Оптические особенности воды озер, ослабление света в фотическом слое и роль этого слоя в экосистеме.

Показателями оптических свойств воды являются ее прозрачность, освещенность и цвет на различных глубинах. Под прозрачностью природных вод условно понимают глубину, на которой перестает быть видным диск Секи. Второй характеристикой прозрачности служит коэффициент прозрачности (Р), который при толщине слоя воды, равной 1 м, будет равен отношению напряжения световой энергии на верхней границе слоя (I1) к напряжению ее на нижней границе того же слоя (I2): P=I1/I2. Цвет воды определяется по шкале Фореля - Уле - Шокальского, - набору пробирок с растворами различной окраски, с которыми сравнивается исследуемая вода. Для определения цвета также применяется платиново-кобальтовая шкала, нулевое деление которой характеризует воду, не имеющую желтого или коричневого оттенка.

Освещенность водоема характеризуется количеством световой энергии, падающей на единицу площади какой-либо поверхности, измеряется в кал/см2*мин или люксах.

Распространение света в водной массе озера определяется степенью поглощения и рассеивания его водой, которая обладает свойством избирательного поглощения и рассеивания света. Наиболее интенсивно поглощается невидимая ИК и УФ часть спектра. Практически в верхнем метровом слое воды поглощается вся радиация этих видов, а на большие глубины проникает только видимая часть спектра.

Сильным поглощением света взвесями объясняется малая освещенность в глубинных слоях мутных озер. Цвет воды зависит в первую очередь от ее прозрачности. Чем прозрачнее вода, тем она синее. Прозрачность воды озер изменяется в широких пределах в зависимости от географической широты местности, с которой связана освещенность поверхности воды солнцем, от наличия в воде взвесей и планктона. Наиболее прозрачны воды больших глубоких озер, расположенных в районах, сложенных малорастворимыми породами. Годовой ход прозрачности озерной воды связан с режимом стока и развитием планктона. Наименьшая прозрачность бывает весной и летом в связи с половодьем и паводками, а в ряде озер также в связи с цветением. Высокая прозрачность летом отмечена только в открытых частях олиготрофных озер. Наибольшая прозрачность в большинстве озер - зимой подо льдом.

Для развития водной растительности, а следовательно, и для многих биологических, химических и гидрологических явлений в озерах, связанных с ней, определяющим является наличие света в количестве, достаточном для фотосинтеза. В связи с неоднородным распределением взвесей и планктона по вертикали в озерах наблюдаются различия в прозрачности и цвете отдельных слоев воды. В больших глубоких озерах прозрачность понижена в верхних слоях воды в связи с развитием планктона и достигает максимума в глубинных слоях. В мелких озерах, при взмучивании илов со дна, прозрачность придонных слоев воды понижается. В придонных слоях некоторых озер, при дефиците кислорода, усиление окраски может происходить в результате образования закисных соединений железа и марганца в периоды летней и зимней стратификации, во время весенней и осенней циркуляции неоднородность в окраске ликвидируется. Освещенность под ледяным покровом, особенно покрытым снегом, уменьшается. Наиболее резко уменьшает проникновение света снежный покров, имеющий значительное альбедо и малую светопроницаемость.

По значению относительной прозрачности воды SD (глубины верхнего слоя, в котором виден диск Секки) можно приближенно оценить толщину фотического слоя, принимаемую обычно равной 2SD, ниже которого расположена афотическая толща воды. Экологическая значимость фотического слоя состоит в том, что в нем осуществляется водой и биотой поглощение солнечной энергии. Причем в верхней его части - трофогенном слое, - где скрость продуцирования водными растениями органического вещества больше скорости его деструкции, формируется биологическая продуктивность всей водной экосистемы, а под трофогенным слоем находится трофолитический слой, где осуществляется, в основном, окисление органических веществ и самоочищение воды.

Источник энергии – солнце, оно посылает прямую и рассеянную радиацию. Внутрь водоема проникает видимый свет с длинами волн 350-700 нм, так называемая фотоактивная радиация (примерно 50% сумм.потока), которая, в отличие от УФ, не может поглощаться парами воды. Важный оптический показатель водоема - альбедо, оно понижается с опусканием Солнца и усилением волнения. Лучшего всего вода поглощает красный и другие цвета с большой длиной волны, которые превращаются в тепловую энергию и идут на нагрев. Минимальный коэффициент поглощения – у голубого цвета, поэтому он проникает глубже все, и вода кажется нам голубой. На поглощение цветов с маленькой длиной волны требуется много энергии, что регулирует рН, высвобождая Н из Н-ОН. Цвет воды обусловлен избирательным рассеванием и поглощением световых лучей, в исходящем потоке рассеянной радиации также преобладает голубой – поэтому вода и кажется нам синеватой. Свет очень сильно рассеивается взвесями, планктоном, макромолекулами (гуминами и фульватами). Прозрачность – глубина воды, на которой престает быть видимым белый диск Секки диаметром 30 см. Коэфф.прозрачности Р=(интенсивность на верх.границе слоя)/(интенсивность на ниж.границе слоя). Кривая освещенности принимает вид гиперболы. Фотический слой - поверхностный слой воды водоема, в котором имеется достаточно света для процесса фотосинтеза. Нижняя граница фотического слоя определяется глубиной, которую достигает 1% света, проникающего через поверхность. В фотическом слое живет фитопланктон, который перерабатывает углекислый газ и выпускает кислород, обогащая как верхние слои озера, так и атмосферу.