Оптические свойства морской воды

Об особенностях поведения света в воде было сказано в гл. 1 (см. разд. 1.3.4). Оптические характеристики вод океана многооб­разны: освещенность, яркость света, коэффициенты рассеяния, поглощения, ослабления, преломления и т. п. Однако все эти под­робности имеют существенное значение при специальных исследо­ваниях. Для общей характеристики пользуются лишь оценкой цвета ^и прозрачности вод.

Цвет морской воды связан с избирательностью процессов по­глощения и рассеяния солнечного света. Избирательность выража­ется в том, что короткие волны — фиолетовая и синяя части види­мого спектра — рассеиваются молекулами воды сильнее, а погло­щаются слабее, чем длинные волны, т. е. красная и инфракрасная части спектра. Этим определяется собственный цвет воды как ве­щества — голубой или синий. В морской воде много разнообразных примесей (минеральных и органических частиц), которые также | в свою очередь поглощают и рассеивают свет и изменяют цвет j воды, смещая его в сторону зеленого. Так как количество и каче- ! ство примесей весьма разнообразно, то и цвет воды может иметь | разные тона. \

Чтобы оценить цвет, надо определить его спектральный состав, j Это возможно, но требует сложной аппаратуры и много времени, j Поэтому часто обходятся более простым способом, хотя и не таким I точным, но достаточным для приближенных оценок. Способ этот | состоит в использовании эталонной стандартной шкалы цветности. 1 Цвета синие присущи открытым водам океанов и глубоких морей, 1 зеленые оттенки имеют воды шельфа, большинства морей и боль- 1 шие пространства открытого океана. Зеленые воды, содержащие много примесей, обычно отличаются хорошей продуктивностью, в них расположены промысловые районы. Синие воды отличаются малым количеством примесей, жизнь в них развита значительно слабее. Есть даже такое выражение, что «синева — это цвет морских пустынь».

При оценке цвета морской воды различают цвет собственно воды и цвет поверхности моря. Цвет воды создается ее излучени­ем, это свет, исходящий из моря. Цвет поверхности моря опреде­ляется светом, от нее отраженным. Световые лучи, падающие на поверхность моря, проникают в воду лишь частично, причем пре­ломленными. Доля отраженного света зависит от угла падения: чем он меньше (отвеснее), тем меньшая доля радиации отражает­ся; даже при угле падения 80° отражается только 35 % поступаю­щей энергии. Но человек смотрит на поверхность моря обычно при очень больших углах падения, т. е. луч зрения идет очень близко к горизонту, поэтому в глаз и попадает преимущественно отраженный свет (при угле падения 85°, т. е. луче зрения 5° к го­ризонту, отражается 60 % энергии). Вот почему поверхность моря ■ может иметь видимый цвет самый разнообразный — желтый, зо- ] лотистый, багровый, черный — в зависимости от цвета неба. По- I этому при наблюдении за цветом воды необходимо исключать 1 влияние отраженного света. Луч зрения должен быть направлен 1 отвесно вниз.

Таким образом, цвет воды связан с ее чистотой. Для оценки степени чистоты применяется критерий, называемый прозрачностью воды. Строго оценить ее можно, определив коэффициенты рассея-

ния, поглощения и ослабления света. Для этого нужна, как и для оценки цвета, очень сложная аппаратура. Поэтому обычно пользу­ются определением лишь относительной прозрачности: это глубина (в метрах) исчезновения из поля зрения белого диска стандартного размера (диаметр 30 см) — диска Секки. Его погружают в море _с затененного борта судна на тросе и наблюдают, как он по мере погружения теряет яркость, бледнеет, темнеет и, наконец, стано­вится невидимым. Эта глубина, отмеченная по счетчику, через ко­торый шел трос с диском, либо по маркам, закрепленным на тросе, и представляет собой относительную прозрачность. Несмотря на примитивность приема, относительная прозрачность позволяет по­лучить строгую физическую характеристику воды — коэффициент ослабления света.

Значение относительной прозрачности изменяется в широких пределах. Вблизи берега, где волнение взмучивает донные отложе­ния, или в устьях рек, где в воде находятся речные взвеси, прозрач­ность воды может снижаться практически до нуля. Наибольшая прозрачность была измерена в Тихом океане к востоку в районе островов Кука (Полинезия) — 67 м, в открытых частях океанов она достигает 50—60 м, в обширных морях — 30—35 м.

Распространение света в толще вод океана имеет огромное био­логическое значение, так как определяет возможность существова­ния зеленых водорослей. Благодаря фотосинтезу создается первич­ная продукция — первая, начальная ступень в развитии органичес­кого мира, фундамент существования жизни на Земле.

По освещенности в океане можно выделить четыре яруса. Первый — световой, называемый также фотинеским, лучше всего освещенный, занимает верхние 100—150 м. Именно в нем могут существовать зеленые водоросли. Второй ярус — полусветовой (от 150 до 500 м), в котором могут жить водоросли, но уже не зеленые. Живые организмы присутствуют во втором ярусе еще в довольно больших количествах. Третий ярус — малосветовой, или теневой, где водорослей уже нет, но живых организмов еще столько, что между глубинами 500 и 1500 м можно вести промы­сел. Ниже 1500 м лежит четвертый ярус — бессветовой, в кото­ром также обитают глубоководные животные, но уже весьма разреженно.