La serie Mugello e’ stata realizzata all’interno del progetto europeo DIGISOIL finalizzato alla caratteriz- zazione dei suoli mediante strumentazione geofisica e da telerilevamento, inclusa la metodologia iperspet- trale. In totale sono stati prelevati 74 campioni che sono stati sottoposti a numerose analisi finalizzate ad una caratterizzazione il piu’ completa possibile dal punto di vista mineralogico e chimico-fisico.
7.2.1
Inquadramento topografico e geologico
Figura 7.9: Estratto dal Foglio 264 “Borgo San Lorenzo”Carta Geologica d’Italia 1:50.000[111]
Figura 7.12: Carta pedologica[112]
Figura 7.13: Foto dell’area di studio
Figura 7.14: Strisciate delle riprese SIM.GA. Con contorno bianco i campi privi di vegetazione oggetto dello studio. In alto con il quadrato bianco ed il tondo rosso e’ indicata la posizione dei pannelli di riferimento per Empirical Line
7.2.2
Caratterizzazione chimico-fisico-mineralogica
Figura 7.15: Punti di campionamento del suolo (punti in rosso)
I parametri per cui sono stati analizzati i campioni sono stati: Granulometria, F e2O3, F eO, Carbonio or-
ganico, Carbonati e caratterizzazione mineralogica completa. Le analisi per la determinazione dei parametri chimici sono state affidate al laboratorio privato AlphaEcologia di Firenze, le determinazione mineralogiche sono state eseguite dal Dott. Lutterotti (Universita’ degli Studi di Trento), le determinazioni del carbo- nio organico sono state effettuate dal Dott. Bass (Universite Catholique de Louvain) mentre le analisi granulometriche sono state condotte nei laboratori di geotecnica del Dipartimento di Scienze della Terra di Firenze.
In relazione a queste ultime, che hanno avuto come oggetto 8 campioni rappresentativi dei suoli affioranti nelle aree di studio, si evidenzia una sostanziale omogeneita’ della composizione granulometrica con sabbie prevalenti con limo debolmente argillose
Campione Descrizione %Scheletro %Sabbia %Sabbia molto fine %Limo %Argilla A4-3 Sabbia con limo deb.arg. 4,2 51,6 13,4 33,2 15,2 A6-1a-2 Sabbia deb. arg.limosa 1,7 72,8 8,6 14,6 12,6 A3-2 Limo sabbioso con argilla 8,2 65,4 13,8 28,9 5,7 A6-2a-2 Franco sabbioso 9,3 81,7 4,6 12,2 6,2 V-1a-3 Sabbia con limo deb.arg. 6,2 71,5 10,2 22,2 6,4 V-1b-3 Sabbia con limo deb.arg. 2,1 55,3 13,5 37,9 6,8 V2-1a-b Sabbia con limo deb.arg. 3,1 56,1 15,6 34 9,9 V2-2a-c Sabbia con limo ed arg. 28,8 47,6 12,8 37,2 15,3
Figura 7.16: Carbonio organico
Figura 7.17: Carbonati espressi come Calcare totale
Osservando con cura i due grafici si nota una somiglianza nell’andamento delle due curve. Plottando le due quantita’ su un grafico XY si osserva che esiste una forte correlazione di tipo lineare.
Figura 7.18: Correlazione tra carbonio organico e Calcare totale.
La spiegazione di questo comportamento si puo’ individuare nella tecnica analitica che e’ stata selezion- ata dal laboratorio esterno per la determinazione del carbonio organico ovvero l’utilizzo dello strumento LECO CS-125. Questa strumentazione, che si basa sulla combustione a 1350°C del campione, e’ finalizzata alla determinazione di carbonio e zolfo in tessuti di piante ma in questo caso, utilizzata sui suoli ha titolato gli atomi di carbonio contenuti nel gruppo carbonato. In questo caso quindi i dati relativi al Carbonio organico sono quindi da considerarsi errati e non saranno utilizzati nella fase di elaborazione del segnale spettrale.
Figura 7.20: F e2O3
Come indicato nel capitolo dei Parametri Chimico-Fisici-Mineralogici, una stima della bonta’ della de- terminazione degli ossidi/idrossidi di Ferro e’ rappresentata dal plottare i dati in un grafico XY; in caso di misure corrette i dati si disporranno lungo una retta.
Figura 7.21: Correlazione tra F eO ed F e2O3
Nel caso dei campioni della serie Mugello non si nota nessuna correlazione significativa. Si evindenzia quindi che i risultati delle analisi effettuate dal laboratorio chimico privato possano essere affette da errore in almeno uno dei due parametri analizzati.
Le analisi mineralogiche sono state eseguite dal Dott. Lutterotti su 40 campioni (su un totale di 74) di suolo naturale passante al setaccio di 75 micron; la selezione dei campioni da mandare in analisi e’
stata effettuata sulla base del dato spettroscopico scegliendo in modo da massimizzare la differenze di firma spettrale. Il metodo del Dott. Lutterotti prevede una analisi XRD effettuata con un diffrattometro con un sensore per immagini in modo da catturare in un singolo impulso tutti gli angoli di diffrazione fino a valori di 2θ pari q 100°[59].
Figura 7.22: Analisi mineralogiche
Quarzo Calcite Mont. Albite Illite Kaolinite % (peso) Massima 42,2 23,9 35,5 19,4 36,9 6,2
% (peso) Media 27,5 12,1 19,9 9,3 28,1 3,0 % (peso) Minima 18,5 0 0 0 21,3 0
Tabella 7.1: Caratterizzazione mineralogica dei campioni della serie Mugello mediante analisi Rietveld
Dall’analisi delle determinazione quantitative si evidenzia ancora una volta una sostanziale omogeneita’ nei dati. Si evidenziano alcune anomalie nell’insieme dei dati analizzati, in particolare M02-05,M03-03,M06- 05,M07-04,M09-05 per Montmorillonite, M07-01 per calcite, M03-01,M04-05,M04-07 perche’ sono ripor- tati dei campioni a concentrazione della specie mineralogica pari a zero quando tutta la famiglia delle misure ha valori di concentrazione superiori al 10%.
Dato che la determinazione di concentrazione di carbonati nel suolo e’ stata effettuata in modo indipen- dente con due metodologia, la prima chimica e la seconda mineralogica, e’ stato verificato se le informazioni ottenute siano equivalenti, come e’ lecito attendersi, o non presentino correlazione.
Figura 7.23: Correlazione della determinazione dei carbonati mediante analisi chimica standard confrontata con la determinazione mineralogica
Dal grafico sopra riportato si evidenzia che le due determinazioni sono strettamente correlate e quin- di si validano a vicenda essendo state eseguite in modo del tutto indipendente con due metodologie non confrontabili.
7.2.3
Caratterizzazione spettrale
1. Campagna
(a) Campo 1 : 81 spettri (b) Campo 2 : 100 spettri (c) Campo 3 : 79 spettri (d) Campo 4 : 44 spettri (e) Campo 5 : 60 spettri 2. Laboratorio
(a) 74 spettri
(b) 8 spettri (per granulometrie)
Figura 7.24: Spettri di riflettanza di laboratorio dei campioni
Figura 7.25: Punti di campionamento spettrale. Campo 1:ciano, Campo 2:rosso, Campo 3:verde, Campo 4:blu, Campo 5:giallo
Figura 7.26: Spettri di riflettanza di campagna
Figura 7.27: Confronto tra misure di campagna e di laboratorio Fieldspec. Campione 0904 (Laboratorio), Campo1-035 (Campagna)
Per quanto riguarda le immagini telerilevate sono state analizzate
1. Due immagini ALI : EO1A1920292002353110PZ (19/12/2002) e EO1A1920292010211110KF (30/7/2010) 2. Una immagine Landsat : LE71920302009244ASN00 (1/9/2009, circa coincidente con la campagna a
3. Due immagini SIM.GA : Si tratta di due piccoli frammenti delle strisciate complete realizzate nel settembre 2009.
Dal punto di vista dell’analisi spettrale si evidenzia come le firme spettrali2dei campioni siano molto simili
tra di loro. Effettuando il calcolo delle componenti principali si osserva infatti come il segnale possa essere contenuto nelle prime due componenti PCA con un errore trascurabile.
Per l’area di studio sono risultate disponibili due immagini ALI-EO1 relative al periodo Dicembre 2002 e Luglio 2010
Dicembre 2002 Luglio 2010 Figura 7.28: Truecolor realizzato mediante il dato ALI
Figura 7.29: Confronto tra spettri di riflettanza ALI e Fieldspec.- Punto di misura 01-06 L’analisi Fieldspec e’ relativa a campioni misurati in laboratorio
Come si osserva in modo del tutto qualitativo nel punto 01-06 la corrispondenza degli spettri di riflettanza e’ ottimale mentre nel punto 08-05, anche a causa del disturbo di pixel vicini, le differenze tra ALI e Fieldspec risultano significative.
2Sono disponibili soltanto i dati di misure di riflettanza di laboratorio in quanto, al momento del campionamento di campagna, non
Figura 7.30: Confronto tra spettri di riflettanza ALI e Fieldspec.- Punto di misura 08-05 L’analisi Fieldspec e’ relativa a campioni misurati in laboratorio