ALCOVER NETO, A.

FILIPPINI ALBA, J. M.

SANDRINI, W. C.

SANTOS, H. P. dos

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EMBRAPA CLIMA TEMPERADODOCUMENTOS N° 172CARACTERIZAÇÃO ESPECTRORRADIOMÉTRICA DE MINERAIS E ROCHAS SEDIMENTARESAutoresJosé M. Filippini AlbaArnaldo Alcover NetoHenrique Pessoa Dos SantosWilian Costa Sandrini Pelotas, Novembro de 2006.ApresentaçãoA espectrorradiometria  permite  quantificar  a  interação  dos  objetos  terrestres  com a  energia eletromagnética, sendo medida a luz refletida, transmitida ou absorvida. Água, minerais, solos e vegetação possuem registros espectrais característicos derivados da interação da sua estrutura atômico-molecular intrínseca com a energia eletromagnética, cuja forma depende do intervalo de comprimento de ondas considerado (ultravioleta, visível, infravermelho e outras).    Assim, duas das principais potencialidades da técnica são a caracterização de materiais e o suporte na interpretação de imagens de sensoriamento remoto. No primeiro caso destaca-se a possibilidade  de  substituir  técnicas  sofisticadas  como a  difração  de  raios  X  para  estudar  a composição  mineral  do  solo,  e  na  segunda  situação,  a  identificação  de  pixels  de resposta conhecida.   Neste documento se apresentam os resultados preliminares de um estudo realizado na Embrapa Clima  Temperado,  direcionado  à  caracterização  do  comportamento  espectral  de  minerais isolados (carbonato, quartzo, goethita e caolinita) e de rochas sedimentares (folhelho e carvão) como  subsídio  aos  projetos  “Xisto  Agrícola”  e  “Carvão  Agrícola”,  assim  como  também  do macroprograma  2  –  “Avanços  tecnológicos  para  o  aumento  da  rentabilidade  da  exploração agrossilvipastoril no ecossistema de várzeas de clima temperado”.O espectrorradiometro utilizado foi cedido pela Embrapa Uva e Vinho (Bento Gonçalves – RS) e os  minerais  foram fornecidos  pelo  Centro  de  Tecnologia  Mineral  do  Conselho  Nacional  de Pesquisa (Rio de Janeiro – RJ).  As amostras de rochas sedimentares foram coletadas nos locais de origem, São Mateus do Sul – PR e Candiota – RS, pelos pesquisadores associados aos respectivos projetos.João Carlos Costa GomesChefe GeralEmbrapa Clima TemperadoSumárioIntrodução..........................................................................................................p. 5Material e métodos............................................................................................p. 5 Resultados e discussão....................................................................................p. 8Considerações finais.......................................................................................p. 12Referências bibliográficas ..............................................................................p. 12AutoresJosé M. Filippini Alba, Dr., Pesquisador, Embrapa Clima Temperado, BR 392, Km 78, Pelotas – RS, CP 403, CEP 96001-970, FILI@CPACT.EMBRAPA.BR.Arnaldo Alcover Neto, Dr., Pesquisador, Centro de Tenologia Mineral - CETEM, Av. Ipê, 900, Ilha da Cidade Universitária, 21941-590 Rio de Janeiro - RJ.Henrique  Pessoa  Dos  Santos,  Dr.,  Pesquisador,  Embrapa  Uva  e  Vinho,  Rua Livramento, 515, Bento Gonçalves–RS, CEP 95700-000, henrique@cnpuv.embrapa.br.Wilian Costa Sandrini, Bolsista, Embrapa Clima Temperado, BR 392, Km 78, Pelotas – RS, CP 403, CEP 96001-970, SANDRINI@CPACT.EMBRAPA.BR. IntroduçãoO sensoriamento remoto fundamenta-se no estudo da radiação eletromagnética que interage com os objetos terrestres, não havendo contato físico entre o alvo e o sensor. Dalmolin et al. (2005) mencionaram que os registros espectrais podem ser obtidos em 3 níveis, o terrestre (campo ou laboratório), o suborbital (aeronaves) e o orbital (satélites). Lorenzzetti (citado por ALVARENGA et al., 2003) define radiometria como a ciência ou a técnica de quantificar  a radiação eletromagnética.  A resposta espectral  capturada pelo  sensor  pode vir  na forma gráfica  ou de imagem, dependendo da metodologia adotada.  A  espectrorradiometria  laboratorial  é  de  fundamental  importância  na compreensão e definição de conceitos utilizados na prática do sensoriamento remoto, pois, permite conhecer como cada componente (minerais, umidade, matéria orgânica, óxido de ferro etc.) influencia o comportamento espectral do solo (ALVARENGA et al., 2003). O comportamento espectral do solo está diretamente relacionado com sua composição química,  física,  biológica  e  mineralógica,  sendo  que  os  principais  constituintes  que interferem na resposta espectral são a matéria orgânica e os óxidos de ferro, com a mineralogia da fração argila, a textura, a rugosidade e a umidade do solo como fatores secundários  (DALMOLIN  et  al., 2005).  Crosta  (1993)  menciona  a  necessidade  de caracterizar a resposta espectral de minerais e rochas para aprimorar as aplicações de sensoriamento remoto em geologia.Assim, o objetivo deste trabalho foi a caracterização espectrorradiométrica de minerais isolados e rochas sedimentares como suporte a projetos em andamento, focalizando ações  específicas,  como  o  mapeamento  de  solos  e  o  processamento  de  imagens orbitais. Paralelamente, foram avaliadas as dificuldades operacionais e metodológicas, envolvendo o desenvolvimento de acessórios de baixo custo (suporte, semi-esferas...).  Material e MétodosAs análises espectrais foram realizadas nos meses de julho e agosto de 2006, na Sede da Embrapa Clima Temperado – CPACT, com o auxilio do espectrorradiômetro LI -1800, marca LI-COR (Figura 1), cedido pela Embrapa Uva e Vinho. O aparelho atua na faixa espectral  300 -  1100  nanômetros.  Como padrão  de  referência  foi  utilizada a  placa Spectralon cinza 50% (Labsphere, SRT-50-050). Para testar a eficiência do espectrorradiômetro e comparar os resultados referentes à resposta espectral de cada alvo, foram realizadas análises espectrais em bancada com iluminação artificial  e  em ambiente aberto,  com luz solar  no período 15:00 – 16:00 horas, quando foi utilizado o telescópio/microscópio receptor LI 1800-06 com campo de visada de 15° (Figura 2).Figura 1. Componentes do espectrorradiômetro LI-COR 1800 e implementos adicionais utilizados. Figura 2. Imagem da disposição telescópio/microscópio receptor LI 1800-06 em relação ao objeto medido, neste caso, a placa de referência Spectralon.TECLADOBATERIAS1SENSOR ÓPTICOCANHÃO DE LUZESPECTRORRADIÔMETROh=12cmOs minerais isolados foram adquiridos com o Centro de Tecnologia Mineral – CETEM, quartzo  com  granulometria  milimétrica  e  carbonato,  goethita  e  caolinita  com granulometria micrométrica. As amostras de folhelho pirobetuminoso foram coletadas na Unidade de Negócio de Industrialização  do  Xisto  da  Petrobrás  em  São  Mateus  do  Sul  –  PR.  O  carvão  é procedente da jazida de Candiota – RS, explorada pela Companhia Riograndense de Mineração.  Essas  amostras  foram  secas  em  estufa  a  45°C  por  24h,  moídas  e peneiradas em malha de 1mm. Não foi possível usar a esfera de integração externa LI 1800–12 para a obtenção da resposta espectral em bancada, em função do risco de contaminação. Assim, foram confeccionadas duas semi-esferas, S1 e S2, onde se modificou o ângulo de incidência da luz em relação ao sensor óptico (Figura 3 e  4),  na tentativa de comparar a luz refletida e a luz difusa respectivamente. Ambas foram elaboradas com semi-esferas ocas de isopor,  de aproximadamente 0,5cm de espessura,  15cm de diâmetro (d)  e 7,5cm de altura (h), disponíveis no comércio e foram revestidas externamente com fita isolante preta. Os  dados  levantados  se  transferiram  para  o  computador,  sendo  organizados  em planilhas  eletrônicas  e  transformados  para  reflectância  relativa  (Rr)  considerando  a Equação 1.Rr = 100 x La / Lp                                                                                          (Equação 1)Sendo La e Lp a leitura da amostra e da placa de referência respectivamente.Figura 3. Imagem da semi-esfera S1 (luz refletida).180Figura 4. Imagem da semi-esfera S2 (luz difusa).Resultados e discussãoNa  Figura 5 são apresentados os espectros correspondentes à placa de referência Spectralon  para  luz  solar  refletida  (telescópio/microscópio  receptor  LI  1800-06),  luz artificial  refletida  (semi-esfera  S1)  e  luz  artificial  difusa  (semi-esfera  S2).  Os  três espectros  apresentaram características  próprias,  sendo o  de luz  solar  mais  intenso abaixo de 700 nm e os outros semelhantes na sua forma.Figura  5.  Espectros  da placa  Spectralon nas  diferentes  situações consideradas  no presente trabalho. Os espectros refletidos foram reduzidos à terceira parte, para efeitos de comparação.02000000400000060000008000000100000001200000014000000200 700 1200Com prim ento de  onda (nm )DifusaRefletida/3Solar/3Os  materiais  analisados  também  mostraram  características  espectrais  próprias  em função da suas propriedades intrínsecas e da forma de captação, como sugerido pelos parâmetros estatísticos (Tabela 1).  Observou-se também, a influência da cor sobre a refletância, com uma transição de maior a menor ao considerar materiais de tonalidade clara (Figura 6), moderada (Figura 7) e escura (Figura 8).Tabela  1.  Parâmetros  estatísticos  da  refletância  relativa  para  os  diversos  materiais considerados. T/MR = Telescópio/Microscópio receptor. DP = Desvio padrão.Material Captação Mínimo Máximo Média DPCaolinita T/MR 87,6 224,3 186,4 37,1Caolinita S1 1,9 13,6 10,5 3,5Caolinita S2 -0,26 10,6 6,7 3,6Carbonato T/MR 79,2 124,1 110,7 11,2Carbonato S1 -0,55 4,9 2,2 1,4Carbonato S2 0,06 22,3 15,2 7,2Folhelho T/MR 10,98 25,6 17,5 3,4Folhelho S1 -0,29 1,6 0,8 0,3Carvão T/MR 5,06 13,1 8,41 1,96Carvão S1 -0,5 0,8 0,2 0,1Carvão S2 -0,4 0,3 -0,0 0,1Goethita T/MR 3,5 117,4 70,2 31,8Goethita S1 -0,6 5,6 2,6 1,5Goethita S2 -0,4 4,3 2,1 1,3Quartzo T/MR 122,4 168,7 156,8 12,2Quartzo S1 7,03 23,58 20,22 3,79Figura 6. Simulação da medição para a amostra de carbonato (semi-esfera S1).Figura 7. Simulação da medição para a amostra de goethita (semi-esfera S1).Figura 8. Simulação da medição para a amostra de carvão (semi-esfera S1).Os espectros de refletância de caolinita e quartzo apresentaram-se bem diferenciados em  relação  aos  outros  materiais (Figura  9).  A  goethita  mostrou  comportamento característico. Os espectros do folhelho e do carvão são semelhantes na sua forma, mas  com  refletância  mais  intensa  no  primeiro  caso.  Esses  espectros  foram semelhantes aos da biblioteca do USGS (2006) para materiais equivalentes.Os espectros para a luz difusa apareceram diferentes dos anteriores, em especial para o carbonato (Figura 10). Para caolinita, goethita e quartzo, os espectros com luz solar (Figura 11) mostraram diferenças leves aos correspondentes para luz artificial.Figura  9.  Espectros  de  refletância  com  luz  artificial  (semi-esfera  S1,  superior)  e detalhes para carbonato - goethita (médio) e carvão - folhelho (inferior).   Figura 10. Espectros de refletância com luz difusa (semi-esfera S2).Figura 11. Espectros de refletância com luz solar (Telescópio/Microscópio receptor).Considerações finaisOs acessórios implementados (suporte e semi-esferas) permitiram realizar as medições espectrométricas de maneira eficiente, viabilizando a aplicação da técnica.Caolinita  e  goethita  são  componentes  usuais  dos  solos  e  apresentaram  espectros característicos,  demonstrando  a  potencialidade  da  técnica  para  aplicações  em pedologia.  A  caracterização  será  aprimorada  se  efetuadas  medições  para comprimentos de onda acima de 1100 nm (infravermelho médio e distante),  onde o comportamento espectral de vários minerais é realçado (DRURY, 1990).  Os resultados para luz refletida e difusa deverão ser confirmados e analisados para outros materiais, mas em princípio, seriam de utilidade na identificação e caracterização de minerais, rochas e solos.Referências bibliográficasALVARENGA,  B.  S.;  D’ARCO,  E.;  ADAMI,  M.;  FORMAGGIO,  A.  R. O  ensino  de conceitos e práticas de espectrorradiometria laboratorial: estudo de caso com solos do estado de São Paulo. In:  SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 11., 2003, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: INPE, 2003. p. 739-747.CROSTA,  A.  P.  Caracterização  espectral  de  minerais  de  interesse  à  prospecção mineral  e  sua  utilização  em  processamento  digital  de  imagens.  In:  SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 7.,  1993, Curitiba. Anais... Curitiba: INPE, 1993. p. 202-210.DALMOLIN, R. S. D.; GONÇALVES, C. N.; KLAMT, E.; DICK, D. P. Relação entre os constituintes do solo e seu comportamento espectral.  Ciência Rural, Santa Maria, v. 35, n. 2, p. 481-489, 2005.DRURY, S. A guide for remote sensing. New York: Oxford University, 1990. 199 p.USGS. USGS Digital splib04 Spectral Library. Disponível em: <http://speclab.cr.usgs.gov/spectral.lib04/spectral-lib.desc+plots.html>.  Acesso em: 10 ago. 2006.

Caracterização espectrorradiométrica de minerais e rochas sedimentares.

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Caracterização espectrorradiométrica de minerais e rochas sedimentares.

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