Оптичні властивості води

Різні типи поверхні володіють різними показниками відбиття сонячної радіації.

Світло

Енергія світла є основним енергетичним джерелом, за рахунок якого існує все живе на нашій планеті. Кількість променистої енергії, яка проходить через атмосферу, є досить постійною (сонячна стала) і дорівнює 1,98–2,00 кал/см2 за 1 хв.

Проходячи через атмосферу, випромінювання послаблюється атмосферними газами і пилом (ясним сонячним днем в полудень до поверхні Землі може дійти не більше, ніж 67% його енергії).

Ступінь цього ослаблення залежить від довжини хвилі. Ультрафіолетові промені з довжиною хвилі менше 300 нм затримуються озоновим шаром.

Промениста енергія, яка досягає земної поверхні в ясний день, складається:

Ø 10% з ультрафіолетового випромінювання,

Ø 45% з видимого світла

Ø 45% з інфрачервоного випромінювання.

Пряма радіація — сонячна радіація, що доходить до земної поверхні у виді пучка паралельних променів, що виходять безпосередньо від сонячного диска.

Розсіяна радіація — сонячна радіація, що була розсіяна в атмосфері, надходить на земну поверхню з усього небесного зводу. У похмурі дні вона є єдиним джерелом енергії в приземних шарах атмосфери.

Сумарна радіація — сукупність прямої і розсіяної сонячної радіації, що надходить у природних умовах на земну поверхню. Вона залежить від географічної широти, висоти над рівнем моря, прозорості атмосфери і хмарності. У гірських районах розподіл сонячної радіації дуже складний, тому що її величина визначається також ще експозицією і крутістю схилів.

Відношення відбитої радіації до тієї, що надійшла на дану поверхню, називається альбедо.

Око людини здатне сприймати електромагнітні хвилі довжиною від 390 до 760 нм.

Рослинність найактивніше поглинає сині, червоні і довгі інфрачервоні промені. Випромінювання в діапазоні 380-750 нм найбільш ефективно використовується у процесах фотосинтезу рослин і називається фотосинтетично активною радіацією (ФАР).

З екологічної точки зору важливим є довжина хвилі, інтенсивність і тривалість дії світлових променів.

(Слайд 24) У порівнянні з повітрям вода значно менш прозора. В ній світло швидко поглинається і розсіюється. Закономірності поглинання світла описується законом Бугера-Ламберта:

I^z= I⁰× e^{- lk},

де: I^z – інтенсивність (енергія) світлової хвилі після проходження нею шару води завтовшки l; I⁰ – вихідна інтенсивність; k – коефіцієнт поглинання світла, який залежить від довжини хвилі (λ).

Природні води, які містять значні кількості завислих часток, мають помітно вищі коефіцієнти поглинання всіх променів.

Внаслідок різної інтенсивності поглинання хвиль різної довжини спектральний склад світла, при проходженні його через водну товщу, істотно змінюється. В першу чергу в ньому зникають інфрачервоні промені (довші 820 нм), потім червоні (680 нм) та оранжеві (620 нм). Найглибше проникають зелені (520 нм) і особливо сині (460 нм).

Прозорістю води (F) називають відношення потоку променів, що пройшов через шар товщиною z (I^z) до того, що ввійшов у воду (I⁰):

F = I^z / I⁰.

Показником прозорості є глибина, на якій зникає видимість диску Секкі – білий диск діаметром близько 30 см. (the Secchi disk, запропонований в 1865 р. Pietro Angelo Secchi). Зазвичай диск Секкі зникає з поля зору на глибині, куди проникає 5% сонячної радіації, яка падає на поверхню води (Хатчінсон, 1969).

Світло, що падає на поверхню води, частково відбивається від неї. При прямому (перпендикулярному) падінні світла від поверхні відбивається близько 2%, а при куті 30о – 25%, при 500 – 40%. Значно зростає відбивання світла при хвилюванні водної поверхні.

В озерах і водосховищах з прозорістю 1–2 м на глибину 1 м проникає не більш ніж 5–10 % енергії сонячної радіації, що падає на поверхню води, а глибше 2 м від неї лишаються лише десяті частки процента. Саме тому ізобата мілководної зони водосховищ (зокрема, дніпровського каскаду), яка визначається межею росту гідромакрофітів, проходить по глибинам близько 2 м.

У морях і океанах освітленість води швидко знижується і вже на глибині 100–200м вона недостатня для існування рослин. Максимальна прозорість води у Саргасовому морі – досягає 66,5 м, у Середземному – 60 м, в Азовському – 2,75 м (влітку під час масового розвитку фітопланктону вона знижується до 10 см).

Останні ознаки світла зникають у відкритому океані на глибині 1,0–1,6 км.

Дата добавления: 2014-01-04