PROPRIEDADES ESPECTRAIS DOS SOLOS

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PROPRIEDADES ESPECTRAIS DOS SOLOS

� Espectroscopia de Reflectância e Caracterização dos Solos;

� Reflectância e Mineralogia dos Solos;

� Reflectância e Matéria Orgânica;

� Reflectância e Óxidos de Ferro;

� Reflectância e Textura do Solo;

� Reflectância e Condições da Superfície dos Solos;

� Cor dos Solos;

� Perfis Espectrais de Solos;

� Aplicações de Espectroscopia de Reflectância para a Pedologia.

Lênio Soares Galvão

ESPECTROSCOPIA DE REFLECTÂNCIA E

CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS

� Vários pesquisadores têm obtido espectros de solos para obter informação quantitativa para um grande número de aplicações em pedologia;

� Um importante estudo foi conduzido por Stoner and Baumgardner (1980, 1981), os quais coletaram mais de 240 espectros de solos umedecidos dos EUA (alguns do Brazil). Estes autores definiram 5 curvas espectrais características com base nas propriedades dos solos;


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REFLECTÂNCIA E MINERALOGIA DOS SOLOS

� Minerais primários são resultantes do intemperismomecânico ou físico, enquanto que minerais secundários são produzidos pelo intemperismo químico.


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� Os óxidos e hidróxidos de Al e Fe mais importantes são gibbisita, goetita e hematita. Os minerais de argila mais abundantes são caulinita, esmectita/montmorilonita e ilita. Minerais opacos (p.exe., magnetita e ilmenita) têm uma forte influência na resposta espectral dos solos.

0.4 0.9 1.4 1.9 2.4

Wavelength (um)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Reflectance

Mineral

Goethite

Hematite

Gibbsite

.

.

.

.

0.4 0.9 1.4 1.9 2.4

Wavelength (um)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Reflectance

Mineral

Kaolinite

Illite

Montmorillonite

Magnetite

.

.

.

.


REFLECTÂNCIA E MATÉRIA ORGÂNICA

� Matéria orgânica (MO) tem uma forte influência na reflectância dos solos, que tende a diminuir quando o conteúdo deste constituinte aumenta, especialmente na faixa do visível;


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� Os espectros de solos orgânicos (>>>> 20% MO) dependem do estágio de decomposição da matéria orgânica;

� Para demonstrar os efeitos espectrais da MO, experimentos químicos podem ser feitos;

� De acordo com Stoner and Baumgardner (1970), os efeitos de outros constituintes sobre a reflectância dos solos são mascarados por concentrações de MO superiores a 2%;

� O papel da MO no mascaramento dos efeitos do ferro em solos Brasileiros foi demonstrado por Galvão and Vitorello (1998). A MO mascara as bandas de absorção de outros constituintes.


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REFLECTÂNCIA E ÓXIDOS DE FERRO

� Os óxidos de ferro têm uma influência importante na reflectância dos solos. Um aumento na concentração de óxidos de ferro produz uma diminuição da reflectância, especialmente no intervalo do visível, e para solos com baixo conteúdo de MO;


� As relações entre ferro total e reflectância tornam-se mais fortes quando o conteúdo de MO diminui;


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� Experimentos químicos têm sido também feitos para estudar os efeitos espectrais resultantes da remoção dos óxidos de ferro;


� A maior parte das feições de absorção presentes nos espectros de solos na transição do visível para o infravermelho próximo é devida a presença de ferro. Exemplos incluem:

a) o decréscimo abrupto da reflectância e direção ao azul (Efeito de transferência de carga do Fe-O);

b) as bandas de absorção próximas a 700 e 870 nm(transições eletrônicas do ion Fe 3+ );

c) as fortes bandas de absorção próximas a 1000 nm(transições eletrônicas do Fe 2+ ).


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REFLECTÂNCIA E TEXTURA DO SOLO

� A textura do solo refere-se a distribuição do tamanho das partículas;


� Na prática, existe uma forte associação espectral entre a textura e a composição dos solos, que é o fator espectralmente dominante. Por exemplo, :

a) solos argilosos <<<< tamanho de partículas <<<< reflectância�� maiores concentrações de MO, óxidos de ferro, e minerais argilosos, e de opacos;

b) solos arenosos >>>> tamanho de partículas >>>> reflectância�� menores concentrações destes componentes, e uma maior quantidade de minerais transparentes.


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REFLECTÂNCIA E CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE

DOS SOLOS

� A umidade nos solos geralmente diminui a reflectânciano intervalo 400-2500 nm;

� A umidade produz bandas de absorção bem definidas em 1400 nm e 1900 nm e feições menos intensas em 960 nm e 1200 nm (processos vibracionais);

� Além da umidade, mudanças em outras condições da superfície (rugosidade, crostas, liteira) podem afetar a reflectância espectral dos solos.


Clay

soilSandy

soil

Silt loam

soil


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COR DOS SOLOS

� A cor é uma das características mais importantes usadas para diferenciar os solos em muitos sistemas de classificação dos solos;

� No campo, o pedólogo determina qualitativamente as cores pela comparação direta entre a cor de uma amostra de solo e as de uma carta padronizada (tabela Munsell). Entretanto, os parâmetros da cor podem ser quantitativamente determinados a partir de espectros de reflectância;


� Índices de vermelho (p.ex., Madeira Netto, 1993) foram desenvolvidos a partir de coordenadas de cromaticidade e Helmholtz para estimar a concentração de hematita nos solos a partir de seus espectros;

� A cor do solo depende de sua composição mineralógica/química, morfologia da superfície, e de seu nível de umidade;


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� Goetita (amarelo) e hematita (vermelho) são pigmentos importantes e comuns em solos tropicais;


PERFIS ESPECTRAIS DE SOLOS

� A posição de um solo em uma toposeqüência, resultante de alterações nas condições hidrológicas e climáticas, produz modificações composicionais e, consequentemente, variações espectrais horizontais e verticais;


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APLICAÇÕES DA ESPECTROSCOPIA DE

REFLECTÂNCIA NA PEDOLOGIA

� Exemplos de aplicações incluem:

a) caracterização da cor dos solos no laboratório e no campo;

b) discriminação de solos;

c) identificação mineral nos espectros dos solos;

d) estimativa de alguns constituintes dos solos (p.ex., concentração de hematita), e determinação das variações relativas nos constituintes químicos;


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e) avaliação do estado do sistema espectral solo-cultura(umidade, estágio fenológico, fertilização);


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