Caracterização espectral dos solos contaminados com HCs líquidos

3.3.3.1. Descrição das assinaturas espectrais e suas variações

As feições de absorção do HC podem ser identificadas mesmo com um nível baixo de contaminação (Tabela 3.4). As primeiras mudanças espectrais foram observadas no intervalo espectral localizado entre 1,7 µm – 1,78 µm.

Tabela 3.4 Porcentagens de impregnação de HC no qual as primeiras alterações espectrais na assinatura do solo foram observadas devidas à presença do contaminante

Contaminante

Solo PES INT EXT DSL GSL

LS1 4% 4% 6% 4% 11%

LS2 3% 3% 4% 3% 11%

LS3 4% 4% 6% 4% 11%

LS4 2% 4% 4% 3% 11%

As assinaturas espectrais dos solos contaminados com HC são apresentadas nas Figuras 3.5 e 3.6. Os comprimentos de onda das bandas de absorção são apresentados na Tabela 3.5.

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Tabela 3.5 Comprimento de onda das principais bandas de absorção observadas nos solos contaminados com hidrocarbonetos. As linhas sombreadas indicam a banda de absorção diagnóstica da presença do hidrocarboneto. HC Comprimento de Onda [µm] PES – INT Figura 1.5.a EXT – DSL Figura 1.5.b GSL Figura 1.6 a (Fe2O3) 0,530 0,490 0,490 b (Fe2O3) 0,892 0,892 0,892 c (CH) 1,205 1,205 - d (OH) 1,390 – 1,412 1,390 – 1,412 1,390 – 1,412 1,459 1,459 1,459 e (CH3+ CH2 and CH2) 1,725 1,760 1,725 1,760 1,700 1,731 1,771 f (OH) 1,918 1,918 1,918 g (Al-OH) 2,180 – 2,206 2,180 – 2,206 2,180 – 2,206 h (Al-OH+ CH3) 2,268 →,2,274 2,314 →,2,310 2,354 →,2,350 2,384 2,268 → 2,271 2,314 → 2,310 2,355 → 2,350 2,384 2,268 → 2,271 2,314 → 2,312 2,352 2,384

De forma geral, observa-se que os solos contaminados com os óleos crus e diesel exibem mudanças espectrais significativas, que permitem detectar a presença do contaminante no solo (Figura 3.5). No entanto, os solos contaminados com a gasolina (GSL) não apresentam alterações importantes e duradouras, que permitam identificar a sua presença no solo (Figura 3.6). As bandas de absorção da gasolina na faixa entre 1,70 – 1,78 µm só foram observadas no primeiro instante da contaminação.

As feições espectrais da hematita sofrem algumas mudanças devidas à presença do contaminante. A feição de absorção em 0,490 µm é atenuada levemente com a presença dos óleos crus e o diesel. Essa atenuação acentua-se na medida em que o nível de contaminação no solo é aumentado. Nos solos contaminados com o óleo pesado e intermediário (PES e INT, respectivamente), a feição da hematita em 0,892 µm é atenuada significativamente. Esta mudança é também acompanhada pela modificação na cor do solo contaminado (de vermelho a preto – Figura 3.7). Por outro lado, nos solos contaminados com óleo extra-leve e diesel (EXT e DSL, respectivamente) esta feição da hematita ganha maior profundidade, a qual é observável com um nível de contaminação superior a 15%. Este aumento na profundidade na feição da hematita é gerado pela sobreposição da sua banda de absorção com aquele do HC, próxima a 0,9 µm. Visualmente, esse solo não apresenta modificação significativa na sua cor devido ao contaminante. Contudo, torna-se com aparência de solo úmido (Figura 3.7), o que dificulta a detecção visual da presença do contaminante.

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Figura 3.5 Espectros de refletância normalizados através da remoção do contínuo dos solos contaminados com: A. Óleo cru pesado e intermediário (PES e INT); B. Óleo cru extra-leve e diesel (EXT e DSL). As figuras resumem as principais alterações observadas nos espectros dos solos contaminados. As letras minúsculas indicam as principais bandas de absorção.

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Figura 3.6 Espectros de refletância normalizados através da remoção do contínuo dos solos contaminados com gasolina (GSL) . As letras minúsculas indicam as principais bandas de absorção.

Figura 3.7 Comparação visual do solo não contaminado, do solo úmido e dos solos contaminados com o diesel e o óleo cru intermediário.

As feições de absorção da caulinita centradas em 1,390 µm, 1,412 µm, 2,180 µm, 2,206 µm, e 2,384 µm; e da gibbsita em 1,459 µm, não apresentam alterações substanciais com a presença do HC. Por outro lado, com o aumento progressivo no nível de impregnação, as feições da caulinita em 2,314 µm e 2,354 µm se aprofundam e se deslocam gradualmente para 2,311 µm

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e 2,350 µm, respectivamente. Na gibbsita, a feição em 2,268 µm sofre uma sutil atenuação e deslocamento para um comprimento de onda maior. Estas alterações nas feições dos minerais no solo são geradas em função da sobreposição com as bandas de absorção do contaminante. Assim, estas mudanças espectrais podem ser utilizadas como um indicador secundário da presença do HC no solo.

As feições de absorção em 1,203 µm; 1,725 µm e 1,760 µm são aqui consideradas como as principais alterações diagnósticas da contaminação do solo por HCs, causada por óleos crus pesado, intermediário, extra-leve; e pelo diesel. A feição em 1,203 µm é sutil e pode ser observada quando o nível de impregnação do solo é superior a 8% nos solos designados de LS2 e LS4; e 10% nos solos LS1 e LS3. Esta feição é devida exclusivamente ao HC, e embora sutil, auxilia na estimativa do nível de contaminação porque só é detectada quando a porcentagem de HC no solo é elevada. Por outro lado, as feições em 1,725 µm e 1,760 µm são observadas mesmo com um baixo nível de contaminação, ou seja, em torno de 1%. Na medida em que o volume de HC é incrementado, essas feições aparecem gradativamente melhor definidas e mais profundas.

As assinaturas espectrais dos solos LS2 e LS4 são mais susceptíveis a apresentar alterações devido à presença do contaminante. Estas alterações podem ser relacionadas com o teor de óxido de ferro no solo, ou seja, quanto menor o conteúdo de óxido de ferro, maior é alteração espectral detectada no solo.

3.3.3.2. Análise das principais feições diagnósticas da presença do HC no solo

Visando gerar modelos simples para quantificar o nível de contaminação do solo, foram consideradas as principais mudanças observadas nas assinaturas espectrais dos solos devido à presença do HC. As feições diagnósticas da presença dos óleos crus e do diesel aparecem claramente em duas regiões (Figura 3.8).

A Região I localiza-se no intervalo entre 1,7 – 1,78 µm, onde é possível observar duas feições de absorção com máxima inflexão em 1,725 µm e 1,760 µm. Estas absorções são devidas exclusivamente à presença do HC. A Região II situa-se entre 2,290 – 2,367 µm. No inicio do processo de impregnação, nesta região são observadas feições secundárias da caulinita localizadas em 2,314 µm e 2,354 µm; porém, com o incremento gradual no nível de impregnação

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de HC no solo, estas feições mostram alterações progressivas, ou seja, se aprofundam e se deslocam para 2,311 µm e 2,350 µm, respectivamente. Assim, nesta região são observadas feições devidas à sobreposição das absorções da caulinita e do HC.

Figura 3.8 Regiões diagnósticas da presença do hidrocarboneto no solo.

As feições diagnósticas dos contaminantes aqui analisados tornam-se mais profundas e definidas quando o nível de impregnação de HC no solo foi incrementado. As absorções espectrais na Região I foram produzidas exclusivamente pelo HC. Assim, a presença destas feições no espectro do solo indica, sem ambiguidades, a sua contaminação. Mesmo se as feições descritas na Região II estivessem exibidas no espectro do solo, estas não têm a capacidade de indicar com precisão a contaminação do mesmo. Isso ocorre porque os solos argilosos apresentam absorções secundárias nessa região (feições da caulinita), as quais podem ser erroneamente identificadas como feições de HC.

O intervalo do SWIR (1,1 – 2,5 µm) apresentou as principais feições diagnósticas do HC. A faixa do VNIR (0,35 – 1,1 µm) forneceu informação para discriminar o tipo de HC que gera a contaminação no solo. A discriminação do tipo de HC foi considerada através da obliteração ou aprofundamento das feições da hematita.

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As feições diagnósticas e as variações na forma do espectro do solo em função da presença do HC foram as principais evidências observadas na caracterização do solo contaminado. A maioria das feições e alterações espectrais foi gerada exclusivamente pelo HC. Assim, estas observações podem auxiliar na detecção precisa de solos contaminados na área monitorada ou de interesse.