Лучи солнца через воду

До какой глубины проникает в море свет?

Первые опыты по определению светопроницаемости воды были проведены с белыми дисками. Их спускают в море и следят, на какой глубине они перестают быть видимыми. Получены самые различные цифры. В Средиземном море глубины колебались от 32 до 60 метров.

Фактором, уменьшающим надежность результата, был при этом, конечно, человеческий глаз — орган далеко не объективный. Значительно более точными были опыты, при которых в море погружались высокочувствительные фотографические пластинки, хорошо защищенные от проникновения воды. Но и при этом получены не совсем одинаковые результаты. В Женевском озере на глубине 100 метров свет уже не действует на пластинку. Однако последние измерения, произведенные в Саргассовом море — одной из частей Атлантического океана между Канарскими и Антильскими островами, — показали, что до глубины 100 метров проникает свет всех цветов, до глубины 500 метров заметны лишь голубые лучи; установлено также, что свет действует на фотографическую пластинку до глубины 1000 метров. Правда, Саргассово море чрезвычайно прозрачно и опыты производились летним днем при сияющем солнце.

В Средиземном море в последнее время специальным фотоаппаратом обнаружено наличие дневного света только до глубины 500 метров. Правда, речь шла лишь о следах света, интенсивность его на этой глубине составляла только миллионную часть силы света, замеренной на поверхности.

Фотометр, который опускали в море на различные глубины в тихий день, при ярком солнечном свете, показал, что уже на глубине 1 метра интенсивность света понизилась почти на половину, на глубине 3 метров она уменьшилась до одной трети. Однако с этого момента интенсивность стала уменьшаться значительно медленнее. Водолазы и экипажи подводных лодок рассказывают, как быстро меркнет свет при погружении в воду. Уже на глубине нескольких метров свет резко ослабевает. Но во всяком случае глубины, на которых могут производиться полезные работы, например, работы по подъему судна, еще достаточно светлы, чтобы обходиться без искусственного освещения. Автор книги разговаривал в Херингсдорфе с водолазом, который на дне Балтийского моря уже много лет взрывает затонувшие корабли и прожигает в них отверстия для подъемных цепей. В то время — это было поздним летом 1954 года — он работал в 12 километрах от Херингсдорфа на глубине 16 метров на большом норвежском 8000-тонном корабле неизвестного названия, который в конце войны подорвался на мине и затонул. «Условия освещения здесь хорошие, — рассказывал он, — я видел вокруг себя примерно на 10 метров». Когда он смотрел вверх, он видел тень корабля. Солнца в форме шара не видно, но если его загораживает туча, уменьшение освещения заметно и на дне моря. Даже лунный свет достаточно ощущается на этой глубине. Наибольшая глубина, которая может быть достигнута водолазами, — 130 метров, но и она для спасательных операций фактически уже недосягаема, так как никаких работ производить на такой глубине нельзя. Глубина, на которой можно еще что-то делать — во всяком случае выполнять более или менее тяжелую работу, — не превышает 40 метров. На таком удалении от поверхности можно еще вполне обходиться естественным светом и в зависимости от условий освещения на поверхности видеть на расстоянии до 8 метров. Только с 600 метров для человеческого глаза наступает полная темнота.

Источник

Лучи солнца через воду

8. Проникновение солнечного ультрафиолета в воду

Узнав, как солнечный ультрафиолет проходит через атмосферу различного состава, мы должны теперь рассмотреть его проникновение в воду. Ведь ранняя жизнь не могла существовать на суше в непосредственном контакте с атмосферой, через которую свободно проходили смертоносные ультрафиолетовые лучи. Ранняя жизнь, конечно, была защищена от этого излучения или горными породами, или почвой, или водой озер и морей.

Уже тонкого слоя горной породы или почвы достаточно для защиты от коротковолнового ультрафиолета, однако передвижение по порам в толще песка или глины или из одной естественной пещеры в другую весьма затруднительно. В крупных водоемах передвижение организмов требует значительно меньших усилий. Поскольку эволюция хотя бы на некоторых этапах предполагает достаточно хорошее сообщение между разными популяциями и биотопами и поскольку на заре развития жизни для защиты от ультрафиолета требовался значительный слой воды, можно предположить, что главную роль в развитии жизни сыграли именно обширные водоемы. В этом разделе мы рассмотрим ограничения, накладывавшиеся на раннюю жизнь проникновением ультрафиолета через атмосферу и верхние слои гидросферы. На графике, приведенном на фиг. 94, показано проникновение солнечного ультрафиолета разной длины волны в жидкую воду при разных уровнях содержания кислорода в атмосфере.

Фиг. 94. Глубина проникновения солнечного ультрафиолета в жидкую воду в различных атмосферах (с содержанием свободного кислорода 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 PAL) [1]. Если бы в атмосфере не происходило поглощения, то ультрафиолет с длиной волны 180 нм проникал в воду менее чем на 1 см, свет с длиной волны около 280 нм — почти на 10 м, а красный свет конца видимой части спектра — примерно на 100 м. В примитивной атмосфере, в которой содержание О₂ поддерживается за счет автоматического регуляторного механизма Юри на уровне около 0,001 современного, картина мало изменится. Но уже при содержании кислорода 0,01 современного должны произойти большие изменения. Смертоносное излучение с длинами волн от 230 до 275 нм задерживается уже в атмосфере, а ультрафиолет с меньшей длиной волны проникает в воду всего на 1 м. При содержании кислорода в 10 раз ниже современного уровня все летальное излучение с длиной волны менее 290 нм поглощается в атмосфере и жизнь может выйти на сушу

Сравнивая фиг. 94 с графиками, приведенными в предыдущем разделе, мы видим, что наш новый график охватывает более широкий участок спектра. Дело в том, что в предыдущих разделах мы интересовались главным образом неорганическими фотохимическими реакциями синтеза «органических» соединений. Такие реакции протекают под действием света с длиной волны до 210 нм. Теперь же нас интересует летальное действие солнечного ультрафиолета на живое вещество, т. е. речь идет уже не о возможности синтеза, а о возможности избежать распада. Живые клетки сильнее всего поглощают ультрафиолет с длиной волны от 240 до 280 нм. Облучение таким светом может быть смертельным даже при энергии ниже установленного нами предела поглощения, т. е. ниже 1 эрг на 1 см 2 в спектральном интервале шириной 5 нм. Вот почему сейчас мы будем говорить об ультрафиолете с несколько большей длиной волны.

На фиг. 94 показано общее поглощение ультрафиолета водой, кислородом и озоном. В чисто теоретическом случае облучения водоема, не защищенного никакой атмосферой, проникновение ультрафиолетового солнечного излучения в воду описывается гладкой кривой (сплошная линия на фиг. 94). Вода практически непрозрачна для жесткого ультрафиолета: свет с длиной волны 180 нм пройдет в воде меньше 1 см. Свет с длиной волны около 280 нм пройдет уже около 10 м, прежде чем поглотится; красные же лучи видимого спектра проникают до глубины 100 м.

В случае примитивной атмосферы, в которой содержание кислорода не превышает 0,001 его современного уровня, положение изменится слабо.

При содержании кислорода до 0,01 современного кривая поглощения имеет уже совсем иной характер. Это связано не с каким-либо изменением свойств самой воды и даже не с действием кислорода, как могло бы показаться, судя по графику, приведенному на фиг. 90, а с тем, что при таком содержании кислорода вступает в игру озон, образующийся в атмосфере из кислорода.

Сильное поглощение озоном ультрафиолета с длиной волны от 240 до 270 нм (фиг. 91) приводит к ослаблению этих волн уже в атмосфере. Становится также значительным поглощение в атмосфере более коротковолнового излучения, и теперь для полного поглощения солнечного ультрафиолета достаточно слоя воды толщиной всего 1 м.

При повышении содержания кислорода в атмосфере до 0,1 современного совместное действие кислорода и озона распространяется до длин волн около 290 нм. Это означает, что весь смертоносный ультрафиолет поглощается в атмосфере. Жизнь уже не нуждается в подводном убежище и может выйти на сушу.

Источник

Свет проникает в толщу воды на глубину. Как глубоко в толщину воды проникает солнечный свет?

Огромное значение в жизни водоемов имеет свет и его проникновение. От этого зависит жизнь растений и организмов: чем дальше свет будет проходит в толщу воды, тем глубже будут расти растения. Но при изучении вопроса о проникновении света нужно учесть множество «переменных».

Факторы, влияющие на проникновение света

Свет проникает в толщу воды на глубину, при этом освещение зависит от разных внешних факторов. Например, при закате солнца меньшее количество света проходит под слои воды, чем в полдень, а на севере он проникает хуже, чем на юге и т. д.

Вода в водоемах не бывает чистой, в ней обязательно присутствуют разные вещества: грунт, пыль, остатки разлагающихся организмов, ил, мелкие животные и растительность, пузыри воздуха, газ. А при дополнении таких факторов как ветер, конвекционные потоки, атмосферные явления, мутность воды увеличивается.

Особенно крупным водоемам это достается от рек, впадающих в них. Все эти частицы поглощают иди ослабляют свет. Лучи, которые встречают на своем пути подобные препятствия, изменяются и могут рассеиваться по сторонам. От этого и зависит, проникает свет в толщу воды на глубину или нет.

Наиболее прозрачная вода была зафиксирована в Саргассовом море, там она достигала шестидесяти шести метров, а в Азовском — не более двенадцати сантиметров.

Солнечный луч

Он состоит из видимых и невидимых спектров, инфракрасные и ультрафиолетовые относятся к последнему. Вода в море по-разному вбирает в себя световые лучи. Так на глубине в половину метра поглощается только инфракрасное излучение, поэтому свет на такой глубине белый.

Если погрузиться на пять метров, то к свету добавляются еще другие оттенки: синий и зеленый. Чем глубже уровень, тем больше поглощаются красные и желтые, а остаются синие и зеленые цвета. Если опуститься на глубину в пятьдесят метров, море будет приобретать синюю окраску.

Одним американским ученым было проведено исследование без применения различных приборов, чтобы проверить: свет проникает в толщу воды на глубину или нет. Он был погружен в специальном аппарате на 900 метров в районе Саргассового моря. Так на уровне 50 метров он видел воду в зеленом цвете, 60 — в сине-зеленом, 180 — чисто в синем цвете, 300 м в черно-синем, 580 — был еле виден свет, а наиболее нужные для водных организмов красные и желтые лучи пропали самыми первыми.

Свет для растительности вод

С помощью разных приборов лучи можно зафиксировать и в очень глубоких местах, но для растительности этого уже мало, фотосинтезу нужно больше красного света, отсюда и скудная растительность на глубине двухсот метров, даже прозрачного моря. В Балтийском море донная флора распространяется не ниже двадцати метров, а в Средиземном — на ста шестидесяти.

Интересен тот факт, что растительность морей растет более равномерно по горизонтали, чем на земле — это говорит об одинаковом распределении солнечных лучей и минеральных веществ, необходимых для них.

Проникает свет в толщу воды на глубину или нет влияет также на окрас животного мира и растений. Если в верхних слоях живность окрашена в бурые и красные оттенки, то на глубинах преобладают черные и лишенные цвета животные.

Хотя солнечный свет не проникает в толщу воды океана до самого дна, однако глубина не совсем черная без него. В той темноте попадаются точки света — это светящиеся рыбы, которые используют свое умение для привлечения добычи. На такой глубине не солнце или малые крупицы его света — ресурс для существования: сера и кислород, которые выделяются из термальных растворов, являются источником жизни.

Проникновение света в воду и лед

Из вышесказанного понятно, что разные частицы задерживают свет и его проникновение в воду, а тем более снег и лед в зимнее время года. Так ледяной слой в 50 сантиметров пропустит менее 10 процентов света, а если он еще и покрыт снегом, проникновение будет всего в 1 процент.

До какой глубины проникает свет в толщу Байкала

При изучении вопроса о глубине проникновения света в Байкале, в 2012 году учеными случайно установлен факт, «свечения» воды в этом озере, но глазам человеческим этого увидеть не дано, это лишь подтверждается специальными приборами.

Оказывается, что вода этого озера производит свет в любом месте, но на глубине уменьшается его насыщенность. Недалеко от острова под названием Ольхон, где находится станция, был установлен факт минимального свечения — сто фотонов. Этот феномен связывают с чистотой воды, а его интенсивность — с временем года.

С середины зимы жизнь «свечения» как будто замирает, а далее возрождается. В то время, когда проводились исследования, начало возрождения пришлось на таинство Крещения. Факт свечения воды в этом месте недостаточно изучен, это еще только предстоит ученым.

Ранее при исследовании вопроса о том, как глубоко в толщину воды проникает солнечный свет в этом озере, была выдвинута цифра в 100 метров, но космические исследования показали, что дно можно увидеть на глубине в 500 метров. Отсюда предполагается, что лучи могут проникнуть до 1000 метров. И этот вопрос сегодня подлежит обширному исследованию.

Глубоководники утверждают, что, опустившись на 800 метров, можно еще увидеть дневной свет, а исчезновение его полностью при регистрации фотопластинкой происходит на 1500 метрах.

Источник

Можно ли загореть в воде

Кто из нас не любит нежиться на морском песке, наслаждаться ласковым солнцем, дающим жизнь всему живому на Земле, и манящей прохладой воды. Солнечная энергия – великолепный антидепрессант, она укрепляет нервную систему и способствует выработке серотонина – «гормона счастья». А еще солнце стимулирует синтез витамина D и дарит нам красивый загар, за которым, собственно, многие и приезжают на курорты. Хотя справедливости ради следует заметить, что загорать любят не все. Кому-то просто нравится «аристократическая бледность», а кто-то обладает слишком чувствительной и восприимчивой к ультрафиолету кожей. Как правило, такие люди предпочитают проводить время не под палящим солнцем, а в тени или непосредственно в водоеме, полагая, что таким образом им удастся избежать загара. А так ли это на самом деле? Можно загореть в воде или нет? Давайте разберемся в этом вопросе подробнее.

Ультрафиолет и вода

Как известно, солнечный луч состоит из видимого и невидимого спектров. Первая часть спектра способна восприниматься человеческим глазом, а вторая, включающая в себя тепловые инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, нет. При этом невидимая часть УФ-лучей, в свою очередь, делится на три типа:

Коротковолновые лучи (UVС) – являются самыми опасными для человека, но они, к счастью, полностью задерживаются озоновым слоем и не достигают поверхности Земли.
Средневолновые лучи (UVВ) – поглощаются атмосферой, но способны частично достигать земной поверхности. Именно эти лучи отвечают за возникновение загара. Они оказывают воздействие на поверхностный слой кожи, стимулируя выработку меланина, придающего ей темный оттенок.
Длинноволновые лучи (UVА) – беспрепятственно проходят сквозь озоновый слой и стекло. Способны проникать в кожу, снижая ее упругость и эластичность и ускоряя старение, выражающееся в образовании пигментных пятен и морщин. Интенсивность такого излучения практически не зависит от времени года.

Вода, как пресная, так и соленая, обладает избирательной (селективной) способностью к поглощению солнечных лучей. Так, инфракрасные лучи поглощаются только до 50 см, средневолновые – до 5 метров, а длинноволновые – до 10 метров и более. При этом часть лучей, попадающих на поверхность воды, отражается, а остальные преломляются и входят в нее, постепенно рассеиваясь на определенной глубине (соотношение между отраженными и преломленными световыми потоками зависит от высоты Солнца – чем оно ниже, тем больше лучей отражается от поверхности воды). Таким образом, вода действует по принципу линзы. Проще говоря, она гораздо сильнее, чем суша, притягивает солнечные лучи, а потом отражает часть из них, из-за чего интенсивность облучения объектов, находящихся на поверхности моря, увеличивается в несколько раз.

Можно ли загореть в воде

Для того чтобы ответить на вопрос, можно ли загореть, находясь в воде, нужно в первую очередь разобраться в механизме возникновения загара. В базальном слое эпидермиса находятся специализированные клетки – меланоциты, основной функцией которых является защита организма от агрессивного воздействия ультрафиолета. Как только солнечные лучи попадают на кожу человека, эти клетки начинают вырабатывать меланин (природный пигмент), способный поглощать свет в УФ-диапазоне, защищая тем самым ткани от лучевого повреждения. Чем дольше человек подвергается инсоляции, тем больше меланина накапливается в меланоцитах. Следует отметить, что загар возникает под воздействием нескольких видов световых лучей. В ультрафиолетовом спектре основное биологическое значение имеют средневолновые лучи (типа В) и длинноволновые (типа А). Первые способствуют синтезу нового меланина в коже, а вторые активизируют пигмент, накопленный меланоцитами ранее.

Как уже было сказано выше, вода обладает способностью поглощать и отражать солнечные лучи. Когда человек находится в море, он подвергается инсоляции и сверху (отраженными световыми потоками), и снизу (преломленными лучами). Чтобы защитить организм от такого воздействия, клетки-меланоциты начинают усиленно синтезировать меланин, в результате чего части тела, находящиеся над водой, быстро покрываются загаром. Кстати, загореть можно и под водой (на небольшой глубине). Это объяснятся тем, что лучи УФ-спектра, проникая сквозь толщу воды, рассеиваются не сразу и успевают активизировать накопленный под влиянием средневолновых лучей меланин. Самая большая опасность «водного» загара таится в том, что человек, купающийся в водоеме, практически не чувствует болевых ощущений (прохладная вода их притупляет) и зачастую не успевает вовремя принять меры по предотвращению ожогов.

Меры предосторожности

Чтобы отдых на пляже не омрачился неприятными последствиями, нужно соблюдать ряд важных правил:

старайтесь посещать пляж только в те периоды, когда солнечная активность снижена – до полудня и после 16 часов дня;
обязательно пользуйтесь солнцезащитными средствами с высоким индексом SPF;
если вы планируете не только загорать, но и купаться, используйте водостойкие средства, но помните, что их нужно наносить каждые 60–90 минут (согласно инструкции);
после выхода из воды вытирайте кожу полотенцем, поскольку оставшиеся на ней капли воды, как оптические линзы, увеличивают интенсивность ультрафиолета;
старайтесь не находиться в воде слишком долго, чтобы избежать переохлаждения организма и возникновения ожогов;
отправляясь кататься на скутере или лодке, надевайте футболку и головной убор.

Проводя отпуск на море, не забывайте, что все хорошо в меру: чрезмерное увлечение солнечными ваннами может привести к иссушению кожи, появлению преждевременных морщин и пигментных пятен. Будьте внимательны и предусмотрительны, бережно относитесь к своему здоровью, и тогда ничто не сможет помешать вам в полной мере насладиться летним отдыхом.

Источник