Процеси розсіювання і поглинання світла, що відбуваються в товщі води

Спектральні характеристики вод озер, рік, морських акваторій

При вивченні екзогенних процесів, транспортування та акумуляції озер, рік і т.д. великий інтерес набувають: винос і просторовий розподіл річкової муті в устях рік; просторовий розподіл і транспортування її течіями і періодичними хвилюваннями уздовж морських берегів; вплив процесів транспортування твердого стоку та осадконакопичення на режим рік і прибережних зон озер і морів.

Поряд з визначенням концентрації річкової муті або твердого стоку в товщі води в деяких випадках цікаво також визначення їх виду і складу, наприклад для визначення частки промислового забруднення вод. У прозорих неглибоких водах узбереж, крім того мова може йти про вивчення рельєфу, структури і будівлі морського дна в прибережній зоні.

Забруднені річковою муттю води виділяються на панхроматичних чорно-білих аерокосмознімках дуже світлими відтінками серед сірого тону ділянок чистої води. На кольорових знімках також виділяються ділянки світлої води і водні тіла, що містять річкову муть, зони різної концентрації суспензій, а також різні по глибині ділянки мілководдя з різними властивостями дна; розрізняються вони вже як за кольорами, так і за їх відтінками.

Процеси, що відбуваються у воді, поглинання і розсіювання потоку сонячного випромінювання визначаються оптичними параметрами води і органічними і неорганічними речовинами, що знаходяться в ній у вигляді розчинів або суспензії, -насамперед різною зваженою муттю та фітопланктоном. Вода, розчини і частки мають власні коефіцієнти поглинання і розсіювання. Вони мають тенденцію послабляти спрямоване і дифузійне випромінювання.

У чистій воді розсіювання і поглинання відбувається на рівні молекул і іонів. Поглинання чистою водою мінімально для хвиль довжиною 0,47 мкм. У діапазоні хвиль більш 0,6 мкм воно сильно збільшується. Розсіювання із збільшенням довжини хвилі сильно зменшується. Ослаблення в довгохвильовому діапазоні світла майже не відрізняється від поглинання в наслідок дуже малого розсіювання [3].

Блакитний колір глибоких прозорих вод виникає в результаті сильного розсіювання в короткохвильовій частині світлового потоку молекулами води. Тому що вода містить органічні і неорганічні домішки, відбуваються додаткові побічні оптичні процеси. Прозорість і колір води змінюються.

Домішки у воді, що впливають на спрямований нагору від води потік випромінювання, можна об'єднати в три групи:

1. Жовта речовина (гелі) - всі розчинені у воді органічні сполуки, що сильно поглинають ультрафіолетові і блакитні промені, у зв'язку з чим вода здобуває жовто- бурий колір.

2. Зважена речовина (твердий стік), під яким розуміють усі частки, що містяться у воді. Вони обумовлюють дуже сильне розсіювання світла у воді, що слабко залежить від довжини хвилі випромінювання. У цю групу входять глинисті мінерали, пісок, зерна й уламки кварцу й інших мінералів, цілі і зруйновані кістяки планктону й інших організмів.

3. Фітопланктон утворює третю, особливу групу суспензії. Необхідний у його складі для фотосинтезу пігмент завдяки хлорофілу дає дуже сильні смуги поглинання в блакитній і червоній зонах спектра випромінювання, за якими і визначається фітопланктон.

Таким чином, інтенсивність корисного сигналу від води визначається показником переломлення чистої води і трьох видів наявних у ній домішок. Частки гелю (жовтої речовини), що знаходяться у воді не зв'язані і мають кожна своє спектральне відображення. Воно в порівнянні з розсіюванням світла в чистій воді незначно. Поглинання світла частками гелю убуває по експоненті зі збільшенням довжини хвилі світла. Хлорофіл фітопланктону поглинає в основному випромінювання в блакитній (близько 0,44 мкм) і червоній (близько 0,675 мкм) зонах спектра. Мінімум поглинання у видимій частині спектра випромінювання приходиться на хвилі довжиною близько 0,53 мкм. Поглинання світла хлорофілом у блакитній u1079 зоні і розсіювання його фітопланктоном додають воді зелений колір.

Додаткове розсіювання світла відбувається на оболонках мікроорганізмів планктону, що приводить до сильного відображення в жовто-блакитній зоні спектра від вод багатих планктоном.

Зі збільшенням помутніння води домішками неорганічних часток змінюється колір води в довгохвильовій зоні спектра (жовто-оранжево-червоній, 0,576-0,609 мкм). Тут знаходиться мінімум затухання забруднених водною муттю озер, рік і прибережних зон океанів. Поглинання світла неорганічними частками твердого стоку дуже мало і залежить від довжини хвилі світла. У формуванні величини сигналу, що йде від води, поглинання випромінювання грає тільки підлеглу роль. На рисунках 1, 2 наведені приклади використання космічних знімків для досліджень стану водних об’єктів.

Рис.1. Зміна морфометрії внутрішніх водойм лівобережжя м. Києва (Landsat 4 TM 1988 рік / Landsat 7 ETM+ 2001 рік)

Рис. 2. Зони переробки берегів Канівського водосховища, що виявлені за даними космознімків

Дата добавления: 2014-10-15