Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

под которым солнечные лучи падают на поверхность моря. Когда солнце находится в зените (угол падения лучей 0°) и солнечные лучи падают отвесно на водную поверхность, в воду проникает около 98%, а отражается около 2% всей радиации. Если солнце находится на горизонте и лучи образуют почти прямой угол с нор­ малью к водной поверхности, они почти полностью отражаются от нее. При высоте солнца до 70° доля отраженной радиации не превышает 2,1 %.

Морская вода — полупрозрачная среда, поэтому световой поток, проникая в воду, подвергается ослаблению за счет избирательного поглощения и рассеяния. Ослабление света происходит различно в коротковолновой и длинноволновой областях солнечного спектра. Длинноволновая радиация — инфракрасные, красные и оранжевые лучи — интенсивно поглощается тонким поверхностным слоем, а си­ ние, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи, эффективно рассеи­ ваясь, проникают на значительную глубину. Так, интенсивность ин­ фракрасных лучей, проходящих через метровый слой воды, осла­ бевает в 2,7 раза, в то время как синие лучи при прохождении той же толщи воды теряют всего лишь Vs своей энергии.

Поглощение света определяется известным отношением свето­ вой энергии Iz, дошедшей до глубины г, к энергии /о, падающей на поверхность моря:

зеленые лучи длиной 0,52—0,56 мкм и синие (0,440 мкм), коэффи­ циент поглощения у которых имеет минимальное значение т = = 0,021. Процесс поглощения сочетается с процессом избиратель­ ного рассеяния, которое происходит в форме молекулярного рас­ сеяния (рассеяние молекулами и частицами, размеры которых меньше длины световой волны) и рассеяния крупными частицами, находящимися во взвешенном состоянии в морской воде. Ослабле­ ние светового потока за счет рассеяния имеет аналогичное выра­

ратно пропорциональный длине световой волны в четвертой степени. Коэффициент k для сине-фиолетовых лучей оказывается в 3 раза больше, чем для красных. Молекулярное рассеяние в пре­ делах всего Мирового океана протекает одинаково, так же как и поглощение. Рассеяние же взвешенными частицами увеличивается

с размерами частиц и может превосходить молекулярное рассея­ ние в 100—200 раз.

Прозрачность и цвет моря зависят от условий освещения на по­ верхности моря, изменения спектрального состава и ослабления светового потока.

Ослабление света за счет поглощения и рассеяния определя­

где (k + m) = ас — суммарный коэффициент ослабления света. Зависимость ослабления света от длины волны, наличия при­

месей, их вида и размеров оказывает существенное влияние на прозрачность и цвет моря. Поэтому прозрачность морской воды неодинакова в различных частях Мирового океана и меняется со временем. Вблизи берегов и на мелководье, в особенности после штормов и бурь, под влиянием волнового перемешивания в воде увеличивается количество взвешенных частиц и она становится ме­ нее прозрачной. Точно так же снижается прозрачность морской воды во время бурного развития планктона. Прозрачность морской воды определяется отношением потока излучения, прошедшего че­ рез слой воды z, к потоку, вошедшему в воду в виде параллельного пучка. Это отношение учитывается коэффициентом пропускания, который имеет выражение

понимают глубину, на которой становится невидимым стандарт­ ный белый диск диаметром 30 см. В. В. Шулейкиным была уста­ новлена связь между глубиной исчезновения белого диска Н и ко­ эффициентом рассеяния k. Аналогичное соотношение было полу­ чено и для общего коэффициента ослабления света ac= (k + m). Для разных морей эта связь получена различной. Например, для

g

Черного и других внутренних морей Н = -----.

ас

Наибольшая прозрачность наблюдалась в Саргассовом море — 66,5 м, в Тихом океане прозрачность достигает 59 м, в Индийском 40—50 м. В общем, в открытой части Мирового океана прозрач­ ность уменьшается от экватора к полюсам, но и в полярных райо­ нах она может быть значительной. Так, например, у Мурманского побережья ранней весной наблюдалась прозрачность, равная 40— 45 м. В Средиземном море прозрачность достигает 60 м, в Черном 25 м, в Балтийском (в южной части) 13 м и в Белом море всего лишь 8 м.

По мере приближения к берегам прозрачность уменьшается в связи с увеличением количества взвесей, вносимых реками, и взмучиванием грунта волнением.

§ 45. Цвет моря

Цвет, так же как и прозрачность морской воды, зависит от из­ бирательного поглощения и рассеяния, условий освещенности, со­ стояния поверхности и глубины моря.

Следует различать цвет морской воды и цвет поверхности моря. Морская вода, лишенная примесей, в большой толще в результате избирательного поглощения и рассеяния обладает синим и голу­ бым цветом. Цвет же поверхности моря меняется в зависимости от погодных условий, освещенности на поверхности моря и других факторов. В глаз наблюдателя, смотрящего на поверхность моря, попадают не только отраженные от нее лучи, но и лучи, выходя­ щие из воды. Состав лучей, отраженных от поверхности моря, та­ кой же, как и лучей, падающих на нее. Лучи, вышедшие из водной толщи, представляют собой диффузный рассеянный свет, спек­ тральный состав которого определяется поглощением длинновол­ новой радиации и рассеянием потока от слоя к слою. Цвет моря определяется отношением диффузного (внутреннего) светового по­ тока, выходящего из моря, к световому потоку, падающему на по­ верхность моря,

щения.

Выражение (30) позволяет для различных районов моря рассчи-' тывать цвет (спектр моря) по данным измерения глубины исчезно­ вения белого диска; при помощи таблиц [3] получают коэффициент рассеяния и для различных длин световых волн задаются значе­ ниями коэффициента поглощения. В настоящее время для разных районов Мирового океана при помощи спектрофотометров опреде­ лен спектральный состав диффузного (внутреннего) света.

Для простейших визуальных определений цвета моря использу­ ется специальная шкала цветности (Фореля—Уле), состоящая из 21 пробирки с цветными растворами от чисто синего (типично оке­ анская вода) до коричневого цвета (болотная вода). В тропических областях всех океанов и во многих морях встречаются районы с темно-синей окраской морской воды. В умеренных широтах и на экваторе местами вода принимает зеленоватый цвет; в приполяр­

ных областях она становится все более зеленоватой. Зеленоватые и даже зеленые воды характерны для прибрежных областей. Вода Средиземного моря отличается синим цветом. В Черном море вода близка по окраске к воде Средиземного моря, но несколько свет­ лее; в Азовском море она зеленоватая. Еще более зелено-серым от­ тенком отличаются воды Балтийского моря. В Белом море вода зеленоватого цвета с желтоватым оттенком.

В настоящее время для измерения оптических характеристик употребляются сложные приборы — спектрофотометры, нефело­ метры и т. п., позволяющие весьма тонко исследовать световое поле в морях и океанах.

Цвет поверхности моря изменяется в зависимости от погодных условий, цвет же воды может оставаться неизменным. На цвет моря большое влияние оказывают облачность, ветер и волнение. Если небо покрыто плотными облаками, море темнеет, так как количе­ ство отраженных и рассеянных лучей при этом значительно умень­ шается. Участки моря, близкие к месту наблюдения, кажутся бо­ лее темными, чем удаленные. В глаз наблюдателя, смотрящего вертикально на поверхность моря, попадают лучи, главным образом выходящие из воды, и окраска моря определяется этими лучами (собственный цвет моря). От дальних же участков моря в глаз наблюдателя будут попадать преимущественно отраженные лучи. По этой причине окраска моря бледнеет по мере удаления от на­ блюдателя и на горизонте море сливается с общим фоном неба.

§ 46. Свечение и цветение моря

Свечение моря представляет собой явление, распространенное по всему Мировому океану. Оно наблюдается только в морской воде и никогда не бывает в пресной. Свечение морской воды со­ здается организмами, испускающими «живой» свет. К таким ор­ ганизмам относятся прежде всего светящиеся бактерии. В предустьевых районах и вообще в опресненных прибрежных водах, где распространены главным образом такие бактерии, свечение моря наблюдается в виде ровного молочного света. Свечение вызывается, кроме того, мелкими и мельчайшими простейшими организмами, из которых наиболее известна ночесветка (Noctiluca). На первый взгляд такое свечение кажется ровным. В действительности же оно образуется множеством отдельных белых, зеленоватых или красно­ ватых вспышек, усиливающихся при интенсивном движении воды. Ночесветки скапливаются иногда на поверхности моря в таком ко­ личестве, что вода кажется окрашенной в красноватый цвет. У не­ которых организмов свечение связано с процессом дыхания, по­ этому во время штормов, при обогащении воды кислородом, свече­ ние бывает более интенсивным.

Некоторые более крупные организмы (большие медузы, мшанки, рыбы, кольчатые черви и др.) также отличаются способ­ ностью производить свет. В море свечение наблюдается во всех слоях, как поверхностных, так и глубинных.