О В Курілов - Гідробіологія - страница 11

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 

У ряді випадків зі зниженням температури рівень обміну та росту падає, але це часто порозумівається не фізико-хімічними, а біологічними закономірностями. Наприклад, узимку зниження обміну, коли їжі мало, охороняє гідробіонтів від виснаження. Точно так само енергетично вигідніше знизити метаболізм після відгодівлі в поверхні і наступного занурення в більш холодні глибинні шари, де мігранти не харчуються.

Значно сильніше, ніж на обміні та рості, позначається підвищення температури на швидкості розвитку організмів. У результаті дуже часто простежується здрібнення особин у більш теплих водах. Аналогічна реакція на підвищені температури виявляється і в лабораторних умовах.

Багато гідробіонтів періодично піддаються дії негативних температур, і в них виробляються адаптації, що попереджають замерзання соків тіла. В основному вони зводяться (якщо не говорити про реакції запобігання небезпечних зон) до зниження точки замерзання соків і підвищенню їхньої здатності до переохолодження. Завдяки таким адаптаціям багато літоральних організмів витримують зниження температури до -10°С. Наприклад, такі температури витримують мідії. Оживає після тривалого вмерзання в лід риба далія. Активний спосіб життя при -2°С ведуть арктичні і антарктичні риби, зокрема сайка, нототенія та ін. Замерзання соків тіла попереджається виробленням спеціальних антифризів - глікопротеїдних молекул, які, впливаючи на водневі зв'язки між гідролями, послабляють структуру льоду так, що він тане. Концентрація антифризу в крові риб пропорційна небезпеці замерзання. У деяких безхребетних роль антифризу виконує гліцерин, що знижує точку замерзання і переохолодження. Його гідроксильні групи, взаємодіючи з водою, зменшують агрегацію молекул останньої, знижують її структурованість і можливість утворення льоду.

8.5 Населення різних температурних зон Світового океану та континентальних водойм. Вплив температури на просторово-часовий розподіл гідробіонтів

На глибинах температура океанської води постійна протягом усього року і лежить у межах від -1,7 до -2°С. Температура поверхневих океанських вод залежить від їхнього географічного положення, сезону, характеру течій і багатьох інших факторів. У тропічній зоні вона досягає 26-27°С, на широті 40° падає до 13-14° С, у приполярних зонах опускається до 0°С и нижче. У водах тропічних і помірних температура із просуванням у глибину падає, у полярних - трохи підвищується. Значні коливання температури поверхневого шару океанської води спостерігаються в помірних зонах у зв'язку із чергуванням сезонів року. З віддаленням від поверхні ці коливання усе більше згладжуються, і на глибині 300-400 м зникають зовсім. Термічний режим окремих океанських зон у сильному ступені визначається характером циркуляції водних мас. Наприклад, екваторіальні води, відхиляючись у своїй течії до півночі і півдня, утворюють зону дивергенцій, що йде вздовж лінії екватора. Відтік екваторіальних вод у цій зоні компенсується підйомом холодних глибинних вод, причому вся зона вміщається в інтервалі між двома ізотермами в 27°С, тоді як у її центральній частині, тобто на лінії екватора, температура води не перевищує 25°С.

Підйом до поверхні холодних глибинних вод, або апвелінг, спостерігається і вздовж меж, що відокремлюють північну і південну пасатні течії від міжпасатної. Виходи холодних глибинних вод до поверхні мають місце уздовж західних берегів Африки, Індонезії, Австралії і Південної Америки. Пасати несуть звідси поверхневі води, і їхній відтік компенсується виходом глибинних.

У зв'язку з різним рівнем прогрівання поверхневих вод Світового океану в ньому розрізняють (до глибини 500-1000 м) 5 температурних зон: тропічну, бореальную, що лежить на північ, а на південь - нотальну і дві приполярні - арктичну і антарктичну. Тропічна область розташована приблизно між 40° півн. шир. і 40° півд. шир., її межею служить зимова ізотерма 15°С. Сезонні коливання температури тут рідко перевищують 3­4°С. Північна межа бореальної зони лежить приблизно на 60° півн. шир. і визначається присутністю льодів у літню пору, тобто відповідає літній ізотермі 0°С. Температурні коливання тут досягають 8-12°С, середня температура дорівнює 8-10°С. Південна межа нотальної зони проходить між 50 й 60° півд. шир. Середня температура тут дорівнює 7-8° С, її коливання звичайно не перевищують 6-8°С. В арктичній і антарктичній областях температура води цілий рік близька до 0°С, її сезонні коливання не перевищують 2-3°С. Зміна температурних умов із просуванням з низьких широт у високі відбувається в поверхневому шарі води і на дні вобласті континентального шельфу. Для гідробіонтів має значення не тільки охолодження вод з віддаленням від екватора, але також зміна амплітуди добових і сезонних змін температури.

Кожна з температурних зон має характерне населення. Серед великих мешканців арктичної зони можна назвати моржів, білих ведмедів, полярну трісочку, нельму. Для бореальної зони характерні тріскові, оселедцеві, камбалові та лососеві риби, для тропічної - летучі риби, тунці, рифоформуючі корали і мангри з їхньою особливою фауною. У нотальній зоні зустрічаються свої види анчоусів, сардин, китів; антарктичної -пінгвіни, вухасті тюлені та ін. Часто види по своєму походженню відносяться до однієї зони, а живуть в іншій. Тоді до їхньої назви по місцю перебування додається приставка, що вказує на зону походження. Наприклад, арктичні види, що живуть у бореальнії зоні, називаються арктобореальними, у зворотному випадку - бореарктичними.

Біомаса і чисельність гідробіонтів у напрямку від помірних широт до низьких звичайно знижуються. Наприклад, у Тихому океані із просуванням з помірних зон до екватора біомаса зоопланктону знижується в 5-10 разів, бентосу - в 40-80 разів, риб - в 2-3 рази. Тільки поблизу екватора і в деяких районах, де внаслідок інтенсивного перемішування води в ній міститься значна кількість біогенів, біомаса пелагічних і бентосних організмів знову підвищується.

Особливо сильно кількісне збідніння населення із просуванням до екватора позначається на глибинах. Якщо, наприклад, по багатству літорального бентосу тропіки мало поступаються середнім широтам, то на глибинах 2-5 км спостерігається різниця в 10, 100 і навіть в 150 разів. В поверхневих водах тропіків біомаса планктону звичайно в 5-10 разів нижче, ніж у відповідному шарі помірних і приполярних зон. На глибині 100-1000 м порівнювані біомаси розрізняються вже в 15-30 разів, а на глибині 4000 м - в 100 разів і більше.

Основна причина кількісної бідності населення багатьох районів тропічної зони полягає в нестачі біогенів, що обмежує чисельність фотосинтезуючих рослин і, відповідно, тварин що харчуються ними. Бідність поверхневого шару тропічних вод живильними солями насамперед пояснюється дуже слабким виносом їх сюди із глибин, тому що перемішування води в цій зоні дуже незначне. У тих тропічних водах, де перемішування вище і, отже, більше біогенів виноситься до поверхні, кількість організмів відразу ж зростає. Така картина спостерігається, зокрема, в області міжпасатної (екваторіальної) протитечії і в деяких інших районах. Певною мірою кількісна бідність населення багатьох тропічних районів пов'язана з високою температурою. З її підвищенням інтенсивність обміну речовин у пойкілотермних організмів росте, і для існування однієї і тієї ж біомаси в тропіках потрібно більше їжі, ніж у помірних і приполярних областях.

В протилежність кількісним показникам видове різноманіття гідробіонтів із просуванням до тропіків не убуває, а зростає. Наприклад, у водах Малайського архіпелагу живе близько 40 тис. видів тварин і рослин, у Середземному морі - близько 6-7 тис., у Північному - менш 4 тис., у Баренцевому - близько 2500, у морі Лаптєвих - тільки 400. Число видів водоростей у районі Малайського архіпелагу, у Середземному, Баренцевому і Карському морях відповідно дорівнює 860, 550, 192 і 65. Причина зростання видового багатства із просуванням у низькі широти -насамперед сприятливі температурні умови. Крім цього, позитивно позначається на видовому багатстві тропічних районів величезність їхньої акваторії і значна розвиненість берегової лінії (в 10-12 разів вище, ніж у високих широтах). Завдяки цьому створюється велике біотопічне і, відповідно, видове різноманіття.

Є дані про те, що широтний розподіл бактерій не укладається у звичну схему. У ряді південних морів (від Чорного до Середземного, Червоного і до Аденської затоки) і в міру просування від більш високих до низьких широт Атлантичного та Індійського океанів спостерігається зменшення видового різноманіття гетеротрофних бактерій при наростанні їхньої чисельності і ступеня гетеротрофності. При цьому зберігається зворотна кореляція між чисельністю (біомасою) і видовим різноманіттям населення. Передбачається, що із просуванням у низькі широти можливості використання бактеріями практично необмежених запасів їжі зростають (підвищення швидкості розкладання розчиненої органіки з підвищенням температури), і це визначає інверсію їхнього географічного розподілу. У цілому чисельність бактерій в екваторіально-тропічній зоні в 2,5-4,5 рази вище, ніж у полярній.

Із просуванням до екватора відбуваються характерні зміни в співвідношенні чисельності окремих груп. Так, кількість діатомових у низьких широтах падає, а дінофітових - зростає. У порівнянні з останніми діатомові більш вимогливі до фосфатів, і зниженням їх концентрації із просуванням до екватора пояснюється зміна у співвідношенні чисельності порівнюваних водоростей, що йде в цьому ж напрямку. У зоні міжпасатної протитечії, де підвищується кількість фосфатів, значення діатомових зростає. Із трьох основних відділів донних водоростей-макрофітів, притаманним всім широтним зонам, у відносно холодних водах більше бурих (40-43%) і менше зелених (12-13%). У теплих водах бурих водоростей (18%) менше, ніж зелених (24%). Відносне значення червоних водоростей у холодних і теплих водах міняється слабко (46-55%). З переходом до більш низьких таксонів розходження в населенні теплих і холодних вод виражені різкіше. Наприклад, ряд ламінарієвих і сімейство фукусових зустрічаються тільки в помірних і холодних водах, а сімейство саргасових, навпаки, властиво тільки теплим водам.

Тільки в тропіках живуть кіленогі молюски і коралові поліпи, нездатні існувати при температурі нижче 20°С. Майже винятково в цій області зустрічаються планктонні корененіжки, сифонофори, деякі медузи, планктонні поліхети Аісіорісіае, планктонні черевоногі молюски Janthina, сагіти й сальпи. З водоростей тільки при 20°С і вище зустрічаються синьозелені Trichodesmium, більшість видів Syracosphaera (коколітофориди) і деякі види дінофітових водоростей. Вкрай характерні для тропіків коралові рифи і мангрові зарості.

Слід зазначити, що із просуванням з високих широт у низькі, різноманіття зообентосу в шельфовому районі відповідно до загального правила підвищується, однак ця закономірність властива тільки зпіфауні, але не інфауні, оскільки зміни амплітуди температур, від яких найбільшою мірою залежить видове багатство населення, у ґрунтах виражені менше, ніж над ним. Із просуванням з помірних зон у більш високі широти фауна Світового океану збіднюється.

Як правило, розміри гідробіонтів дрібніють із просуванням з високих широт у низькі. Поряд із зменшенням розмірів тварин знижується їхня жирність. З біологічної точки зору накопичення жиру організмами тропіків, де майже немає сезонних змін в умовах життя, не може мати того адаптивного значення, як у форм високоширотних, у яких харчування може виключатися на тривалий час і тому потреба в запасних живильних речовинах вище. Відзначені характерні зміни в складі ліпідів у риб, що живуть у різних широтних зонах. Наприклад, у північних видів роду Salmo чітко простежується тенденція до підвищення відносного змісту структурних (ефіри стеринів) ліпідів; аналогічна різниця спостерігається при порівнянні північних і південних популяцій одного виду. У теплолюбних риб в міру просування із Середземного моря в Чорне, а із Чорного в Азовське зменшується швидкість білкового росту і збільшується швидкість жиронакоплення; у холодноводних риб обидва процеси в Середземному морі вище, ніж у Чорному. Як правило, із просуванням у низькі широти біотичні відносини стають більш напруженими. Відносне значення хижаків зростає. Відповідно зростає «озброєність» гідробіонтів (розвиток колючок, шипів та інших захисних структур), зростає число отрутних видів. Особливо багато їх стає серед прикріплених і малорухомих форм; токсичність служить захистом від хижаків, вірусів, бактерій, личинок перифітонтів. У бактерій у низьких широтах частіше зустрічаються штами, що проявляють антагоністичні властивості, зростає ступінь ауксогетеротрофії по кобаламіну, що загострює відносини між бактеріями і водоростями. Із просуванням у низькі широти різко зростає число бентосних тварин з пелагічними личинками, серед яких все більшого значення набувають ті, які існують тривалий час. Поступово з'являються і стають численніше багаторічні рослиноїдні тварини.

Питання для самостійного вивчення

1. Температура як фактор навколишнього середовища.

2. Значення температури для гідробіонтів.

3. Адаптації гідробіонтів до різних температурних умов.

4. Вплив температури на фізіологію гідробіонтів. Рівняння Ареніуса.

5. Вплив температури на якісний та просторово-часовий розподіл гідробіонтів.

9 ВПЛИВ КОМПЛЕКСУ ФАКТОРІВ НА ВОДНІ ОРГАНІЗМИ 9.1 Водневі іони та окислювально-відновний потенціал

Концентрація водневих іонів у природних водах досить стійка, оскільки вони завдяки присутності карбонатів являють собою сильно забуферену систему. При відсутності карбонатів рН води може знижуватися до 5,67, коли є її повне насичення вуглекислим газом. У сфагнових болотах рН може знижуватися до 3,4, тому що, з одного боку, у їхній воді мало карбонатів, а з іншого боку - присутня сильна сірчана кислота. Під час інтенсивного фотосинтезу рН може підніматися до 10 і більше внаслідок майже повного зникнення з води вільного СО2 (споживаного рослинами) і підлуговування середовища карбонатами. У морських водах рН звичайно дорівнює 8,1-8,4. Природні води із рН від 3,4 до 6,95 називаються кислими, із рН від 6,95 до 7,3 - нейтральними й із рН > 7,3 - лужними. У тому самому водоймі рН протягом доби може коливатися на 2 одиниці і більше: уночі вода підкисляється вуглекислим газом, що виділяється в процесі дихання, удень підлуговується в результаті споживання СО2 рослинами. У ґрунтах озер і боліт рН звичайно нижче 7, у морських відкладах він часто вище 7. Наприклад, рН червоної глини, одного з найпоширеніших океанських ґрунтів, дорівнює 7,05-7,41.

Екологічна дія рН, очевидно, позначається через зміну проникності зовнішніх мембран і водно-сольового обміну в організмів. Серед останніх розрізняють форми стеноіонні, що живуть у водах з коливаннями рН в 5-6 одиниць, і евриіонні, що витримують більші зміни цього фактора. З евриіонних форм можна назвати личинок комара Chironomus, здатних витримувати коливання рН від 2 до 10, рачків Cyclops languidus і Chydorvis ovalis, коловерток Anuraea cochlearis та ін.

Стеноіонні форми, що віддають перевагу кислим водам, називаються ацидофільними, ті що живуть у лужних водах - алкалифільними. До перших, зокрема, належать джгутикові Cartesia obtusa і Astasia, коловертка Elosa worallii та інші мешканці сфагнових боліт, що живуть у воді із рН до 3,8 і не зустрічаються в нейтральних і лужних водах. Прикладомалкалифільних гідробіонтів є молюски з вапняною раковиною, що живуть у водах із рН > 7. Бентосні форми прісних вод, що живуть в умовах деякого підкислення середовища, помітно легше витримують відхилення рН убік менших величин, ніж більших. З віком стійкість гідробіонтів до зрушення рН підвищується. Так, молоді рачки Gammarus pulex гинуть у воді із рН 6-6,2 через 1,5-2 доби, а більші - через 5 діб.

Характеристика окислювально-відновного потенціалу (Е/) дається звичайно або в мілівольтах, або у величинах гН (логарифм величини тиску молекулярного водню, взятий зі зворотним знаком).

Вода морських і прісних водойм, що містить значну кількість кисню, має позитивний Е/ порядку 300-350 мв, тобто є середовищем окисленим, і величина гН у ній може доходити до 35-40. У придонних шарах води, де вміст кисню різко падає, Е/ стає негативним, гН падає до 15-12, а в присутності сірководню ще нижче. При очищенні стічних вод в умовах анаеробного окиснення Е/ середовища дорівнює від -400 до -200 мв, у мулі що розкладається від -295 до -200 мв, у свіжому мулі від -75 до -100 мв, у сирій стічній воді 0-400 мв, в очищеній - до 1000 мв.

В найбільшій мірі Е/ ґрунтів залежить від стану таких рівноважних систем, як Ее3+^Бе2+; Мп3+<->Мп2+; 82+<->8°. На величину Е/ впливає як відносна, так і абсолютна кількість рухливих форм Бе, Мп, Б та інших елементів зі змінною валентністю. Співвідношення в ґрунті їх закисних і окісних форм, що визначає величину Е/, залежить від вмісту і складу органічних речовин, температури, бактеріальний діяльності та інших факторів. В океанських відкладах Е/ поверхневих шарів ґрунту, як правило, позитивний і змінюється від 0 до 200-500 мв і більше, тобто відклади сильно окислені; на глибині декількох десятків сантиметрів Е/ може падати до -300 мв і більше, тобто ґрунти стають середовищем відновленим. В озерних ґрунтах з великим вмістом органічних речовин Е/ звичайно негативний, особливо в присутності сірководню.

Зі зміною величини редокс-потенціалу поведінка гідробіонтів може різко мінятися. Наприклад, личинки комара ЄМтштш dorsalis з падінням Е/ до негативних величин змінюють знак фототаксису з негативного на позитивний і спливають до поверхні води. Сірчані бактерії найбільш інтенсивно окислюють сірководень, коли Е/ води вище 60 мв; коли Е/ <60 мв, інтенсивність окиснення сірководню знижується через брак окислювачів.

9.2 Світло

Особливо велике екологічне значення світло має для фотосинтезуючих рослин. Через його недостатність вони, наприклад, повністю відсутні в багатокілометровій товщі глибинних океанічних вод. Рідше спостерігається картина, коли рослини страждають від надлишкусвітла і відсутні в поверхневому шарі води, коли його освітленість стає для них надмірною.

Більшості тварин світло потрібне для розпізнавання середовища і орієнтації рухів, часто воно має сигнальне значення, що визначає багато сторін життєдіяльності гідробіонтів. Під контролем світлового фактора відбуваються грандіозні міграції зоопланктону і багатьох риб, коли щодоби мільярди тонн живих організмів переміщуються на сотні метрів з поверхні в глибину і назад. У ряді випадків виявлена безпосередня дія світла на тварин як фактора, що впливає на життєво важливі біохімічні процеси, зокрема на синтез вітамінів. Для коловерток Brachionus rubens простежений вплив світлового фактора на зміну форм розмноження. Зміною світлового режиму контролюються в каракатиці Sepia officinalis терміни статевого дозрівання і відкладення ікри. У молюсків-ставковиків недостача освітленості викликає зниження плідності. У дуже великому ступені залежить від світла забарвлення гідробіонтів, яке в деяких тварин може навіть мінятися, забезпечуючи маскування на тім або іншому ґрунті (камбали, скорпени та ін.).

На життєдіяльність гідробіонтів впливає не тільки сила світла, але і його якість. У сонцевика Actinophrys sol, культури якого освітлювалися різним світлом, чисельність особин знижувалася з переходом від коротких хвиль до довгих. Рачки Daphnia pulex інтенсивніше розмножувалися, але були дрібнішими при освітленні їх поляризованим світлом. Стосовно світла розрізняють еври- і стенофотні форми (photos - світло), а серед останніх - оліго-, мезо-, поліфотні (тіньолюбні, ті що віддають перевагу середньому рівню освітленості, і світлолюбні). До поліфотних форм відносяться організми нейстону, до олігофотних - багато мешканців дна, особливо ті що живуть на нижній поверхні каменів.

9.2.1 Сигнальне значення світла

Сигнальне значення світла відбивається через фотодинамічний ефект, тобто через ті або інші рухові реакції. У багатьох гідробіонтів чітко виражений фототропізм, причому в планктонних форм він частіше позитивний, у бентосних - негативний. У переважного числа фотонегативних бентосних тварин личинки світлолюбні, завдяки чому якийсь час тримаються в товщі води, де знаходять для себе більш сприятливі умови (їжа, кисень). Переміщення личинок токовищами води забезпечує малорухомим бентосним формам можливість широкого розселення у водоймі. З віком личинки стають фотонегативними і, опускаючись на дно, переходять до бентосного способу життя. Знак фототропізму може мінятися залежно від стану зовнішнього середовища. В умовах різкого дефіциту кисню дуже багато представників прісноводного бентосу з фотонегативних стають фотопозитивними і, орієнтуючись насвітло, спливають до поверхні, де респіраторні умови краще. Подібна картина спостерігається у випадку різкого підвищення концентрації ряду шкідливих речовин. Висока освітленість як би символізує для тварин чистоту води, оскільки біля дна вона містить більше розчинених речовин, ніж у поверхні.

В умовах сильного освітлення фотопозитивні організми можуть здобувати негативний фототропізм і запобігати світла. Із цієї причини в прозорих водоймах під час високого стояння сонця багато водоростей переміщуються із самого поверхневого шару води на глибину декількох метрів, уникаючи дії шкідливої зайвої радіації. Наприклад, водорості Gymnodinium коуаїеУ8куі і Ргогоеепїгит тіеат стають фотонегативними при освітленості 20 тис. лк. яка вже гальмує фотосинтез.

Знак фототропізму не являє собою постійну властивість організмів, а змінюється, маючи пристосувальне значення. Орієнтуючись на світло, гідробіонти знаходять для себе найбільш вигідне положення в просторі. Особливо велике значення це має для морських планктонних організмів, які, здійснюючи регулярні добові міграції, уночі піднімаються до поверхні води, а вдень опускаються на глибину 100-200 м. У більшості випадків початок підйому і опускання визначається часом настання тієї або іншої освітленості, і в такий спосіб світло набуває для організмів сигнального значення. Значну роль грає світло і в прояві вертикальних міграцій у бентосних форм, коли вони спливають у товщу води заради розселення, розмноження та інших потреб.

9.2.2 Сприйняття світла гідробіонтами

Фоторецепція у водних організмів розвинена трохи слабкіше, ніж у наземних, у зв'язку з порівняно швидким вгасанням світла у воді. По цій же причині гідробіонти відрізняються короткозорістю. У більшості риб ближня границя різкого бачення лежить у межах від 0,1 мм до 5 см, хоча вони можуть налаштовувати свої очі на нескінченність. Ще більш короткозорі безхребетні тварини. Очевидно, дальність бачення у воді, у зв'язку зі швидким поглинанням у ній світла, не має того значення, як на суші. З іншого боку, короткозорість корисна для розпізнавання дрібних об'єктів, якими дуже часто харчуються гідробіонти. Так, прісноводна американська рибка Ьеротія добре розрізняє 2-мм рачків на відстані 1 см. Низька освітленість обумовила здатність гідробіонтів розрізняти дуже слабко освітлені предмети. Так, Ьеротія уловлює світло інтенсивністю в одну десятимільярдну частину денного, яка не сприймається людським оком. В глибоководних риб, що мають величезні, так звані телескопічні очі, здатність до сприйняття слабких світлових подразнень ще вище. На глибинах понад 6 км видючі тварини, ймовірно, відсутні. Зоровий індекс (відношення видючих форм до загального числа видів) для населенняокеанів зменшується з глибиною і віддаленням від екватора: наприклад на широті 60° пд. ш. рівна кількість сліпих і видючих форм спостерігається на глибині 150-500 м, у тропіках - на глибині 1200-1400 м.

Деякі водні тварини здатні розрізняти поляризоване світло і орієнтувати свої рухи відповідно до площини поляризації. По сонцю і блакитному піднебінню (поляризоване світло) орієнтує свої рухи бокоплав ТаШтш яаиаіог; якщо помістити над рачком поляроїд і почати його обертати, то відповідно повертається й рачок. Така ж реакція виявлена в багатьох інших ракоподібних.

9.2.3 Світлові умови у воді

Світло, що падає на поверхню води, частково відбиваючись від неї, проникає в глибину, де поглинається і розсіюється молекулами води та інших речовин, а також зваженими частинками. При стрімкому падінні радіації вона відбивається на 2%, зі зменшенням кута падіння до 30 й 5° -на 25 й 40% відповідно. Якщо гладкість водної поверхні порушується (хвилювання), ступінь відбиття падаючої радіації помітно зростає. Поглинання проникаючого світла водою неоднаково для променів з різною довжиною хвилі і визначається по формулі:

1г _ 10   є ,

де Іг - енергія радіації, що дійшла до глибини 2, І0 - енергія падаючої радіації, т - коефіцієнт, що залежить від оптичних властивостей води і довжини хвилі променів (А). Величина коефіцієнта т досягає 0,402 для червоних променів (Х=670-680 нм), для зелених (X =520-560 нм) і синіх (440 нм) він дорівнює 0,021, тобто в 20 разів нижче. Внаслідок цього із просуванням в глиб водної товщі спектральний склад падаючої сонячної радіації сильно змінюється. У природних водах, що містять велику кількість різних зважених частинок, коефіцієнт поглинання всіх променів значно підвищується. Паралельно поглинанню світла в товщі води відбувається його розсіювання, тобто відхилення променів в усі сторони від первісного напрямку молекулами води та іншими частинками. Ослаблення світлового потоку за рахунок розсіювання виражається рівнянням, аналогічним попередньому:

1г      10   є ,

де к - коефіцієнт молекулярного розсіювання, що залежить від довжини променів (к = 0,000156^1). Отже, короткохвильові промені розсіюються молекулами води сильніше довгих (наприклад, сині в 3 рази сильнішечервоних). Зважені у воді частинки переважно розсіюють довгохвильові промені; розсіювання світла зваженими частинками в природній воді може перевершувати молекулярне в десятки й сотні разів. Сумарне ослаблення світла за рахунок його поглинання і розсіювання виражається рівнянням:

Іг _ Іо - є'(к+т)2,

де (к+т) - сумарний коефіцієнт загасання світла.

Під прозорістю води (і) розуміється відношення потоку випромінювання, що пройшло через шар товщиною 2 (Іг), до вхідного (І0):

р _ Іл_ _    -(к+т)2 1 0

Як деяка характеристика прозорості води служить глибина, на якій стає невидимим білий диск діаметром 30 см (диск Секкі). Прозорість по диску Секкі (П) досить тісно корелює з коефіцієнтом загасання світла: наприклад, у Білому морі відношення П-(к+т) рівняється 1,7, у Каспійському і Чорному морях - 1,8.

9.2.4 Колір води

Колір води як і її прозорість, залежить від вибірковості поглинання і розсіювання різних променів, і визначається відношенням світлового потоку, що виходить із води, до падаючого на її поверхню. Від кольору води варто відрізняти забарвлення поверхні водойм, що на відміну від першого залежить від погодних умов (хмарність, вітер, хвилювання) і кута зору. Наприклад, близькі ділянки здаються більш темними, ніж віддалені, які у великих водоймах зливаються на обрії по своєму забарвленню із піднебінням. Якщо дивитися на поверхню водойми вертикально, око спостерігача вловлює світловий потік, що виходить в основному з води (її власний колір). З відхиленням від вертикалі в око попадає усе більше відбитого світла, і відповідно міняється спектральний склад сумарно сприйманого світлового потоку (забарвлення поверхні води). Чиста вода розсіює переважно короткохвильові промені і тому, у відповідності зі спектральним складом вихідного з неї світлового потоку, здається синьою. Зі збільшенням у воді кількості зважених частинок, включаючи дрібні організми, зростає розсіювання довгохвильових променів, і її колір здобуває жовтуватий або коричнюватий відтінок. Таким чином, по кольору води часто можна судити про її багатство планктоном. Наприклад, синій колір звичайно характерний для «водних пустель».

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 


Похожие статьи

О В Курілов - Гідробіологія конспект лекцій

О В Курілов - Гідробіологія