Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologia de Aplicação pag 1 100

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Mauricio Alves Moreira 
Fundamentos do 
Sensoriamento Remoto e 
Metodologias de Aplica<;ao 
Mauricio Alves Moreira 
Fundamentos do 
Sensoriamento Remoto e 
Metodoiogias de Aplica<;ao 
39 edi~ao 
Atualizada e Ampliada 
19 reimpressao 
EdiTORA 
·UFV 
Universidade Federal de Vic;osa 
2007 
"Se teus projetos soo para um ano, semeia 0 groo. 
Se soo para dez anos, planta uma orvore. 
Se soo para cem anos, instrui 0 povo. 
Semeando uma vez 0 groo, colheros uma vez. 
?lantando uma orvore, colheros dez vezes. 
Instruindo 0 povo, col heros cem vezes. JJ 
(autor desconhecido) 
A minha esposa Tania . 
As minhas Jilhas PatrIcia, Camila e Mariana . 
Aos meus pais. 
Pre/acio 
No Brasil, 0 uso de dados coletados por sate lites de recursos naturais teve infcio logo 
ap6s 0 lan<;amento do primeiro satelite, 0 Earth-I , em 1972, mais tarde denominado Landsat. 
Passados sete anos desse lan<;amento, fui admitido no Instituto Nacional de Pesquisas 
Espaciais - Inpe para trabalhar com esta nova ferramenta , que na epoca parecia muito 
promissora e que certamente iria solucionar muitos problemas nas areas de Agricultura, 
Floresta, Geologia, Cartografia e Analise Ambiental, entre outras. 
Toda a teoria do sensoriamento remoto era, e ainda e, fortemente divulgada na Ifngua 
inglesa. Entretanto, desde 0 infcio eu tinha a convic<;ao de que poderfamos, n6s brasileiros, 
criar uma linguagem pr6pria, usando ate 0 nosso famoso "jeitinho" para transferir aos usuarios 
esta nova tecnologia , bastante complexa do ponto de vista do desenvolvimento de 
equipamento e programas. 
No final da decada de 1980, Novo (1989) lan<;ou urn livro, em portugues, sobre os 
fundamentos do sensoriamento remoto. Essa obra foi basicamente 0 precursor, despertando 
em outros pesquisadores 0 interesse em publicar mais livros nesta linha, e af vieram muitos 
outros. 
Em setembro de 2001 , lancei a primeira edi<;ao de Fundamentos do Sensoriamento 
Remoto e Metodologias de Aplicac,;ao. Foi uma edi<;ao independente e que se esgotou em 
menos de urn ano. Tive a preocupa<;ao de abordar os princfpios fundamen tais do 
sensoriamento remoto e as metodologias de aplica<;ao, numa linguagem simples e clara. 0 
que me levou a discutir temas fora do contexto do sensoriamento remoto propriamente dito. 
como nos capftulos 2, 3 e 4.0 livro difere daquele publicado por Novo (1989) em alguns 
aspectos , como: introdu<;ao de novos sistemas sensores, que surgiram posteriormente: urn 
capftulo sobre satelites; e uma discussao ampla da radia<;ao solar, da atmosfera, da vegeta<.;ao. 
do solo e da agua, que sao alvos mais importantes para 0 sensoriamento remoto orbital. 
Apesar da boa aceita<;ao do livro, estava convicto de que ele poderia ser melhorado, 
tanto na reda<;ao quanta na qualidade do material de impressao. Persisti nessa ideia e 
apresentei 0 projeto a Editora UFV Em 2003 tive a grata satisfa<;ao de ver sua segunda 
edi<;ao no mercado, que foi muito bern ace ita e esgotou-se rapidamente. 
Nesta terceira edi~ao, procurei observar os assuntos que poderiam ser mais bern 
explicados, para dar continua~ao as ideias (que sempre tive) de que as tecnicas do 
sensoriamento remoto e do geoprocessamento podem ser transmitidas aos usuarios, de 
maneira muito simples, porem de modo objetivo. Introduzi mais urn capitulo de extrema 
importEmcia no contexto de aplica<;:ao, que descreve sobre a Edi<;:ao Matricial , uma nova 
abordagem de classifica<;:ao de imagens de satelites. Foram tambem feitas modifica<;:6es no 
texto e nas ilustra~6es , tornando 0 livro ainda mais didatico e muito proximo daquilo que 
sempre imaginei. 
o autor 
Sumario 
CAP. 1 - Radia~ao Solar, 15 
Origem da Radia<;ao Solar, 15 
Natureza da Radia<;ao Solar, 16 
Modelo Corpuscular, 17 
Conceito de Ondas, 18 
Algumas Propriedades das Ondas, 19 
Teoria Ondulat6ria, 20 
Ondas Eletromagneticas, 21 
Unidades de Medida da Radia<;ao Eletromagnetica, 24 
Teorias sobre a Radia<;ao, 24 
Corpo Negro, 25 
Lei de Planck, 25 
Lei de Stefan-Boltzmann, 26 
Lei do Deslocamento de Wien , ou lei de Wien, 28 
Lei de Kirchoff, 29 
CAP. 2 - Atmosfera Terrestre e Sua Intera~ao com a Radia~ao Solar, 33 
Intera<;ao da Radia<;ao Solar com a Atmosfera Terrestre , 35 
Espalhamento, 37 
Espalhamento Molecular, ou Rayleigh, 38 
Espalhamento Mie , 39 
Espalhamento Nao-Seletivo, 39 
Absor<;ao Atmosferica, 39 
CAP. 3 - No~oes Basicas sobre Solo e Sua Intera~ao com a Radia~ao Solar, 45 
Origem dos Solos, 45 
Composi<;ao do Solo, 50 
Constituintes Minerais, 50 
Material Organico, 52 
Agua no Solo, 52 
Ar no Solo, 53 
Solos de Maior Ocorrencia no Brasil, 54 
Latossolos (Latossolos), 55 
Latossolo Ferrffico (Latossolos Vermelhos Perferricos) , 56 
Latossolo Roxo, 56 
Latossolo Vermelho-Escuro, 56 
Latossolo Vermelho-Amarelo, 56 
Latossolo Amarelo, 57 
Latossolo Variac;ao Una, 57 
Latossolo Bruno, 58 
Terra Roxa Estruturada (Argissolo, Nitrossolol, 58 
Podz6lico Vermelho-Amarelo (Luvissolo, Alissolo, Argissolo, Nitrossolo) , 58 
Solos Org2micos (Organossolos), 59 
Glei Humico e Glei Pouco Humico (Gleissolos), 59 
Interac;ao da Radiac;ao Eletromagnetica com os Constituintes do Solo, 61 
Transic;ao Intra-Atomica, 62 
Transferencia de Carga ou Transic;6es Interelementos, 63 
Transic;6es da Banda de Valencia a Banda de Transic;ao, 63 
Absorc;ao de Origem Molecular, 63 
Parametros Que Influenciam a Refled2mcia dos Solos, 64 
Oxidos de Ferro, 64 
Materia Organica, 70 
Rugosidade e Formac;ao de Crosta Superficial, 71 
Umidade do Solo, 72 
Distribuic;ao dos Tamanhos de Partfculas, 72 
CAP. 4 - Noc;:6es Basicas sobre Vegetac;:ao e Sua Interac;:ao Com a Radiac;:ao Solar, 75 
Anatomia da Planta, 75 
Raiz, 76 
Caule, 77 
Folhas,77 
Func;6es das Folhas, 78 
Respirac;ao, 78 
Transpirac;ao, 79 
Fotossfntese, 79 
Interac;ao da Radiac;ao Solar com a Planta, 80 
Porc;ao Absorvida da Radiac;ao Solar, 81 
Utilizac;ao da Energia Solar na Fotossfntese, 82 
Reac;6es da Luz ou Fotoqufmicas, 82 
Absorc;ao da Luz pelos Pigmentos, 86 
Reac;6es Escuras, 90 
Porc;ao Refletida da Radiac;ao Solar, 91 
Regiao do Visfvel, 92 
Regiao do Infravermelho, 93 
Fatores Envolvidos na Intercepta<;ao, Absor<;ao e Reflexao da Luz Solar pelas Folhas, 94 
Fatores Morfol6gicos, 95 
Fatores Fisiol6gicos ou Funcionais, 96 
Idade da Planta, 97 
Deficit Hfdrico, 97 
Tipo e Espessura das Folhas, 98 
Nutrientes, 99 
Conteudo de Agua na Folha, 100 
Intera<;ao da Radia<;ao Solar com 0 Dossel da Vegeta<;ao, 102 
CAP. 5 - No~oes Basicas sobre Agua e Sua Intera~ao com a Radia~ao Solar, 109 
Estrutura Molecular da Agua, 109 
Intera<;ao da Radia<;ao Eletromagnetica com a Agua, 110 
Fatores Que Interferem na Reflectancia da Agua, 111 
CAP. 6 - Sistemas Sensores, 115 
Caracterfsticas dos Sistemas Sensores, 120 
Classifica<;ao dos Sistemas Sensores, 121 
Quanto a Fonte de Radia<;ao, 127 
Quanto ao Princfpio de Funcionamento, 128 
Quanto ao Tipo de Produto, 129 
Nfveis de Coleta de Dados Espectrais, 129 
CAP. 7 - Sistemas Sensores Utilizados para Coleta de Dados Espectrais em Nivel 
Terrestre, 133 
Sensores Que Ope ram na Regiao do Visfvel e do Infravermelho Pr6ximo. 133 
Sensores Que Operam na Regiao do Infravermelho Termal, 135 
Sensores Que Ope ram na Regiao de Microondas (> 1 mm ), 136 
Descri¢o de Alguns Tipos de Sistemas Sensores Utilizados em Nfvel Terrestre, 136 
Spectron SE-590, 137 
Sensor Quantico LJ-190 SA, 138 
Sensor LAI-2000, 140 
Sensor Thermopoint, 143 
Sensor FieldSpec, 144 
FieldSpec® HandHeld , 145 
Sensor Ger Iris Mark-IV, 146 
CAP. 8 - Sistemas Sensores Utilizados em Nivel Suborbital, 149 
Sensores Fotograficos, 149 
Tipos de Filmes, 150 
Filme Preto-e-Branco, 151 
Filmes Coloridos, 152 
Sensores Hiperespectrais, 154 
Aviris, 156 
Hydice , 157 
Videografia, 159 
Caracterfsticasdos Equipamentos de Videografia, 159 
-
CAP. 9 - Satelites - Conceito, Classifica<;ao e Objetivos, 165 
Conceito de Sate lite Artificial, 166 
Categoria de Satelites, 167 
Satelites Militares, 167 
Sate lites Cientfficos, 167 
Satelites de Telecomunicac;6es, 169 
SateJites Meteorol6gicos, 172 
Satelites de Recursos Naturais, 174 
Orbita, 175 
CAP. 10 - Sensores Utilizados para Coleta de Dados em Navel Orbital, 177 
Imageadores Eletroopticomecanicos, 177 
Sistema Sensor MSS, 178 
Imageador TM, 180 
Imageador AVHRR, 182 
Imageadores do Tipo CCO, 183 
Imageador HRV, 183 
Sensores de Alta Resoluc;ao Espadal, 185 
Sensores do Sate lite Ikonos, 185 
Aplicac;ao de Oados do Ikonos, 187 
Os Satelites Eros e Sensores, 188 
Eros Al e A2, 189 
Eros BI-B6, 189 
Sistema de Imageamento Rapido do Eros, 191 
Controle dos Satelites, 192 
Sensores do Sate lite QuickBird, 192 
Sensores Orbitais do Program a Espadal Brasileiro, 193 
Sensores Utilizados no Program a MECB, 194 
Sensores Utilizados no Program a CBERS, 194 
Sistema Sensor CCO, 194 
Sistema Sensor IR-MSS, 195 
Sistema Sensor WFI , 195 
Sistemas Sensores Ativos, 196 
1 - etodologia de Amilise de Dados Coletados por Sensores em Navel do 
Solo, 203 
ndices de Vegetac;ao e Oeterminac;ao a partir de Oados Radiometricos, 204 
- ¢o Fotossinteticamente Ativa Absorvida pelo Oossel de Vegetac;ao e Estimati-
meio de Oados Radiometricos, 208 
:::- pas Empregadas para a Estimativa da RFAA por meio do NOVI, 208 
0 - so da Radiac;ao, 210 
CAP. 12 - Metodologia de Amilise de Dados Coletados por Sensores Suborbitais , 213 
Metodologia de Interpretac;ao de Fotografias Aereas, 213 
Padrao, 215 
Tonalidade e Cor, 216 
Forma e Tamanho, 219 
Textura, 220 
Sombra, 221 
Fotointerpretac;ao Propriamente Dita, 221 
CaJculo de Area, 222 
Contagem, 222 
Pesagem, 223 
Planimetragem, 223 
Uso de Computador 223 
Interpretac;ao de Dados Videograficos. 224 
Captura das Cenas de Interesse. 224 
Mosaico e Georreferenciamento dos Frames, 225 
CAP. 13 - Considera~6es Gerais sobre Amilise de Imagens Coletadas por Sensores 
Orbitais, 227 
Fatores Que Contribuem para 0 Exito na Analise de Imagens de Sate lite, 227 
Epoca de Obtenc;ao das Imagens de Satelite, 227 
Tipo de Produto, 230 
Bandas Espectrais, 234 
Escala de Trabalho, 235 
Uso de Imagens Multitemporais, 236 
Experiencia do Fotoinh~rprete , 231 
CAP. 14 - Interpreta~ao Visual de Imagens Orbitais, 239 
Analise do Material Colateral, 240 
Preparo do Material, 241 
Estabelecimento do Metodo de Interpretac;ao, 242 
Metodo Comparativo, 242 
Chave de Interpretac;ao pelo Metodo Seletivo, 242 
Chave de Interpretac;ao pelo Metodo Eliminat6rio, 243 
Metodo Sistematico, 245 
Confiabilidade do Mapeamento, 246 
Tipos de Amostragem, 248 
Unidade de Amostragem, 249 
Tamanho da Amostra, 250 
Validac;ao da Exatidao do Mapeamento, 250 
CAP. 15 - Processamento de Imagens Digitais, 255 
Geoprocessamento, 256 
Caracterlsticas dos SIGs, 258 
Configura<;ao de urn SIG , 259 
Interface, 259 
Entrada e Integra<;ao de Dados, 259 
Consulta e Analise Espacial, 260 
Visualiza<;ao e Plotagem, 260 
Banco de Dados Geograficos, 260 
Representa<;ao Matricial, 262 
Representa<;ao Vetorial, 262 
Fun<;oes de Manipula<;ao e Analise de Dados Geograficos, 263 
Analise Geografica, 263 
Tratamento de Imagens, 264 
Modelagem Numerica do Terreno, 264 
Geodesia e Fotogrametria, 264 
Modelagem de Redes, 264 
Objetos Nao-Espaciais, 265 
- Exibi<;ao e Produ<;ao Cartografica, 265 
CAP. 16 - Tratamento de Dados Digitais, 269 
A Cor no Processamento de Imagens Digitais, 269 
Tratamento de Imagens Digitais, 272 
Pre-Processamento, 273 
Elimina<;ao de RUldo, 273 
Realce de Imagem, 274 
Corre<;ao, Retifica<;ao Geometrica e Registro, 275 
Redu<;ao da Dimensionalidade, 276 
Corre<;ao Radiometrica, 277 
Transforma<;oes de Imagens Digitais, 281 
Rota<;ao Espectral, 281 
Restaura<;ao, 282 
Imagem NDVI, 282 
Modelo Linear de Mistura Espectral , 283 
Sistemas de Classifica<;ao de Imagens Digitais, 284 
Classifica<;ao Supervisionada, 285 
Maxima Verossimilhan<;a, 285 
Metodo do Paraleleplpedo, 290 
Classifica<;ao Nao-Supervisionada, 291 
Classificadores por Regioes, 292 
Segmenta<;ao de Imagem, 292 
Extra<;ao de Regioes, 293 
Classifica<;ao, 293 
CAP. 17 - Classifica~ao Hibrida, 297 
Entendendo urn Pouco da Edi<;ao Matricial, 298 
REFERENCIAS, 293 
ANEXO,301 
Capítulo 1 
Radiação Solar 
Desde os primórdios da astronomia , um dos principais focos de estudo das civilizações 
foi o Sol, já que ele era quase sempre tratado como deus, tendo sido, durante milênios , adora-
do pela humanidade. Entretanto, foi somente nos últimos 500 anos que o homem começou a 
conhecê-lo. Hoje , sabe-se que a Terra recebe do Sol algo como a energia de 10 bilhões de 
Itaipus, o que é apenas uma ínfima parcela da luz e calor emitidos por ele. Qualquer ser 
humano sabe da importância do Sol, sem o qual nenhuma forma de vida existiria. A radiação 
solar é a fonte de energia para todos os processos físico-químicos e biológicos que ocorrem na 
superfície terrestre. 
Para o sensoriamento remoto, a energia solar é base de todos os princípios em que se funda-
menta essa tecnologia. Será visto mais adiante que até mesmo os sistemas sensores ativos, isto é, 
que possuem energias próprias, necessitam da radiação solar para manter suas reservas de ener-
gia. Nessa situação, a energia solar contribui com uma parcela considerável, tendo em vista, por 
exemplo, que um satélite necessita armazenar energia para permanecer em órbita da Terra. Dessa 
forma, é fácil perceber a importância de se conhecer um pouco mais a respeito dessa radiação, 
além daqueles conhecimentos que, tradicionalmente, são utilizados para desencadear uma se-
qüência de raciocínios sobre o sensoriamento remoto. 
Origem da Radiação Solar 
o Sol é considerado uma estrela de quinta grandeza, constituída por uma massa gasosa, 
contendo cerca de 71% de hidrogênio e 26% de hélio. Sua superfície aparente é denominada 
fotosfera, cujo diâmetro é aproximadamente de 1,3914 x 106 km. Possui uma massa em torno de 
1,99 x 1()35 kg, da qual cerca de 90% se concentra na metade interna do seu raio. A temperatura 
superficial média do Sol é de 5.770 K; entretanto, por causa da pressão exercida por sua massa 
colossal, a temperatura no seu núcleo é de 15.000.000 K. Essa altíssima temperatura provoca o 
desencadeamento de reações nucleares, transformando o hidrogênio em hélio, por meio da fusão 
de núcleos de hidrogênio em núcleos de hélio com perda de massa, que é compensada por emis-
são de energia . Por ser reação que ocorre no núcleo do átomo de hidrogênio, ela é denominada 
radiação. As radiações, em geral, são classificadas por letras do alfabeto grego (a, B, 8 etc.), que 
podem ou não ser radioativas . A radiação solar é do tipo B. 
Para se ter uma idéia da quantidade de radiação liberada no processo de fusão nuclear, que 
ocorre na zona radioativa do Sol, a cada segundo 657 milhões de toneladas de hidrogênio são 
transformadas em 653 milhões de toneladas de hélio, havendo uma diferença de 4 milhões de 
toneladas de massa de hidrogênio que, nesta fusão, é convertida em radiação. Esta radiação, ou 
emissão de partículas B, pode ser um elétron ou um pósition (elétron positivo) localizado no núcleo 
do átomo. 
16 Maurício Alves Moreira 
Da fotosfera (camada mais externa do Sol) saem, em direção ao cosmo, verdadeiras labare-
das de gás hélio que chegam a atingir até 400 mil quilômetros de distância, por causa da sua força 
gravitacional, essas labaredas voltam novamente à superfície solar. Na Figura 1.1 é mostrado um 
esquema da constituição do Sol. 
Núcleo 
Cromosfera 
Figura 1.1 - Esquema do Sol 
mostrando sua constituição. 
As Equações 1.1, 1.2 e 1.3 descrevem a seqüência das reaçõesnucleares que resultam na 
fusão do núcleo de hidrogênio em núcleo de hélio. 
Hl 
1 + Hl 1 ~ H 2 1 + radiação p (1.1) 
hidrogênio hidrogênio deutério 
H 2 
1 + H l 1 ~ He 3 2 (1.2) 
deutério hidrogênio hélio (instável) 
He 3 2 + Hl 1 ~ He 4 2 + radiação p (1.3) 
hélio hidrogênio hélio (estável) 
sendo H o símbolo do hidrogênio; He, o do hélio; os números subscritos, os nêutrons; e os sobres-
critos, os prótons. 
Natureza da Radiação Solar 
Viu-se, por meio da fusão nuclear (Equações 1.1 a 1.3), que átomos de hidrogênio se trans-
formam em átomos de hélio, liberando energia (radiação P) . Se há liberação de energia, esta 
propaga-se para o cosmo. Como essa energia é emitida e como ela se propaga? 
Os estudos sobre a natureza da radiação solar, em sua maioria, foram desenvolvidos tendo 
como base a radiação visível, denominada luz. As primeiras aparições conhecidas, sobre a luz, 
pertencem aos gregos, entre as quais podem ser citadas as de Lepucio (450 a .c.) , que pertencia à 
Radiação solar 17 
escola atomista. Ele considerava que os corpos eram focos que desprendiam imagens, as quais 
eram captadas pelos olhos e, destes, passavam à alma, que as interpretava. Também encontra-
vam-se partidários da escola de Pitágoras que afirmavam justamente o contrário: não eram os 
objetos os focos emissores e sim os olhos. Para eles, os olhos palpavam os objetos mediante uma 
força invisível como tentáculo, e ao explorar os objetos determinava suas dimensões e cor. Dentro 
da mesma escola, Euclides (300 a.c.) introduziu o conceito de raio de luz emitido pelo olho que se 
propagava em linha reta até alcançar o objeto. 
Uma das mais fascinantes discussões da Física nos séculos XVII a XIX, foi, sem dúvida, o 
da natureza da radiação. Dessa discussão surgiram duas teorias: a de que a luz é formada por 
partículas, conhecida como Teoria corpuscular da luz e a de que a luz é uma onda, denominada 
Teoria ondulatória (HALLIDAY e RESNICK; 1968; PARADA e CHIQUETTO, 1980). 
Modelo corpuscular 
Conhecido como teoria corpuscular, foi o modelo criado para explicar o comportamento da 
luz. Essa teoria teve grandes adeptos , dentre eles René Descartes. 
Descartes foi o primeiro defensor da teoria corpuscular, em que afirmava que a luz se com-
portava como um projétil que se propagava a uma velocidade infinita . No entanto, sem especificar 
nada sobre sua natureza, explicou claramente o fenômeno de reflexão, por meio do qual, por 
exemplo, uma pessoa pode se ver num espelho. Em 1637, Descartes publicou um livro em que 
levantava algumas hipóteses sobre a natureza da luz . No livro, afirmou que a propagação da luz se 
dava por meio de impulsos, ou seja, a luz era uma espécie de perturbação que se propagava no 
meio. Embora a idéia fosse vaga, continha o conceito básico da teoria ondulatória da luz. 
Isaac Newton (1642-1727) foi o que mais contribuiu para que essa teoria prevalecesse por 
mais de um século. ° primeiro trabalho de Newton como Professor Lucasiano foi em óptica . Ele 
havia concluído que a luz branca não é um entidade simples, como acreditavam todos desde 
Aristóteles . Embora o fato de que a luz solar produz várias cores ao passar por um prisma fosse 
conhecido, Giambattista della Porta, em seu De Refracione, publicado em Nápoles em 1558, 
usava a concepção de Aristóteles para dizer que as cores apareciam por modificação da luz. A 
aberração cromática (anéis coloridos em volta da imagem) de uma lente de telescópio convenceu 
Newton do contrário. Quando ele passava um feixe de luz solar por um prisma de vidro, um 
espectro de cores se formava, mas ao passar a luz azul por um segundo prisma, sua cor não 
mudava . 
No ano de 1672, Newton enviou uma breve exposição de sua teoria das cores a Royal 
Society de Londres. Sua publicação provocou tantas críticas que eles tiveram receio de publicá-la. 
Por essa razão, Newton se isolou da sociedade e continuou seus estudos em Cambridge . 
Em 1675, publicou o Tratado da emissão, em que comentava detalhadamente sua teoria. 
Nesta obra comentava que as fontes luminosas emitem corpúsculos muito pequenos que se deslo-
cavam a grande velocidade e em linha reta . Segundo sua teoria, a variação de intensidade da 
fonte luminosa era proporcional à quantidade de corpúsculos que emitia em determinado tempo. 
A reflexão da luz consistia na incidência desses corpúsculos em forma oblíqua sobre a superfície 
de incidência, de maneira que , ao chegar a ela, variava a direção, porém sempre no mesmo meio. 
A igualdade dos ângulos de incidência e de reflexão se devia à mesma velocidade dos corpúsculos, 
tanto antes como depois da reflexão. Por outro lado, o fenômeno de refração foi esclarecido medi-
ante a alegação de que os corpúsculos que incidem obliquamente numa superfície de separação 
de dois meios com distintas densidades são atraídos pela massa do meio mais denso e , portanto, 
18 Mauricio Alves Moreira 
aumentam a componente da velocidade em relação àqueles perpendiculares à superfície de sepa-
ração, razão pela qual, os corpúsculos luminosos se aproximam da normal. Segundo Newton, a 
velocidade da luz aumentaria nos meios de maior densidade, o qual contradiz os resultados de 
experimentos realizados anos depois. Essa afirmação levou ao abandono da teoria corpuscular 
para se adotar o modelo ondulatório. 
Em 1905, para explicar o efeito fotoelétrico, Albert Einstein usou uma idéia similar à de 
Newton, segundo a qual, ao invés de se pensar na luz como uma onda, deve-se imaginá-la cons-
tituída de corpúsculos, denominados fótons. Para isso usou a idéia de quantização proposta por 
Planck e assumiu que cada quantum de luz tem uma energia "E" dada por: 
E = h.v (1.4) 
sendo h a constante de Planck, com o valor de 6,63 x 10-34 Js-I, e v a freqüência da radiação. 
A freqüência, por sua vez, está associada ao comprimento de onda (À.) pela expressão 
c = À. .v :::::} v = c/À. (1.5) 
Substituindo na Equação 1.4 o valor de v, tem-se: 
E = h.c/À. (1.6) 
Como c é a velocidade da luz (300.000 km.s-I ) e pode ser considerado uma constante , é 
possível afirmar, com base na análise da Equação 1.15, que, quanto maior a energia, menor será 
o comprimento de onda e, com base na Equação 1.14, quanto maior o comprimento de onda, 
menor será a freqüência da radiação. 
Efeito fotelétrico : consiste-se da emissão de elétrons por uma placa metálica quando atingida 
por uma luz de freqüência suficientemente alta . Em outras palavras, ondas luminosas transportam 
energia, e parte desta é absorvida pelo metal condutor. De algum modo, a energia absorvida pelo 
metal pode concentrar-se sobre elétrons individuais e reaparecer como energia cinética, caracteri-
zando o efeito fotoelétrico. 
Um dos aspectos do efeito fotelétrico, que não ficou esclarecido nas experiências realizadas, 
é que a distribuição de energia dos elétrons emitidos (fotelétrons) independe da intensidade da luz, 
isto é, um forte feixe de luz, ao incidir sobre uma placa metálica, produzia mais fotelétrons do que 
um feixe fraco de mesma freqüência . Entretanto, a energia média dos elétrons produzidos pelos 
dois feixes era a mesma. Além disso, dentro dos limites de exatidão experimental, concluiu-se que 
não havia intervalo de tempo suficiente entre a chegada da luz na placa e a emissão de fotelétrons. 
Para os cientistas, essas observações não poderiam ser explicadas com base na teoria eletromag-
nética da luz, ou teoria ondulatória . 
Por outro lado, havia os físicos que acreditavam que a radiação solar era de natureza 
ondulatória, isto é, apresentava-se um comportamento de ondas. Nesse sentido todas as proprie-
dades observadas em relação às ondas mecânicas também se aplicavam às ondas eletromagnéti-
cas e, por conseguinte, à radiação solar. Assim, para melhor entender o comportamento da radi-
ação eletromagnética, no contexto ondulatório, é importante conhecer um pouco sobre ondasde 
modo geral e suas propriedades . 
Concei to de ondas 
Ondas são perturbações periódicas, ou oscilações de partículas ou do espaço, por. meio 
das quais muitas formas de energia se propagam a partir de suas fontes . Todos os movimentos 
ondulatórios em um meio resultam de oscilações de partículas individuais em torno de suas 
Radiação solar 19 
posições de equilíbrio. Isto significa que uma onda progressiva é o movimento provocado por 
uma perturbação qualquer e não um deslocamento do meio em si mesmo. Exemplo bastante 
característico deste fenômeno são as "olas" em estádios de futebol, onde se percebe que há um 
movimento oscilatório, porém as pessoas permanecem nos mesmos lugares. Em outras pala-
vras, uma onda não propaga matéria; cada partícula do meio oscila apenas em torno de sua 
posição de equilíbrio. As ondas propagam somente energia, que é transferida por meio de áto-
mos e moléculas da matéria. 
De modo geral, as ondas necessitam de um meio material para se propagarem, exceto as 
eletromagnéticas, que se propagam no vácuo. 
A onda possui uma freqüência e um comprimento. A freqüência corresponde ao número de 
vezes que ela passa por um ponto do espaço em determinado intervalo de tempo, ou seja, ao 
número de oscilações que ela emite por unidade de tempo em relação a um ponto. A freqüência é 
geralmente expressa em ciclos por segundo ou Hertz. O comprimento indica a distância entre dois 
pontos semelhantes de onda, dado em metros (Figura 1.2). 
A = amplitude da onda 
À. = comprimento da onda 
Figura 1.2 - Esquema mostrando 
uma onda transversal, senoidal. 
As ondas são classificadas de acordo com a forma, posição e sentido de propagação: 
• Senoidais: ondas que oscilam regularmente com uma única freqüência e num mesmo compri-
mento, conforme é mostrado na Figura 1.2. 
• Transversais: ondas cujos picos e vales (cristas e depressões, como será visto mais adiante) 
formam ângulos retas com a direção do movimento, como aquelas que se propagam ao longo 
de uma corda. 
• Longitudinais: ondas provocadas pelo movimento de partículas, cuja vibração ocorre na mes-
ma direção em que a onda se propaga, muito semelhante a uma mola espiral. 
Algumas propriedades das ondas 
• Duas ou mais ondas de mesma freqüência, quando sobrepostas, formam uma única onda com-
posta, resultado da adição simples dos deslocamentos das ondas componentes . 
• Ondas que oscilam em fases diferentes não se sobrepõem. Neste caso, elas se cancelam uma à 
outra. Este tipo de interação entre ondas é conhecido como interferência. 
20 A4aurício Alves Moreira 
• As ondas podem ser refletidas quando encontram obstáculos. Se as ondas refletidas percorrerem 
a trajetória original da onda incidente, elas se sobrepõem. 
• A velocidade de uma onda depende da natureza do meio de propagação. Em um meio material 
elástico de massa específica m e módulo de elasticidade E, a velocidade (V) de uma onda longi-
tudinal é dada por: 
V = (E) J.!)1/2 (1.7) 
No caso de ondas transversais, tem-se : 
V= (G/J.! )1/2 (1.8) 
sendo G o módulo de elasticidade transversal do material. 
• Se uma onda passa de um meio menos denso para outro, mais denso, a mudança na velocidade 
resulta em mudança de direção do movimento. Esse fenômeno é conhecido por difração1. Por 
exemplo, quando a luz passa do ar para a água , ela se refrata ou encurva. 
Quando uma onda encontra uma superfície de separação de dois meios, ela se refrata e 
se reflete , isto é, a perturbação propagada pela onda incidente transmite-se ao segundo meio 
(onda refratada). No primeiro meio surge uma nova onda que se propaga em sentido oposto 
(reflexão) . Dessa forma , parte da onda incidente é refletida . Em geral, as direções das ondas 
refratadas e refletidas são diferentes da direção da onda incidente e diferentes entre si. 
Teoria ondulatória 
Como discutido no item anterior, as ondas mecânicas requerem algum tipo de material 
para transporte . No caso das ondas luminosas (lúmicas), supunha-se a existência de uma maté-
ria insubstancial e invisível, a qual se chamou de éter, que devia estar espalhada por todo o 
espaço. Justamente a existência do éter foi o problema da teoria ondulatória, de pouco reconhe-
cimento no final do século XVII . A teoria só foi reconhecida um século depois, com os experi-
mentos de Thomas Young sobre os fenômenos de interferências luminosas e os do físico francês 
Auguste J. Fresnel sobre a difração. 
No ano de 1678, o astrônomo, matemático e físico Christian Huygens descreveu e explicou o que 
hoje se consideram as leis da reflexão e refração. Definiu a luz como um movimento ondulatório seme-
lhante à propagação do som, do tipo mecânico, que necessita de um meio material para se propagar. 
Entre 1800 a 1820, Thomas Young e Augustin Fresnel realizaram uma série de experiên-
cias provando que a luz tem um comportamento de onda. Nestas experiências, conseguiram 
explicar a difração da luz, que é um fenômeno tipicamente ondulatório. A partir dessa época, a 
teoria corpuscular de Newton foi abandonada e tornou-se corrente o fato de a luz ser uma onda. 
Thomas Young demonstrou experimentalmente um feito paradoxo, que não se podia ex-
plicar desde a teoria corpuscular. A soma de duas fontes luminosas produz menos luminosidade 
do que quando separadas. Sua experiência consistiu em fazer duas pequenas fendas, muito 
próximas entre si, sobre uma te la negra, na qual se fez incidir a luz de um foco pequeno e 
distante, que se projetava numa tela em forma de linhas alternativamente brilhantes e escuras. 
Para explicar por que se formava um campo luminoso quando as duas fendas estava m separa-
das e , quando combinadas, produziam sombra e m certas posições no campo iluminado, Young 
1 A difração pode ser entendida como o desvio ou expansão de o ndas , como ocorre com ondas marinhas e 
eletromagnéticas quando encontram um obstáculo. 
Radiação solar 21 
associou a onda da luz ao comportamento das ondas aquáticas . Quando as ondas somam suas 
cristas em concordância de fase, a vibração resultante é intensa e se vê uma zona clara. Mas, se, 
ao contrário, a crista de uma onda coincide com a depressão da outra , a vibração se anula e 
gera a zona escura. A colaboração de Fresnel, para resgatar a teoria ondulatória, foi dada pelo 
aporte matemático sobre a polarização da onda eletromagnética. 
Ondas eletromagnéticas 
As ondas eletromagnéticas são do tipo transversal e não necessitam de um meio de propa-
gação, ou seja, propagam-se até mesmo no vácuo. Mas, por que ondas eletromagnéticas? 
Na física clássica, mais especificamente nos capítulos que tratam de eletricidade e magne-
tismo, encontra-se um postulado, segundo o qual, "quando o elétron absorve uma quantidade 
discreta de energia (quanta), ele fica excitado e gera em torno de si uma região que influencia uma 
carga de prova que for ali colocada. Esta região de influência é chamada de campo elétrico e 
existe sempre em torno de cargas elétricas". 
Até o século XIX acreditava-se não haver nenhuma relação entre eletricidade e os fenômenos 
do magnetismo. Esta situação mudou quando o físico dinamarquês H.c. Oersted montou em seu 
laboratório um circuito elétrico próximo a uma agulha magnética. Ao passar uma corrente elétrica 
pelo fio, ele observou que a agulha se movimentava e se colocava perpendicularmente ao fio. Este 
fato permitiu-lhe concluir que a corrente elétrica atuava como ímã, porque provocava o desvio na 
agulha magnética. Assim, ficou provado que entre duas cargas elétricas em movimento existem o 
campo elétrico e o magnético, ou seja, criam-se um campo elétrico e um campo magnético. 
Na mesma época, o físico escocês Maxwell desenvolveu os princípios matemáticos da teoria 
eletromagnética para explicar a radiação eletromagnética. Neste estudo, Maxwell concluiu que, 
quando um campo magnético sofre variações em dada região, aparecenesta um campo elétrico, 
que, por sua vez, faz aparecer um campo magnético e assim sucessivamente. Dessa forma, a 
perturbação das cargas elétricas gera uma onda eletromagnética (Figura 1.3) . 
Hoje, sabe-se que existem diversas denominações para as radiações eletromagnéticas, que 
variam de acordo com a freqüência e o comprimento de onda. Essas diferentes radiações recebe-
ram denominações, de natureza histórica ou decorrentes dos processos utilizados na sua produ-
ção ou determinação (STEFFEN et al.,1996): 
E 
Onda eletromagnética 
Figura 1.3 - Esquema de uma onda 
eletromagnética: campo elétrico (E), 
campo magnético (M) e sentido de 
propagação (C) . 
22 Maurício Alves Moreira 
Radiação gama: emitida por materiais radioativos e pelo Sol. Localiza-se no espectro eletro-
magnético antes dos raios X, ou seja, aquém de 1 ângstrom. Possui altas freqüências e, por isso, é 
muito penetrante (alta energia). Na prática, tem aplicações na medicina (radioterapia) e em pro-
cessos industriais, principalmente na conservação de alimentos. 
Raios X: radiações cujas freqüências de onda estão acima das da radiação ultravioleta, ou seja, possu-
em comprimentos de onda menores. Esta denominação foi dada por seu descobridor, o físico alemão 
Wilhelm Rontgen, em 1895, por não conhecer suas trajetórias. Os raios X surgem do interior da eletrosfera 
do átomo, por rearranjos eletrônicos. São muito usados em radiografias e em estudos de estruturas crista-
linas de sólidos. Os raios X provenientes do Sol são absorvidos pelos gases na alta atmosfera. 
Radiação ultravioleta (UV): conjunto de radiações compreendidas na faixa espectral 
de 0,01 a 0,40lJ.m. Estas radiações são muito produzidas durante as reações nucleares no 
Sol. Entretanto, ao atingir o topo da atmosfera terrestre, são quase totalmente absorvidas 
pelo gás ozônio (03)' ° espectro do UV é dividido em três bandas: UV próximo (0,32 a 0,40 
lJ.m), UV distante (0,28 a 0,32 lJ.m) e UV máximo (0,1 a 0,28 lJ.m). 
Radiação visível (luz): conjunto de radiações eletromagnéticas compreendidas entre 0,39 e 
0,70 lJ.m. As radiações contidas nesta faixa de comprimento de onda, ao incidirem no sistema 
visual humano, são capazes de provocar uma sensação de cor no cérebro. 
Isaac Newton provou que a radiação solar poderia ser separada (dispersa) em um espectro 
colorido, como acontece num arco-íris. Sua teoria foi mais tarde demonstrada ao decompor a luz 
branca através de um prisma. Além disso, as experiências também provaram que determinada cor é 
constituída por várias energias de comprimento de onda diferentes. Por exemplo, todas as energias 
do espectro eletromagnético, com comprimentos de ondas entre 0,446 e 0,500 lJ.m (ou 446 e 500 nm) 
provocam, no sistema visual humano, a sensação de cor azul. No entanto, há um comprimento de 
onda centrado em 0,450 lJ.m (450 nm) que o azul mais puro (100%). 
Por outro lado, não existe um limite rígido entre duas cores do espectro visível. Os limites 
tabulados apresentados na literatura são apenas teóricos, para fins didáticos. Este fato é bem 
ilustrado na Figura 1.4, onde se percebe claramente que a transição entre duas cores é difusa. 
Figura 1.4 - Decomposição da luz branca 
através de um prisma. 
Na Tabela 1.1 estão contidas as cores que compõem a luz branca e as respectivas faixas do 
espectro eletromagnético expressas em nanômetro (nm) e micrômetro (lJ.m). 
2 O fato de o ser humano enxergar cores está ligado aos estímulos do cérebro, que utiliza este recurso para diferenciar 
uma onda da outra, ou melhor, uma freqüência da outra. Assim, o vermelho possui uma freqüência diferente do violeta. 
Por esta razão, pode-se dizer que na natureza não existem cores, apenas objetos que refletem ondas de freqüências 
diferentes, que provocam no cérebro humano a sensação de cores. 
Radiação solar 
Tabela 1.1 - Relação de cores e faixas espectrais na região do visível 
Cor 
Violeta 
Azul 
Verde 
Amarela 
Laranja 
Vermelha 
Comprimento de onda 
Nanômetro (nm) Micrômetro (/-lm) 
400 a 446 0,40 a 0,446 
446 a 500 0,446 a 0,500 
500 a 578 
578 a 592 
592 a 620 
620 a 700 
0,500 a 0,578 
0,578 a 0,592 
0,592 a 0,620 
0,620 a 0,700 
23 
Radiação infravermelha (IV): conjunto de radiações eletromagnéticas cujos comprimentos de 
onda variam de 0,7 a 1.000 mm. Situam-se no espectro eletromagnético entre a luz vermelha e as 
microondas; às vezes recebem a denominação de radiação térmica. Esta radiação é dividida em três 
faixas espectrais: IV próximo (0,7 a 1,1 /-lm) , IV médio (1 ,1 a 3,0 /-lm) e IV distante (3,0 a 1.000 /-lm) . 
Microondas: radiações eletromagnéticas que se estendem pela região do espectro de 1.000 /-lm 
até cerca de 1 x 10.6 /-lm (1 m) . São mais comumente referenciadas em Hertz e seus múltiplos, 
estando, neste caso, compreendidas entre 300 GHz a 300 MHz. 
Ondas de rádio: conjunto de radiações com freqüências menores que 300 MHz (comprimento de 
onda maior que 1 m) . Estas ondas são utilizadas principalmente em telecomunicação e radiodifusão. 
O conjunto de todas estas radiações, desde os raios gama até as ondas de rádio, forma o 
espectro eletromagnético, que nada mais é do que a ordenação destas radiações em função do 
comprimento de onda e da freqüência (Figura 1.5 ). 
400 
Figura 1.5 - Espectro eletromagnético. 
e infravennelho 
_------,t--_ Radiômetros para microondas 
. , 
Sistema de radar 
• • 
o o 
.J:. .J:. Vl Q; Q; III 
E E ai Ô "C ... ~"E .~ c: alo o >.- ~IIIE o III "C ... J: ~Q) ... - ... u 1: .~ -aI i .sE _"O:!::.-
o 
=ti 
-III 
... 
ai 
"C 
Vl III 
"C 
c: 
O 
24 Mal/rício A/l'es Morciru 
As reações nucleares que ocorrem no Sol produzem várias radiações eletromagnéticas, com 
diferentes comprimentos de onda contidos no intervalo entre 0,3 e 4,0 ).Am. Por esta razão, elas são 
denominadas radiações de ondas curtas, enquanto aquelas produzidas pela emissão de energia 
da Terra são chamadas de radiações de ondas longas (Figura 1.6). Além disso, o Sol emite radia-
ções eletromagnéticas com diferentes intensidades radiantes, e as de maiores intensidades locali-
zam-se na região do visível e do infravermelho próximo. 
~ 
ra 
"C 
ra 
.!:! 
ra 
E 
... 
o 
z 
~ 
Sol 
Ondas curtas 
Topo da atmosfera da Terra 
Ondas longas Escala logarítmica ____ •••••• _________ I 
0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 1 1,5 2 4 5 10 15 20 30 50 100 
Comprimento de onda Ü.Lm) 
Figura 1.6 - Espectro de emissão do Sol e da Terra . 
Unidades de Medida da Radiação Eletrornagnética 
A radiação eletromagnética é expressa em várias unidades, em função do comprimento de 
onda, para certas faixas do espectro eletromagnético e, da freqüência, para outras faixas. 
No caso das radiações eletromagnéticas de comprimento de onda com dimensões muito 
pequenas, ou seja, aquelas radiações localizadas nas regiões do infravermelho, visível, ultravioleta , 
raios gama etc., utilizam-se, como unidades de referência, os submúltiplos do metro, como o 
nanômetro (1 nm = 0,000000001 m ou 10-9 m), micrômetro (1 ).Am = 0,000001 m ou 10-6 m) e 
ângstr6m (1 Â = 0,0000000001 m ou 10-10 m) . 
No caso da radiação com grandes comprimentos de onda, como ondas de rádio, a unidade de 
referência é dada em função da freqüência. Como unidade de referência, empregam-se os múltiplos 
do Hertz. Assim, têm-se o quilohertz (1 KHz = 1.000 ou 103 Hz de ciclos por segundo), o megahertz 
(1 MHz = 1.000.000 ou 106 Hz de ciclos por segundo) e o gigahertz (1 GHz = 1.000.000.000 ou 109 Hz 
de ciclos por segundo). 
Teorias sobre a radiação 
Outro ponto intrigante, para os cientistas da época, era expressar matematicam~nte o comporta-
mento da radiação emitida, ou seja, qual era a emissão da radiação em cada comprimel1to de on ia. Para 
abordar o problema, começaram pGr, examinar um caso teórico simplificado, o corpo negro. Isso porque 
o Sol e a Terra irradiamaproximadamente como corpos negros. Portanto, as leis de radiação dos corpos 
negros podem ser aplicadas à radiação solar e terrestre com algumas restrições. 
Radiaçiio sola/" 25 
Corpo negro 
o corpo negro foi definido por Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) como um objeto que 
absorve toda a luz que incide sobre ele, sem refletir nada da radiação. Em outws palavras, é 
dotado de alto coeficiente de absorção de radiações; por isso, parecem negros pàra a vista huma-
na. Possui a interessante propriedade de emitir radiações de diferentes compriment,)s de onda, à 
medida que muda a temperatura à qual esta submetida. Quanto mais alta a temperatura, mais 
completa se mostra a gama da radiação emitida, tendendo para a cor branca , e , quanto mais 
baixa a temperatura , mais deslocado se mostra o espectro da radiação emitida, qu,~ tende então 
para o vermelho. Para tal corpo estar em equilíbrio termodinâmico, ele deve irradiar energia na 
mesma taxa em que a absorve, do contrário ele esquentaria ou esfriaria, e ';ua temperatura varia-
ria. Portanto, um corpo negro, além de ser um absorvedor perfeito, é um emissor perfeito. Com 
base nos conhecimentos teóricos realizados com o corpo negro foi possível estabelecer as leis da 
radiação , as quais serão discutidas a seguir: 
Lei de Planck 
o problema abordado por Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) era o de explicar o 
espectro da radiação térmica, a energia emitida sob a forma de ondas eletromagnéticas por qual-
quer corpo aquecido a uma dada temperatura . Segundo ele , a emissão ocorre em todos os com-
primentos de onda (espectro contínuo), mas com intensidade variável , pas!,ando por um máximo 
em dado comprimento de onda, que depende da temperatura do corpo. À medida que a tempera-
tura aumenta, o máximo de intensidade da radiação emitida desloca-se 1 )ara comprimentos de 
onda cada vez menores. 
De acordo com as teorias vigentes na época, um átomo estaria em c:ondições de emitir ou 
absorver radiações continuamente. Porém, Planck percebeu que era possíve . interpretar a curva de 
distribuição das radiações emitidas pelo corpo negro, simplesmente supond<) que cada átomo agia 
como uma corda vibrante, capaz de emitir, de uma só vez, sob a forma de Jm pequeno grupo de 
ondas, toda a energia nele contida. Dessa forma, aplicou o conceito de descontinuidade da matéria, 
também, para a energia. Seguindo essa linha de raciocínio, supôs que o átomo emitisse radiação em 
"pacotes", que denominou, no singular, de quantum. Cada um deles conduziria toda a energia da 
uma excitação atômica. E mais, todo quantum deveria ser constituido de radiação eletromagnética, 
com freqüência que dependia da energia nele contida. A hipótese completava-se com as considera-
ções de que a freqüência da oscilação eletromagnética seria proporcional à energia do quantum. Em 
qualquer quantum do universo, a relação entre a energia contida e a freqüência da radiação emitida 
deveria apresentar um mesmo valor, isto é, deveria ser uma constante univelsal. 
De acordo com a Lei de Planck, a radiação emitida (M) ) do corpo negro, a determinada 
temperatura (T) , em certo comprimento de onda, por unidade de área, por ~egundo e por unidade 
de ângulo sólido é dada por: 
M(À T) = 2nh~ 2 , Wm 2J..lm -} 
ÀS [exp( _ c_ ) _l 
ÀkT -, 
(1.9) 
sendo k a constante de Boltmann (1 ,38 x 10-23 J/K) , h a constante de Planck (6 ,626,x 10.34 Js ou 
6 ,626 X 10.27 ergs.s·1), c a velocidade da luz no vácuo (3 x 1010 cm.s-1) e À o comprimento de onda 
em metros. 
26 Maurício Al pes Moreira 
Esta equação é muitas vezes encontrada na seguinte forma: 
(1.10) 
em que C1 = 3,74 x 108 Wm-2 /-,lm-4 e C2 = 1,44 X 104 IJ,m K, quando o comprimento de onda é 
dado e micrômetros (À = IJ,m), 
Na Figura 1,7 são mostradas três curvas da radiação emitida por um corpo negro, para três 
temperaturas em graus Kelvin. 
E 
E 
N 
E ;: 
õ 
..... 
W 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
7.000 K 
1,0 1,5 
Comprimento de onda (mm) 
2,0 
Figura 1. 7 - Radiação do corpo 
negro para três temperaturas. 
Exceto para grandes comprimentos de onda, pode-se simplificar a Equação 1.5 para: 
Planck deve ter observado que as Equações 1.9 e 1.10 representam a exitância ou a emitância 
radiante espectral, isto é, o fluxo radiante por unidade de área e por unidade de comprimento de 
onda, Como a energia é sempre medida numa faixa finita de valores de À, os valores dados por estas 
equações devem ser integrados sobre uma faixa de \ a À2 para comparação com observações. No 
entanto, ele afirmou que a equação só era verdadeira se assumisse que a radiação fosse emitida de 
forma discreta, que ele denominou de quantum, o que, mais tarde, deu origem à teoria de quantização, 
A partir da Lei de Planck foi derivada duas outras leis da radiação que são muito praticas, 
ou seja, a Lei de Wien e a Lei de Stefan-Boltzmann. 
Lei de Stefan-Boltzmann 
Tomando-se a equação de Planck e integrando-a de À = O a À = 00, tem-se a exitância 
radiante total (em todo o espectro), para todo o hemisfério, produzida por um corpo negro de 1 m2 
de área. A equação resultante será: 
Radiaç(/(J solar 27 
(1.11) 
Fazendo 2n5k4/15c2h3 = constante (a), tem-se: I. 
M(T) = aP (1.12) 
em que a é a constante de Stefan-Boltzmann (= 5,67 x 10-8 Wm-2 KA) 
A radiação do corpo negro representa o limite máximo de radiação que um corpo real pode 
emitir em dado comprimento de onda, a dada temperatura. Para corpos cinza, cuja emissividade 
não varia com o comprimento de onda e é menor que um (O < E < 1) a equação de Stefan-
Boltzmann em corpos reais tem de considerar a emissividade do corpo. Assim a Equação 1.12 fica 
representada por: 
(1.13) 
sendo a a constante de Stefan-Boltzmann (5,6693 x 10 Wm-2 KA) e E a emissividade do corpo. 
No caso de corpos reais usa-se , para o cálculo da temperatura_ uma aproximação da fór-
mula empregada para corpos cinza, sabendo que a emissividade é menor que a unidade e varia 
com o comprimento de onda. 
Exemplo: 
Uma superfície cinza plana é colocada na Lua de modo a receber radiação solar direta na 
direção de sua normal. Sua absortância é a = 0,9 . 
. a) Qual é a sua temperatura de equilíbrio condicional? 
Como na Lua não há atmosfera, a radiação solar incidente não sofre efeito de atenuação. 
Para se ter o equilíbrio termal: 
M(absorvido pela superfície) = M (emitido pela superfície) 
1.380 Wm2 x a = Ea Ts4 
sendo 1.380 Wm2 a constante solar (aproximada), a absortância, a a constante de Stefan-
Boltzmann (5,6693 x 10-8 W m-2 K4) e E a emissividade da superfície. 
Pela Lei de Kirchhoff, E = a; portanto, 
1 
Ts = (1.380)4 = 395 K (122 °C) 
a 
b) Se a temperatura da superfície for 300 K, calcule a irradiância líquida logo acima da 
superfície. 
M(resultante) = a x 1.380 - aa'f4 
c) Calcule a temperatura de equilíbrio termal da superfície da Terra e atmosfera, assumindo-se que 
a atmosfera é uma camada fina com absortância de 0 ,1 para a radiação solar e 0 ,8 para a 
radiação emitida pela Terra. Considere que a superfície da Terra é um corpo negro. 
28 Malln'c;o A/l'o ' More;ra 
Y = irradiância emitida pela atmosfera. 
x = irradiância emitida pela Terra. 
M = irradiância solar líquida absorvida pelo sistema Terra + atmosfera = 241 Wm-2. 
Superfície da Terra: 0,9 M + Y = X =:::} 0,9 - 0,2X = X - M 
Superfície Terra/atmosfera: 0,2X + Y = M =:::} 1,2 X = 1,9 M 
Resolvendo a equa(;élO, tem-se que X = 1,58 M 
Y = 1,58 M - 0,9M =:::} Y = 0,68 M 
Para a superfície da Terra, tem-se: 
OTT4 = 1,58 x 241 =::> T T = 286 K (13 ° C) 
Para atmosfera: 
0,8 crT 4 = 0,68 x 241 ~ Tm = 245 K (-27 ° C) 
Lei do deslocamento de Wien, ou lei de Wien 
Em 1893, o físico alemão Wilhelm Wien derivou uma equação da lei de Planck para deter-
minar o comprimento de onda de máxima emitância espectral a dada temperatura, ou seja , o 
comprimento de onda em que a radiação emitida é máxima (Figura 1.8). Esta lei é expressa pela 
seguinte equação: 
(1.14) 
em que C = 2,898. 103 K (para À em )lm) ou 0,898 cm K (para À em nm) , denominado constante 
de Wien (mm) ; e T = temperatura absoluta (K). 
A lei de Wien mostra que o comprimento de onda da emissão máxima de um corpo negro é 
inversamente proporcional à sua temperatura. Isto faz sentido, pois a luz com comprimentos de 
onda mais curtos (com maior frequência) apresenta maior energia, o que seria esperado de um 
objeto a uma temperatura mais elevada. 
Por exemplo, considerando que a temperatura do Sol seja de 5.780 K e substituindo na 
Equação 1.14, lmax corresponde a 0,50 )lm (região do verde), ou seja, o comprimento de onda 
solar de máxima emitância ocorre em 0,5 )lm ou 500 nm, que está compreendido na faixa espectral 
da radiação visível. 
Dessa lei deduz-se que a Terra, com T aproximada de 288 K, tem máxima emissão em À-lO 11m, 
o que difere da máxima emissão da radiação solar concentrada nas partes do visível e infravermelho 
próximo. 
Dessa lei conclui-se que corpos com maior temperatura emitem mais energia total por uni-
dade de área que aqueles com menor temperatura. O Sol, portanto, com T - 6.000 K, emite muito 
mais energia que a Terra, com T - 288 K. 
Radiaç(/o solar 
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10.2 
10" 
0.1 
I 
I 
I 
I 
I 
0.4 1.0 2.0 4.0 
Comprimento de onda (~m) 
10 80 
29 
Figura 1. - Lei do 
deslocamento de Wien. 
Exemplo 1: Qual é a freqüência .em Hz de uma onda eletromagnética de comprimento igual a 
600 ~lm? 
À = 51 ou f = c/ = 300.106 ms -1 = O 5 X 10 15 / À 600 x 10 -9 ' 
f = 500THz (terra Hetz) 
Exemplo 2: Qual é o comprimento de onda da radiação com energia de E = 1,59.10.19 J ou 1eV? 
h = 6,626 x 10-34 J.s 
À=h .c / E 
Lei de Kirchoff 
Esta lei relaciona a radiação emitida por um corpo real (Mcr) com a emissão de um corpo 
negro (Mcn) por meio da seguinte equação: 
Mcn = Mcr. a-I, Wm-2 (1 .1 5) 
em que a (absortância ) é uma constante de proporcionalidade (O < a < 1, ou a = 1 - pj. 
A lei de Kirchhoff mostra, então, que um material bom emissor numa dada faixa espectral , 
necessariamente, também é um bom absorvedor e um pobre refletor. 
No caso do sensoriamento remoto, essa lei tem muita utilidade prática para determinar a 
temperatura real de um objeto a partir de sua temperatura de brilho. 
A temperatura de brilho, ou temperatura aparente, é aquela determinada por medidas radiométricas 
(sensores) , assumindo-se que o corpo que está sendo analisado se comporta como um corpo negro. 
30 Mallrício Alpes Moreira 
• Definição: A temperatura de brilho é a aquela na qual um corpo negro teria uma radiância (ou 
exitância) total igual à radiância (ou exitância) total do corpo real considerado sua temperatura 
real. Pode-se, então, escrever matematicamente esta definição da seguinte forma: 
crT 4 = EoT 4 
B R 
T = El/4 T B R 
sendo TB a temperatura de brilho e TR a temperatura real. 
(1.16) 
(1.17) 
Assim, a temperatura de brilho é sempre menor que a temperatura real de um corpo. Essa 
diferença será tão maior quanto menor for a emissividade do corpo. 
Através das leis da radiação pode-se entender o comportamento da radiação solar. Planck 
desenvolveu uma equação que permitiu determinar o valor da radiação emitida da temperatura 
do corpo em cada comprimento de onda. Stefan-Boltzmann, derivando a equação de Planck, 
mostrou que a radiação emitida por um corpo negro é inversamente proporcional à quarta potên-
cia da temperatura do corpo. Estabeleceu ainda a relação para corpos reais, como função da 
emissividade. Wien constatou que o pico de máxima emissão da radiação desloca para compri-
mentos de onda mais curtos, à medida que aumenta a temperatura do corpo. Finalmente, Kirchhoff 
demonstrou a relação existente entre a radiação emitida por um corpo negro e um corpo real. 
Uma vez esclarecido o comportamento da radiação emitida, outra preocupação era saber como 
essa radiação se propaga pelo espaço até ser interceptada por um corpo celeste como a Terra . 
No Brasil, a escala de temperatura que se usa é a Celsius [Anders Celsius (1701-1744)], cuja 
unidade é o grau centígrado (0C). A escala Celsius varia de 1 a 100, ou seja, do ponto de congelamento 
até a ebulição da água. A relação entre os dois sistemas é: T(C) = T(K) -273, ou seja, O C = 273 K. 
Considerações Finais 
De acordo com a literatura, tudo indica que a radiação solar apresenta uma natureza dual , 
isto é, ora se comporta como corpúsculos, ora como onda. No sensoriamento remoto, como será 
visto posteriormente, a teoria é fundamentada quase toda no conceito ondulatório da radiação ele-
tromagnética, principalmente na parte de aplicação. No entanto, considera-se que a radiação eletro-
magnética é composta por entidades físicas individuais, em que cada uma possui uma freqüência e 
determinado comprimento de onda. Assim sendo, é possível analisar a interação da radiação eletro-
magnética com os alvos da superfície terrestre, em cada comprimento de onda, como é o caso dos 
sistemas sensores ativos, que operam com energia de uma radiação num dado comprimento de 
onda. No caso dos sensores que operam com a radiação refleti da (visível e infravermelho), mesmo 
os hiperespectrais e os espectrorradiômetros operam em bandas espectrais que variam de um para 
outro, conforme se verá mais à frente. Não obstante, considera-se a radiação no contexto de 
corpuscular, por exemplo, na absorção da energia (processo fotossintético) e emissão. 
Memorização 
1) Foi mostrado neste capítulo que a radiação solar resulta da transformação do átomo de hidro-
gênio em hélio com liberação de energia. Na sua opinião, isso é decorrência de um fenômeno 
químico ou físico? 
2) A energia liberada durante a fusão do hidrogênio em hélio é expressa em temperatura. Enume-
re as formas de propagação do calor. 
Radiaçüo solar 31 
3) Em que teoria Albert Einstein se baseou para dizer que a energia eletromagnética é emitida em 
feixes, denominados quanta? 
4) Partindo da equação E = hv, demonstre que a energia (E) é diretamente proporcional à cons-
tante de Planck e a velocidade é inversamente proporcional ao comprimento de onda. 
5) Em que comprimento de onda a intensidade de energia é maior: em 400 ou 700 nm? 
6) Na sua opinião, uma onda é capaz de transportar matéria? 
7) De modo geral, as ondas necessitam de um meio para se propagarem. E as ondas eletromagné-
ticas? 
8) Em que fato H. C. Oersted se baseou para chegar à conclusão de que a radiação se propaga 
como ondas eletromagnéticas? 
9) Descreva sucintamente o que diz a lei de Planck, a de Stefan-Boltzmann e a de Kirchoff. 
10) Quais são as unidades de energia para distintas faixas do espectroeletromagnético? 
Capítulo 3 
Noções Básicas sobre Solo e Sua Interação 
com a Radiação Solar 
o solo pode ser definido como um corpo natural da superfície terrestre cujas propriedades 
são devidas aos efeitos integrados do clima e dos organismos vivos (plantas e animais) sobre o 
material de origem, condicionado pelo relevo durante um período de tempo. 
Como corpo natural , cada solo ocupa um espaço tridimensional e está rodeado por outros 
solos com propriedades diferentes. O primeiro pesquisador a observar que os solos eram diferentes 
um do outro foi o geólogo russo Dokoutchaiev. Analisando os solos da Ucrânia e da região de Gorki, 
ele concluiu que essas diversidades eram principalmente ocasionadas pelas diferenças de clima. 
Do ponto de vista agrícola, o solo pode ser entendido como uma mistura de compostos 
minerais e orgânicos da superfície da Terra que serve de substrato para o crescimento das plantas.O pouco conhecimento dessa camada superficial da crosta terrestre e seu manejo inadequado 
fizeram com que solos produtivos passassem a improdutivos ou até'a verdadeiros desertos. Assim . 
surgiu o interesse do homem em conhecer mais detalhadamente os tipos de solos e suas distribuições 
geográficas para se ter um controle mais efetivo das terras, aplicando técnicas adequadas a cada 
solo para evitar o desgaste natural. Desde então, muitas ferramentas têm sido usadas para o 
mapeamento dos solos em todo o mundo. 
Uma das ferramentas utilizadas para fazer o levantamento e reconhecimento dos solos é o 
sensoriamento remoto. A partir de 1972, com o lançamento dos sistemas sensores para coleta de informações 
sobre recursos naturais, têm-se realizado muitas pesquisas na área de solo para atender a esses objetivos. 
A grande vantagem do uso de sensoriamento remoto orbital é que essas informações são obtidas 
periodicamente, de modo que, constantemente, é possível fazer uma adequação dos resultados obtidos 
em datas anteriores. Outra vantagem diz respeito à visão ampla da área de estudo e à maior facilidade de 
se fazer o levantamento e acompanhamento do uso do solo em áreas de difícil acesso. 
Devido à diversidade nos tipos de solos, fica evidente a importância de se ter o conhecimento 
básico do solo e de suas propriedades , em qualquer tentativa do emprego das técnicas de 
sensoriamento remoto nos estudos sobre o meio ambiente, uma vez que , como substratos (superfície 
de fundo) , é relevante a sua contribuição no comportamento espectral dos alvos da superfície. 
estudadas ' por meio dessas técnicas. 
Origem dos Solos 
As rochas da litosfera, quando expostas à atmosfera, ficam submetidas à ação direta do 
calor do sol, das águas das chuvas e das variações da pressão atmosférica, causando, inúmeras 
46 Mauricio Alpes Moreira 
modificações no aspecto físico e na composição química dos minerais que as compõem. A estes 
processos dá-se o nome de intemperismo, ou meteorização, que é o responsável pela formação do 
material que dá origem ao solo, chamado de regolito, ou manto de intemperização. Regolito (do 
grego rhego, coberta) é a camada superficial que recobre a rocha consolidada e que resulta da 
ação dos processos do intemperismo sobre esta. O regolito pode ser residual ou transportado. 
Quando os processos envolvidos no intemperismo visam mais alterar o tamanho e o formato dos 
minerais, dá-se-Ihes o nome de intemperismo físico. Se eles procuram modificar a composição química 
dos minerais, recebem a denominação de intemperismo químico ou simplesmente decomposição. 
O intemperismo físico acontece porque os minerais que compõem a rocha possuem coeficientes 
de dilatação diferentes. Com a exposição à radiação solar e às variações na pressão atmosférica, 
alguns minerais dilatam mais que outros e, nesse processo de dilatação e contração, há o aparecimento 
de rachaduras, abrindo o caminho para os agentes causadores do intemperismo químico. 
O intemperismo químico é provocado, principalmente, pela água, e sua intensidade é 
proporcional ao aumento da temperatura . Dessa forma, quanto mais úmido e quente for o clima, 
mais intensa será a decomposição dos minerais. Sabe-se que a cada 10 °C de aumento da 
temperatura dobra-se a velocidade das reações químicas. 
Nem todos os minerais que compõem a rocha têm a mesma facilidade de serem 
intemperizados, pois alguns são mais resistentes do que outros. Na solidificação do magma 
(formação da rocha ígnea), os minerais que primeiro se cristalizam são as olivinas e os plagioclásios 
cálcicos, também os primeiros minerais a serem intemperizados. O quartzo é o último mineral a 
sofrer intemperização, conforme é mostrado na série de Bowen, na Figura 3.1. 
/. 
Olevina .,~ 
% Augita \9,,/, 
~~ Homblenda :.c>~, 
O 
Biotita 
Feldspato 
1 
Muscovita 
1 
Quartzo 
Plagioclásio - Cálcio 
Cálcio - Alcalino 
Alcalino - Cálcio ~o 
. j,'b-G. 
Alcalino e'" ~e~Ç 
,~ 
Figura 3.1 - Série de Bowen 
mostrando a resistência dos 
minerais ao intemperismo. 
Os minerais máficos (responsáveis pela cor escura da rocha) são os mais ricos em nutrientes 
(Ca, Mg, K, P etc.) e mais facilmente intemperizáveis em relação aos minerais félsicos, responsáveis 
pela cor clara da rocha. 
As informações contidas na Figura 3.1 referem-se à formação do material de origem (regolito), por 
meio dos intemperismos físico e químico. A partir do regolito, inicia-se a formação do solo propriamente dita. 
Além dos fatores de formação do solo, conforme dito no início deste capítulo, segundo Oliveira 
et a!. (1992), há também os fatores pedogenéticos: adição, transformação, perdas e transporte interno. 
Embora o ser humano faça parte dos organismos vivos, Primavesi (1981) coloca~o como 
sendo o sexto fator de formação do solo. Muito provavelmente a autora quis ressaltar a importância 
do homem em mudar a paisagem rapidamente, inclusive o solo. 
Noções básicas sobre solo e sua interação com a radiação solar 47 
Dos elementos do clima destacam-se a temperatura e a precipitação pluviométrica. O calor do 
sol (expresso em temperatura) e as águas das chuvas atuam desde a desintegração da rocha até a 
formação do solo. Materiais derivados de uma mesma rocha poderão formar solos completamente 
diversos em climas diferentes. A razão disso é a maior ou menor decomposição da rocha e a velocidade 
das reações químicas, que são maiores nos climas mais quentes (LEPSCH, 1976) . 
Analisando as condições dos baixos platôs amazônicos quentes e úmidos, do sertão 
nordestino quente e semi-árido e dos planaltos sulinos frios e úmidos, percebe-se que há 
diferenças apreciáveis quanto à formação de solos, a partir de um mesmo material de origem 
(OLIVEIRA et aI. , 1992). 
Na região amazônica, devido à condição de elevada temperatura e farta precipitação pluvial 
ao longo do ano, a água percolada favorece as reações químicas nos solos, o transporte de compostos 
solúveis através do perfil desse e a mineralização da matéria orgânica, constantemente adicionada 
à superfície através da serrapilheira (restos vegetais) de áreas florestadas. Na região amazônica, 
os solos formados são bastante intemperizados, profundos, essencialmente cauliníticos, muito 
pobres quimicamente e com elevada acidez. 
No nordeste semi-árido, a falta de água torna a umidade reduzida, contribuindo para a 
diminuição da velocidade e da intensidade dos processos pedogenéticos. Nesta situação, os solos 
formados são pouco desenvolvidos, rasos ou pouco profundos, cascalhentos e pedregosos. Essas 
condições, segundo ainda Oliveira et ai. (1992) , favorecem também a presença de solos poucos 
lixiviados, ricos em nutrientes, pouco ácidos e ligeiramente alcalinos. Às vezes, nesses solos pode 
ocorrer afloramento salino, comum em áreas onde a evapotranspiração potencial durante o ano 
suplanta a precipitação pluvial (Figura 3 .2) . 
(A) (B) 
Afloramento rochoso Afloramento salino 
Fonte: Oliveira et aI. (1992). 
Figura 3.2 - Solo Bruno não-cálcico (Luvissolos) (A) ; Solonchak (Gleissolo Sálico) (B). 
Nos planaltos sulinos, as baixas temperaturas e a constante umidade favorecem a presença 
de solos com espessas camadas superficiais escuras e ricas em matéria orgânica (Figura 3.3) . 
É importante ressaltar a distinção entre clima atmosférico e clima do solo, não obstante haja 
entre eles estreitas relações. Em uma mesma área fisiográfica podem ocorrer condições particulares 
que determinam variações no clima do solo. 
A água que cai sobre um solo e não se evapora tem apenas dois caminhos a seguir: penetrar 
no solo ou escorrer pela superfície. Embora quase sempre siga os dois sentidos, o relevo atua mais 
diretamente sobre a dinâmica da água tanto no sentido vertical como no lateral. 
48 Maurício Alves Moreira 
Solos de terrenos íngremes são submetidos constantemente ao rejuvenescimento,através 
dos processos erosivos naturais. De modo geral, relevos íngremes apresentam climas mais secos 
do que os de relevos mais suaves, onde as condições hídricas mantêm o ambiente úmido mais 
Fonte: Oliveira et ai. (1992) . 
Figura 3.3 - Cambissolo Húmico 
(A) ; e Litólico Húmico (Neossolo 
Litólico Húmico) (8) . 
duradouro. Com isto, pode-se dizer que o relevo atua na formação do solo de duas maneiras, isto 
é, na dinâmica da água e sobre o clima do solo. 
Os microrganismos atuam mais diretamente na decomposição de restos vegetais e de animais 
depositados no solo e na fixação do nitrogênio. 
A vegetação participa nos processos de troca catiônica, nos estoques de nutrientes e na 
absorção de cátions da solução do solo. Entretanto, a ação mais importante da cobertura vegetal 
são os fenômenos de adição tanto da superfície, através de resíduos, como no interior do solo, 
mediante a decomposição do sistema radicular. 
A exposição do material de origem à superfície pode ocorrer tanto por processos lentos e 
contínuos como pela deposição de sedimentos nas várzeas dos rios, ou por fenômenos cataclísmicos, 
como o derrame de lavas de erupções vulcânicas. 
Com relação à idade dos solos, na pedologia há dois termos que são comumente empregados 
e que têm significados diferentes: idade e maturidade do solo. A idade refere-se ao tempo 
cronológico, enquanto a maturidade diz respeito à evolução do solo. Alguns solos podem 
apresentar idades absolutas relativamente pequenas e serem bem mais maduros (evoluídos) 
que outros com idades maiores. Logo, idade expressa uma medida de anos transcorridos 
desde o início da formação até determinado momento e maturidade expressa a evolução por 
ele sofrida, manifestada pelos seus atributos (atividade da argila, cor, caráter eutrófico etc.) 
em dado momento de sua existência. 
Essa diferença é importante para a pedologia porque, diante da dificuldade de conhecer a 
idade de um solo, os pedólogos buscam o entendimento pelo recurso da maturidade. 
Da ação combinada dos fatores de formação do solo e dos processos pedogenéticos, que 
operam sobre o material de origem, resultam seções verticais mais ou menos paralelas à superfície, 
compondo o perfil do solo. Essas seções (camadas) , denominadas horizontes, diferenciam-se umas 
das outras pela organização, pelos constituintes ou pelo comportamento (Figura 3.4) . 
Noções básicas sobre solo e sua interação com a radiação solar 49 
A denominação dos horizontes e camadas é feita por meio de letras e números, que informam 
a relação genética entre horizontes no conjunto do perfil. Além dos símbolos, empregam-se também 
sufixos de símbolos adicionais para notação de diferentes modalidades dentro de determinado 
horizonte. Por exemplo, se num perfil superficial de um solo aparece a simbologia "Ap", tem-se o 
seguinte significado: "Pt define o tipo de horizonte e "p" (do inglês plow, lavra) designa aração. 
Neste caso, é um indicativo de modificações do horizonte A, provocado pela aração, gradagem e 
demais operações de manejo do solo para uso agrícola. 
E 
BW1 
BW2 
Horizontes 
Figura 3.4 - Corte vertical do solo 
mostrando um perfil com seus horizontes 
e camadas. 
o conhecimento detalhado de cada um dos horizontes do solo é muito importante do 
ponto de vista pedológico. Entretanto, no sensoriamento remoto, o horizonte mais importante é 
o superficial, porque é nele que ocorre a reflexão da energia onde opera a maior parte dos 
sistemas sensores orbitais. Por sua vez, o horizonte superficial depende do grau de alteração que 
o solo sofreu, pela ação do ambiente ou pela ação antrópica. Na maioria dos casos a camada 
superficial do solo é formada pelos horizontes A, E ou B ou pelas camadas O ou H (orgânicos) . 
Quando os atributos (atividade da argila, capacidade de troca catiônica - CTC etc.) são 
bem diferenciados de um horizonte para outro, torna-se relativamente fácil a identificação e a 
delimitação deles. Entretanto, se esses atributos não são bem diferenciados, a expressão dos 
horizontes é pouco distinta. 
Como os horizontes A, E e B e as camadas O e H são os mais importantes para o 
sensoriamento remoto, vale a pena fazer um descrição breve sobre cada um deles. 
Horizonte O - Formado por material orgânico em condições de drenagem desimpedida (sem 
estagnação de água) . Consiste em uma manta de acúmulos de restos orgânicos não incorporados 
ao solo, conhecida como serrapilheira. 
Horizonte H - Camada orgânica, superficial ou não, formada por acumulação de resíduos vegetais 
depositados em condições de umidade prolongada ou permanente (estagnação de água). É 
encontrado em solos de várzeas, banhados e brejos, sendo as turfas um exemplo bem característico 
deste horizonte. 
50 Mourício AiI'{'s Morl'im 
Horizonte A - Horizonte mineral superficial ou subjacente aos horizontes O ou H, de maior 
atividade biológica e incorporação de matéria orgânica bastante mineralizada. É a porção mais 
viva e de mais intensa ação da flora e da fauna, responsáveis pela produção da matéria orgânica 
no próprio solo. Constitui a seção onde são mais inconstantes a temperatura, a umidade e a 
composição gasosa. Geralmente exibe cor mais escura que os horizontes subjacentes, podendo 
também ser de cor clara. 
Horizonte E - Horizonte mineral, resultante da perda de minerais de argila, de compostos de 
ferro, de alumínio ou de matéria orgânica. Situa-se , geralmente, abaixo do horizonte A, 
diferenciando-se deste pela cor mais clara. 
Horizonte B - Horizonte mineral, subsuperficial, situado sob os horizontes E e A, raramente 
sobre o H. Originado por transformações acentuadas do material originário e/ou por ganho de 
constituintes minerais ou orgânicos, migrados de horizontes suprajacentes, é um horizonte menos 
vulnerável às modificações e eventuais estragos provocados pela ação humana, quando subjacente 
a outros horizontes. Com relação ao horizonte C, visto na Figura 3.4, a ocorrência dele como 
horizonte superficial , embora não seja impossível , é muito pequena quando se pensa em 
sensoriamento remoto orbital. 
Composição do Solo 
Em geral, considera-se que o solo é composto de quatro constituintes principais: 
partículas minerais , materiais orgânicos, água e ar, que , numa condição ideal , guardam 
uma relação percentual aproximada de 46; 4; 25 ; e 25 , respectivamente . Esta caracterização 
serve apenas para dar uma idéia do que se pode encontrar num determinado solo, pois , 
devido à ação de agentes externos, esses componentes podem ocorrer em concentrações 
muito diferentes dessas. 
A rigor, os solos são compostos apenas por partículas minerais e orgânicas. Água e ar 
não fazem parte do solo, estão nele porque encontraram uma condição (os poros) que permite 
sua permanência no meio (ZILLER, 1982) . Fazendo ou não parte do solo, nesta publicação a 
água e o ar foram considerados como parte deste, formando o complexo solo, uma vez que, 
no sensoriamento remoto, o comportamento espectral é muito influenciado por todos os 
elementos deste complexo. 
Constituintes minerais 
As partículas minerais do solo podem ser classificadas, quanto à sua origem, em dois tipos: 
minerais primários, remanescentes da rocha que deu origem ao solo; e minerais secundários, 
formados pela decomposição dos minerais primários. Os minerais primários são mais resistentes 
à ação do intemperismo químico e, por isso, permanecem mais tempo no solo, mantendo sua 
composição original; os secundários são mais suscetíveis às alterações. 
Os constituintes minerais do solo podem ser classificados de acordo com a sua textura , 
ou seja , a proporção relativa das frações granulométricas que compõem a massa do solo. 
Para determinações quantitativas são arbitrados limites de intervalos conforme o diâmetro de 
partículas. Não há um sistema universal referencial , porém os limites mais difundidos são os 
da escalade Atterberg, Sistema Internacional; e os da escala de uso oficial pelo Serviço de 
Noções básicas sobre solo e sI/a illleraçüo COIII a radiaçüo solar 51 
Conservação de Solos do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA). No Brasil 
utiliza-se uma escala de limites elaborada pelo Serviço Nacional de Levantamento e 
Conservação dos Solos (SNLCS) e pela Sociedade Brasileira de Ciências do Solo (SBCS), 
conforme é mostrado na Tabela 3 .1. 
Tabela 3 .1 - Tamanho das partículas do solo de acordo com o sistema de classificação do USDA; 
da escala de Atterberg; e do SNLCS e da SBCS 
Partícula Tamanho (mm) 
USDA Atterberg SNLCS e SBCS 
Matacão > 200 200 > 200 
Calhaus 75 - 200 20- 200 200 - 20 
Cascalho 2 - 75 2 - 20 20 - 2,0 
Areia muito grossa 1 - 2 
Areia grossa 0,5 - 1 0,20 - 2 2,0 - 0 ,2 
Areia média 0,25 - 0,5 
Areia fina 0,10 - 0,25 0,02 - 0,20 0,5 - 0,2 
Areia muito fina 0,05 - 0,10 
Silte (limo) 0,002 - 0,05 0,002 - 0,02 0,002 - 0,05 
Argila < 0,002 < 0,002 < 0,002 
Segundo Oliveira et aI. (1992) , o que se verifica em um perfil do solo é a coexistência de 
diversas frações granulométricas em combinações variáveis, assim como há sistemas para 
classificar os diferentes tipos de solos. Por exemplo, no Brasil têm-se os Latossolos, Podzólicos. 
Brunizéns, baseados na partícula do solo, de acordo com seu tamanho. Dentre esses sistemas, 
o mais amplamente usado no País é o do USDA (Figura 3.5). Esse sistema é utilizado na 
classificação dos solos em função da textura , como textura argilosa, solos arenosos etc . (LEMOS 
e SANTOS, 1984). 
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 O 
Porcentagem de areia ~ 
Fonte: adaptada de Embrapa (1979). 
Figura 3.5 - Diagrama de repartição de 
classes generalizadas de textura. 
S2 Maurício Alpes Moreira 
De modo bastante generalizado, pode-se dizer que a mineralogia da fração grosseira (silte e 
areia) reflete a mineralogia da rocha-mãe. A fração argila, na maioria dos casos, é formada pela 
intemperização de minerais menos resistentes da rocha original. 
Para o sensoriamento remoto, o conhecimento da textura do horizonte que se encontra na superfície 
é importante porque, dependendo da sua granulometria, a radiação eletromagnética pode interagir 
com os constituintes do solo em maior ou menor intensidade. Por exemplo, se um solo apresenta, no 
seu horizonte superficial, uma composição de 80% de areia, 10% de silte e 10% de argila, ele é classificado 
como arenoso. Nesta situação, muito provavelmente, o solo apresenta uma alta refletitividade, ou seja, 
grande parte da energia incidente sobre ele é refletida. Esta energia, quando captada por algum sistema 
sensor e transformada em produtos que possam ser analisados por métodos visuais ou automáticos, 
apresentará tons de cinza bastante claros, em relação a outros solos mais argilosos. 
Conhecendo as relações entre textura e as propriedades do solo e entre textura e 
comportamento espectral, é possível inferir muitas propriedades do solo com base apenas na 
análise dos dados remotamente sensoriados. Por exemplo, num solo arenoso é possível inferir 
algumas características, como boa drenagem, baixos teores de matéria orgânica etc. 
As argilas, por sua vez, são classificadas em dois grupos: as silicatadas, que ocorrem mais 
em regiões de' clima temperado, e as constituídas por óxidos de ferro e de alumínio, nas regiões 
tropicais e subtropicais. 
No caso dos solos brasileiros, os óxidos de ferro e de alumínio são importantes, porque 
estão presentes na classe de solo mais expressiva em regiões tropicais, em proporção, que são os 
Latossolos. Neste caso, as argilas mais importantes são: a Gibbsita (AI20 3.3H20), a Goetita (Fe20 3 .H20) e a Limonita (Fe20 3.xH20). 
Material orgânico 
° teor de matéria orgânica do solo é bastante reduzido quando comparado ao de material 
mineral. Entretanto, sua influência nas propriedades do solo e, conseqüentemente, no crescimento 
vegetal tem uma grande importância apesar do baixo valor do teor que leva a crer o contrário. A 
proporção de matéria orgânica varia entre os diferentes tipos de solos . Por exemplo, em solos 
arenosos desérticos a matéria orgânica chega a 0,5% do peso total. Na maior parte dos solos 
cultivados, o teor varia de 2 a 5% e, em alguns casos, pode chegar a 10%. Em casos extremos 
(solos turfosos), a matéria orgânica pode alcançar 90 a 95% do peso total. 
° húmus, resultante da intensa transformação microbiana da matéria orgânica, apresenta 
propriedades coloidais semelhantes às das argilas e têm capacidade de troca catiônica elevada. 
Sua capacidade de reter nutrientes chega a exceder em muito as argilas (Lepsch, 1976). Além 
disso, a matéria orgânica imprime outras propriedades positivas aos solos, entre elas: a) promove 
agregação (agente cimentante); b) aumenta a estrutura; c) reduz a densidade do solo; d) regula a 
aeração (formação de macroporos) ; e) diminui a macroporosidade dos solos arenosos e aumenta 
a dos solos argilosos. 
,,-
Agua do Solo 
A água do solo consiste de uma solução contendo vários eletrólitos (Na+ , K+, Ca2+, Mg2+, CI' 
, NO-3, S0-42) e outros componentes. Alguns autores consideram como água do solo a quantidade 
NOç'rJes básicas sobre solo e sI/a illferaçüo COIII a radiaçüo solar 53 
que fica fortemente retida nos colóides, portanto sem ter movimento e sem poder ser utilizada 
pelas plantas; e como solução do solo, aquela porção que contém eletrólitos e pode se movimentar 
e ser utilizada pelas plantas. 
A água penetra nos solos através dos poros. que nada mais são do que o resultado do 
arranjo das fraçóes granulométricas, agregadas por agentes cimentantes. A partir deste arranjo 
podem-se originar dois tipos de poros: os macroporos, cujos diâmetros são maiores do que 0.05 
mm; e os microporos, com diâmetros menores o que 0.05 mm. 
A água que penetra no solo poderá ter diversos destinos: a) permanecer nos poros; b) ser 
absorvida pelas raízes das plantas e transpiradas de volta à atmosfera; c) subir pelo processo de 
capilaridade e ser evaporada; e d) percolar através do solo para uma maior profundidade no perfil 
deste, processo conhecido como drenagem profunda. 
De acordo com o conteúdo e a natureza de retenção de umidade , reconhecem-se três estados 
de solo: molhado, úmido e seco. 
Solos molhados são aqueles em que os poros estão cheios de água e o ar está praticamente 
ausente . 
Solos úmidos contêm ar nos macroporos e água nos microporos. Segundo Lepsch (1976), 
os microporos funcionam como tubos capilares e , por esta razão, a água é referida como água 
capilar. Ela está retida no solo com tal força que consegue manter-se no solo mesmo contra a 
ação da gravidade. 
Solos arenosos e com pouco húmus têm menor capacidade de reter água do que solos 
argilosos ricos em húmus. 
Nem todos os solos têm a mesma capacidade de reter água, variando em função de diversas 
características, como textura, estrutura e conteúdo de matéria orgânica. 
Ar no Solo 
Os espaços porosos do solo não preenchidos pela água são ocupados pelo a r. ° ar do solo 
possui uma composição variável , em função da proximidade da fonte de um determinado gás . De 
modo geral, diferem-se um pouco do ar atmosférico na sua constituição, mais expressivamente no 
teor de CO2, N2 e ° 2 , conforme é mostrado na Tabela 3.2. 
Tabela 3 .2 - Composição média do ar do solo e da atmosfera 
Componente* Solo (%) Atmosfera (%) 
N2 79 78 
° 2 20 21 
CO2 0 ,25 0,03 
Outros 0 ,75 0,97 
* Fonte: Reichardt (1993). 
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° conteúdo de oxigênio no ar do solo é menor do que no ar atmosférico, conforme pode ser 
observado na Tabela 3.2. Esses valores mudam de acordo a estação do ano, o tipo de solo, a 
planta cultivada, os métodos de cultivos e a atividade biológica do solo. 
A porcentagem de CO2 e 02 do ar do solo varia com a profundidade. A porcentagem