Polarized Multiangular Reflectance Measurements Applied in Analysis of Soils Contaminated with Petroleum Hydrocarbons and Lead

Öljyhiilivedyt ja raskasmetallit ovat yleisiä maaperää pilaavia aineita, jotka voivat olla haitallisia kasveille ja vaarantaa ihmisten sekä eläinten terveyden. Pilaantuneiden alueiden tutkiminen sekä kartoittaminen kunnostusta varten on siten tärkeää, ja nopean menetelmän kehittäminen jo olemassa olevien rinnalle olisi hyödyllistä. VNIR-SWIR -heijastusspektroskopia (350–2500 nm) on tunnettu tutkimusmenetelmä, joka on osoittautunut potentiaaliseksi työkaluksi myös pilaantuneiden maiden nopeaa ja kustannustehokasta kartoitusta varten. Aiemmat menetelmää hyödyntäneet tutkimukset ovat kuitenkin keskittyneet suurelta osin pilaavien aineiden spektriominaisuuksiin, eikä heijastuvan valon anisotrooppista luonnetta tai polarisoitumista ole otettu huomioon. Näiden ominaisuuksien karakterisoiminen voisi potentiaalisesti tarjota arvokasta uudenlaista tietoa pilaavien aineiden heijastusominaisuuksista, jota on mahdollista hyödyntää kehitettäessä kaukokartoitusmenetelmiä sekä matemaattisia sirontamalleja pilaantuneiden maiden kvantitatiivista ja kvalitatiivista analysointia varten. Öljyhiilivetyjen ja lyijyn monisuuntaisten heijastusominaisuuksien mittaamiseksi valmistettiin dieselillä, moottoriöljyllä sekä lyijyllä pilaantuneita hiekkanäytteitä laboratoriossa. Lisäksi kentällä mitattiin kasvillisuutta ja maaperänäytteitä lyijyllä pilaantuneella alueella Suomenlinnan Kustaanmiekassa. Tutkimuslaitteena käytettiin paikkatietokeskuksen kenttägoniospektrometriä (FIGIFIGO) ja näytteitä mitattiin kaiken kaikkiaan 23. Tulokset vahvistavat aiempien tutkimusten havainnot, joiden mukaan öljyhiilivetyjä on mahdollista tunnistaa maanäytteiden spektristä karakterististen absorptioalueiden perusteella. Tämän lisäksi vahvistettiin 1730 nm absorptioalueen olevan tärkein öljyhiilivetyjen havaitsemista varten. Savimineraalien havaittiin kuitenkin merkittävästi alentavan absorptiopiirteiden intensiteettiä. Tästä huolimatta öljyhiilivetyjen absorptio-ominaisuuksia tunnistettiin kaikista näytteistä alimman pitoisuuden ollessa 0.5 p-%. Polarisaation todettiin vähenevän takasuuntaan diesel- ja moottoriöljypitoisuuksien kasvaessa, mutta lisääntyvän etusuuntaan alhaisilla katsekulmilla. Lisää tutkimuksia tarvitaan, jotta voidaan paremmin ymmärtää savimineraalien, veden, öljyhiilivetyjen ja kvartsin yhteisvaikutuksia maaperää pilaavien aineiden heijastusominaisuuksiin. Laboratoriossa mitattujen lyijynäytteiden sironnan ja polarisaation havaittiin lisääntyvän merkittävästi etusuuntaan, mutta vähenevän takasuuntaan SWIR-alueella. Nämä ominaispiirteet voisivat tulevaisuudessa osoittautua käyttökelpoisiksi lyijyllä pilaantuneiden maiden tunnistamista varten. Kenttänäytteistä lyijyä ei onnistuttu luotettavasti havaitsemaan, mutta kontrolloidummat tutkimukset maaperää pilaavien aineiden vaikutuksista kasvillisuuden polarisaatioon ovat suositeltavia.