PROPRIEDADES ESPECTRAIS DOS SOLOS

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1 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 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; 1

2 REFLECTÂNCIA E MINERALOGIA DOS SOLOS Minerais primários são resultantes do intemperismo mecânico ou físico, enquanto que minerais secundários são produzidos pelo intemperismo químico 2

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4 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 (pexe, magnetita e ilmenita) têm uma forte influência na resposta espectral dos solos Reflectance Mineral Goethite Hematite Gibbsite Reflectance Mineral Kaolinite Illite Montmorillonite Magnetite Wavelength (um) Wavelength (um) 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; 4

5 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 5

6 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; 6

7 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+ ) 7

8 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 8

9 REFLECTÂNCIA E CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE DOS SOLOS A umidade nos solos geralmente diminui a reflectância no intervalo 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 Sandy soil Clay soil Silt loam soil 9

10 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 (pex, 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; 10

11 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; 11

12 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 (pex, concentração de hematita), e determinação das variações relativas nos constituintes químicos; 12

13 e) avaliação do estado do sistema espectral solo-cultura (umidade, estágio fenológico, fertilização); 13