tạo thành những dải phản xạ liên tục.
Ảnh: prnewswire
Tuy nhiên, GPR không phải “tia X của Trái Đất”. Đất sét, nước ngầm và những môi trường có độ dẫn điện cao có thể làm tín hiệu suy giảm mạnh, khiến độ sâu khảo sát bị hạn chế. Ngược lại, cát hoặc sỏi khô thường tạo điều kiện thuận lợi hơn cho sóng radar truyền đi xa.
Chính vì vậy, GPR ngày nay được sử dụng trong khảo sát xây dựng, lập bản đồ đường ống ngầm, nghiên cứu địa chất, khảo cổ học và kiểm tra các công trình bê tông. Nó biến một mặt đất tưởng như hoàn toàn bình thường thành một “bức màn” có thể được đọc bằng sóng điện từ.
