Ослабление света водой

Поглощение и рассеяние световой энергии водой ослабляет свет. Параллельный пучок световых лучей ослабляется по тому же показательному закону:

(4)

где F_ε - монохроматический световой поток, прошедший через слой воды;

ε - показатель ослабления.

Коэффициент пропускания водой направленного света θ зависит от показателя ослабления света и толщины слоя воды х:

(5)

Прозрачность характеризуется коэффициентом пропускания света толщей воды, равной 1 м.

Основную роль в ослаблении света для оптически чистой воды играет поглощение света водой. Однако в средней части видимого спектра становится заметным и рассеяние (см. рис. 1). Наибольшая прозрачность для чистой воды будет на участке спектра 460-520 ммк. (голубой и зеленый цвета). В этом случае слой воды толщиной 5 м в состоянии ослабить свет всего лишь как обычное оконное стекло (рис. 3). Минимальное значение ε равно 0,01 ¹/_м, но оно резко возрастает к границам спектра.

Рис. 3. Спектральная прозрачность предельно чистой воды в сравнении с различной природной водой

Показатель рассеяния от для природных вод в верхних слоях водоема близок по значению к показателю поглощения k. Показатель рассеяния в этих случаях составляет 50-70% от показателя ослабления.

На практике прозрачность воды часто оценивают по глубине видимости белого диска диаметром 300 мм. Глубина видимости диска определяется как сумма двух измерений (глубины исчезновения диска при погружении и глубины появления диска при его подъеме), разделенная пополам.

Прозрачность воды и как оценка прозрачности - глубина видимости белого диска Z - зависят от ослабления освещенности (рассеяния и поглощения света водой). Для приближенных расчетов и определения показателя ослабления можно пользоваться формулой Гершуна:

Однако следует помнить, что для различных водоемов коэффициент меняется. По замерам Аткинса и Грехема, в водах Атлантического океана он равен 2,2.

Прозрачность природных вод различна как в разных водоемах, так и в одном и том же водоеме: она зависит от времени года, погоды, течений и ветров. Видимость белого диска для природных вод колеблется от нескольких десятков сантиметров до 70 м. В табл. 1^* приведены глубины видимости диска в различных водах мира. Из таблицы видно, что увеличение видимости белого диска возрастает при удалении от материкового берега.

^* (Упомянутые в тексте таблицы даны в приложении к книге.)

Прозрачность воды - один из основных факторов, влияющих на освещенность под водой.