Jak głęboko dociera światło słoneczne? Właściwości optyczne środowiska wodnego i prawa rozchodzenia się w nim światła
Woda, będąc ośrodkiem stosunkowo przezroczystym, znacznie różni się od niej właściwościami fizycznymi środowisko powietrzne. Będąc 770 razy gęstszy od powietrza, jest praktycznie nieściśliwy, dość dobrze przenosi drgania dźwiękowe i ma znacznie większą pojemność cieplną w porównaniu do powietrza. Woda, nawet optycznie czysta, tłumi światło widzialne około 1000 razy bardziej niż powietrze.
Jeśli zasięg widoczności obiektów w powietrzu może sięgać kilku kilometrów, a astronauci wyraźnie widzą zarysy kontynentów i miast nawet kilkaset kilometrów, to zasięg widoczności w środowisku wodnym nie przekracza kilkudziesięciu metrów. Podwodny fotograf nawet w pogodny, słoneczny dzień widzi obiekty spowite jasnoniebieską mgłą. Fotografując w wodzie, zdjęcia okazują się mało kontrastowe, a przy fotografowaniu w kolorze bardzo trudno jest uzyskać prawidłowe i bogate odwzorowanie kolorów.
Oko ludzkie ze swej natury postrzega światło nie tylko na podstawie jego jasności, ale także koloru. Wpadając pod wodę na małą głębokość, osoba obserwuje całą gamę odcieni kolorów blisko powierzchni. Kiedy schodzi głębiej, zauważa to żywe kolory stać się nudnym.
Co powoduje to zjawisko, dlaczego pod wodą traci się jasność i zmienia się bogactwo gamy barw?
Porozmawiajmy pokrótce o właściwościach optycznych wody w części widma widocznej dla ludzkiego oka.
Absorpcja światła przez wodę
Woda optycznie czysta, czyli pozbawiona substancji barwiących i zanieczyszczeń mechanicznych, osłabia strumień świetlny w określony sposób.
Absorpcja monochromatycznego strumienia światła przez wodę, tworząc wiązkę równoległych promieni, jest określona przez prawo wykładnicze:
gdzie Fk jest strumieniem świetlnym przepuszczanym przez warstwę wody;
F0 - przepływ przychodzący widmo monochromatyczne;
x to grubość warstwy wody, przez którą przechodzi strumień światła, m;
k jest szybkością wchłaniania warstwy wody, 1/m (metry odwrotne).
Rozważmy wykres krzywej absorpcji dla światła optycznego czysta woda(ryc. 1).
Praktycznie ma to woda morska oczyszczona z zanieczyszczeń mechanicznych Charakterystyka fizyczna, zbliżoną wartością do właściwości wody optycznie czystej. Wykres pokazuje, że najniższa absorpcja odpowiada długości fali światła około 490 mmk (tj. barwie niebieskiej) przy k = 0,006 1/m. W tej części widma woda pochłania bardzo mało światła. Straty w tym przypadku wynoszą 1,5% dla ścieżki światła o długości 1 m. W czerwonej części widma o długości fali około 720 mmk współczynnik absorpcji osiąga największą wartość. W tym przypadku k = 1/m, a na granicy z promieniowaniem ultrafioletowym - 0,05 1/m.
Absorpcję światła w wodzie naturalnej w zakresie widma widzialnego (z wystarczającym stopniem dokładności) można rozpatrywać jako sumę dwóch absorpcji: a) absorpcji światła przez cząstki zawieszone w wodzie oraz b) absorpcji światła optycznie czysta woda. Obecność cząstek zawieszonych w wodzie naturalnej, różne formy i materiały znacznie zwiększają całkowitą absorpcję strumienia świetlnego. Wykresy (ryc. 2) przedstawiają krzywe absorpcji światła przez wodę morską.
Z porównania krzywych absorpcji (patrz rys. 1 i 2) widać wyraźnie, że w interesującym nas obszarze widma tłumienie światła następuje głównie poprzez absorpcję przez zawieszone cząstki.
Woda morska ma współczynnik absorpcji większy niż woda optycznie czysta; Jeszcze większą chłonność wykazują wody rzek i jezior. Wody naturalne bardzo przezroczyste w widzialnym obszarze widma mają wartość k = 0,021/m, natomiast wody zanieczyszczone mogą mieć wartość k = 21/m. Każdy metr naturalnej wody może zostać utracony w wyniku absorpcji od 5 do 99% padającego strumienia światła.
Pochłonięte światło jest tracone przez fotografię;
w tym przypadku pochłonięta energia świetlna jest zużywana na ogrzewanie ośrodka, powodując wibrację cząstek materiału. Niezaabsorbowana energia świetlna jest rozpraszana przez cząstki w różnych kierunkach.
Straty spowodowane absorpcją światła w środowisku wodnym nie mogą znacząco wpłynąć na uzyskanie obrazów o wysokiej jakości. Strata ta jest kompensowana przez zastosowanie szybkich soczewek i bardzo czułych emulsji negatywowych. Dobre rezultaty można uzyskać fotografując obiekty pod wodą z bliskiej odległości lub stosując sztuczne źródła światła w celu zwiększenia oświetlenia.
Jednak największe trudności w fotografii podwodnej nie wynikają z absorpcji światła, ale z jego rozproszenia.
Rozpraszanie światła przez wodę
Rozpraszanie światła przez wodę zależy w dużej mierze od jej zanieczyszczenia cząsteczkami zawieszonymi, jednak całkowicie czysta woda destylowana również rozprasza światło. Rozpraszanie światła w wodzie jest zjawiskiem złożonym, powodowanym zarówno przez obecność cząstek mechanicznych w wodzie, jak i przez ruch cząsteczek wody.
Równoległa monochromatyczna wiązka promieni przechodząca przez warstwę wody x ulega osłabieniu w wyniku rozproszenia:
gdzie Fa jest strumieniem świetlnym przepuszczanym przez warstwę rozpraszającą wody;
a jest wskaźnikiem rozproszenia światła, który zależy od liczby zawieszonych cząstek na jednostkę objętości wody i od wielkości tych cząstek.
Rozmiar cząstek znacząco zmienia wzór rozpraszania.
Jeżeli wielkość cząstki jest na tyle mała, że jej średnica jest wielokrotnie mniejsza od długości fali światła i mierzona jest w tysięcznych części mikrona, to wiązka światła padająca na taką cząstkę jest rozpraszana niemal we wszystkich kierunkach z jednakową siłą. Ilość światła przekazanego dalej będzie w tym przypadku równa ilości światła odrzuconego przez cząstkę.
Wraz ze wzrostem wielkości cząstek wzrasta ilość energii świetlnej przesyłanej w kierunku padającej wiązki. Jeżeli średnica cząstki jest równa długości fali światła, wówczas ilość energii świetlnej przesyłanej w kierunku padania wiązki światła będzie około 2,5 razy większa niż ilość energii świetlnej odrzuconej.
Aby obliczyć wskaźnik rozproszenia, możesz skorzystać ze wzoru:
gdzie c jest stałym współczynnikiem;
A - długość fali, mmk;
v jest wykładnikiem zależnym od promienia cząstek rozpraszających.
Rozpraszanie światła nazywane jest rozpraszaniem Rayleigha na cześć Rayleigha, naukowca, który odkrył to prawo. Jednak prawo rozpraszania Rayleigha ma zastosowanie tylko dla promieni cząstek nie większych niż 0,05 μm. Na duże wartości promień cząstek, wykładnik zaczyna gwałtownie spadać.
Przy małym promieniu cząstek tłumienie jest silniejsze w fioletowej części widma, a wraz ze wzrostem wielkości cząstek różnica w tłumieniu światła pomiędzy fioletową i czerwoną częścią widma maleje. W przypadku cząstek o średnicy większej niż 4 μm rozpraszanie nie zależy od długości fali.
Rozpraszanie światła powodowane jest przez plankton, cząstki organiczne i nieorganiczne unoszone przez prądy z dna lub przynoszone z rzek, a także pęcherzyki powietrza. Najsilniej rozpraszają światło świeże wody płynące, wody jezior oraz wody przybrzeżne mórz i oceanów.
Natomiast woda całkowicie pozbawiona zanieczyszczeń mechanicznych rozprasza światło.
Rozpraszanie światła w całkowicie czystej, optycznie przezroczystej wodzie nazywa się rozpraszaniem molekularnym. Ciągły ruch cząsteczek spowodowany drganiami termicznymi w środowisku wodnym powoduje powstawanie różnych gęstości pierwiastkowych wody. Współczynniki załamania światła w sąsiednich elementarnych objętościach wody mogą w pewnym momencie okazać się różne, powstaje niejednorodność optyczna ośrodka i promień światła odchyla się od swojej ścieżki.
W przypadku normalnej fotografii podwodnej bardzo ważny jest stosunek ilości światła rozproszonego i skierowanego. Światło rozproszone nie może brać udziału w tworzeniu obrazu, a mimo to padając na kliszę przez obiektyw fotograficzny, oświetla światłoczułą warstwę negatywu fotograficznego. W pewnych warunkach rozproszone światło powoduje takie zaczernienie negatywu, że dalsza obróbka i wykonanie odbitki fotograficznej staje się niepraktyczne.
Stwierdzono zatem, że światło w wodzie jest osłabiane na skutek absorpcji i rozpraszania strumienia świetlnego. Jaki jest łączny wpływ tych czynników?
Tłumienie światła przez wodę
Pochłanianie i rozpraszanie energii świetlnej przez wodę osłabia światło. Równoległa wiązka promieni świetlnych jest tłumiona zgodnie z tym samym prawem wykładniczym:
gdzie Fs jest monochromatycznym strumieniem światła przechodzącym przez warstwę wody; e jest wskaźnikiem tłumienia.
Przepuszczalność światła kierunkowego przez wodę b zależy od stopnia tłumienia światła i grubości warstwy wody x:
Przezroczystość charakteryzuje się przepuszczalnością światła słupa wody równą 1 m.
Główną rolę w tłumieniu światła przez wodę optycznie czystą odgrywa absorpcja światła przez wodę. Jednak w środkowej części widma widzialnego zauważalne jest również rozpraszanie (patrz ryc. 1). Największa przezroczystość czystej wody będzie w zakresie widma 460-520 mmk
(niebieski i zielony kolor A). W tym przypadku warstwa wody o grubości 5 m jest w stanie tłumić światło podobnie jak zwykła szyba okienna (rys. 3).
Minimalna wartość e wynosi 0,01 1/m, ale gwałtownie rośnie w kierunku granic widma.
Współczynnik rozproszenia c dla wód naturalnych w górnych warstwach zbiornika ma wartość zbliżoną do współczynnika absorpcji k. Współczynnik rozproszenia w tych przypadkach wynosi 50-70% wskaźnika tłumienia.
W praktyce przezroczystość wody często ocenia się na podstawie głębokości widoczności białego krążka o średnicy 300 mm. Głębokość widoczności dysku określa się jako sumę dwóch pomiarów (głębokość zanikania dysku podczas zanurzenia i głębokość pojawiania się dysku po wzniesieniu), podzieloną na pół.
Przezroczystość wody oraz sposób oceny przezroczystości – głębokość widoczności białego dysku Z – zależą od osłabienia oświetlenia (rozpraszania i pochłaniania światła przez wodę). Do przybliżonych obliczeń i określenia wskaźnika tłumienia można zastosować wzór Gershuna:
Należy jednak pamiętać, że współczynnik jest różny dla różnych zbiorników wodnych. Według pomiarów Atkinsa i Grahama w wodach Oceanu Atlantyckiego wynosi on 2,2.
Przezroczystość wód naturalnych jest różna zarówno w różnych zbiornikach wodnych, jak i w tym samym zbiorniku wodnym: zależy od pory roku, pogody, prądów i wiatrów. Widoczność białego dysku dla wód naturalnych waha się od kilkudziesięciu centymetrów do 70 m. Tabela. 1* pokazuje głębokość widoczności dysku różne wody pokój. Tabela pokazuje, że wzrost widoczności białego dysku wzrasta wraz z odległością od wybrzeża kontynentu.
Przezroczystość wody jest jednym z głównych czynników wpływających na oświetlenie pod wodą.
Oświetlenie i fotografia podwodna w świetle naturalnym
Naturalny strumień światła w słupie wody jest tłumiony głównie w wyniku absorpcji.
Rozpraszanie światła w mniejszym stopniu osłabia strumień świetlny, ponieważ kierunek rozpraszania różni się nieznacznie od pierwotnego kierunku strumienia.
Głębokość wnikania światła do wody zależy od współczynnika absorpcji i zależy od oświetlenia powierzchni.
Oświetlenie powierzchni morza zależy z kolei od kąta nachylenia słońca nad horyzontem oraz od zachmurzenia.
Podążajmy za promieniem światła przenikającym wodę. Wiązka promieni świetlnych padająca na powierzchnię wody jest od niej częściowo odbijana, a częściowo załamana wnika głębiej. Wykres (ryc. 4) przedstawia kąty padania wiązki światła, jej załamania i odbicia od powierzchni wody. Kąt załamania n1′ różni się od kąta padania i zależy od współczynnika załamania światła n. Kąt odbicia n2 zależy od kąta padania ni i jest mu równy.
Ryż. 4. Schemat odbicia i załamania promienia światła od powierzchni wody. i1 to kąt padania wiązki światła na powierzchnię wody; i2 to kąt odbicia wiązki światła od powierzchni wody; i’1 to kąt załamania wiązki światła podczas przejścia przez powierzchnię wody; n1 = 1 = współczynnik załamania światła dla powietrza, n2 = 1,337 - współczynnik załamania światła dla środowisko wodne
Ryż. 5. Wykres zależności przepuszczanego strumienia światła od głębokości (w m). 1- woda oceaniczna o wysokiej przezroczystości; woda 2-oceaniczna o średniej przezroczystości; 3 - woda przybrzeżna o średniej przezroczystości; 4 - mętna woda
Cząsteczki zawieszone w wodzie, powodując rozproszenie światła, jednocześnie w znacznym stopniu pochłaniają promienie niebieskie. Z wykresu dla mętnej wody przybrzeżnej (ryc. 6) można zauważyć, że ilość światła w niebieskiej części widma jest przez nią absorbowana aż do 80%. Ilość światła pochłoniętego w czerwonej części widma w tym przypadku będzie równa 90%. Dlatego przedmioty w mętnej wodzie wydają się żółte.
Z rozważanych wykresów można zobaczyć, jak oświetlenie zmienia się jakościowo i ilościowo na różnych głębokościach i jak na to wpływa właściwości fizyczne woda i jej zanieczyszczenia. Liczne eksperymenty wykazały z kolei, że już na głębokości 3 m w warunkach przybrzeżnej czystej wody pozostaje jedynie 40% jasności oświetlenia powierzchniowego.
W kolorowej fotografii podwodnej osłabienie promieni czerwonej części widma znacznie komplikuje proces wywoływania negatywu i późniejszego kolorowego drukowania pozytywu. Podczas fotografowania czarno-białego na panchromatycznych kliszach negatywowych, które są najbardziej równomiernie wrażliwe na wszystkie promienie widma widzialnego, osłabienie lub brak promieni czerwonych, zakłócając równowagę kolorów, zmniejsza kontrast obrazu.
Aby zredukować dominujący wpływ promieni niebieskich, tj. usunąć zamglenie i uzyskać wyraźniejsze zdjęcia w czerni i bieli fotografia podwodna, oraz w celu uzyskania równowagi kolorów, zgodnie z którą światłoczuły jest film kolorowy (czułość fotograficzna to badanie polegające na pomiarze właściwości fotograficznych warstw światłoczułych. Uczulenie to wrażliwość światłoczułych warstw filmu na światło czerwone), w przypadku kolorowej fotografii podwodnej konieczne jest stosowanie filtrów korekcyjnych.
Na ryc. Na rysunku 7 przedstawiono krzywe transmisji światła w wodzie na głębokości 3 m. Krzywe uzyskano korygując strumień świetlny filtrami typu PS-10 i korygując wykresy uwzględniając tę korekcję.
Otrzymane po korekcji krzywe transmisji światła mają niewielkie maksima na granicach niebieskiej i czerwonej części widma oraz niewielkie minimum w jego żółtej części.
Przy takich stosunkach długości fali możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości obrazów zarówno w przypadku fotografii czarno-białej, jak i kolorowej.
Jeśli jednak przeanalizujemy ilość światła przechodzącego przez wodę i skorygowaną za pomocą filtrów świetlnych za pomocą krzywych, okaże się, że jest ona bardzo mała. Już na głębokości 3 m dla przybrzeżnej wody błotnistej całkowita przepuszczalność wynosi tylko 10%, czyli tylko część światła V10 może aktywnie uczestniczyć w procesie fotografowania. Jeżeli za drogę światła równą 3 m przyjąć sumę drogi światła od powierzchni wody do fotografowanego obiektu plus drogę światła od fotografowanego obiektu do aparatu, to woda przybrzeżnaśrednie zmętnienie na głębokości 1,5 m i w odległości 1,5 m od fotografowanego obiektu, należy zwiększyć ekspozycję 10-krotnie w porównaniu do ekspozycji nad wodą. Filtry świetlne, takie jak PS-10, korygują strumień świetlny, odcinając część widma o krótkich falach. Jednocześnie ilość światła do filmowania pod wodą staje się niewystarczająca.
Oświetlenie podwodne jest szczególnie słabe w błotnistej wodzie. Pracując jesienią 1962 roku w porcie w Rydze, autor zanurzył się w rzece. Dźwina. Chwila ulewa spowodował bardzo poważne zanieczyszczenie wód rzecznych. A już na głębokości 3 m zupełnie nie dało się określić, gdzie znajdowała się oświetlona słońcem powierzchnia dna.
Podczas fotografowania pod wodą na czarno-białej kliszy do regulacji strumienia światła można zastosować filtry pomarańczowe i żółte: OS-12, ZhS-12, ZhS-18. Filtry te mają krotność kilkakrotnie mniejszą niż filtry czerwone. Jak już wspomniano, w różnych wody naturalne W tych samych naturalnych warunkach oświetleniowych oświetlenie podwodne nie jest takie samo.
W woda morska w pogodny, słoneczny dzień przy głębokości widoczności białego dysku Z = 20 m, na głębokości 25 - 30 m jest jasno, jak w powietrzu w pochmurny dzień. Światło na tej głębokości jest zielonkawe.
Latem 1962 roku autor w ramach grupy badaczy podwodnych zanurkował w Cieśninie Tatarskiej Morze Japońskie aby obejrzeć legendarną fregatę „Palla-da”. Statek zatonął na głębokości 20-25 m, a czasami w dobra pogoda jego kontury były widoczne z powierzchni. Po zejściu w lekkim sprzęcie do nurkowania na pozostałości statku znaleźliśmy się w zimnym, zielonkawym zmierzchu. Wszystkie jasne kolory zostały przytłumione, detale statku porośnięte glonami tonęły w półmroku. Gwiazdy morskie, jasna na powierzchni, z pomarańczowymi i fioletowymi promieniami, wyglądała jak bezbarwne kawałki materiału rozrzucone na dnie.
Podwodny myśliwy ze strzałem byka. Fotografia została wykonana w Cieśninie Tatarskiej na Morzu Japońskim, głębokość 3m, szerokość filmu 35mm, czułość 180 jednostek. GOST, ekspozycja 1/125 sek., oświetlenie naturalne. Obiektyw „Gidrorussar 5”. Zdjęcie autora.
Georges Gouault i Pierre Wilme, którzy zeszli łodzią podwodną do Morza Śródziemnego, uważają, że na głębokości 500 m znikają wszelkie oznaki światła. Nurkując w pobliżu Bermudów zauważyli, że na głębokości 200 m światło jest niebieskie, głębiej – fioletowe, a na głębokości 600 m panuje ciemność.
Podczas kręcenia zdjęć pod lodem na Zbiorniku Rybińskim D. S. Pavlov i D. S. Nikolaev zebrali materiał na temat lokalnego oświetlenia pod lodem. Okazało się, że przy oświetleniu powierzchniowym lodu równym 2000-4000 luksów, oświetlenie na głębokości 0,5-1 m od dolnej powierzchni lodu wynosiło zaledwie kilkaset luksów. Grubość lodu podczas pomiarów świetlnych wynosiła 45 cm, a grubość pokrywy śnieżnej wahała się od 0 do 15 cm.
V. S. Loschilov w swojej pracy dotyczącej stereoskopowej fotografii morskiej pod lodem zwraca uwagę, że naturalne oświetlenie dolnej powierzchni lodu jest wystarczające do fotografowania go bez sztucznych źródeł światła. Lód o grubości 1,5 m przepuszcza 20% światła. Jeśli słońce znajduje się 20° nad horyzontem, oświetlenie pod lodem w tym przypadku będzie wynosić 1500 luksów.
Podwodny odkrywca w pracy. Fot. V. Burnashov.
Praktyka fotograficzna pokazała, że gdy pokrywa lodowa morska ma grubość do 1,5 m, oświetlenie w pogodne popołudnie pod lodem pozwala na fotografowanie bez podświetlenia, jednak gdy śnieg zaczyna się topić, przezroczystość zauważalnie maleje.
Pokrywa śnieżna również znacznie zmniejsza oświetlenie pod lodem.
Fotografowanie podwodne pod lodem i fotografowanie w wodach zanieczyszczonych jest niemożliwe bez użycia specjalnego sprzętu fotograficznego ze sztucznym oświetleniem.
Aby określić ekspozycję podczas filmowania pod wodą, wielu specjalistów korzysta z fotometrów Leningrad-1 i Leningrad-2, umieszczając je w specjalnych pudełkach izolacyjnych. Pudełka takie zawierają przezroczyste okienka i napędy do wag przyrządów. Jednak pierwsze eksperymenty z wykorzystaniem światłomierza podczas filmowania pod wodą ujawniły błędność ich odczytów w warunkach podwodnych.
O. A. Sokolov obliczył poprawki do odczytów krajowych mierników ekspozycji. Wyniki ich zastosowania okazały się dość interesujące. Zatem na Morzu Śródziemnym już na głębokości 25 m konieczne jest zwiększenie ekspozycji 2-krotnie w porównaniu do odczytu przyrządu, a na głębokości 75 m - 5-krotnie.
To przeszacowanie odczytów światłomierza jest spowodowane różnicą w stosunkach widmowych światła pod wodą i na powierzchni.
Zazwyczaj miernik ekspozycji jest regulowany w zależności od wrażliwości filmu na światło naturalne. Dlatego w każdym konkretny przypadek W przypadku korzystania z światłomierza podczas fotografowania pod wodą konieczne jest porównanie jego odczytów z wynikami uzyskanymi podczas fotografowania kontrolnego.
Podwodne oświetlenie tworzone przez podwodne lampy
Stosowanie pełnego lub częściowego sztucznego oświetlenia podczas fotografowania pod wodą znacznie poprawia jakość zdjęć. Jednocześnie powstało oświetlenie źródła sztuczneŚwiatło w wodzie, podobnie jak światło naturalne, ulega osłabieniu w wyniku rozproszenia i absorpcji. Dodatkowo przy obliczaniu oświetlenia wytworzonego przez punktowe źródło światła wraz z tłumieniem światła (rozproszeniem i absorpcją) należy wziąć pod uwagę prawo kwadratów odległości.
Fotografia podwodna wymaga mocnych i niezawodnych źródeł światła, najlepiej z własnym zasilaniem. Dotyczy to przede wszystkim elektronicznych lamp błyskowych i jednorazowych lamp błyskowych. Źródła światła pobierające stałą moc z powierzchni są z reguły nieopłacalne. Ich użycie może być uzasadnione jedynie w przypadku filmowania podwodnego i telewizji podwodnej lub fotografowania w trudnych warunkach przy bardzo ciemnym oświetleniu: w zalanych kopalniach, na zatopionych statkach, w jaskiniach itp., a nawet wtedy tylko wtedy, gdy prace wykonują nurkowie w wentylowany sprzęt. Kabel do zasilania źródeł światła można wówczas uzupełnić o wąż powietrzny i kabel telefoniczny. Jednak manewrowość nurka obciążonego za plecami kilkudziesięciu metrów kabla i węża z pewnością będzie bardzo ograniczona.
Do oświetlenia podczas fotografii podwodnej można używać jednorazowych lamp błyskowych. Jednak potrzeba demontażu pod wodą komplikuje konstrukcję pudełka na lampę, a brak dostępnych na rynku projektów fabrycznych uniemożliwia ich powszechne zastosowanie.
Konstrukcja i obwody lamp błyskowych Molniya EV-1, Luch-59 i FIL są najbardziej odpowiednie do stosowania w fotografii podwodnej. Lampy impulsowe wytwarzają bardzo krótki (od 1/2000 do 1/500 s) i mocny błysk, a jej strumień świetlny jest bardzo zbliżony pod względem składu widmowego do światła słonecznego.
Światło z elektronicznej lampy błyskowej pozwala na fotografowanie na kolorowej kliszy używanej do oświetlenia dziennego. To bardzo ważne, bo przy wyborze filtrów korekcyjnych można zastosować te same numery filtrów, co przy fotografowaniu przy świetle naturalnym.
Nie powinniśmy jednak zapominać, że korzystając z lampy błyskowej, której napięcie zasilania wynosi 330 V, należy zachować maksymalną ostrożność podczas obchodzenia się z urządzeniem. Ten punkt należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu obudowy lampy błyskowej.
Lokalizacja źródła światła
Podczas fotografowania pod wodą najważniejsza jest lokalizacja źródeł światła w stosunku do fotografowanego obiektu i aparatu.
Umieszczając źródło światła blisko osi obiektywu nie należy zapominać o rozproszeniu światła. W takim przypadku propagację światła w wodzie będą utrudniać zawieszone w wodzie cząsteczki, które są niewidoczne nawet w naturalnym świetle.
Wiązka światła ze źródła oświetli cząsteczki zawieszone w wodzie w drodze do fotografowanego obiektu. Strumień światła, znacznie tracąc swoją kierunkowość i jasność, utworzy kurtynę świetlną pomiędzy kamerą a obiektem. Tło to jest czasami tak duże, że zarys obiektywu jest za nim prawie niewidoczny. Jeśli weźmiesz pod uwagę, że wiązka światła musi wrócić z obiektu do kamery, możesz sobie wyobrazić, jaki rodzaj przeszkody powstaje, gdy źródło światła znajduje się w pobliżu obiektywu.
Wybierając optymalną lokalizację źródła światła, należy zmniejszyć drogę wiązki światła w wodzie i unikać bezpośredniego oświetlania otoczenia pomiędzy obiektem a aparatem. Droga światła w wodzie ulega skróceniu poprzez przesunięcie lampy do przodu w stronę fotografowanego obiektu. Aby wyeliminować płaskie oświetlenie obiektu i bezpośrednie naświetlenie otoczenia przed obiektem, lampę należy odsunąć od aparatu (ryc. 8). Dlatego źródło światła musi znajdować się z przodu i z dala od urządzenia.
Określanie ekspozycji w świetle sztucznym
Ekspozycja podczas fotografowania pod wodą z lampą błyskową zależy od:
1) moc energii błysku;
2) odległość źródła światła od obiektu;
3) odległość obiektu od kamery;
4) wrażliwość na światło i barwę zastosowanego materiału negatywowego;
5) gęstość zastosowanych filtrów korekcyjnych;
6) przezroczystość wody w obszarze fotografowania.
Połączenie wszystkich tych czynników określa wielkość względnej apertury obiektywu. Regulacja wielkości przysłony dostępna w urządzeniach pudełkowych - niezawodny sposób zmiany ekspozycji. Narażenie można określić za pomocą stałych współczynników 1, 4, 5, 6 i zmiennych współczynników 2, 3.
Obliczenia narażenia przeprowadza się przy użyciu liczby przewodniej. Liczba przewodnia jest równa odległości od obiektu pomnożonej przez przysłonę. W związku z tym apertura będzie wyrażona jako stosunek liczby przewodniej do odległości.
Podczas fotografowania pod wodą liczba przewodnia jest określana na podstawie lokalizacji źródła światła, a także brane są pod uwagę czynniki rozpraszania i pochłaniania strumienia światła przez wodę i filtry światła.
W tabeli 2 można znaleźć wartości wiodących liczb różnych obwodów elektronicznych lamp błyskowych, w zależności od czułości filmu i mocy źródła światła. W przypadku stosowania kilku lamp o identycznych parametrach należy uwzględnić poprawkę na ich całkowitą moc. Na przykład, jeśli używasz dwóch lamp o tej samej mocy, liczbę przewodnią należy zwiększyć 1,4 razy.
Montując źródło światła na bok należy uwzględnić procentową zmianę liczby przewodniej w zależności od kąta montażu oświetlacza względem osi optycznej obiektywu. Jeśli więc ten kąt wynosi 30°, to liczba wiodąca zmieni się o 7%, przy 45° - o 15%, przy 60° - o 30%.
Po ustaleniu w ten sposób liczby przewodniej i światłoczułości materiałów fotograficznych obliczana jest ekspozycja - wielkość względnego otworu obiektywu (apertury). Oceniając ilość światła docierającego do folii, określa się przezroczystość warstwy wody. Wartość ekspozycji zwiększa się dostosowując wartość wcześniej obliczonej przysłony zgodnie z tabelą. 3. Jeśli na przykład strzelanie odbywa się w zatokach, w których przezroczystość wody wynosi 30%, wówczas ekspozycja zostaje potrojona.
Obecność filtra korekcyjnego na obiektywie aparatu wymaga zwiększenia ekspozycji o liczbę równą wielokrotności filtra (tabela 4). Wartości krotności filtrów podane są dla filmowania w plenerze. Jednak dane te można również wykorzystać do przybliżonych obliczeń ekspozycji podczas fotografowania pod wodą. Dopiero w celu dokładniejszego określenia ekspozycji należy przeliczyć wartości krotności filtrów na podstawie warunków filmowania pod wodą - konkretnie dla każdego przypadku. Autor wielokrotnie stosował tę przybliżoną metodę obliczania narażenia i uważa, że błędy w wyznaczaniu narażenia w tym przypadku nie są większe niż dwu-, trzykrotnie większe.
Na pierwszy rzut oka określenie ekspozycji może wydawać się trudne, ale przy wstępnym przygotowaniu fotografa w każdym konkretnym przypadku ostateczne obliczenia przy ustalaniu ekspozycji zostaną zredukowane do minimum.
1. Całkowita droga wiązki światła wynosi 2,2 m, A - 1,5 m i B = 0,7 m. Wynikową aperturę w tym przypadku należy zapisać na tabliczce przymocowanej do lampy błyskowej.
2. Całkowita droga wiązki światła wynosi 4,5 m, A = 2,5 m, B = 2 m. Wyniki uzyskanego naświetlenia podano również w tabeli.
3. Całkowita droga światła wynosi 6,6 m, A = 3,5 m, B = 3,1 m. Wyniki zapisz również w tabeli zbiorczej.
Jak widać z podanych przykładów, przy długości ścieżki światła większej niż 7 m, czerwone promienie widma prawie nie docierają do obiektywu, dlatego nie zaleca się fotografowania na kliszy kolorowej z odległości większej niż 4 m z aparatu.
Obliczone wartości ekspozycji dla pewne odległości pisane dużymi liczbami ciemnym, ścieralnym ołówkiem na podświetlanym stoliku. Ma to na celu ułatwienie wykorzystania wyników uzyskanych pod wodą w każdym konkretnym przypadku.
Oto kilka przykładów określania ekspozycji podczas fotografowania pod wodą przy sztucznym oświetleniu.
Przykład 1. Fotografia jest wykonywana w czystej wodzie przybrzeżnej. Źródła światła - dwie lampy błyskowe o energii błysku 100 J każda. Czułość filmu 180 jednostek. GOST Zastosowano filtr ZhS-18. Odległość A od fotografowanego obiektu od aparatu wynosi 1,5 m.
Korzystając ze diagramu (ryc. 8) znajdujemy B - odległość źródła światła od obiektu. 5 = 0,7 m (po oddaleniu obiektu od kamery w odległości A = 1,5 m).
Całkowita droga światła 5 = 2,2 m (1,5 + 0,7). Wiodąca liczba w tym przypadku będzie równa 50 dla jednej lampy, dla dwóch lamp - 70 (50 1,4).
Kąt pomiędzy osią reflektora a osią optyczną soczewki (patrz rys. 8) wynosi 60°. Zmniejszając liczbę przewodnią o 30%, otrzymamy 50. Przysłona będzie w przybliżeniu równa 23 (50: 2,2). Przyjmijmy najbliższą (zgodnie z tabelą 3) wartość równą 22. Przezroczystość wody wynosi 50%, dlatego w tym przypadku należy zwiększyć ekspozycję 2-krotnie. Według tabeli 3 otrzymujemy aperturę 11 Krotność filtra ZhS-18 (zgodnie z tabelą 4) wynosi 2. Dlatego konieczne jest dwukrotne zwiększenie ekspozycji. Ostatecznie (zgodnie z tabelą 3) otrzymujemy dla tego przypadku wartość apertury równą 8.
Przykład 2. Warunki fotografowania pozostają niezmienione, z wyjątkiem odległości aparatu od obiektu. A = 3,5 m, B = 3,1 m. Całkowita droga światła B wynosi 6,6 m.
Kąt pomiędzy osią reflektora a osią optyczną soczewki wynosi 30°. Liczba wiodąca w tym przypadku zmniejszy się o 7% i będzie równa 65 (70-4,9).
Obliczona w ten sposób apertura dla warunków fotografowania w powietrzu jest w przybliżeniu równa 10. Przyjmujemy najbliższą wartość, równą 11. Jednak przezroczystość wody jest taka, że do obiektu dociera 50% światła. Dlatego wynikową ekspozycję dla fotografii podwodnej należy zwiększyć 2 razy. Według tabeli 3 otrzymujemy aperturę 8. Używając filtra korekcyjnego ZhS-18 o współczynniku 2, otrzymujemy wartość apertury 5,6.
Drugi przykład pokazuje, że aby uzyskać większą głębię ostrości, konieczne jest zastosowanie bardziej czułego filmu. Zmniejszając ekspozycję (w tym przypadku przymykając obiektyw), można uzyskać większą głębię ostrości, a to z kolei zwiększy niezawodność fotografowania. Czułość filmu w tym przypadku można przyjąć jako 250 jednostek. GOST
Podane przykłady dotyczą źródeł światła - lamp błyskowych - z autonomicznym zasilaniem.
Raki (astacus) wśród trawy morskiej - hara. Zdjęcie zostało wykonane obiektywem Mir-1 na dnie Zatoki Krasnowodskiej na Morzu Kaspijskim,
na kliszy DS-2, przy ekspozycji 1:100 i przysłonie 1:8. Niewielka głębokość zdjęć podwodnych (około 1 m) prawie nie zniekształciła odwzorowania kolorów. Zdjęcie autora.
Fotografowany obiekt jest w momencie naświetlania oświetlony lampą błyskową, ale ustawienie ostrości i kadrowanie w bardzo ciemnych warunkach pod wodą będzie albo niemożliwe, albo bardzo trudne. W takim przypadku do oświetlenia podczas kadrowania można zastosować lampę pomocniczą.
Lampa z własnym zasilaniem Można ją umieścić razem z lampą błyskową. Taka lampa (o mocy 70-100 W) może być zasilana akumulatorami, które montuje się razem z zasilaczem lampy błyskowej. Aby oszczędzać energię, na zewnętrznym panelu sterowania lampy zamontowany jest przełącznik. Jeśli oświetlenie otoczenia pozwala pływakowi poruszać się w wodzie bez lampy, wówczas zapas energii akumulatora wystarczy do zasilenia zarówno lampy błyskowej, jak i lampy.
Pracując w porcie w Rydze jesienią 1962 roku w wodzie o bardzo małej przezroczystości, fotografowie podwodnej grupy badawczej Soyuzmorniiproekt korzystali z dwóch pomocniczych źródeł światła: lamp podwodnych PPS-1000 wyposażonych w żarówki o mocy 1000 W oraz latarek podwodnych z żarówką o mocy 6 W. Lampy. Strzelanie odbywało się poprzez zbiornik wypełniony wodą destylowaną, oświetlenie obiektu do strzelania było autonomiczne.
Efekt świetlny był nieoczekiwany. Podwodna lampa o mocy prawie dwustukrotnie większej od latarki oświetlała tło pomiędzy obiektem a kamerą, tworząc stożek świetlny o kącie pełnym 120°. Wysokość stożka w tym przypadku nie przekraczała 100-150 cm, a oświetlone obiekty były słabo widoczne ze względu na silne rozpraszanie światła. Wiązka światła z latarki o kącie rozproszenia nie większym niż 5° dość dobrze oświetlała obiekty znajdujące się w tej samej odległości. W odróżnieniu od lampy strumień świetlny latarki nie oślepia i nie przeszkadza w obserwacji fotografowanych obiektów.
Zasięg fotografowania
Wzornik kolorów (powyżej) został sfotografowany na powierzchni w świetle słonecznym. Ten sam stół (poniżej) został sfotografowany pod wodą. Zdjęcie zostało zrobione na Morzu Czarnym na głębokości 3 metrów. Porównując zdjęcia tabel wyraźnie widać zmianę w oddawaniu barw: pod wodą jasność odcieni czerwieni i pomarańczy jest znacznie osłabiona. W obu przypadkach zdjęcia wykonano na taśmie DS-2. Zdjęcie autora.
Zasięg fotografowania zależy od zasięgu widoczności obiektów w wodzie, który z kolei zależy od: zmniejszenia oświetlenia obiektów w miarę oddalania się od źródła światła; osłabienie widzialnej jasności obiektu za pomocą wody; rozmycie konturów obiektu spowodowane procesem rozpraszania światła; lekka mgiełka.
Znaczące zwiększenie światłości lampy nie powoduje znaczącego (jak widzieliśmy na przykładzie) zwiększenia zasięgu widoczności. Zwiększenie natężenia światła lampy 10-krotnie zwiększa zasięg widoczności jedynie o 15%.
Zasięg widoczności obiektów (może być kilkukrotnie większy od zasięgu fotografowania, który również w dużej mierze zależy od kontrastu. Wartość rzeczywistego kontrastu obiektu można obliczyć korzystając ze wzoru:
gdzie e jest podstawą logarytmów naturalnych (e = 2,718).
Zdaniem części ekspertów istnieje związek między zasięgiem widoczności a zasięgiem fotografowania, wyrażony wzorem
gdzie L to zasięg fotografowania;
z to poziomy zakres widoczności standardowego białego dysku. Badania podwodne wykazały, że powyższa zależność jest uzasadniona w 80 na 100 przypadków. Podwodni badacze często byli przekonani, że obiekty wyraźnie widoczne pod wodą gołym okiem, a następnie utrwalone na kliszy, okazują się nie mieć kontrastu na negatywie.
Wielu badaczy często zadawało sobie pytanie: na jakiej głębokości w morzu znika? światło słoneczne? Podobne zadanie w ogólna perspektywa Pierre Bouguer sformułował dwa wieki temu: „Wiedząc z doświadczenia, jakiemu osłabieniu ulega światło przechodząc przez pewną grubość ciała przezroczystego, określ, jaką grubość należy nadać temu ciału, aby stało się nieprzezroczyste”.
Jednocześnie Bouguer uważał, że Słońce staje się całkowicie niewidzialne, jeśli jego światło zostanie osłabione 900 miliardów razy.
Taką głębokość w morzu łatwo znajdziemy ustawiając odpowiednią wartość współczynnika tłumienia pionowego?. Jaka jest optymalna wartość niebiesko-zielonej części widma w czystych wodach? równa około 0,02 m -1 . Zastępując tę wartość? do wzoru: Ф z / Ф 0 = 10 -?z, łatwo znajdujemy głębokość, na której światło słoneczne jest osłabiane 10 12 razy: z = 12 / 0,02 = 600 m. Więcej mętna woda głębokość ta będzie naturalnie znacznie mniejsza.
Amerykański biolog Beebe, zstępując w batysferze na głębokość prawie kilometra, mógł na własne oczy zobaczyć początek tego „królestwa wiecznej nocy”: „Ciemność na głębokości 750 metrów wydawała się czarniejsza niż jedna mogłem sobie wyobrazić - a jednak teraz (na głębokości około 1000 m) wydawał się czarniejszy niż czarny. Wydawało się, że przez wszystkie nadchodzące noce wyższy świat będą postrzegane jedynie jako względne stopnie zmierzchu. I nigdy więcej nie mogłem użyć słowa „czarny” z mocnym przekonaniem.
A jednak nowoczesne odbiorniki światła – fotopowielacze – umożliwiają wykrycie obecności światła słonecznego na takich głębokościach. Przecież najczulsze z tych odbiorników są w stanie wykryć nawet pojedyncze fotony!
Z obliczeń wynika, że jeśli taki odbiornik zostanie opuszczony na głębokość 1000 m w pogodny, słoneczny dzień, to w czystych wodach (przy wartości współczynnika tłumienia pionowego ? = 0,02 m -1) będzie rejestrował około jednego fotonu na sekundę.
Światło słoneczne przenika również na duże głębokości. Tylko jeden foton na 10 24 spadających na powierzchnię morza dotrze na głębokość 1200 m; tutaj nasz odbiornik wykrywałby uderzenie fotonu mniej więcej raz dziennie. Na głębokości 1500 m - raz na 300 lat!
Prawdopodobieństwo przeniknięcia na dno rowu Mariana - największe głębokie miejsce w oceanie - foton światła słonecznego jest tak mały, że jest to mało prawdopodobne wydarzenie się odbędzie przynajmniej raz w całej historii ludzkości.
P. Booger. Traktat optyczny o gradacji światła...
V. Bib. Na głębokości kilometra. M.-L., Detgiz. 1937.
Aby określić przezroczystość wody, stosuje się prostą technikę: zanurz biały krążek (dysk Secchiego) w wodzie i zanotuj, na jakiej głębokości staje się niewidoczny. Biały dysk można także zastąpić żarówką elektryczną. Zakres przezroczystości wynosi średnio 30-50 m. Przykłady:
- W Morzu Sargassowym odnotowano przezroczystość do 66 m.
- Na Morzu Śródziemnym największą przejrzystość zaobserwowano u wybrzeży Syrii oraz na Morzu Jońskim – do 50-60 m.
- Na Morzu Czarnym podczas eksperymentu z żarówką zarejestrowano przezroczystość 77 m.
- Na Morzu Północnym przejrzystość wynosi tylko 20-22 m.
Głębokość penetracji światła zależy od długości fali. W wyjątkowo czystej wodzie morskiej, podczas przejścia od światła czerwonego do niebieskiego, głębokość penetracji światła widzialnego (przed całkowitym tłumieniem - 30 dB, 1000 razy) wzrasta z 11 do 160 m (stała absorpcji 0,310-0,021 m -1). Promienie ultrafioletowe wnikają jeszcze głębiej w wodę. Wpływ promieniowania ultrafioletowego na kliszę fotograficzną jest zauważalny do maksymalnej głębokości 500-1000 m.
Modelowanie widma absorpcyjnego wody za pomocą programu SPECTRA pokazuje, że wzrost głębokości penetracji wraz ze zmniejszaniem się długości fali trwa w podzakresach ultrafioletu A (400-320 nm) i B (320-275 nm) przy minimalnym tłumieniu w podzakresie C ( 275-180 nm). Następnie tłumienie zaczyna gwałtownie rosnąć przy długości fali około 160 nm. Tak więc, jeśli stała absorpcji światła czerwonego (700 nm) wynosi 1,0 m -1, to odpowiednio w fioletowym obszarze widma (400 nm) wynosi 0,355 m -1; w bliskim ultrafiolecie (320 nm) - 0,262 m -1 ; przy 275 nm - 0,235 m -1; przy 180 nm - 0,588 m -1. Oznacza to, że w zakresie fal krótkich głębokość penetracji promieniowania UV jest porównywalna z głębokością penetracji światła widzialnego. [Uwaga: liczby w tym akapicie różnią się nieco od powyższych, co odzwierciedla zmienność opublikowanych danych naukowych.]
Kolor wody morskiej zależy od głębokości wnikania światła różne długości fale. Czerwone i pomarańczowe promienie widma są pochłaniane lub w przeważającej mierze pochłaniane na płytkich głębokościach. Promienie niebieskie i fioletowe są pochłaniane w mniejszym stopniu i dlatego mają większą szansę na odbicie się odwrotny kierunek, na powierzchnię. Dlatego woda wydaje się niebieska. Na małych głębokościach lub przy małej przezroczystości od dna lub cząstek zawieszonych w wodzie odbijają się także promienie czerwone i pomarańczowe, razem z promieniami niebieskimi, które razem dają kolor zielony. Jeśli głębokość jest bardzo mała (na brzegu, w szkle), występują różnice w absorpcji światła różne kolory nie mają czasu, żeby na siebie wpłynąć, a woda wygląda na bezbarwną.
Na barwę wpływają również zanieczyszczenia nanoszone przez rzeki: w Morzu Żółtym żółty kolor uzyskuje się dzięki lessom niesionym przez rzeki. W pobliżu brzegów Morza Czerwonego znajduje się masa czerwonawych mikroorganizmów. Czasami woda jest mlecznobiała lub czarna; to drugie dzieje się z powodu torfu niesionego przez rzeki. Takie zanieczyszczenia powodują zniekształcenie koloru wody w pobliżu brzegu, ale daleko od brzegu nie mają żadnego efektu. Fosforescencja mikroorganizmów może również wpływać na kolor wody.
Kolor wody morskiej waha się od zieleni, błękitu i błękitu kobaltowego (jeśli nie uwzględnić wpływu zanieczyszczeń i różnic wynikających z koloru nieba: w ładna pogoda kolor morza jest bardziej niebieski lub niebieski, przy pochmurnej pogodzie jest szary, ołowiany). Kolor wody zależy od jej właściwości fizycznych, ale połączenie tutaj nie jest bezpośrednie, ale pośrednie. Zauważono, że jest bardziej słony i ciepła woda ma bardziej intensywną niebieską barwę, natomiast zimne i mniej słone są bardziej zielonkawe. Dlatego morza południowe są zwykle niebieskie, a północne zielone. Ponad więcej głębokie miejsca kolor jest niebieski, powyżej tych mniej głębokich - zielony. Im wyższe zasolenie wody, tym szybciej następuje sedymentacja drobnego zmętnienia, a co za tym idzie, wzrasta przezroczystość wody (stąd jej bardziej niebieska barwa).
Z tych powodów najsilniejszy niebieski kolor powinien występować w pasatach. W rzeczywistości strefa ta jest nieco przesunięta. Największe zasolenie występuje na 30° szerokości geograficznej, a zawartość kobaltu koloru niebieskiego woda leży w przedziale od 10 do 30°: in Ocean Atlantycki(na półkuli północnej) i indyjskiej (na południu).
Morze Śródziemne jest niebieskie, Morze Czarne jest takie samo, ale odcień jest słabszy. Morze Północne jest zielonkawe, Bałtyk i północna część Morza Kaspijskiego są zielone. W pobliżu Nowej Fundlandii, gdzie łączą się dwa prądy - Labrador i Prąd Zatokowy, wyraźnie widać różnicę w ich kolorze: Prąd Zatokowy - delikatnie niebieski kolor, a Labrador jest zielony. U zachodnie wybrzeża W Ameryce (Kalifornia, Peru) i Afryce (Benguela) występują zimne prądy, dlatego woda tam ma bardziej zielonkawy kolor.
Źródła:
- Przezroczystość i barwa wody morskiej – skrócone streszczenie z książki A.A. Kruber, „Geografia ogólna”, Moskwa-Leningrad, 1938
- Właściwości promieniowania ultrafioletowego w wodzie - forum fizyczne dostarcza danych na temat przezroczystości wody w różnych podzakresach ultrafioletu oraz udostępnia link do programu do modelowania zmętnienia wody.
- Popov N.I., Fedorov K.N., Orlov V.M., Woda morska: przewodnik referencyjny. - M.: Nauka, 1979. - Dane dotyczące absorpcji światła i ultrafioletu w czystej wodzie morskiej.
Niewiele światła słonecznego przenika do wielkich głębin morskich. Dzieje się tak przede wszystkim dlatego, że nie wszystkie promienie słoneczne przenikają do wody. Niektóre z nich odbijają się. Co więcej, im niżej słońce znajduje się nad horyzontem, tym więcej promieni odbija się od powierzchni morza.
Wiadomo, że światło białe jest światłem złożonym. Składa się z różnych kolorów. Wnikanie do wody Promień słońca rozkłada się na części składowe; w tym przypadku promienie o różnych kolorach przenikają na różne głębokości. Czerwone promienie są całkowicie pochłaniane przez pierwsze kilkadziesiąt metrów wody, zielone promienie prawie znikają na głębokości 100 metrów. Tylko promienie fioletowe wnikają głębiej, ale znikają również na głębokości ponad 1500 metrów. Przeprowadzono następujący eksperyment. Na morzu w specjalnym urządzeniu – fotometrze, na głębokości 1700 metrów naświetlono kliszę fotograficzną i pomimo trzygodzinnego naświetlania płyta nie pociemniała. W rezultacie na tej głębokości nie ma nawet śladu światła.
Poniższe liczby mogą dać wyobrażenie o tym, ile światła pochłania woda: na głębokości 10 centymetrów pod powierzchnią wody tylko 80 procent światła pada na powierzchnię; na głębokości 20 metrów pozostaje już 10 procent światła; na głębokości 50 metrów – tylko 1 proc., a na głębokości 100 metrów – tylko 0,002 proc. światła padającego na powierzchnię morza.
Rozpościerający się rośliny wodne na głębokości zależy od przenikania światła do wody. Podobnie jak rośliny sushi potrzebują światła słonecznego i dlatego nie można ich znaleźć na głębokości większej niż 200 metrów.
Obserwują w oceanach i morzach niesamowite zjawisko blask morza. Na lądzie często można zobaczyć różne świetliki; są to gąsienice, chrząszcze itp. Ale takie zjawisko masowe jak blask morza, nie istnieje na lądzie. Czasami morze pokrywa się równą zasłoną mlecznego światła. Światło wzrasta i maleje. Jest to aktywność niektórych bakterii morskich. Znacznie częściej na morzu można zobaczyć wiele małych błysków koloru białego, zielonego lub czerwonawego. Świeci się istoty jednokomórkowe, zwane „lampkami nocnymi”. Ponadto w morzu świecą różne ryby, raki, meduzy i inne zwierzęta. Wydzielają jasne, duże błyski, głównie na skutek podrażnienia mechanicznego: od uderzenia fali, od kontaktu z kadłubem statku itp.
Blask morza przedstawia piękny obraz. Jednakże podczas wojny organizmy świetliste mogą zdemaskować statek poruszający się potajemnie nocą, umieścić miny itp. i wywołać uzasadniony alarm dla marynarza.
Co powoduje zmianę koloru wody w jeziorze Bajkał?
Kolor wody w Bajkale, podobnie jak w morzu, zależy od obecności zawieszonych w niej cząstek, głębokości, stanu nieba i charakteru zachmurzenia, wysokości słońca itp. W otwartym Bajkale woda jest zwykle niebieska. W pobliżu wybrzeża lub w obszarach deltowych duże rzeki- niebieskawo-szary lub zielonkawy ze względu na obecność w nim cząstek żółtych lub brązowo-brązowy ze względu na kolor wód rzecznych wnoszących brązowe zawieszone cząstki mułu lub rozpuszczone substancje humusowe, jak na przykład w deltowej części V. Angara. Zielonkawy kolor wody nadaje zieleń i okrzemki, kolor brązowy - masowy rozwój brunatnic w okresie ich kwitnienia, który zwykle następuje wiosną (często pod pokrywą lodową). Kolor wody zmienia się również wtedy, gdy słońce znika za chmurami lub pojawia się ponownie w szczelinach.
Jaka jest skala pstrąga?
Skala pstrąga jest standardem dla odcieni żółci, zieleni i niebieskie kwiaty. Służy do wizualnego określenia koloru wody jeziornej i morskiej. Barwę wody określa się przez porównanie z barwą roztworów wzorcowych zamkniętych w szklanych ampułkach na białym tle krążka Secchiego. Roztwory wzorcowe przygotowuje się przez zmieszanie dwóch soli w różnych proporcjach: siarczanu miedziowo-amonowego (siarczan miedzi z amoniak) i obojętny chromian potasu. W skali pstrąga było 11 ampułek o różnych wzorcach barwy, w skali stosowanej w naszym kraju było 22 ampułki i nazywa się to skalą barwy wody.
Jak mierzy się przejrzystość wody?
W jeziorach dla przybliżone oszacowanie przezroczystość za pomocą dysku Secchiego. Jest to biały metalowy dysk o średnicy 30 centymetrów. Opuszcza się go do wody, aż zniknie z pola widzenia. Głębokość ta jest uważana za przezroczystość. Po raz pierwszy przezroczystość wody zmierzyli marynarze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych za pomocą białej porcelanowej płytki w 1803 roku na Morzu Śródziemnym. Opuszczona płyta była widoczna do głębokości 44 m. Rosyjski marynarz marynarki wojennej O. Kotzebue, dowódca brygu Rurik, w 1817 roku jako pierwszy zmierzył przezroczystość za pomocą biało-czerwonych dysków (płytek) w Pacyfik.
W ostatnie lata Do określenia przezroczystości wykorzystuje się szereg elektronicznych mierników przezroczystości, które umożliwiają określenie przezroczystości wody na dowolnej głębokości i zarejestrowanie wyników na rejestratorach.
Dlaczego woda w Bajkale jest taka czysta?
Woda Bajkału zawiera niewiele substancji zawieszonych i substancji rozpuszczonych, w tym rozpuszczonych materia organiczna, silnie pochłania światło, przez co jego przezroczystość przewyższa wszystkie zbiorniki jeziorne świata i zbliża się do przezroczystości wód oceanicznych.
Gdzie jest najczystsza woda w jeziorze Bajkał?
W obszarach wielkie głębiny w basenach południowych i północnych. W pobliżu maksymalne głębokości w środkowym basenie wody są mniej przejrzyste. Co więcej, największa przezroczystość lub najmniejszy współczynnik tłumienia strumienia świetlnego występuje nie w powierzchniowych warstwach wody, ale na głębokościach od 250-300 m do 1000-1200 m.
Za standard najwyższej przejrzystości uznano wodę Morze Sargassowe, położona na zachodnim północnym Atlantyku, zbliżająca się do przejrzystości wody destylowanej. Tutaj dysk Secchiego znika z pola widzenia na rekordowej głębokości 66,5 m. Ostatnio na Pacyfiku w Morzu Cooka odkryto także bardzo przejrzyste wody z przezroczystością dysku Secchiego wynoszącą 67 m. Jednak badania z wykorzystaniem elektronicznych mierników przezroczystości wykazały, że na głębokościach 250-1200 m rekordowa przezroczystość wody Bajkału (96% ) jest tylko nieznacznie gorsza od rekordowej przezroczystości wód oceanicznych ( 98%).
Dlaczego granica między błotnistymi wodami rzek powodziowych a wodami jezior jest wyraźna?
W czasie, gdy temperatura wód rzek przekracza +4°C, a wody w Bajkale poniżej +4°C, strefa kontaktu tych wód nawet podczas burzy nie przekracza jednego lub dwóch metrów. woda rzeczna stygnąc w strefie kontaktu do temperatury maksymalnej gęstości, opada pionowo w dół, tworząc ostrą granicę międzyfazową. Przy oświetleniu z boku widoczna jest z boku ściana błotnistych wód powodziowych czysta woda jeziora do głębokości 10-15 m lub większej.
Na jaką głębokość światło wnika do wody jeziora Bajkał?
Pomiary światła przy użyciu bardzo czułych fotopowielaczy, które zliczają każdy foton, wykazały, że światło ze Słońca i Księżyca sięga nawet 500 m.
Co to jest głęboka warstwa rozpraszająca?
Jest to warstwa wody zawierająca dużą liczbę żywych organizmów. W morzach w ciągu dnia głęboka warstwa rozpraszająca jest rejestrowana na głębokości od 200 do 500 m lub więcej, w nocy unosi się na powierzchnię. W Bajkale organizmy gromadzą się również w ciągu dnia na głębokościach do 150-200 m, a nocą wypływają na powierzchnię (codzienne migracje pionowe). Podczas poszukiwań ławic ryb za pomocą echosondy z pętlą rybną wyraźnie ujawniły się warstwy rozpraszające na głębokościach 50-150 m. Prawdopodobnie jest to nagromadzenie skorupiaków planktonowych i ewentualnie handlowych ryb pelagicznych - omul i babka żółtoskrzydła oraz ewentualnie młody golomyanok.
Dlaczego podwodne obiekty wydają się płetwonurkom większe, niż są w rzeczywistości?
Dla płetwonurków używających maski z płaskim szkłem obiekty podwodne wydają się powiększone o około 30%. Jest to spowodowane różnicą współczynników załamania światła w wodzie i powietrzu zawartym w masce. Płetwonurek przyzwyczaja się do tego i nieświadomie wprowadza odpowiednią korektę. Fotografia podwodna stwarza jednak poważne wyzwania. Aby wyeliminować zniekształcenia obiektów, szkło w fotobudkach podwodnych jest zaokrąglone. Specjalnie dobierając krzywiznę szkła, można zapewnić minimalne zniekształcenia.
Jaki wpływ ma promieniowanie słoneczne na Bajkał?
Kształtuje pogodę i klimat basenu, zapewnia fotosyntezę i reguluje jej tempo w organizmach roślin wodnych, które są bezpośrednim lub pośrednim źródłem pożywienia wszystkich zwierząt wodnych. Promieniowanie słoneczne wpływa na rozmnażanie, zachowanie i migrację zwierząt wodnych, daje im zdolność widzenia pod wodą itp.
Która część Promieniowanie słoneczne przenika do wód jeziora Bajkał?
Ponad 60% energia słoneczna wchłania się w górnej metrowej warstwie wody, a w ponad 80% w górnych 10 metrach. Na głębokości 50 m natężenie światła stanowi zaledwie 5% oświetlenia na powierzchni. W wodach przybrzeżnych i mętnych absorpcja jest znacznie silniejsza. Promieniowanie, które wnika najgłębiej, to dokładnie te długości fal, których rośliny potrzebują do fotosyntezy.
Jakie czynniki decydują o głębokości wnikania światła słonecznego do słupa wody?
Najważniejszym czynnikiem jest zmętnienie, czyli ilość części stałych substancji nieorganicznych i pochodzenie organiczne, w tym materiał osadowy, fito- i zooplankton oraz mikroorganizmy. Bardzo ważne Ważna jest także wysokość słońca nad horyzontem: światło wnika najgłębiej w południe.
Zanieczyszczenia, szczególnie produktami naftowymi, mają bardzo zauważalny wpływ. Film olejowy na powierzchni wody osłabia dziesiątki i setki razy intensywność światła wnikającego do słupa wody.
Jak zmienia się skład widmowy wody przenikającej światło?
Skład widmowy przenikającego światła zależy od czystości i przezroczystości wody. Promieniowanie długofalowe zatrzymuje się w warstwach powierzchniowych, promieniowanie krótkofalowe wnika najgłębiej, dlatego w przestrzeni podwodnej jako pierwsze zanikają termiczne promienie podczerwone, czerwone i pomarańczowe. Najgłębiej wnikają promienie niebieskie, fioletowe i ultrafioletowe. W obecności zawieszonych cząstek światło rozprasza się i głębokość jego wnikania do słupa wody maleje. Ale nawet cienka skorupa lodu o grubości 1-2 mm na wodzie prawie całkowicie blokuje wszystkie promienie cieplne. Gra bardzo duża rola do podgrzewania wody pod lodem. Woda pod pokrywa lodowa na Bajkale ociepla się do 1°C i więcej ze względu na opóźnienie promieniowania długofalowego z wody, co przyspiesza niszczenie lodu od dołu.
W Bajkale głębokość penetracji światła zależy od intensywności rozwoju zoo- i fitoplanktonu oraz ilości zawieszonych cząstek. W obszarach ujścia dużych rzek głębokość penetracji światła zmniejsza się z powodu duża ilość zawieszone cząstki przenoszone przez rzeki.
Co to jest strefa eufotyczna?
Górna warstwa wody w zbiorniku, przez którą przenika Wystarczającą ilośćświatło niezbędne do fotosyntezy i rozmnażania glonów. W swoich granicach fotosynteza jest ograniczona dostępnością składników odżywczych. Na korzystne warunki Biomasa fitoplanktonu może zwiększać się dwa do trzech razy dziennie. Jeśli założymy, że w strefie eufotycznej 99% tego, co dostaje się do wody, jest wykorzystywane Promieniowanie słoneczne, następnie na Bajkale, gdzie grubość strefy foticznej jest 2,8 razy większa niż przezroczystość dysku Secchiego, jej maksymalna grubość wynosi 112 m.
Jaka jest gęstość wody Bajkału?
Jego mineralizacja jest znikoma (około 0,1 g/l), a gęstość jest zbliżona do gęstości wody destylowanej i wynosi 1 kg/dm3 w temperaturze +4°C. Średnia roczna temperatura Woda w jeziorze ma około +4°C, czyli jest bliska temperaturze maksymalnej gęstości wody słodkiej. Gęstość wody na dnie Bajkału w obszarze maksymalnych głębokości jest o 0,80% większa niż na powierzchni jeziora.
Dlaczego limnolodzy potrzebują badań gęstości wody?
Znajomość pionowego rozkładu gęstości wody w jeziorze, podobnie jak w zbiornikach morskich, pozwala obliczyć kierunek i prędkość prądów. Konieczne jest również określenie stabilności masy wody. Jeśli gęstsza woda znajduje się nad mniej gęstą wodą, wówczas mieszanie zachodzi całkiem naturalnie masy wody. Należy to szczególnie wziąć pod uwagę przy prognozowaniu stanu jezior o różnym stężeniu soli, składników odżywczych i substancji organicznych.
Czy woda w jeziorze jest ściśliwa?
Woda słodka, podobnie jak woda morska, jest praktycznie nieściśliwa (w normalnych warunkach współczynnik ściśliwości wynosi zaledwie 0,000046 na 1 bar). Pod wpływem ciśnienia cząsteczki wody zbliżają się nieco do siebie, w wyniku czego jej gęstość nieznacznie wzrasta. Gdyby woda była całkowicie nieściśliwa, poziom wody w jeziorze Bajkał byłby o 4,5 m wyższy.
Z jaką prędkością rozchodzi się dźwięk w wodzie?
Prędkość dźwięku w wodzie zależy od temperatury, zasolenia i ciśnienia. Na przykład w temperaturze 25 °C wynosi ona 1496 m/s. Dźwięk rozchodzi się w wodzie morskiej 4,5 razy szybciej niż w powietrzu. Wraz ze wzrostem któregokolwiek z wymienionych czynników (temperatura, zasolenie, ciśnienie) prędkość dźwięku w wodzie wzrasta. Pod wpływem wszystkich przyczyn średnio prędkość rozchodzenia się dźwięku w świeża woda w temperaturze 4°C – 1421,55 m/s, a w morzu przy zasoleniu
35%o - 1466,7 m/s.
Jak daleko może rozchodzić się dźwięk w wodzie?
Brak jest informacji o badaniach tego rodzaju w wodzie słodkiej. W oceanach wibracje dźwiękowe powstałe w wyniku podwodnej eksplozji wywołanej przez statek badawczy Vema Uniwersytetu Columbia w 1960 roku zarejestrowano w odległości 20 tys. mil. W podwodnym kanale dźwiękowym u wybrzeży Australii zdetonowano ładunek głębinowy, a około 144 minuty później wibracje dźwiękowe dotarły do Bermudów, czyli prawie przeciwnego punktu na kuli ziemskiej.
Co to jest kanał audio?
Na pewnej głębokości pod powierzchnią wody znajduje się warstwa, w której dźwięk rozchodzi się z najmniejszą stratą energii. Powyżej tej głębokości prędkość dźwięku wzrasta w wyniku wzrostu temperatury, a poniżej tej głębokości wzrasta w wyniku wzrostu głębokości. ciśnienie hydrostatyczne. Warstwa ta jest rodzajem podwodnego kanału dźwiękowego. Fala dźwiękowa lub wiązka, która odchyliła się od osi kanału w górę lub w dół w wyniku załamania, ma tendencję do powrotu do kanału. Dlatego fale wzbudzone w kanale nie mogą go opuścić. Kiedy dźwięk dotrze do takiego kanału, może pokonać tysiące kilometrów. Kanał audio służy do komunikacji podwodnej o bardzo dużym zasięgu. Wśród biologów panuje przekonanie, że tak duże ssaki wodne(wieloryby) wykorzystują ten kanał do komunikowania się ze swoimi krewnymi znajdującymi się w dużej odległości od siebie. Możliwie, że Pieczęć Bajkału, a może ryby w jeziorze będą utrzymywać kontakt za pomocą takiego kanału. W otwartym Bajkale, przy temperaturze wody powyżej 4°C, pojawia się kanał dźwiękowy, który w miarę nagrzewania się wody powierzchniowe pogłębia się do 200 m. W obecności lodu powstaje przypowierzchniowy kanał dźwiękowy. Charakterystyka kanałów dźwiękowych na jeziorze Bajkał niewiele różni się od tych w oceanie.