PHỔ MÀU SẮC VÀ SỰ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG CỦA ĐẤT

Đánh giá vai trò của các nguyên tố riêng biệt và các hợp chất của chúng trong việc hình thành màu sắc của đất và độ đậm nhạt của các màu trong đất, chúng ta có thể

dựa trên hệ thống quốc tế về sự đổi màu sắc, trong đó màu được xác định bởi các phần của các màu điều kiện (xanh lam, xanh lục, đỏ) trong các màu nghiên có Trong nhiều trường hợp để thuận lợi hơn và có nhiều thông tin hơn người ta sử dụng khả năng phản xạ của đường cong phổ.

Đối với màu sắc của đất thường chỉ chú ý tới vùng ánh sáng khả kiến (ánh sáng có bước sóng từ 400 đến 750 mm). Một loại đất bất kì đều có bề mặt gồ ghề vì vậy khi có ánh sáng đập vào thì ánh sáng sẽ được phản xạ theo tất cả các hướng. Sự phản xạ như vậy được gọi là sự khuếch tán.

Để đặc trưng định lượng cho sự phản xạ khuếch tán người ta sử dụng hai đại lượng: Hệ số phản xạ và hệ số độ chói (độ sáng)

- Hệ số phản xạ:

Là tỉ lệ giữa cường độ của bức xạ phản xạ theo tất cả các hướng(Φ1) với cường độ của dòng bức xạ đập vào bề mặt đất(Φ0) và được ký hiện bằng chữ ρ.

- Hệ sống chói:

Là tỉ lệ giữa dòng bức xạ (cường độ bức xạ) được phản xạ bởi bề mặt đất theo một hướng vào đó với dòng bức xạ đập vào bề mặt đất.

Hệ số độ chói tìm được ở các cự ly đo của khả năng- phản xạ của đất, khi nghiên cứu từng khu vực của bề mặt đất quan sát được một góc xác định nào đó. Để tìm được hệ số phản xạ cần phải đo các bức xạ, phản xạ theo tất cả các hướng, có thể dùng khối cầu hoặc quả cầu Taylor (Hình 7.2).

Đây là một quả cầu rỗng bên trong được phủ một chất chuẩn có khả năng phản xạ gần như 100%. Chất đó có thể là MgO, BaSO4 hay thủy tinh đặc biệt. Mẫu đất đã chuẩn bị được đặt vào một cuvet, sau đó đặt cuvet này vào khe hở của quả cầu sao cho bề mặt đất tiếp xúc với bề mặt bên trong của quả cầu. Dòng

sáng phản xạ Φ1 từ bề mặt đất hoàn toàn ở bên trong của quả cầu khi bề mặt của nó phản xạ nhiều lần. Như vậy khi chiếu vào bên trong quả cầu sẽ thu nhận được những bức xạ tỉ lệ với cường độ bức xạ của đất.

Khả năng phản xạ phổ và khả năng phản xạ toàn phần có sự khác biệt. Hệ số phản xạ toàn phần đặc trưng cho dòng bức xạ trong khoảng tương đối rộng của bước sóng ánh sáng, thường được kí hiệu là ρx và thường đo trong khoảng 400 - 750nm.

Hệ số phản xạ phổ được xác định đối với từng tia bức xạ đơn sắc và được kí hiệu là ρλ trong đó λ là bước sóng của tia bức xạ. Ví dụ đo hệ số phản xạ phổ ở bước sóng 620 mm thì hệ số này được kí hiệu là ρ62.

1 Bề mặt bên trong quả cầu . 2: Cuvet

3. Lớp đất 4. Lăng kính

5. Dòng bức xạ đập vào tế bào quang điện 6. Tế bào quanh điện Φ0: Dòng bức xạ chiếu vào Φ1: Dòng bức xạ phản xạ Đất phản xạ không đồng đều, các bức xạ có các bước sóng khác nhau và giá trị ϕλ liên tục thay đổi trong khoảng 400 - 750 mm phụ thuộc vào bước sóng. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của pa vào bước sóng được gọi là phổ phản xạ, phổ này cho các thông tin đầy đủ nhất về khả năng phản xạ phổ của đất.

Mầu sắc của các tầng tích tụ mùn là do trong tầng có chất mùn. Trong đất checnozem có màu xám hoặc xám tối. Trong những đất ít mùn, trong phần phản xạ có sự tăng lên tương đối của các phần bức xạ sóng dài, nghĩa là phần ánh sáng đỏ, mầu của những đất này thường là mầu nâu xám hoặc thậm chí là mầu xám nâu.

Ảnh hưởng mạnh nhất của chất hữu cơ đến khả năng phản xạ là ở bước sóng 700 - 750 mm. Sự phụ thuộc giữa hệ số phổ phản xạ ρ750 và hàm lượng chất hữu cơ (H) được chỉ ra ở hình 7.3a và biểu thị bằng phương trình thực nghiệm

ρ750 = ρo + ne^-kH hay ln (ρ750 - ρo) = ln^{- KH}

Ở đây ρo là hệ số phản xạ cực tiểu khi hàm lượng chất hữu cơ có thể là lớn nhất, n và k là các hằng số của phương trình, các thông số n và k của phương trình được tính là hằng số chỉ đối với những đất có cùng loại mùn (chung về tính chất hoá học và hình thái học).

Hình 7.3a: Sự phụ thuộc của khả năng phản xạ của đất vào hàm lượng chất hữu cơ

1. Giá trị trung bình;

2. Giới hạn dao động

Hình 7.3b: ảnh hường của hợp chất sắt đến khả năng phản xạ 1 . Kaolinit; 2. Kaolinit + Fe(OH)3

3. Kaolinit + Fe2O3

Các đường cong phổ dạng thứ ba thường liên quan đến sự tích lũy các oxit sắt và các hydroxit sắt trong đất. Kaolinit tinh khiết được đặc trưng bởi sự tăng dần dần của hệ số phản xạ phổ từ 400 đến 550 nm và sau đó giá trị ϕλ hầu như không thay đổi đến 750 nm (Hình 7.3b). Sự có mặt của hydroxit sắt trong kaolinit làm giảm rõ rệt khả năng phản xạ tại 400 nm và sau đó tăng nhanh từ bước sóng 480 nm đến 600 nm làm cho đường cong có khúc lượn. Nếu lấy kaolinit trộn với Fe(OH)3 nung ở 300⁰C thì hydroxit sắt sẽ chuyển thành Fe2O3, Trong phổ của kaolinit với oxit sắt cũng có khúc lượn nhưng chuyển dịch sang vùng có bước sóng lớn hơn.

Theo giá trị đường uốn cong trên đường cong khả năng phản xạ phổ trong một số trường hợp có thể suy đoán về hàm lượng tổng số của sắt trong các đất (theo các phổ của các mẫu đã nung của đất) hay suy đoán về sự phân bố tương đối của các oxit và hydroxit sắt trong phản diện đất, mà các hợp chất của sắt này sắp xếp trên bề mặt của các nguyên tố cơ học.

Khi sử dụng khả năng phản xạ phổ của đất để nêu các đặc điểm và thành phần hóa học của đất để chuẩn đoán và khoảng cách của bản đồ cần lưu ý rằng giá trị (ϕλ và ϕ_Σ phụ thuộc vào độ ẩm của đất và thành phần cấp hạt.

7.5. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÀU SẮC ĐẤT DỰA VÀO HỆ THỐNG