Поглощение света водой

Оптически чистая вода, то есть вода, свободная от окрашивающих веществ и механических примесей в определенной закономерности ослабляет световой поток

Поглощение водой светового монохроматического потока, образующего пучок параллельных лучей, определяется по показательному закону:

(1)

где F_k - световой поток, пропущенный слоем воды;

F₀ - входящий поток монохроматического света;

х - толщина слоя воды, через который проходит поток света, м;

k - показатель поглощения слоя воды, ¹/_м (обратные метры).

Рассмотрим график кривой поглощения для оптически чистой воды (рис. 1).

Рис. 1. Кривые поглощения, рассеяния и ослабления света оптически чистой водой. Изменение показателей k, σ, ε, зависящее от длины волны света

Морская вода, очищенная от механических примесей, практически обладает физическими характеристиками, близкими по значению к характеристикам оптически чистой воды. Из графика видно, что наименьшее поглощение соответствует длине волны света около 490 ммк (т. е. синему цвету) при k = 0,006 ¹/_м. На этом участке спектра вода очень незначительно поглощает световой поток. Потери в таком случае составляют 1,5% при пути света длиной в 1 м. На участке спектра красного цвета с длиной волны около 720 ммк показатель поглощения достигает наибольшего значения. В этом случае k = 1 ¹/_м, а на границе с ультрафиолетовым излучением -0,05 ¹/_м.

Поглощение света в природной воде в области видимого спектра (с достаточной степенью точности) можно считать как сумму двух поглощений:

• поглощение света взвешенными в воде частицами
• поглощение света оптически чистой водой.

Наличие в природной воде взвешенных частиц, различных форм и материалов значительно увеличивает общее поглощение светового потока. На графиках (рис. 2) приводятся кривые поглощения света для морской воды.

Рис. 2. Показатели k, σ, ε для естественного водоема

Из сравнения кривых поглощения (см. рис. 1 и 2) видно, что в интересующей нас области спектра ослабление света происходит в основном поглощением его взвешенными частицами.

Морская вода имеет коэффициент поглощения больший, чем оптически чистая вода; речная и озерная воды обладают еще большим поглощением. Весьма прозрачные природные воды в видимой области спектра имеют значение k = 0,02 ¹/_м, в то время как загрязненные воды могут иметь значение k = 2 ¹/_м. На каждом метре природной воды может быть потеряно за счет поглощения от 5 до 99% падающего светового потока.

Поглощенный свет потерян для фотографирования; в этом случае поглощенная световая энергия расходуется на нагревание среды, заставляя колебаться материальные частицы. Непоглощенная световая энергия рассеивается частицами в разные стороны.

Потери от поглощения света в водной среде не могут сильно повлиять на получение качественных снимков. Эта потеря компенсируется применением светосильных объективов и высокочувствительных эмульсий негативных пленок. Хорошие результаты можно получить, снимая предметы под водой на близком расстоянии или пользуясь источниками искусственного света, увеличивая освещенность.

Но наибольшие затруднения при подводном фотографировании вызываются не поглощением света, а его рассеянием.