6. Elementy optyki morza

Question 1

Co to światło widzialne?

Answer 1

Jest to przedział długości fal od 360-380 do ok. 700 nm.

Question 2

Jaką naturę ma światło?

Answer 2

Dualistyczną; jest jednocześnie falą elektromagnetyczną, jak i strumieniem cząstek nazywanych fotonami.

Question 3

Do czego jest proporcjonalna energia fotonów?

Answer 3

Do częstotliwości światła.

Question 4

Jak energia promieniowania słonecznego wpływa na globalne procesy na Ziemi?

Answer 4

• wpływa na klimat
• zapewnia energię dla fotosyntezy

Question 5

Co wpływa na osłabianie promieniowania słonecznego?

Answer 5

• osłabianie przez chmury
• pochłanianie przez parę wodną
• pochłanianie przez ozon
• pochłanianie przez inne gazy (CO2, O2)
• rozpraszanie molekularne
• osłabianie na aerozolach

Question 6

Z jakiego promieniowania składa się światło słoneczne na granicy atm. ziemskiej?

Answer 6

• 50% z promieniowania podczerwonego,
• w 40% ze światła widzialnego i
• w 10% ze światła ultrafioletowego.
  (z czego 77% jest blokowane)

Question 7

Od czego zależy transmisja światła przez powierzchnię morza?

Answer 7

• kąta padania (prawo Snella i wzory Fresnela)
• stopnia sfalowania powierzchni morza

Question 8

Jakim procesom podlega światło w toni wodnej?

Answer 8

• absorpcji przez czystą wodę oraz substancje rozpuszczone i cząstki zawieszone, prowadzącej
  do zamiany energii promienistej na cieplną,
• rozpraszaniu na substancjach rozpuszczonych i zawieszonych w wodzie,
• fotosyntezy - zamiana światła na energię chemiczną
• fluorescencji -reemisja promieniowania przez chlorofil i inne optycznie aktywne pigmenty

Question 9

Które światło dociera najgłębiej?

Answer 9

• światło niebieskie (w czystych optycznie wodach),
• zielone (w wodach przybrzeżnych).

Question 10

Jakie są właściwości optyczne morza?

Answer 10

• rzeczywiste – zależą wyłącznie od właściwości wody morskiej i składników w niej rozpuszczonych i zawieszonych
• pozorne – rzeczywiste + od czynników zewnętrznych takich jak sfalowanie powierzchni, wysokość Słońca, zachmurzenie itp.

Question 11

Wzór na współczynnik osłabiania światła c(λ)

Answer 11

c(λ) = α(λ) + b(λ)
α(λ) - współczynnika absorpcji
b(λ) - współczynnika rozpraszania

Question 12

Wzór na współczynnik absorpcji

Answer 12

α(λ) = α_w(λ) + α_y(λ) + α_p(λ)

• α_w - absorpcja czystej wody,
• α_y - absorpcja przez substancje żółte,
• α_p - absorpcja przez zawiesiny.

Question 13

Dla jakiego światła absorbcja przez czystą wodę jest największa?

Answer 13

Większa dla światła o dużej długości fali, największa dla światła czerwonego

Question 14

Co to CDOM?

Answer 14

• Colored dissoleved organic matter - substancje żółte
• Są to produkty metabolizmu i rozkładu roślin i zwierząt morskich. - Powodują bardzo silną absorpcję światła zakresie ultrafioletowym.

Question 15

Co tworzy zawiesinę pochłaniającą światło?

Answer 15

Pigmenty - chlorofil, występujący w odmianach a, b i c, karotenoidy , fykoerytryna, fukoksantyna, fikocjanina

Question 16

Co może rozpraszać promienie w wodzie?

Answer 16

• cząstki zawieszone w wodzie
• niejednorodności samej wody
  polegające na różnicach gęstości
  sąsiadujących ze sobą cząstek

Question 17

Jakie są rodzaje rozpraszania światła?

Answer 17

• rozpraszanie na cząstkach małych w porównaniu z długością fali promieniowania (0.1-0.2·λ); rozpraszanie to nazywamy najczęściej molekularnym lub rozpraszaniem Rayleigha
• na cząstkach o wielkości porównywalnej z długością fali lub większych; rozpraszanie to nazywamy rozpraszaniem Mie.

Question 18

Na czym polega Teoria Rayleigha?

Answer 18

• opisuje elastyczne rozpraszanie światła na cząstkach znacznie mniejszych niż długość fali światła

Wnioski:
- im promieniowanie bardziej krótkofalowe, tym silniejsze rozpraszanie
- symetria rozkładu natężenia promieniowania

Question 19

Na czym polega Teoria Mie?

Answer 19

• rozproszenie światła na cząstkach, które mają średnicę podobną lub większą niż długość fali padającego światła

Wnioski:
* Brak wyraźnej zależności od długości fali
* Rozpraszanie Mie jest znacznie silniejsze niż rozpraszanie Rayleigha

Question 20

Wzór na transmisje światła w toni

Answer 20

dE↓/dz = -k_d(λ)E↓

-k_d(λ) - współczynnik dyfuzyjnego osłabiania światła
E↓ – oświetlenia odgórne (strumień promieniowania padający
na jednostkę powierzchni)

E↓(z) = E↓₀e^-k_dz
E↓₀ - oświetlenia odgórne na powierzchni

Question 21

Od czego zależy kolor wody?

Answer 21

• rozpuszczone składniki wody
• zawieszone składniki wody

Światło rozproszone wstecz nadaje wodzie charakterystyczny kolor i przenosi informacje o składnikach oceanów.

Question 22

Jakie są składowe sygnału?

Answer 22

1. Promieniowanie odbite
2. Radiacja drogowa
3. Promieniowanie wychodzące z wody

Question 23

Jakie są składniki optycznie czynne?

Answer 23

• molekuły wody
• fitoplankton zawierający barwniki
• inne cząstki zawieszone w wodzie (organiczne/nieorganiczne)
• rozpuszczona materia organiczna

Badane przez teledetekcję

Question 24

Od czego zależy pozorny kolor wody?

Answer 24

Głównie od właściwości absorpcyjno-rozpraszających składników wody morskiej, ale też od oświetleni odgórnego.

Question 25

Do czego służy fluorymetr?

Answer 25

Fluorymetr to urządzenie pomiarowe stosowane w oceanografii do pomiaru stężenia chlorofilu i innych substancji na podstawie fluorescencji. Po wzbudzeniu chlorofil emituje promieniowanie zwrotne.

Question 26

Jakie są zastosowania fluorymetru w oceanografii?

Answer 26

* pomiar stężenia chlorofilu in vivo * szkodliwe zakwity alg (HAB) * rozlewy olejowe * barwniki (fluoresceina, rodamina)