Как вода поглощает свет
 |  |
Поглощение света водойОптически 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: где Fk — 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).
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:
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.
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. Источник Важен ли цвет приманки или как вода поглощает свет?
14.02.2021 Автор: Буераков В.С. У большинства любителей спиннинговой ловли есть любимая приманка или цвет, они утверждают, что их воблер, блесна или резина самая «рабочая». Попробуем разобраться насколько важен цвет приманки для рыбы? С научной точки зрения – не очень важно! Вода постепенно поглощает (абсорбирует) свет или блокирует его, в зависимости от длины волны. То есть цвета просто начинают «исчезать» под водой один за другим. Проходя через толщу воды «белый» солнечный свет начинает терять свою яркость (интенсивность) и быстро уменьшаться под водой.
Поглощение цвета в воде, напрямую зависит от длины волны, чем больше длина, тем выше поглощение (длина волн приведена в картинке). Таким образом, красные цвета с увеличением глубины «исчезают» первыми, а синие и фиолетовые сохраняют свой цвет на довольно большой глубине. Скорость, с которой происходит потеря цвета, зависит от интенсивности солнечного света, погодных условий и времени суток, закат на данный момент или рассвет, солнцепёк или пасмурная погода, прозрачная ли вода и каков её цвет, а также наличие планктона, водорослей и т.п. Даже в очень прозрачных океанических водах, удаленных от берега, менее 25 процентов солнечного света, попадающего на поверхность воды, будет проникать глубже чем на 10-15 метров. А глубины 100 метров достигнет менее 1% света, попадающего на поверхность воды. В пресноводных водоёмах потеря света ещё более сильная. Как уже упоминалось, красный цвет при заглублении исчезает первым из всех видимых человеческому глазу цветов, и, как правило, перестаёт быть видимым на глубине 5-6 метров от поверхности, и на 3-4 метрах в мутной воде. Следующим исчезает оранжевый, затем желтый, зеленый и голубой. Синий и фиолетовый проникают глубже всех из оттенков видимых человеческим глазом. Самые «стойкие» к заглублению – цвета с короткой длиной волны, находящиеся в ультрафиолетовом диапазоне, который могут видеть большинство рыб. В этом и заключается различие между тем, как мы видим приманки, и как их видят рыбы под водой. Белые воблеры и силиконовые приманки будут казаться голубоватыми или серыми под водой, а при увеличении глубины довольно быстро становятся тёмными. Красные приманки будут выглядеть темно-коричневыми или даже черными уже в нескольких метрах от поверхности. Примерно до 15 метров, даже в очень чистой воде, подводный мир, кажется, полностью состоит из оттенков серого, синего и черного. Стоит отметить, что поглощение цвета или изменение видимых цветов под водой происходит как в вертикальной, так и в горизонтальной или диагональной плоскостях. Таким образом, глубина 15 метров оказывает примерно такое же влияние на световые волны и восприятие цвета как и 15 метров горизонтального или диагонального разделения между объектом и наблюдателем. Другими словами, красный воблер будет выглядеть черным, если смотреть на него на глубине 15 метров, но он также будет казаться черным или, по крайней мере, коричневым или темно-серым, если смотреть на него со стороны, на расстоянии 15 метров, даже если он находится на глубине пол метра.
В заключении можно сделать вывод, что цвет приманки особенно актуален лишь на небольших глубинах, при максимально прозрачной воде. Поглощение цвета в воде делает смешным споры рыболовов о преимуществах одного цвета воблера или резины над другими, даже на большой глубине. Зачастую, задав вопрос о самом «уловистом» цвете приманки нескольким рыбакам, мы услышим совершенно разные ответы. Для достижения лучшего результата на рыбалке уделяйте больше внимания не цвету, а размеру приманки, её игре, а так же экспериментируйте с анимацией приманки и скоростью проводки. Источник Рассеяние и поглощение света в толще воды
Процессы поглощения и рассеяния определяются оптическими параметрами самой воды и находящимися в ней растворёнными и взвешенными веществами органического и неорганического происхождения. Вода, растворы и частицы имеют собственные коэффициенты поглощения и рассеяния. Ослабление потока излучения выражается коэффициентом аттенуации (к): где а — поглощение, б — рассеяние. В чистой воде рассеяние и поглощение происходят только на уровне молекул и ионов. Поглощение в чистой водой (рис. 45) минимально для волн длиной около 0,47 мкм [58]. В диапазоне волн более 0,6 мкм оно очень сильно увеличивается. Рассеяние b с увеличением длины волны сильно уменьшается. Ослабление (аттенуация) к в длинноволновом диапазоне света почти не отличается от поглощения вследствие очень малого рассеяния (рис. 45).
Рис. 45. Поглощение (а), рассеяние ( b) и ослабление (к) света чистой водой как функция длины волны [59]. (доступно только при скачивании полной версии) Голубой цвет глубоких прозрачных вод возникает в результате сильного рассеяния в коротковолновой части светового потока молекулами воды. Так как вода содержит органические и неорганические примеси, происходят дополнительные побочные оптические процессы. Прозрачность и цвет воды изменяются. В XIX веке швейцарский географ Ф.А.Форель изобрел прибор, измеряющий цвет воды. Он создал шкалу из химических растворов, всегда имеющих одни и те же оттенки. Шкалу эту называют ксантометром. Необходимо было доказать очевидное. Цвет воды, как и цвет всякого тела, определяется способностью пропускать, или отражать какие-либо цвета солнечного спектра. Снег, например, отражает белый цвет, лед пропускает солнечный свет насквозь, и оттого прозрачный, а вода в океане пропускает и отражает одновременно голубой цвет спектра. При этом считалось, что сама вода абсолютно бесцветна. В 1883 году бельгийский ученый Шпринг провел опыт с дистиллированной водой. Он доказал, что и в закрытой трубке даже очищенная вода некоторое время сохраняет голубой цвет, полученный от спектра. Кроме того стало ясно, что цвет воды не зависит от мельчайших частичек, рассеивание которых является причиной небесной синевы. Шпринг доказал, что вода, попадая в лучи спектра поглощает красные и темные части спектра, а голубые пропускает, и сама становится голубой на некоторое время. Кроме того на цвет воды в морях и океанах влияет ее химический состав. В океанах чаще всего темно-голубой цвет, только в некоторых местах он приобретает немного другой оттенок. Случается, что океанская вода кажется красной или приобретает оливковый оттенок. Изучая явление, ученые пришли к выводу, что такое окрашивание происходит из-за водорослей, находящихся в воде и обладающих подобным цветом. Именно они придают океану такую тревожную окраску. Взвешенные частички, которым небо обязано синевой, иногда все-таки попадают в океан. У берегов океанов часто можно обратить внимание на зеленые оттенки воды, что можно объяснить нахождением в ней взвешенных частичек. Но чаще всего мы можем любоваться голубой гладью океана. Примеси в воде, которые влияют на направленный вверх от воды поток излучения, можно объединить в три группы [59]: 1. Желтое вещество (гели) – к нему относятся все растворенные в воде органические соединения, которые сильно поглощают ультрафиолетовые и голубые лучи, в связи с чем вода приобретает желто-бурый цвет. 2. Взвешенное вещество (твердый сток), под которым понимают все частицы, присутствующие в воде. Они обусловливают очень сильное рассеяние света в воде, которое слабо зависит от длины волны излучения. В эту группу входят глинистые минералы, песок, зерна и обломки кварца и других минералов, целые и разрушенные скелеты планктона и других организмов. 3. Фитопланктон образует третью, особую группу взвеси. Необходимый в его составе для фотосинтеза пигмент благодаря хлорофиллу дает очень сильные полосы поглощения в голубой и красной зонах спектра излучения, по которым и определяется фитопланктон. Для дистанционного изучения твердого стока озер, рек и прибрежных вод океанов съемки лучше всего проводить в красной зоне спектра (0,6-0,7 мкм). В этой части спектра изменения возвращенного потока излучения от толщи воды, содержащей речную муть, сильнее, чем в более коротковолновом диапазоне.
На узкозональных снимках в красной зоне спектра воды с различным содержанием твердого стока (мутьевой взвеси) фронт и градиент различного содержания в толще воды речной мути (вид, размер и концентрация частиц) воспроизводятся особенно контрастно. Речь идет как об узкозональных фотоснимках, так и о сканерных изображениях. Так, наиболее подходящими для изучения твердого стока или речной мути вод оказываются изображения, полученные с помощью канала 5 многозонального сканера спутника «Лэндсат», т.е. в диапазоне 0,6-0,7 мкм (см. рис. 206-208). снимки «Лэндсат» могут предоставить ценную информацию также для изучения современных геологических процессов в крупных внутриконтинентальных водоемах и в прибрежных водах. Это утверждение касается учета и контроля таких динамических процессов, как поведение потока, перенос и отложение осадков поверхностными водами. Принесенный взвешенный осадок изменяет спектральные свойства воды. На поверхности воды и до определения глубин «тучи» и «хвосты» содержащегося в воде осадка отражают падающее световое излучение. Поэтому воды, содержащие осаждаемые частицы, на черно-белых снимках «Лэндсат» всегда выделяются более светлыми серыми тонами по сравнению с темным серым тоном свободной от взвешенного осадка воды Важным параметром при ДЗ является глубина проникновения сигнала. Она максимальна в чистой воде (в океане — 30-35 м, в озере Байкал — 40-45 м) и минимальна — с увеличением концентрации «мути», фитопланктона (рис. 3. 22). Глубина проникновения ЭМИ зависит от длины волны. В океане при X =0,5—0,6 мкм (зелёный спектр) излучение проникает на 15-18 м, а при X =0,6—0,7 мкм всего на 3 м. Получение количественной и качественной информации о примесях в воде и их концентрациях возможно по результатам многозонального сканирования. Источник  Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также  В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно |
