Jak hluboko sahá sluneční světlo? Optické vlastnosti vodního prostředí a zákonitosti šíření světla v něm
Voda, která je relativně průhledným médiem, se svými fyzikálními vlastnostmi výrazně liší vzdušné prostředí. Je 770krát hustší než vzduch, je prakticky nestlačitelný, docela dobře přenáší zvukové vibrace a má výrazně vyšší tepelnou kapacitu ve srovnání se vzduchem. Voda, dokonce i opticky čistá voda, zeslabuje viditelné světlo asi 1000krát více než vzduch.
Pokud dosah viditelnosti objektů ve vzduchu může dosáhnout několika kilometrů a kosmonauti jasně vidí obrysy kontinentů a měst i několik set kilometrů daleko, pak rozsah viditelnosti ve vodním prostředí nepřesahuje několik desítek metrů. Podvodní fotograf i za jasného slunečného dne vidí předměty zahalené v lehkém namodralém oparu. Při fotografování ve vodě se snímky ukazují jako málo kontrastní a při barevném fotografování je velmi obtížné dosáhnout správného a sytého barevného podání.
Lidské oko ze své podstaty vnímá světlo nejen podle jasu, ale také podle barvy. Při pádu pod vodu do mělké hloubky člověk pozoruje škálu barevných tónů blízko hladiny. Když sestupuje hlouběji, všimne si toho světlé barvy stát se tupým.
Co způsobuje tento jev, proč se pod vodou ztrácí jas a mění se bohatost barevné škály?
Pojďme si krátce říci o optických vlastnostech vody v části spektra viditelné lidským okem.
Absorpce světla vodou
Opticky čistá voda, tedy voda bez barviv a mechanických nečistot, určitým způsobem zeslabuje světelný tok.
Absorpce monochromatického světelného toku vodou, která tvoří paprsek rovnoběžných paprsků, je určena exponenciálním zákonem:
kde Fk je světelný tok přenášený vodní vrstvou;
F0 - příchozí tok monochromatické spektrum;
x je tloušťka vodní vrstvy, kterou prochází světelný tok, m;
k je míra absorpce vodní vrstvy, 1/m (inverzní metry).
Zvažte graf absorpční křivky pro optickou čistou vodu(obr. 1).
Mořská voda, očištěná od mechanických nečistot, prakticky má fyzikální vlastnosti, hodnota se blíží charakteristikám opticky čisté vody. Z grafu je vidět, že nejnižší absorpce odpovídá vlnové délce světla asi 490 mmk (tj. modrá barva) při k = 0,006 1/m. V této části spektra voda absorbuje velmi málo světla. Ztráty jsou v tomto případě 1,5 % pro dráhu světla o délce 1 m V červené části spektra o vlnové délce cca 720 mmk dosahuje index absorpce své největší hodnoty. V tomto případě k = 1/m a na hranici s ultrafialovým zářením - 0,05 1/m.
Absorpci světla v přírodní vodě v oblasti viditelného spektra (s dostatečnou mírou přesnosti) lze považovat za součet dvou absorpcí: a) absorpce světla částicemi suspendovanými ve vodě ab) absorpce světla opticky čistou vodu. Přítomnost suspendovaných částic v přírodní vodě, různé formy a materiálů výrazně zvyšuje celkovou absorpci světelného toku. Grafy (obr. 2) ukazují křivky absorpce světla pro mořskou vodu.
Z porovnání absorpčních křivek (viz obr. 1 a 2) je zřejmé, že v oblasti pro nás zajímavého spektra dochází k útlumu světla především absorpcí suspendovanými částicemi.
Mořská voda má větší absorpční koeficient než opticky čistá voda; Vody řek a jezer mají ještě větší absorpci. Velmi průhledné přírodní vody ve viditelné oblasti spektra mají hodnotu k = 0,021/m, zatímco znečištěné vody mohou mít hodnotu k = 21/m. Každý metr přírodní vody se může ztratit díky absorpci 5 až 99 % dopadajícího světelného toku.
Absorbované světlo je pro fotografii ztraceno;
v tomto případě se absorbovaná světelná energie spotřebuje na ohřev média, což způsobí, že částice materiálu vibrují. Neabsorbovaná světelná energie je rozptýlena částicemi v různých směrech.
Ztráty absorpcí světla ve vodním prostředí nemohou výrazně ovlivnit získání vysoce kvalitních snímků. Tato ztráta je kompenzována použitím rychlých čoček a vysoce citlivých emulzí negativních filmů. Dobrých výsledků lze dosáhnout fotografováním objektů pod vodou na blízko nebo použitím umělých zdrojů světla ke zvýšení osvětlení.
Ale největší potíže při fotografování pod vodou nezpůsobuje absorpce světla, ale jeho rozptyl.
Rozptyl světla vodou
Rozptyl světla vodou závisí do značné míry na jejím znečištění suspendovanými částicemi, ale světlo rozptyluje i zcela čistá destilovaná voda. Rozptyl světla ve vodě je složitý jev, je způsoben jak přítomností mechanických částic ve vodě, tak i pohyby molekul vody.
Paralelní monochromatický paprsek paprsků procházející vrstvou vody x je zeslaben v důsledku rozptylu:
kde Fa je světelný tok přenášený rozptylující vrstvou vody;
a je indikátor rozptylu světla, který závisí na počtu suspendovaných částic na jednotku objemu vody a na velikosti těchto částic.
Velikost částic výrazně mění rozptylový vzor.
Pokud je velikost částice tak malá, že její průměr je mnohonásobně menší než vlnová délka světla a měří se v tisícinách mikronu, pak se paprsek světla dopadající na takovou částici rozptyluje téměř do všech směrů stejnou silou. Množství světla prošlého dopředu se v tomto případě bude rovnat množství světla vrženého zpět částicí.
S rostoucí velikostí částic se zvyšuje množství světelné energie přenášené ve směru dopadajícího paprsku. Je-li průměr částice co do velikosti stejný jako vlnová délka světla, pak množství světelné energie přenášené ve směru dopadu světelného paprsku bude přibližně 2,5krát větší než množství světelné energie vržené zpět.
Pro výpočet indexu rozptylu můžete použít vzorec:
kde c je konstantní koeficient;
A - vlnová délka, mmk;
v je exponent závislý na poloměru rozptylujících částic.
Rozptyl světla se nazývá Rayleighův rozptyl podle Rayleigha, vědce, který tento zákon objevil. Rayleighův zákon rozptylu je však použitelný pouze pro poloměry částic nepřesahující 0,05 μm. Na velké hodnoty poloměru částic začne exponent rychle klesat.
Při malém poloměru částic je útlum silnější ve fialové části spektra a s rostoucí velikostí částic se zmenšuje rozdíl v útlumu světla mezi fialovou a červenou částí spektra. U částic o průměru větším než 4 μm rozptyl nezávisí na vlnové délce.
Rozptyl světla je způsoben planktonem, organickými a anorganickými částicemi, které jsou zvedány proudy ze dna nebo přiváděny z řek, a také vzduchové bubliny. Nejsilněji rozptylují světlo čerstvé tekoucí vody, jezerní vody a pobřežní vody moří a oceánů.
Voda, zcela zbavená mechanických nečistot, však rozptyluje světlo.
Rozptyl světla ve zcela čisté, opticky průhledné vodě se nazývá molekulární rozptyl. Nepřetržitý pohyb molekul způsobený tepelnými vibracemi ve vodném prostředí vytváří různé elementární hustoty vody. Indexy lomu v sousedních elementárních objemech vody se mohou v určitém okamžiku ukázat jako odlišné, vzniká optická nehomogenita prostředí a světelný paprsek vybočuje ze své dráhy.
Pro běžné fotografování pod vodou je velmi důležitý poměr množství rozptýleného a směrovaného světla. Rozptýlené světlo se nemůže podílet na tvorbě obrazu, a přesto, když dopadá na film přes fotografickou čočku, osvětluje fotocitlivou vrstvu negativního fotografického materiálu. Za určitých podmínek vytváří rozptýlené světlo takové zčernání negativu, že další zpracování a zhotovení fotografického tisku je nepraktické.
Bylo tedy zjištěno, že světlo ve vodě je zeslabeno v důsledku absorpce a rozptylu světelného toku. Jaký je celkový účinek těchto faktorů?
Útlum světla vodou
Absorpce a rozptyl světelné energie vodou oslabuje světlo. Paralelní paprsek světelných paprsků je zeslaben podle stejného exponenciálního zákona:
kde Fs je monochromatický světelný tok procházející vrstvou vody; e je index útlumu.
Propustnost směrového světla vodou b závisí na rychlosti útlumu světla a tloušťce vodní vrstvy x:
Transparentnost je charakterizována propustností světla vodním sloupcem rovnou 1 m.
Hlavní roli v útlumu světla pro opticky čistou vodu hraje absorpce světla vodou. Ve střední části viditelného spektra je však patrný i rozptyl (viz obr. 1). Největší průhlednost pro čistou vodu bude v oblasti spektra 460-520 mmk
(modrá a zelený A). V tomto případě je vrstva vody o tloušťce 5 m schopna utlumit světlo stejně jako běžné okenní sklo (obr. 3).
Minimální hodnota e je 0,01 1/m, ale směrem k hranicím spektra prudce narůstá.
Index rozptylu c pro přírodní vody v horních vrstvách nádrže se hodnotou blíží indexu absorpce k. Index rozptylu je v těchto případech 50-70 % indexu útlumu.
V praxi se průhlednost vody často posuzuje podle hloubky viditelnosti bílého kotouče o průměru 300 mm. Hloubka viditelnosti disku je určena jako součet dvou měření (hloubka mizení disku při ponoření a hloubka vzhledu disku, když stoupá), rozdělených na polovinu.
Průhlednost vody a způsob hodnocení průhlednosti - hloubka viditelnosti bílého disku Z - závisí na útlumu osvětlení (rozptyl a absorpce světla vodou). Pro přibližné výpočty a určení indexu útlumu můžete použít Gershunův vzorec:
Je však třeba mít na paměti, že koeficient se pro různé vodní útvary liší. Podle měření Atkinse a Grahama je ve vodách Atlantského oceánu 2,2.
Průhlednost přírodních vod se liší jak na různých vodních plochách, tak na stejné vodní ploše: závisí na roční době, počasí, proudech a větrech. Viditelnost bílého kotouče pro přírodní vody se pohybuje od několika desítek centimetrů do 70 m Table. 1* ukazuje hloubku viditelnosti disku různé vody mír. Tabulka ukazuje, že nárůst viditelnosti bílého disku se zvyšuje se vzdáleností od pevninského pobřeží.
Průhlednost vody je jedním z hlavních faktorů ovlivňujících osvětlení pod vodou.
Osvětlení a podvodní fotografie v přirozeném světle
Přirozený světelný tok v celém vodním sloupci je utlumen především díky absorpci.
Rozptyl světla oslabuje světelný tok v menší míře, protože směr rozptylu se mírně odchyluje od původního směru toku.
Hloubka průniku světla do vody je určena indexem absorpce a závisí na osvětlení povrchu.
Osvětlení mořské hladiny zase závisí na úhlu slunce nad obzorem a na oblačnosti.
Sledujme paprsek světla pronikajícího do vody. Paprsek světelných paprsků dopadající na vodní hladinu se od ní částečně odráží a částečně lámaný prochází hlouběji. Diagram (obr. 4) ukazuje úhly dopadu světelného paprsku, jeho lom a odraz od hladiny vody. Úhel lomu n1′ se liší od úhlu dopadu a závisí na indexu lomu n Úhel odrazu n2 závisí na úhlu dopadu ni a je mu roven.
Rýže. 4. Schéma odrazu a lomu paprsku světla od vodní hladiny. i1 je úhel dopadu světelného paprsku na vodní hladinu; i2 je úhel odrazu světelného paprsku od vodní hladiny; i’1 je úhel lomu světelného paprsku při průchodu vodní hladinou; n1 = 1 = index lomu vzduchu, n2 = 1,337 - index lomu vzduchu vodní prostředí
Rýže. 5. Graf závislosti procházejícího světelného toku na hloubce (v m). 1- oceánská voda vysoké průhlednosti; 2-oceánská voda střední průhlednosti; 3 - pobřežní voda střední průhlednosti; 4 - zakalená voda
Částice suspendované ve vodě, způsobující rozptyl světla, zároveň výrazně pohlcují modré paprsky. Podle grafu pro zakalenou pobřežní vodu (obr. 6) je vidět, že množství světla v modré části spektra je takovou vodou pohlceno až z 80 %. Množství světla absorbovaného v červené části spektra se v tomto případě bude rovnat 90 %. To je důvod, proč předměty v kalné vodě vypadají žlutě.
Z uvažovaných grafů můžete vidět, jak se osvětlení kvalitativně a kvantitativně mění v různých hloubkách a jak je ovlivněno fyzikální vlastnosti voda a její znečištění. Četné experimenty zase ukázaly, že již v hloubkách 3 m v podmínkách pobřežní čisté vody zůstává pouze 40 % jasu povrchového osvětlení.
Při barevné podvodní fotografii zeslabení paprsků červené části spektra výrazně komplikuje proces vyvolávání negativu a následného barevného tisku pozitivu. Při černobílém fotografování na panchromatické negativní filmy, které jsou nejrovnoměrněji citlivé na všechny paprsky viditelného spektra, zeslabení nebo absence červených paprsků, narušující vyvážení barev, snižuje kontrast snímku.
Chcete-li snížit převládající vliv modrých paprsků, tj. odstranit závoj a získat jasnější snímky, s černobílým podvodní fotografování a získat barevné vyvážení, podle kterého je barevný film senzibilizován (Fotografická senzitometrie je studium měření fotografických vlastností fotosenzitivních vrstev. Senzitizace je citlivost fotocitlivých vrstev filmu na červené světlo), při barevné podvodní fotografii se je nutné použít korekční filtry.
Na Obr. Obrázek 7 ukazuje křivky prostupu světla ve vodě v hloubce 3 m Křivky byly získány korekcí světelného toku pomocí filtrů typu PS-10 a korekcí grafů s přihlédnutím k této korekci.
Křivky prostupu světla získané korekcí mají nepatrná maxima na rozhraní modré a červené části spektra a nepatrné minimum v jeho žluté části.
S takovými poměry vlnových délek jsou vysoce kvalitní snímky docela možné u černobílé i barevné fotografie.
Pokud však analyzujete množství světla procházejícího vodou a korigovaného světelnými filtry pomocí křivek, ukáže se, že je velmi malé. Již v hloubce 3 m pro pobřežní bahnitou vodu je celková propustnost pouze 10%, tj. pouze část světla V10 se může aktivně účastnit procesu fotografování. Je-li dráha světla rovna 3 m brána jako součet dráhy světla z hladiny vody k fotografovanému objektu plus dráha světla z fotografovaného objektu do fotoaparátu, pak pobřežní voda průměrný zákal v hloubce 1,5 m a ve vzdálenosti 1,5 m od fotografovaného objektu je nutné zvýšit expozici 10x oproti nadvodní expozici. Filtry typu PS-10 korigují světelný tok odříznutím krátkovlnné části spektra. Zároveň se množství světla pro natáčení pod vodou stává nedostatečným.
Podvodní osvětlení je zvláště slabé v bahnité vodě. Při práci na podzim roku 1962 v přístavu v Rize se autor ponořil do řeky. Daugava. V té době vydatné deště způsobilo velmi silné znečištění říční vody. A již v hloubce 3 m bylo zcela nemožné určit, kde se povrch dna osvětlený sluncem nacházel.
Při natáčení pod vodou na černobílý film lze pro úpravu světelného toku použít oranžové a žluté filtry: OS-12, ZhS-12, ZhS-18. Tyto filtry mají násobek několikanásobně menší než červené filtry. Jak již bylo uvedeno, v různých přírodní vody, za stejných přirozených světelných podmínek není podvodní osvětlení stejné.
V mořskou vodou za jasného slunečného dne s hloubkou viditelnosti bílého kotouče Z = 20 m, v hloubce 25 - 30 m je světlo, jako ve vzduchu za zataženého dne. Světlo v této hloubce je nazelenalé.
V létě 1962 se autor jako součást skupiny podvodních badatelů potápěl v Tatarském průlivu Japonské moře prohlédnout legendární fregatu "Palla-da". Loď se potopila v hloubce 20-25 m a někdy v dobré počasí jeho obrysy byly vidět z povrchu. Když jsme sestoupili v lehkém potápěčském vybavení ke zbytkům lodi, ocitli jsme se v chladném nazelenalém soumraku. Všechny jasné barvy byly tlumené, detaily lodi porostlé řasami byly utopeny v šeru. Hvězdice, světlý na povrchu, s oranžovými a fialovými paprsky, vypadal jako bezbarvé kusy látky rozházené po dně.
Podvodní lovec se zastřeleným býkem. Fotografie byla pořízena v Tatarském průlivu Japonského moře, hloubka 3m, šířka filmu 35mm, citlivost 180 jednotek. GOST, expozice 1/125 sec, přirozené osvětlení. Objektiv "Gidrorussar 5". Foto od autora.
Georges Gouault a Pierre Wilme, kteří sestoupili v ponorce ve Středozemním moři, věří, že v hloubce 500 m mizí všechny známky světla. Při potápění u Bermud si všimli, že v hloubce 200 m je světlo modré, hlubší - fialové a v hloubce 600 m je tma.
Při natáčení pod ledem na přehradě Rybinsk sbírali D. S. Pavlov a D. S. Nikolaev materiál o místním podledovém osvětlení. Ukázalo se, že při povrchovém osvětlení ledu rovném 2000-4000 luxů se osvětlení v hloubce 0,5-1 m od spodního povrchu ledu rovnalo pouze několika stovkám luxů. Tloušťka ledu při světelných měřeních byla 45 cm a tloušťka sněhové pokrývky se pohybovala od 0 do 15 cm.
V.S. Loschilov ve své práci o mořském podledovém stereoskopickém fotografování poukazuje na to, že přirozené osvětlení spodního povrchu ledu je zcela dostatečné pro jeho fotografování bez umělých zdrojů světla. Led o tloušťce 1,5 m propustí 20 % světla. Pokud je slunce 20° nad obzorem, osvětlení pod ledem bude v tomto případě 1500 luxů.
Podvodní průzkumník v práci. Foto V. Burnashov.
Fotografická praxe ukázala, že při tloušťce mořské ledové pokrývky do 1,5 m umožňuje osvětlení za jasného odpoledne pod ledem fotografování bez protisvětla, ale jak sníh začíná tát, průsvitnost znatelně klesá.
Sněhová pokrývka také výrazně snižuje osvětlení pod ledem.
Podvodní fotografování pod ledem a fotografování ve znečištěných vodách je nemožné bez použití speciální fotografické techniky s umělým osvětlením.
K určení expozice při natáčení pod vodou používá mnoho specialistů fotoexpozimetry Leningrad-1 a Leningrad-2 a umístí je do speciálních izolačních boxů. Takové boxy obsahují průhledná okénka a pohony na váhy přístroje. První experimenty s použitím expozimetrů při natáčení pod vodou však odhalily chybnost jejich odečtů v podmínkách pod vodou.
O. A. Sokolov vypočítal korekce odečtů domácích expozimetrů. Výsledky jejich aplikace se ukázaly být docela zajímavé. Ve Středozemním moři je tedy již v hloubce 25 m nutné zvýšit expozici 2krát ve srovnání s měřením přístroje a v hloubce 75 m - 5krát.
Toto nadhodnocení odečtů expozimetru je způsobeno rozdílem ve spektrálních poměrech světla pod vodou a na hladině.
Expozimetr se obvykle nastavuje podle citlivosti filmu na přirozené světlo. Proto v každém konkrétní případ Při použití expozimetru při fotografování pod vodou je nutné porovnat jeho naměřené hodnoty s výsledky získanými při kontrolním fotografování.
Podvodní osvětlení vytvořené podvodními lampami
Použití plného nebo částečného umělého osvětlení při fotografování pod vodou výrazně zlepšuje kvalitu snímků. Současně se vytvořilo osvětlení umělé zdroje Světlo ve vodě je stejně jako přirozené světlo oslabeno rozptylem a absorpcí. Navíc při výpočtu osvětlení vytvářeného bodovým zdrojem světla spolu s útlumem světla (rozptyl a absorpce) je nutné vzít v úvahu zákon druhých mocnin vzdáleností.
Fotografování pod vodou vyžaduje výkonné a spolehlivé světelné zdroje, nejlépe s vlastním napájením. To se týká především elektronických zábleskových svítilen a jednorázových zábleskových svítilen. Světelné zdroje, které dostávají konstantní energii z povrchu, jsou obecně nerentabilní. Jejich použití lze odůvodnit pouze pro podvodní filmování a podvodní televizi nebo pro fotografování v obtížných podmínkách s velmi tmavým osvětlením: v zatopených dolech, na potopených lodích, v jeskyních atd., a to i tehdy, pokud práce provádějí potápěči v ventilované zařízení. Kabel pro napájení světelných zdrojů je pak možné kombinovat se vzduchovou hadicí a telefonním kabelem. Ovladatelnost potápěče zatíženého několika desítkami metrů kabelu a hadice za zády však bude jistě velmi omezená.
Pro osvětlení při fotografování pod vodou lze použít jednorázové bleskové lampy. Potřeba podvodní demontáže však komplikuje konstrukci krabice pro lampu a nedostatek komerčně dostupných továrních návrhů vylučuje jejich široké použití.
Konstrukce a obvody zábleskových lamp Molniya EV-1, Luch-59 a FIL jsou nejvhodnější pro použití při fotografování pod vodou. Pulzní výbojky produkují velmi krátký (od 1/2000 do 1/500 s) a silný záblesk a jejich světelný tok je svým spektrálním složením velmi blízký slunečnímu.
Světlo z elektronického blesku umožňuje fotografovat na barevný film používaný pro denní osvětlení. To je velmi důležité, protože při výběru korekčních filtrů můžete použít stejná čísla filtrů jako při fotografování s přirozeným světlem.
Neměli bychom však zapomínat, že při použití zábleskové svítilny, jejíž napájecí napětí je 330 V, je při manipulaci s přístrojem potřeba maximální opatrnosti. Tento bod je třeba vzít v úvahu při navrhování krytu blesku.
Umístění světelného zdroje
Umístění světelných zdrojů vzhledem k fotografovanému objektu a fotoaparátu je při fotografování pod vodou to hlavní.
Při umístění zdroje světla blízko osy objektivu by se nemělo zapomínat na rozptyl světla. V tomto případě bude šíření světla ve vodě omezováno suspendovanými částicemi, které jsou neviditelné ani v přirozeném světle.
Paprsek světla ze zdroje osvětlí suspendované částice ve vodě na cestě k fotografovanému objektu. Světelný tok, který výrazně ztratí svůj směr a jas, vytvoří mezi fotoaparátem a objektem světelnou clonu. Toto pozadí je někdy tak velké, že obrys čočky je za ním téměř neviditelný. Pokud uvážíte, že se světelný paprsek musí vrátit z objektu zpět do kamery, můžete si představit, jaká překážka se vytvoří, když se zdroj světla nachází v blízkosti objektivu.
Při volbě optimálního umístění světelného zdroje je třeba zmenšit dráhu světelného paprsku ve vodě a vyhnout se přímému osvětlení prostředí mezi objektem a fotoaparátem. Dráha světla ve vodě se zmenší posunutím lampy dopředu směrem k fotografovanému objektu. Pro eliminaci plošného osvětlení objektu a přímé expozice prostředí před objektem je lampa oddálena od fotoaparátu (obr. 8). Světelný zdroj proto musí být umístěn vpředu a dále od zařízení.
Stanovení expozice pod umělým světlem
Expozice při fotografování pod vodou s bleskem závisí na:
1) energie blesku;
2) vzdálenost mezi zdrojem světla a předmětem;
3) vzdálenost mezi objektem a kamerou;
4) citlivost na světlo a barvu použitého negativního materiálu;
5) hustota použitých korekčních filtrů;
6) průhlednost vody v oblasti fotografování.
Kombinace všech těchto faktorů určuje velikost relativní clony objektivu. Nastavení velikosti clony dostupné v krabicových zařízeních - spolehlivým způsobem změny expozice. Expozici lze určit pomocí konstantních faktorů 1, 4, 5, 6 a proměnných faktorů 2, 3.
Výpočty expozice se provádějí pomocí směrného čísla. Směrné číslo se rovná vzdálenosti od fotografovaného objektu vynásobené clonou. V důsledku toho bude clona vyjádřena jako poměr směrného čísla ke vzdálenosti.
Při natáčení pod vodou se směrné číslo určuje z místa zdroje světla a zohledňují se i faktory rozptylu a absorpce světelného toku vodními a světelnými filtry.
V tabulce 2 najdete hodnoty vedoucích čísel různých obvodů elektronických zábleskových lamp v závislosti na citlivosti filmu a výkonu světelného zdroje. Při použití více výbojek se stejnými parametry je nutné počítat s korekcí na jejich celkový výkon. Pokud například používáte dvě žárovky stejného výkonu, musí se směrné číslo zvýšit 1,4krát.
Při boční instalaci světelného zdroje musíte vzít v úvahu procento změny směrného čísla v závislosti na úhlu, pod kterým je osvětlovač instalován vzhledem k optické ose objektivu. Pokud je tedy tento úhel 30°, pak se vedoucí číslo změní o 7%, při 45° - o 15%, při 60° - o 30%.
Po takto určeném směrném čísle a fotosenzitivitě fotografických materiálů se vypočítá expozice - velikost relativního otevření objektivu (apertury). Odhadem množství světla, které dopadlo na film, se určí průhlednost vodní vrstvy. Hodnota expozice se zvýší úpravou hodnoty dříve vypočítané clony podle tabulky. 3. Pokud se například fotografuje v zátokách, kde je průhlednost vody 30 %, expozice se ztrojnásobí.
Přítomnost korekčního filtru na objektivu fotoaparátu vyžaduje zvýšení expozice o tolikrát, kolik je násobek filtru (tabulka 4). Hodnoty multiplicity filtru jsou uvedeny pro natáčení venku. Tyto údaje však lze použít i pro přibližné výpočty expozice při fotografování pod vodou. Pouze pro přesnější určení expozice je potřeba přepočítat hodnoty násobnosti filtrů na základě podmínek natáčení pod vodou – konkrétně pro každý případ. Autor opakovaně použil tuto přibližnou metodu pro výpočet expozice a domnívá se, že chyby při určování expozice v tomto případě nejsou větší než dvojnásobek nebo trojnásobek hodnoty.
Na první pohled se může zdát určování expozic obtížné, ale s předběžnou přípravou fotografa v každém konkrétním případě se konečné výpočty při určování expozice sníží na minimum.
1. Celková dráha světelného paprsku je 2,2 m, A - 1,5 m a B = 0,7 m Výsledná clona pro tento případ musí být napsána na štítku připevněném k krabičce blesku.
2. Celková dráha světelného paprsku je 4,5 m, A = 2,5 m, B = 2 m Výsledky výsledné expozice jsou rovněž uvedeny v tabulce.
3. Celková dráha světla je 6,6 m, A = 3,5 m, B = 3,1 m Výsledky také zaznamenejte do souhrnné tabulky.
Jak je patrné z uvedených příkladů, při délce světelné dráhy větší než 7 m červené paprsky spektra téměř nedosáhnou objektivu, proto se nedoporučuje fotografovat na barevný film na vzdálenost větší než 4 m. z kamery.
Vypočítané hodnoty expozice pro určité vzdálenosti psáno velkými čísly tmavou smazatelnou tužkou na světlém stole. To se provádí proto, aby bylo pohodlnější použít výsledky získané pod vodou v každém konkrétním případě.
Zde je několik příkladů, jak určit expozici při fotografování pod vodou s umělým osvětlením.
Příklad 1. Fotografování se provádí v čisté pobřežní vodě. Světelné zdroje - dvě zábleskové lampy s energií záblesku 100 J každá. Citlivost filmu 180 jednotek. GOST Byl použit filtr ZhS-18. Vzdálenost A od fotografovaného objektu z fotoaparátu je 1,5 m.
Pomocí diagramu (obr. 8) zjistíme B - vzdálenost od zdroje světla k předmětu. 5 = 0,7 m (když je objekt odstraněn z kamery ve vzdálenosti A = 1,5 m).
Celková světelná dráha 5 = 2,2 m (1,5 + 0,7). Vedoucí číslo se v tomto případě bude rovnat 50 pro jednu lampu pro dvě lampy - 70 (50 1,4).
Úhel mezi osou reflektoru a optickou osou čočky (viz obr. 8) je 60°. Snížením směrného čísla o 30 % dostaneme 50. Clona bude přibližně rovna 23 (50:2,2). Vezměme nejbližší (podle tabulky 3) hodnotu rovnou 22. Průhlednost vody je 50 %, proto je v tomto případě nutno expozici zvýšit 2krát. Podle tabulky 3 dostaneme clonu 11 Násobnost filtru ZhS-18 (podle tabulky 4) je 2. Je tedy nutné zvýšit expozici 2x. Nakonec (podle tabulky 3) získáme pro tento případ hodnotu clony 8.
Příklad 2. Podmínky fotografování zůstávají nezměněny, s výjimkou vzdálenosti od fotoaparátu k objektu. A = 3,5 m, B = 3,1 m Celková dráha světla B je 6,6 m.
Úhel mezi osou reflektoru a optickou osou čočky je 30°. Vedoucí číslo se v tomto případě sníží o 7 % a bude se rovnat 65 (70-4,9).
Takto vypočtená clona pro podmínky fotografování ve vzduchu je přibližně rovna 10. Vezmeme nejbližší hodnotu rovnou 11. Průhlednost vody je však taková, že k objektu dopadá 50 % světla. Proto je třeba výslednou expozici pro podvodní fotografování zvýšit 2x. Podle tabulky 3 dostaneme clonu 8. Pomocí korekčního filtru ZhS-18 s faktorem 2 dostaneme hodnotu clony 5,6.
Druhý příklad ukazuje, že pro získání větší hloubky ostrosti je nutné použít citlivější film. Snížením expozice (v tomto případě zastavením objektivu) můžete získat větší hloubku ostrosti, což zase zvýší spolehlivost fotografování. Citlivost filmu pro tento případ může být 250 jednotek. GOST
Uvedené příklady jsou uvažovány pro světelné zdroje - zábleskové lampy - s autonomním napájením.
Raci (astacus) mezi mořskou trávou - hara. Snímek byl pořízen pomocí objektivu Mir-1 na dně Krasnovodského zálivu v Kaspickém moři,
na film DS-2, při expozici 1:100 a cloně 1:8. Malá hloubka podvodního natáčení (asi 1 m) téměř nezkreslila barevné podání. Foto od autora.
Fotografovaný objekt je v okamžiku expozice osvětlen bleskem, ale ostření a kompozice ve velmi tmavých podmínkách pod vodou bude buď nemožné, nebo velmi obtížné. V tomto případě lze pro účely osvětlení při zarámování použít pomocnou lampu.
Samonapájecí lampa Lze umístit společně s bleskovou lampou. Taková svítilna (s výkonem 70-100 W) může být napájena z dobíjecích baterií namontovaných společně se zdrojem pro zábleskovou svítilnu. Pro úsporu energie je na externím ovládacím panelu lampy instalován vypínač. Pokud okolní světlo umožňuje plavci pohybovat se ve vodě bez lampy, pak energetická rezerva baterie postačuje k napájení zábleskové lampy i lampy.
Fotografové podvodní výzkumné skupiny Sojuzmorniiproekt, kteří na podzim roku 1962 pracovali v přístavu v Rize ve vodě velmi nízké průhlednosti, používali dva pomocné zdroje osvětlení: podvodní lampy PPS-1000 vybavené 1000W žárovkami a podvodní svítilny s 6W žárovkami. lampy. Střelba byla prováděna přes nádobu naplněnou destilovanou vodou, osvětlení objektu pro střelbu bylo autonomní.
Světelný efekt byl nečekaný. Podvodní lampa s výkonem téměř dvěstěkrát větším než baterka osvětlovala pozadí mezi objektem a fotoaparátem a vytvořila světelný kužel s prostorovým úhlem 120°. Výška kužele v tomto případě nepřesáhla 100-150 cm a osvětlené objekty byly špatně viditelné kvůli silnému rozptylu světla. Paprsek světla z baterky s úhlem rozptylu ne větším než 5° osvětloval předměty na stejnou vzdálenost docela dobře. Světelný tok baterky na rozdíl od lampy neoslňoval a nepřekážel při pozorování fotografovaných objektů.
Rozsah fotografování
Vzorník barev (výše) byl vyfotografován na povrchu ve slunečním světle. Stejný stůl (níže) byl vyfotografován pod vodou. Snímek byl pořízen v Černém moři v hloubce 3 metrů. Při porovnání obrázků tabulek je jasně patrná změna barevného podání: pod vodou je jas červených a oranžových tónů výrazně oslaben. V obou případech bylo natáčení provedeno na film DS-2. Foto od autora.
Rozsah fotografování závisí na rozsahu viditelnosti objektů ve vodě, který je zase určen: snížením osvětlení objektů, když se vzdalují od zdroje světla; oslabení viditelného jasu předmětu vodou; rozostření obrysů předmětu způsobené procesem rozptylu světla; lehký opar.
Výrazné zvýšení svítivosti svítilny nijak výrazně (jak jsme viděli z příkladu) nezvětšuje dosah viditelnosti. Desetinásobné zvýšení intenzity světla lampy zvýší dosah viditelnosti pouze o 15 %.
Rozsah viditelnosti objektů (může být několikanásobně větší než rozsah fotografování, který také do značné míry závisí na kontrastu. Hodnotu skutečného kontrastu objektu lze vypočítat pomocí vzorce:
kde e je základ přirozených logaritmů (e = 2,718).
Podle některých odborníků existuje vztah mezi dosahem viditelnosti a dosahem fotografování, vyjádřený vzorcem
kde L je rozsah fotografování;
z je horizontální rozsah viditelnosti standardního bílého disku. Experimenty s natáčením pod vodou ukázaly, že výše uvedená závislost je oprávněná v 80 ze 100 případů. Podvodní průzkumníci byli často přesvědčeni, že předměty, které byly pod vodou jasně viditelné pouhým okem a poté zaznamenané na film, se ukázaly jako bez kontrastu na negativu.
Mnoho badatelů si často kladlo otázku: v jaké hloubce v moři mizí? sluneční světlo? Podobný úkol v celkový pohled Pierre Bouguer před dvěma stoletími formuloval: „Na základě zkušenosti s poklesem, kterému světlo prochází při průchodu určitou tloušťkou průhledného tělesa, určete tloušťku, která musí být tělu dána, aby bylo neprůhledné.
Bouguer zároveň věřil, že Slunce se stane zcela neviditelným, pokud jeho světlo zeslabí 900 miliardkrát.
Takovou hloubku v moři snadno najdeme, pokud nastavíme odpovídající hodnotu indexu vertikálního útlumu?. Jaká je optimální hodnota pro modrozelenou část spektra v čistých vodách? se rovná přibližně 0,02 m -1. Nahrazení této hodnoty? do vzorce: Ф z / Ф 0 = 10 -?z snadno najdeme hloubku, ve které je sluneční světlo oslabeno 10 12krát: z = 12 / 0,02 = 600 m Ve více rozbouřené vody tato hloubka bude přirozeně podstatně menší.
Americký biolog Beebe, který sestoupil do hloubky téměř kilometr v batysféře, mohl na vlastní oči vidět nástup tohoto „království věčné noci“: „Tma v hloubce 750 metrů se zdála černější než jedna. dovedl si představit – a přesto se teď (v hloubce asi 1000 m) zdál černější než černý. Zdálo se, že všechny nadcházející noci horní svět budou vnímány pouze jako relativní stupně šera. A už nikdy bych nemohl s pevným přesvědčením použít slovo „černý“.
A přesto moderní světelné přijímače - fotonásobiče - umožňují detekovat přítomnost slunečního světla v takových hloubkách. Koneckonců, nejcitlivější z těchto přijímačů jsou schopny detekovat i jednotlivé fotony!
Výpočty ukazují, že pokud je za jasného slunečného dne takový přijímač spuštěn do hloubky 1000 m, pak v čistých vodách (s hodnotou indexu vertikálního útlumu? = 0,02 m -1) zaregistruje přibližně jeden foton za sekundu.
Sluneční světlo proniká také do velkých hloubek. Pouze jeden foton z každých 10 24 dopadajících na hladinu moře dosáhne hloubky 1200 m; zde by náš přijímač detekoval zásah fotonu přibližně jednou denně. V hloubce 1500 m - jednou za 300 let!
Pravděpodobnost proniknutí na dno příkopu Mariana - nejvíce hluboké místo v oceánu - foton slunečního světla je tak malý, že je to nepravděpodobné událost se stane alespoň jednou v celé historii lidstva.
P. Booger. Optické pojednání o gradaci světla...
V. Bib. V hloubce kilometru. M.-L., Detgiz. 1937.
K určení průhlednosti vody se používá jednoduchá technika: ponořte bílý disk (Secchiho disk) do vody a poznamenejte si, v jaké hloubce se stane neviditelným. Bílý kotouč můžete také vyměnit za elektrickou žárovku. Průhlednost se pohybuje v průměru mezi 30-50 m Příklady:
- V Sargasovém moři byla zaznamenána průhlednost až 66 m.
- Ve Středozemním moři byla největší průhlednost pozorována u pobřeží Sýrie a v Jónském moři - až 50-60 m.
- V Černém moři byla při pokusu s žárovkou zaznamenána průhlednost 77 m.
- V Severním moři je průhlednost pouze 20-22 m.
Hloubka průniku světla závisí na vlnové délce. V extrémně čisté mořské vodě se při přechodu z červeného světla na modré zvyšuje hloubka průniku viditelného světla (před úplným útlumem - 30 dB, 1000x) z 11 na 160 m (absorpční konstanta 0,310-0,021 m -1). Ultrafialové paprsky pronikají ještě hlouběji do vody. Účinek ultrafialového záření na fotografickou desku je patrný do maximální hloubky 500-1000 m.
Modelování absorpčního spektra vody pomocí aplikačního programu SPECTRA ukazuje, že nárůst hloubky průniku s klesající vlnovou délkou pokračuje v ultrafialovém podrozsahu A (400-320 nm) a B (320-275 nm) s minimálním útlumem v podrozsahu C ( 275-180 nm). Útlum se pak začne zvyšovat s prudkým vzestupem na vlnové délce asi 160 nm. Je-li tedy absorpční konstanta červeného světla (700 nm) 1,0 m -1, pak je ve fialové oblasti spektra (400 nm) 0,355 m -1; v blízkém ultrafialovém (320 nm) - 0,262 m-1; při 275 nm - 0,235 m-1; při 180 nm - 0,588 m-1. To znamená, že v oblasti krátkých vln je hloubka průniku UV záření srovnatelná s hloubkou viditelného světla. [Upozornění: čísla v tomto odstavci se mírně liší od výše uvedených, což odráží variabilitu publikovaných vědeckých údajů.]
Barva mořské vody je dána hloubkou průniku světla různé délky vlny. Červené a oranžové paprsky spektra jsou absorbovány nebo převážně absorbovány v malých hloubkách. Modré a fialové paprsky jsou absorbovány v menší míře, a proto mají větší šanci na odraz obrácený směr, na povrch. Proto se voda jeví jako modrá. V malých hloubkách nebo nízké průhlednosti se červené a oranžové paprsky odrážejí ode dna nebo částice suspendované ve vodě spolu s modrými a společně dávají zelenou barvu. Pokud je hloubka velmi malá (na okraji břehu, ve sklenici), rozdíly v absorpci světla různé barvy nemají čas se ovlivnit a voda vypadá bezbarvá.
Nečistoty přinášené řekami také ovlivňují barvu: ve Žlutém moři se žlutá barva získává díky spraši přenášené řekami. Rudé moře má u svých břehů množství načervenalých mikroorganismů. Někdy je voda mléčně bílá nebo černá; k tomu druhému dochází v důsledku rašeliny unášené řekami. Takové nečistoty způsobují zkreslení barvy vody u břehu, ale daleko od břehu nemají žádný účinek. Fosforescence mikroorganismů může také ovlivnit barvu vody.
Barva mořské vody kolísá mezi zelenou, modrou a kobaltově modrou (pokud neberete v úvahu vliv nečistot a rozdíly v důsledku barvy oblohy: v jasné počasí barva moře je více modrá nebo modrá, za oblačného počasí je šedá, olověná). Barva vody závisí na jejích fyzikálních vlastnostech, ale souvislost zde není přímá, ale nepřímá. Bylo zjištěno, že více slané a teplá voda má intenzivnější modrou barvu, zatímco studené a méně slané jsou více nazelenalé. Proto jsou jižní moře obvykle modrá a severní jsou zelená. Více než více hlubokých místech barva je modrá, nad méně hlubokými - zelená. Čím vyšší je slanost vody, tím rychleji dochází k sedimentaci jemného zákalu a v důsledku toho se zvyšuje průhlednost vody (proto modřejší barva).
Z těchto důvodů by měla být nejsilnější modrá barva v pasátech. Ve skutečnosti je tato zóna poněkud posunutá. Nejvyšší salinita je na 30° zeměpisné šířky a kobalt- modrý voda leží mezi 10 a 30°: in Atlantický oceán(na severní polokouli) a na indické (na jižní) polokouli.
Středozemní moře je modré, Černé moře stejné, ale odstín je slabší. Severní moře je nazelenalé, Baltské moře a severní část Kaspického moře zelené. Poblíž Newfoundlandu, kde se spojují dva proudy – Labradorský a Golfský proud – je jasně vidět jejich barevný rozdíl: Golfský proud – jemně modrá barva a Labrador je zelený. U západní břehy Amerika (Kalifornie, Peru) a Afrika (Benguela) mají studené proudy, proto má tamní voda více nazelenalou barvu.
Zdroje:
- Průhlednost a barva mořské vody - zkrácené shrnutí z knihy A.A. Kruber, "Obecná geografie", Moskva-Leningrad, 1938
- Vlastnosti ultrafialového záření ve vodě – fyzikální fórum poskytuje údaje o průhlednosti vody v různých podrozsahech ultrafialového záření a poskytuje odkaz na program pro modelování opacity vody.
- Popov N.I., Fedorov K.N., Orlov V.M., Mořská voda: Referenční příručka. - M.: Nauka, 1979. - Údaje o absorpci světla a ultrafialového záření v čisté mořské vodě.
Málo slunečního světla proniká do velkých mořských hlubin. Děje se tak především proto, že ne všechny sluneční paprsky proniknou do vody. Některé z nich se odrážejí. Navíc čím níže je slunce nad obzorem, tím více paprsků se odráží od hladiny moře.
Je známo, že bílé světlo je komplexní světlo. Skládá se z různých barev. Pronikání do vody sluneční paprsek rozpadá se na jednotlivé části; v tomto případě pronikají paprsky různých barev do různých hloubek. Červené paprsky zcela pohltí prvních pár desítek metrů vody, zelené paprsky téměř mizí v hloubce 100 metrů. Hlouběji pronikají pouze fialové paprsky, které však mizí i v hloubce více než 1500 metrů. Byl proveden následující experiment. Na moři byla ve speciálním přístroji - fotometru exponována fotografická deska v hloubce 1700 metrů a i přes tříhodinovou expozici deska neztmavla. V této hloubce tedy není ani známka světla.
Následující čísla mohou poskytnout představu o tom, kolik světla voda absorbuje: v hloubce 10 centimetrů pod hladinou vody dopadá na hladinu pouze 80 procent světla; v hloubce 20 metrů již zůstává 10 procent světla; v hloubce 50 metrů - pouze 1 procento a v hloubce 100 metrů - pouze 0,002 procenta světla dopadajícího na hladinu moře.
Šíření vodní rostliny v hloubce závisí na pronikání světla do vody. Stejně jako rostliny sushi potřebují sluneční světlo, a proto se nenacházejí v hloubce větší než 200 metrů.
V oceánech a mořích pozorují úžasný fenomén záře moře. Na souši můžete často vidět různé světlušky; to jsou housenky, brouci atd. Ale takoví masový jev, stejně jako záře moře, neexistuje na souši. Někdy je moře pokryto rovnoměrným závojem mléčného světla. Světlo voskuje a ubývá. To je aktivita některých mořských bakterií. Mnohem častěji na moři můžete vidět spoustu malých záblesků bílé, zelené nebo načervenalé barvy. Svítí to jednobuněční tvorové, zvané "noční světla", V moři navíc září různé ryby, raci, medúzy a další živočichové. Vydávají jasné, velké záblesky, hlavně z mechanického podráždění: z dopadu vlny, z kontaktu s trupem lodi atd.
Záře moře představuje krásný obraz. Během války však mohou svítící organismy demaskovat loď, která se tajně pohybuje v noci, umísťovat miny atd. a způsobit námořníkovi oprávněný poplach.
Co způsobuje změnu barvy vody v jezeře Bajkal?
Barva vody na Bajkalu, stejně jako v moři, závisí na přítomnosti částic v ní suspendovaných, na hloubce, stavu oblohy a povaze oblačnosti, výšce slunce atd. Na otevřeném Bajkalu je voda obvykle modrá. V blízkosti pobřeží nebo v deltaických oblastech velké řeky- modrošedé nebo nazelenalé kvůli přítomnosti žlutých částic v něm nebo hnědohnědé kvůli barvě říčních vod přinášejících hnědé suspendované částice bahna nebo rozpuštěné huminové látky, jako například v deltaické části východní Angary . Nazelenalá barva vody je dána zeleným a rozsivky, hnědá barva - masivní rozvoj hnědých řas v období jejich květu, ke kterému obvykle dochází na jaře (často pod ledovou pokrývkou). Barva vody se také mění, když slunce zmizí za mraky nebo se znovu objeví v mezerách.
Co je Pstruhová stupnice?
Stupnice Pstruh je standardem pro odstíny žluté, zelené a modré květy. Slouží k vizuálnímu určení barvy jezerní a mořské vody. Barva vody se stanoví srovnáním s barvou standardních roztoků zatavených ve skleněných ampulích na bílém pozadí Secchiho disku. Standardní roztoky se připravují smícháním dvou solí v různých poměrech: síran měďnatý amonný (síran měďnatý s amoniak) a neutrální chroman draselný. Ve stupnici Pstruh bylo 11 ampulí s různými barevnými standardy, v u nás používané stupnici bylo 22 ampulí a říká se tomu vodová barevná škála.
Jak se měří čistota vody?
V jezerech pro přibližný odhad průhlednost pomocí Secchiho disku. Jedná se o bílý kovový disk o průměru 30 centimetrů. Je spuštěn do vody, dokud není z dohledu. Tato hloubka je považována za průhlednost. Poprvé byla průhlednost vody měřena námořníky amerického námořnictva pomocí bílého porcelánového talíře v roce 1803 ve Středozemním moři. Spuštěná deska byla viditelná do hloubky 44 m Ruský námořní námořník O. Kotzebue, velitel brigy Rurik, v roce 1817 jako první změřil průhlednost pomocí bílých a červených kotoučů (desek). Tichý oceán.
V posledních letech Pro stanovení průhlednosti se používá řada elektronických měřičů průhlednosti, které umožňují zjistit průhlednost vody v libovolné hloubce a výsledky zaznamenat na zapisovače.
Proč je voda na Bajkalu tak čistá?
Bajkalská voda obsahuje málo suspendovaných látek a rozpuštěných látek, včetně rozpuštěných organická hmota, silně pohlcuje světlo, takže svou průhledností převyšuje všechny jezerní nádrže na světě a blíží se průhlednosti oceánských vod.
Kde je nejčistší voda v jezeře Bajkal?
V oblastech velké hloubky v jižní a severní pánvi. V oblasti maximální hloubky ve střední pánvi jsou vody méně průhledné. Navíc největší průhlednost neboli nejmenší koeficient útlumu světelného toku není v povrchových vrstvách vody, ale v hloubkách od 250-300 m do 1000-1200 m.
Voda byla považována za standard nejvyšší průhlednosti Sargasové moře, nacházející se v západním severním Atlantiku, blížící se průzračnosti destilované vody. Zde se Secchiho kotouč ztrácí z dohledu v rekordní hloubce 66,5 m. v poslední době v Tichém oceánu v Cookově moři byly objeveny i velmi průhledné vody s průhledností Secchiho disku 67 m Studie využívající elektronické měřiče průhlednosti však ukázaly, že v hloubkách 250-1200 m je rekordní průhlednost vody Bajkalu (96 %. ) je jen mírně horší než rekordní průhlednost oceánských vod (98 %).
Proč je hranice mezi bahnitou záplavovou říční vodou a vodou jezera ostře vymezena?
V době, kdy je teplota říčních vod nad +4 °C a voda na Bajkalu pod +4 °C, nepřesahuje kontaktní zóna těchto vod ani při bouřce jeden nebo dva metry. říční voda, ochlazování v kontaktní zóně na teplotu maximální hustoty, padá svisle dolů a vytváří ostré rozhraní. Při bočním osvětlení je ze strany viditelná stěna bahnité záplavové vody čistá voda jezera do hloubky 10-15 m i více.
Do jaké hloubky proniká světlo do vody jezera Bajkal?
Měření světla pomocí vysoce citlivých fotonásobičů, které počítají každý foton, ukázala, že světlo ze Slunce a Měsíce dosahuje až 500 m.
Co je hluboká rozptylová vrstva?
Jedná se o vrstvu vody, která obsahuje velké množství živých organismů. V mořích během dne je hluboká rozptylová vrstva zaznamenána v hloubce 200 až 500 m nebo více, v noci vystupuje k hladině. Na Bajkalu se organismy hromadí i přes den v hloubkách až 150-200 m a v noci vystupují na povrch (denní vertikální migrace). Při hledání hejn ryb pomocí echolotu s rybí smyčkou se v hloubkách 50-150 m zřetelně vynořily rozptylové vrstvy. Pravděpodobně se jednalo o nahromadění planktonních korýšů a případně komerčních pelagických ryb - omul a žlutokřídlý. možná, mladý golomyanok.
Proč se podvodní předměty zdají potápěčům větší, než ve skutečnosti jsou?
Potápěčům, kteří používají masku s plochým sklem, se podvodní předměty zdají zvětšené asi o 30 %. To je způsobeno rozdílem v indexech lomu světla ve vodě a ve vzduchu obsaženém v masce. Potápěč si na to zvykne a nevědomky zavede vhodnou korekci. Fotografování pod vodou však představuje vážné problémy. Aby se eliminovalo zkreslení objektu, je sklo v podvodních fotoboxech zakřivené. Speciálním výběrem zakřivení skla je možné zajistit minimální zkreslení.
Jaký vliv má sluneční záření na Bajkal?
Utváří počasí a klima pánve, zajišťuje fotosyntézu a reguluje její rychlost v organismech vodních rostlin, které jsou přímým či nepřímým zdrojem potravy pro všechny vodní živočichy. Sluneční záření ovlivňuje rozmnožování, chování a migraci vodních živočichů, dává jim schopnost vidět pod vodou atd.
Která část sluneční záření proniká do vody jezera Bajkal?
více než 60 % solární energie je absorbován v horní metrové vrstvě vody a více než 80 % v horních 10 metrech. V hloubce 50 m je intenzita světla pouze 5 % osvětlení na povrchu. V pobřežních a kalných vodách je absorpce mnohem silnější. Záření, které proniká nejhlouběji, jsou přesně ty vlnové délky, které rostliny potřebují pro fotosyntézu.
Jaké faktory určují hloubku pronikání slunečního záření do vodního sloupce?
Nejdůležitějším faktorem je zákal, to znamená množství pevných částí anorganických a organického původu včetně sedimentárního materiálu, fyto- a zooplanktonu a mikroorganismů. Skvělá hodnota Záleží také na výšce slunce nad obzorem: nejhlouběji světlo proniká v poledne.
Znečištění, zejména ropnými produkty, má velmi znatelný vliv. Olejový film na hladině vody zeslabuje intenzitu světla pronikajícího do vodního sloupce desetinásobně i stokrát.
Jak se mění spektrální složení světla pronikajícího do vody?
Spektrální složení pronikajícího světla závisí na čistotě a průhlednosti vody. Dlouhovlnné záření se zadržuje v povrchových vrstvách, krátkovlnné záření proniká nejhlouběji, proto v podmořském prostoru jako první mizí tepelné infračervené, červené a oranžové paprsky. Modré, fialové a ultrafialové záření proniká nejhlouběji. V přítomnosti suspendovaných částic se světlo rozptyluje a hloubka jeho průniku do vodního sloupce se snižuje. Ale i tenká krusta ledu o tloušťce 1-2 mm na vodě téměř úplně blokuje všechny tepelné paprsky. Hraje velmi velkou roli pro ohřev vody pod ledem. Voda pod ledová pokrývka na Bajkalu se otepluje až na 1 °C a výše díky zpoždění dlouhovlnného záření z vody, které urychluje ničení ledu zespodu.
Na Bajkalu je hloubka průniku světla dána intenzitou rozvoje zoo- a fytoplanktonu a množstvím suspendovaných částic. V oblastech ústí velkých řek se hloubka průniku světla snižuje v důsledku velké množství suspendované částice přenášené řekami.
Co je to eufotická zóna?
Horní vrstva vody v nádrži, kam proniká dostatečné množství světlo nezbytné pro fotosyntézu a reprodukci řas. V rámci svých limitů je fotosyntéza omezena dostupností živin. Na příznivé podmínky Biomasa fytoplanktonu se může zvýšit dvakrát až třikrát denně. Pokud předpokládáme, že v eufotické zóně je využito 99 % toho, co se dostane do vody sluneční záření, dále na Bajkalu, kde je tloušťka fotické zóny 2,8krát větší než průhlednost Secchiho kotouče, jeho maximální tloušťka je 112 m.
Jaká je hustota vody Bajkal?
Jeho mineralizace je zanedbatelná (cca 0,1 g/l) a hustota se blíží hustotě destilované vody, rovná se 1 kg/dm3 při teplotě +4 °C. Průměrná roční teplota Voda v jezeře má asi +4 °C, tedy blízkou teplotě maximální hustoty sladké vody. Hustota vody na dně jezera Bajkal v oblasti maximálních hloubek je o 0,80 % větší než na povrchu jezera.
Proč limnologové potřebují studie hustoty vody?
Znalost vertikálního rozložení hustoty vody v jezeře, stejně jako v mořských nádržích, umožňuje vypočítat směr a rychlost proudů. Je také nutné určit stabilitu vodní hmoty. Pokud hustší voda leží nad vodou s nižší hustotou, dochází k míšení zcela přirozeně vodní masy. To je zvláště důležité vzít v úvahu při předpovídání stavu jezer s různými koncentracemi solí, živin a organických látek.
Je jezerní voda stlačitelná?
Sladká voda, stejně jako mořská voda, je prakticky nestlačitelná (koeficient stlačitelnosti je za normálních podmínek pouze 0,000046 na 1 bar). Vlivem tlaku se molekuly vody poněkud přibližují k sobě, v důsledku čehož se její hustota mírně zvyšuje. Pokud by byla voda absolutně nestlačitelná, pak by hladina v Bajkalu byla o 4,5 m vyšší.
Jakou rychlostí se zvuk šíří ve vodě?
Rychlost zvuku ve vodě závisí na teplotě, slanosti a tlaku. Při teplotě například 25 °C se rovná 1496 m/s. Zvuk se v mořské vodě šíří 4,5krát rychleji než ve vzduchu. S nárůstem některého ze zmíněných faktorů (teplota, slanost, tlak) roste rychlost zvuku ve vodě. Pod vlivem všech příčin se v průměru rychlost šíření zvuku v čerstvou vodu při teplotě 4 °C - 1421,55 m/s a v moři při salinitě
35%o - 1466,7 m/s.
Jak daleko se může zvuk šířit ve vodě?
Neexistují žádné informace o studiích tohoto druhu ve sladké vodě. V oceánech byly zvukové vibrace generované podvodní explozí produkovanou výzkumným plavidlem Columbia University Vema v roce 1960 zaznamenány ve vzdálenosti 12 tisíc mil. Hlubinná nálož byla odpálena v podvodním zvukovém kanálu u pobřeží Austrálie a přibližně o 144 minut později zvukové vibrace dosáhly Bermud, tedy téměř opačného bodu na zeměkouli.
Co je to zvukový kanál?
V určité hloubce pod hladinou vody je vrstva, ve které se zvuk šíří s nejmenší ztrátou energie. Nad touto hloubkou se rychlost zvuku zvyšuje v důsledku zvyšující se teploty a pod touto hloubkou se zvyšuje v důsledku nárůstu s hloubkou. hydrostatický tlak. Tato vrstva je druh podvodního zvukového kanálu. zvuková vlna nebo paprsek, který se odchýlil od osy kanálu nahoru nebo dolů v důsledku lomu, má tendenci se vracet do kanálu. Vlny excitované v kanálu proto nemohou opustit kanál. Jakmile je zvuk v takovém kanálu, může cestovat tisíce kilometrů. Zvukový kanál se používá pro podvodní komunikaci na velmi dlouhé vzdálenosti. Mezi biology panuje takový velký předpoklad vodní savci(velryby) používají tento kanál ke komunikaci se svými příbuznými umístěnými ve velké vzdálenosti od sebe. Je to možné tuleň bajkalský a možná, že ryby v jezeře zůstanou v kontaktu pomocí takového kanálu. Na otevřeném Bajkalu se při teplotě vody nad 4 °C objeví zvukový kanál, který se oteplením povrchové vody hloubka až 200 m V přítomnosti ledu se vytváří blízkopovrchový zvukový kanál. Charakteristiky zvukových kanálů na jezeře Bajkal se jen málo liší od těch v oceánu.