Wprowadzenie do Oceanografii

energia promieniowania słonecznego jest ważna dla kilku głównych procesów oceanicznych:

• klimat, wiatry i główne prądy oceaniczne są ostatecznie zależne od promieniowania słonecznego docierającego do ziemi i ogrzewającego różne obszary w różnym stopniu.
• światło słoneczne ogrzewa wody powierzchniowe, gdzie żyje wiele oceanicznych.
• promieniowanie słoneczne dostarcza światła do fotosyntezy, która wspiera cały ekosystem oceaniczny.

energia docierająca do Ziemi od słońca jest formą promieniowania elektromagnetycznego, które jest reprezentowane przez widmo elektromagnetyczne (rysunek 6.5.1). Fale elektromagnetyczne różnią się częstotliwością i długością fali. Fale o wysokiej częstotliwości mają bardzo krótkie długości fal i są bardzo wysokoenergetycznymi formami promieniowania, takimi jak promienie gamma i rentgenowskie. Promienie te mogą łatwo przenikać do ciał organizmów żywych i ingerować w pojedyncze atomy i cząsteczki. Na drugim końcu widma znajdują się fale o niskiej energii, o długiej długości fali, takie jak fale radiowe, które nie stanowią zagrożenia dla organizmów żywych.

większość energii słonecznej docierającej do Ziemi znajduje się w zakresie światła widzialnego, o długościach fal między około 400-700 nm. Każdy kolor światła widzialnego ma unikalną długość fali i razem tworzą białe światło. Najkrótsze długości fal znajdują się na fioletowym i ultrafioletowym końcu widma, podczas gdy najdłuższe są na czerwonym i podczerwonym końcu. Pomiędzy, kolory widma widzialnego obejmują znane „ROYGBIV”; czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy.

woda jest bardzo skuteczna w pochłanianiu przychodzącego światła, więc ilość światła przenikającego do oceanu gwałtownie spada (jest tłumiona) wraz z głębokością (rysunek 6.5.2). Na głębokości 1 m pozostaje tylko 45% energii słonecznej, która spada na powierzchnię oceanu. Na głębokości 10 m tylko 16% światła jest nadal obecne, a tylko 1% pierwotnego światła pozostaje na 100 m. żadne światło nie przenika poza 1000 m.

oprócz ogólnego tłumienia, oceany pochłaniają różne długości fal światła w różnym tempie (rysunek 6.5.2). Długości fal na skrajnych krańcach widma widzialnego są tłumione szybciej niż te długości fal w środku. Dłuższe fale są pochłaniane jako pierwsze; czerwony jest pochłaniany w górnej 10 m, pomarańczowy o około 40 m, a żółty znika przed 100 m. Krótsze fale przenikają dalej, a niebieskie i zielone światło dociera do najgłębszych głębokości.

to wyjaśnia, dlaczego wszystko wydaje się niebieskie pod wodą. Kolory, które postrzegamy, zależą od długości fal światła, które są odbierane przez nasze oczy. Jeśli obiekt wydaje się nam czerwony, to dlatego, że odbija czerwone światło, ale pochłania wszystkie inne kolory. Jedynym kolorem docierającym do naszych oczu jest czerwony. Pod wodą niebieski jest jedynym kolorem światła dostępnym na głębokości, więc jest to jedyny kolor, który może być odbity z powrotem do naszych oczu, a wszystko ma niebieski odcień pod wodą. Czerwony obiekt na głębokości nie wydaje się nam czerwony, ponieważ nie ma czerwonego światła, które mogłoby odbijać się od obiektu. Obiekty w wodzie pojawią się tylko jako ich prawdziwe kolory w pobliżu powierzchni, gdzie wszystkie długości fal światła są nadal dostępne, lub jeśli inne długości fal światła są dostarczane sztucznie, na przykład oświetlając obiekt światłem nurkowym.

woda w otwartym oceanie wydaje się przejrzysta i niebieska, ponieważ zawiera znacznie mniej cząstek stałych, takich jak fitoplankton lub inne zawieszone cząstki, a im czystsza woda, tym głębsza penetracja światła. Niebieskie światło wnika głęboko i jest rozpraszane przez cząsteczki wody, podczas gdy wszystkie inne kolory są wchłaniane; w ten sposób woda wydaje się niebieska. Z drugiej strony woda przybrzeżna często wydaje się zielonkawa (rysunek 6.5.2). Wody przybrzeżne zawierają znacznie więcej zawieszonego mułu i glonów oraz mikroskopijnych organizmów niż otwarty ocean. Wiele z tych organizmów, takich jak fitoplankton, absorbuje światło w zakresie niebieskim i czerwonym poprzez swoje fotosyntetyczne pigmenty, pozostawiając zielone jako dominującą długość fali odbitego światła. Dlatego im wyższe stężenie fitoplanktonu w wodzie, tym bardziej zielone. Małe cząsteczki mułu mogą również absorbować niebieskie światło, dodatkowo przesuwając kolor wody z niebieskiego, gdy występują wysokie stężenia zawieszonych cząstek.

ocean można podzielić na warstwy głębokości w zależności od stopnia przenikania światła, jak omówiono w sekcji 1.3 (rysunek 6.5.3). Górna 200 M jest określana jako strefa fotyczna lub eufotyczna. Oznacza to obszar, w którym światło może przeniknąć wystarczająco dużo, aby wspierać fotosyntezę, i odpowiada strefie epipelagicznej. Od 200-1000 m leży Strefa dysfotyczna, czyli Strefa mroku (odpowiadająca strefie mezopelagicznej). Na tych głębokościach jest jeszcze trochę światła, ale nie na tyle, aby wspierać fotosyntezę. Poniżej 1000 m znajduje się strefa afotyczna (lub Północna), w której żadne światło nie przenika. Region ten obejmuje większość objętości oceanu, który istnieje w całkowitej ciemności.