Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

бого цвета, свидетельствующие об отсутствии в воде посторонних примесей и об ее исключительной прозрачности. С приближением к берегам и уменьшением глубин океана наблюдается постепенный переход к зеленовато-голубым и голубовато-зеленым тонам, а в не­ посредственной близости от берегов — к желто-зеленым.

Цвет моря при наличии в воде взвешенных частиц. При на­ личии в воде крупных взвешенных частиц существенно изменяется и цвет моря. Они, с одной стороны, изменяют спектральный состав рассеянного света, исходящего из толщи воды, а с другой, — добав­ ляют поток, спектральный состав которого определяется собствен­ ным цветом этих крупных частиц. Этот дополнительный поток, со­ здаваемый крупными частицами, зависит главным образом от их избирательного поглощения и отражения света. Если избирательное отражение света крупной частицей, характеризующее ее цвет, обо­ значить через ф(А,), а вероятность встречи с ней светового луча че­ рез р, то формула для расчета спектрального состава внутреннего света, исходящего из глубины моря, при наличии крупных частиц, т. е. формула, определяющая цвет моря, примет вид

частиц в единице объема и с увеличением их размеров, т. е. с воз­ растанием вероятности встречи р, возрастает зависимость спек­ трального состава внутреннего света, т. е. цвет моря, от спектраль­ ного состава, отраженного крупной частицей света. Иными словами, получается, что с увеличением р цвет моря приближается к цвету взвешенных частиц. При р= 0 формула (5.23) переходит в фор­ мулу (5.22).

На рис. 5.17 приведены вычисленные Шулейкиным спектральные кривые внутреннего света для случая, когда в воде взвешены ча­ стицы коричневой глины. Коэффициент рассеяния принят равным

а

—-—при значении модуля рассеяния а = 0,008, как и для кривой 1

А4

рис. 5.15. Эта же кривая показана на рис. 5.17 пунктиром. Кривые 4, 5, 6 построены для значений вероятности р 1,0; 0,2 и 0,02 соот­ ветственно.

Кривая 6 дает максимум в сине-зеленой части спектра, и, следо­ вательно, цвет моря при заданных условиях (Р = 0,02) должен быть сине-зеленым.

Кривая 5 дает максимум в зеленой части спектра, что соответст­ вует зеленому цвету моря.

Кривая 4 характеризует предельный случай, когда цвет моря определяется цветом крупных частиц, т. е. становится коричневым (максимум в красной части спектра).

На рис. 5.17 ясно видно, что максимум кривых с увеличением р

175

становится более расплывчатым и меньшим по абсолютной вели­ чине, что говорит об уменьшении насыщенности окраски моря.

Формулы (5.22) и (5.23) позволяют рассчитать спектральный состав внутреннего диффузного света, определяющего цвет моря, по заданным значениям коэффициентов рассеяния и поглощения света, а при наличии крупных частиц дополнительно по известным характеристике избирательного отражения — ср(л) и вероятности встречи светового луча с крупной частицей (3.

Объективным методом определения цвета моря является метод фотометрического определения гидрофотометром спектрального со­ става диффузного внутреннего света.

В практике для определения цвета моря чаще используется шкала цвета моря — шкала Фореля—Уле, которую можно отнести к приборам, дающим возможность полу-

2)приноса тех же веществ береговым стоком;

3)перемешивания поверхностных слоев, включающих пузырьки воздуха.

Люминесценция оказывает двоякое влияние на видимую окраску моря. С одной стороны, она создает дополнительную окраску, зави­ сящую от спектрального состава люминесцирующего потока (обы­ чно зеленую), а с другой стороны, изменяет поглощение света во­

дой, так как возбуждается лучами определенных длин волн (обы­ чно фиолетовыми).

Учесть изменение спектра поглощения света при люминесцен­ ции можно, положив коэффициент избирательного поглощения воды вместо т (А) •— F (л).

Собственное влияние люминесценции можно учесть, введя ко­ эффициент люминесценции б^А,). Тогда спектральный состав внут­ реннего света определится соотношением

176

При выводе формулы (5.24) было принято, что имеет место только молекулярное рассеяние и люминесценция. Если в воде к тому же находятся крупные частицы, не вызывающие люминес­ ценции, спектральный состав внутреннего света будет определяться еще более сложной формулой.

Цветение и свечение моря. Цветением моря называется изме­ нение окраски моря при скоплении в поверхностных слоях мельчай­ ших животных организмов—зоопланктона или растений — фито­ планктона.

Обычно цветение происходит при массовом развитии какого-ни­ будь одного вида планктона. Жгутиковые — перидинеи и ноктилюки, развиваясь иногда в огромных количествах, вызывают цветение в виде розовых, буро-красных, желтых или зеленоватых пятен и по­ лос. В открытых морских районах тропической зоны иногда наблю­ дается интенсивное развитие сине-зеленой водоросли — триходесмиум, наблюдаемое на протяжении десятков и даже сотен миль. В полярных районах за счет скопления бледно-розовых рачков не­ редко наблюдается красное или розовое цветение. Резко падает в это время и прозрачность воды.

Мельчайшие живые организмы приводят н к другому явлению — свечению моря. У разных организмов свечение может быть разного цвета: зеленоватое, синеватое, красноватое. Светящимися организ­ мами являются простейшие панцирно-жгутиковые организмы — перидинеп и ноктилюки (ночесветки), планктонные рачки (рапшак, или китовая пища), планктонные ракушковые и веслоногие рачки. Иногда свечение моря бывает настолько сильным, что его отблеск на облаках создает впечатление зарева огней далекого города или лучей прожектора.

Свечение моря демаскирует объекты, перемещающиеся в воде (корабли, шлюпки), так как оно возникает чаще всего при механи­ ческом раздражении светящихся организмов. Свечение может ока­ зать помощь мореплавателю при подходе к берегу, когда при нали­ чии светящихся организмов в воде светится полоса прибоя, буруны.

Свечение наблюдается и у крупных морских организмов: медуз, моллюсков, рыб. Однако их свечение отмечается хотя иногда и очень яркими, по только отдельными пятнами и демаскирующего значе­ ния не имеет.

§29. Оптические характеристики вод Мирового океана

Внастоящее время основными оптическими характеристиками вод Мирового океана служат относительная прозрачность и цвет моря. Хотя они и являются качественными, но обладают важным преимуществом — массовостью наблюдений и доступностью вос­ приятия. Как показано выше, они в некоторой степени отражают и объективные физические оптические характеристики: показатели поглощения, рассеяния и ослабления, материалы наблюдений над которыми весьма ограничены.

Обобщенные результаты таких наблюдений представлены в табл. 22 и в приложении 13.

Т а б л и ц а 22

Относительная прозрачность (глубина исчезновения белого диска) в различных районах Мирового океана

носительной прозрачности, наблюдаемые в открытых районах океа­ нов и морей. С приближением к берегу прозрачность воды обычно уменьшается. Меняется она также и в зависимости от сезона, умень­ шаясь обычно в летний период.

Распределение цветности моря можно охарактеризовать табл. 23, где представлен спектральный состав диффузного света, достигаю­ щего поверхности моря.

Т а б л и ц а 23

Цвет вод отдельных районов Мирового океана, определенный по спектральному распределению энергии диффузного света (по Н. Ерлову)

178

Наибольшая изменчивость цвета моря относится к поверхност­ ному слою моря. С глубиной цвет (преобладающая длина волны диффузного света) становится более «устойчивым» и практически не зависящим от сезона года.

Изучение оптических характеристик морской воды имеет важное теоретическое и практическое значение. Распределение основных оп­ тических характеристик позволяет судить о динамике вод Мирового океана. Н. Ерлов, используя в качестве основной оптической харак-

крытой части океанов и пять типов прибрежных вод — 1—5. Спек­ тральные кривые подводной освещенности (пропускания) в про­ центах представлены на рис. 5.18.

Естественно, что приведенная классификация в определенной степени схематична. При изучении оптических характеристик от­ дельных районов океанов и морей исследователи встречаются с боль­ шой их изменчивостью во времени и пространстве, обусловленной динамикой вод. Поэтому изучение оптических характеристик оказы­ вает большую помощь и в изучении динамики вод.

12*