Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.5: Світло

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    37111

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Промениста енергія сонця важлива для декількох основних океанічних процесів:

    • Клімат, вітри та основні океанічні течії в кінцевому підсумку залежать від сонячного випромінювання, що досягає Землі і нагріває різні райони в різному ступені.
    • Сонячне світло прогріває поверхневі води, де живе багато океанічного життя.
    • Сонячне випромінювання забезпечує світло для фотосинтезу, який підтримує всю океанічну екосистему.

    Енергія, що досягає Землі від Сонця, є формою електромагнітного випромінювання, яке представлено електромагнітним спектром (рис.\(\PageIndex{1}\)). Електромагнітні хвилі змінюються за своєю частотою і довжиною хвилі. Високочастотні хвилі мають дуже короткі довжини хвиль і є дуже високими енергетичними формами випромінювання, такими як гамма-промені та рентгенівські промені. Ці промені можуть легко проникати в тіла живих організмів і втручатися в окремі атоми і молекули. На іншому кінці спектра знаходяться низькоенергетичні довгохвильові хвилі, такі як радіохвилі, які не становлять небезпеки для живих організмів.

    Велика частина сонячної енергії, що досягає Землі, знаходиться в діапазоні видимого світла, з довжинами хвиль між приблизно 400-700 нм. Кожен колір видимого світла має унікальну довжину хвилі, і разом вони складають біле світло. Найкоротші довжини хвиль знаходяться на фіолетовому та ультрафіолетовому кінці спектра, тоді як найдовші довжини хвиль - на червоному та інфрачервоному кінці. Між ними кольорами видимого спектру є знайомий «ROYGBIV»; червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий.

    \(\PageIndex{1}\)Малюнок Електромагнітний спектр. Частота виражається в герцах (Гц), або хвиль в секунду, тоді як довжини хвиль виражаються в метрах (Phillip Roman, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons).

    Вода дуже ефективна при поглинанні вхідного світла, тому кількість світла, що проникає в океан, швидко знижується (ослабляється) з глибиною (рис.\(\PageIndex{2}\)). На глибині 1 м залишається лише 45% сонячної енергії, яка потрапляє на поверхню океану. На глибині 10 м все ще присутній лише 16% світла, а лише 1% вихідного світла залишається на 100 м, жодне світло не проникає за межі 1000 м.

    На додаток до загального загасання, океани поглинають різні довжини хвиль світла з різною швидкістю (рис.\(\PageIndex{2}\)). Довжини хвиль на крайніх кінцях видимого спектра послаблюються швидше, ніж ці довжини хвиль посередині. Довші довжини хвиль поглинаються першими; червоний поглинається у верхніх 10 м, помаранчевий приблизно на 40 м, а жовтий зникає до 100 м. коротші довжини хвиль проникають далі, при цьому синє і зелене світло досягає найглибших глибин.

    Малюнок Проникнення\(\PageIndex{2}\) світла у відкритий океан та прибережну воду, показуючи різні глибини, до яких буде проникати кожен колір (За NOAA - Національне управління океанічних та атмосферних впливів [Публічне надбання], через Wikimedia Commons).

    Це пояснює, чому все здається синім під водою. Кольори, які ми сприймаємо, залежать від довжин хвиль світла, які отримують наші очі. Якщо об'єкт здається нам червоним, це тому, що об'єкт відображає червоне світло, але поглинає всі інші кольори. Тож єдиний колір, що доходить до наших очей, - червоний. Під водою синій - єдиний колір світла, який все ще доступний на глибині, так що це єдиний колір, який може відображатися назад до наших очей, і все має блакитний відтінок під водою. Червоний об'єкт на глибині не здаватиметься нам червоним, оскільки немає червоного світла, доступного для відбиття від об'єкта. Об'єкти у воді виглядатимуть лише як їхні реальні кольори біля поверхні, де всі довжини хвиль світла все ще доступні, або якщо інші довжини хвиль світла забезпечуються штучно, наприклад, висвітлюючи об'єкт зануренням світла.

    Вода у відкритому океані виглядає прозорою і синьою, оскільки вона містить набагато менше твердих частинок, таких як фітопланктон або інші зважені частинки, і чим ясніше вода, тим глибше проникнення світла. Синє світло проникає глибоко і розсіюється молекулами води, тоді як всі інші кольори поглинаються; таким чином вода виглядає синьою. З іншого боку, прибережна вода часто виглядає зеленуватою (рис.\(\PageIndex{2}\)). Прибережна вода містить набагато більше суспензійних мулів і водоростей і мікроскопічних організмів, ніж відкритий океан. Багато з цих організмів, таких як фітопланктон, поглинають світло в синьому та червоному діапазоні через свої фотосинтетичні пігменти, залишаючи зелений як домінуючу довжину хвилі відбитого світла. Тому чим вище концентрація фітопланктону у воді, тим він виглядає зеленішим. Дрібні частинки мулу також можуть поглинати синє світло, ще більше зміщуючи колір води від синього, коли є високі концентрації зважених частинок.

    Океан можна розділити на глибинні шари в залежності від величини проникнення світла, про що йдеться в розділі 1.3 (рис.\(\PageIndex{3}\)). Верхні 200 м називають фотической або евфотической зоною. Це являє собою область, куди може проникнути достатньо світла для підтримки фотосинтезу, і він відповідає епіпелагічній зоні. Від 200-1000 м лежить дисфотична зона, або сутінкова зона (відповідна мезопелагической зоні). На цих глибині ще є трохи світла, але недостатньо для підтримки фотосинтезу. Нижче 1000 м знаходиться афотична (або опівнічна) зона, куди не проникає світло. Цей регіон включає в себе більшу частину океанічного обсягу, який існує в повній темряві.

    \(\PageIndex{3}\)Малюнок Зони товщі води визначаються величиною проникнення світла (PW).