Markgenomträngande radar är inte något från den senaste sci-fi-filmen. Det är faktiskt ett verktyg som används av markforskare för att snabbt och enkelt mäta mängden fukt i jorden.

Som med de flesta tekniker, det blir bättre och nya sätt att använda det testas. Jonathan Algeo, en doktorand vid Rutgers University, har ägnat sina studier åt att göra markpenetrerande radar bättre för olika användningsområden, som att mäta jordfuktighet.

"Det är ett mycket vanligt verktyg inom forskning, lantbruk, teknik, och militären för att titta på nedgrävda föremål och mäta vatteninnehåll, " Algeo förklarar. "En av dess främsta fördelar är att den är väldigt snabb. Ett exempel är ett verktyg med ett hjul som låter radarn göra mätningar när du drar den längs marken. På det här sättet, du kan mycket snabbt göra mätningar över ett stort fält eller en linje som är mil lång. Radar kan användas snabbt över ett stort område för att svara på många olika frågor."

Tekniken kan användas för att hitta underjordiska tunnlar, berggrund, eller sprickor av metall i stöden på en bro. När det gäller jord, frågorna kan variera. Hur mycket vatten finns nära ytan? Hur varierar det på en fältplats? Vattennära vatteninnehåll kan påverka klimatet, så det är viktigt för datorbaserade klimatmodeller också.

Att kunna mäta markfuktigheten på ett fält kan göra det möjligt för bönder att optimera vattenanvändningen så att de inte använder för mycket eller för lite, speciellt i torra områden där vattnet är begränsat. Att titta på den mycket grunda underytan gör att bönder kan testa effektiviteten i sina bevattningssystem.

Hur gör den detta? "Markpenetrerande radar använder två antenner. En sänder ut en signal och en annan tar emot den, " Algeo säger. "Den utgående signalen liknar en mikrovågs- ​​eller mobiltelefonsignal. Den signalen går i alla riktningar, men det mesta av energin riktas in i marken. När det finns ett nedgrävt föremål eller en förändring i material, radarsignalen reflekteras tillbaka till ytan, där den plockas upp av den andra antennen."

Han tillägger att när det finns mer vatten i jorden, vågorna rör sig långsammare. När det är mindre vatten, de rör sig snabbare. En forskare kan använda information som antennerna samlar in från vågorna för att uppskatta vattenhalten i jorden.

De ekvationer och metoder som forskare använder för att uppskatta vattenhalten finns i många olika former. Algeos senaste forskning testade vilka som var bäst på att uppskatta vattenhalten. Ekvationerna analyserar den tidiga tidssignalen. Det här är de första radarvågorna som kommer tillbaka till den mottagande antennen efter att ha gått igenom bara toppen av jorden. Styrkan på denna signal ändras baserat på vatteninnehållet i toppen av jorden. Det kan mätas även i lerrika jordar där radar normalt inte skulle vara till hjälp.

Algeo och hans team jämförde två metoder för att beräkna ett värde för den tidiga tidssignalen för att avgöra vilken, om antingen, var bättre på att spåra förändringar i markfuktigheten. De fann att båda metoderna var framgångsrika. Detta ger forskare möjlighet att snabbt uppskatta vatteninnehåll över stora fältplatser.

"För att en metod ska få stor användning i industrin, det måste bevisas bortom allt tvivel av forskare som vi, " Algeo säger. "Vi försöker ta reda på alla detaljer om var, hur, och när tidig tidssignalanalys är mest användbar. Det betyder att användare av markgenomträngande radar kommer att ha ett annat verktyg i sin verktygslåda när de snabbt försöker mäta innehållet under ytvatten. "

"Markpenetrerande radar är mitt geofysiska favoritverktyg eftersom vi kan få en så stor variation av information från underytan med den, " tillägger han. "Om det finns en fråga om underytan, chansen är stor att den kommer att kunna ge dig en inblick i vad som händer."