g 3.3 Chỉ số hấp thụ của nước tinh khiết đối với cácb ước són khác nhau
3.1.5. Màu và độ trong suốt của nước biển
Vấn đề màu không chỉ liên quan tới tính chất vật lý của bức xạ, mà cả tới sinh lý của mắt người quan sát. Ở đây phải lưu ý rằng chúng ta chỉ đề cập phần
hải chỉ bởi các t
chính đi tới mắt người quan sát. Một l
, lục và lam. Để đánh giá phân bố năng
ính: sự tán xạ ánh sáng bởi các phân tử nước và các h
năng lượng tia có tác động đến mắt con người. Cần phải phân biệt màu của nước biển và màu biển.
Màu của nước biển - đó là màu của bản thân nước, phụ thuộc vào các quá trình hấp thụ và tán xạ chọn lọc ánh sáng, tức vào các tính chất quang học của nước và độ dày lớp nước đang xét, chứ không phụ thuộc vào các nhân tố bên ngoài. Ngược lại, màubiển được quyết định không p
ính chất quang học của bản thân nước, mà chủ yếu bới các nhân tố bên ngoài (hiện diện của mây, sóng, góc nghiêng của Mặt Trời v.v...).
Người quan sát nhìn từ trên bờ hoặc boong tầu không nhìn thấy màu nước, mà màu biển. Màu biển được xác định bởi tương quan giữa các độ lớn và thành phần phổ của hai dòng ánh sáng
à dòng ánh sáng từ Mặt Trời và bầu trời bị mặt biển phản xạ lại. Hai là dòng ánh sáng tán xạ từ các độ sâu đi lên.
Khi xác định màu, màu được đồng nhất với bước sóng ánh sáng áp đảo và được đánh giá theo một hệ thống trong đó một màu nào đó được xem là kết hợp của ba hợp phần ánh sáng chính: đỏ
lượng phổ, người ta thường sử dụng hệ thống trắc màu tiêu chuẩn của Ủy ban quốc tế về chiếu sáng (năm 1957).
Tồn tại một số lí thuyết khác nhau giải thích màu xanh lam của nước biển sạch và sự biến đổi màu khi tăng độ đục. V.V. Suleikin lần đầu tiên đưa ra giải thích đầy đủ về màu biển năm 1921. Ông rút ra một công thức tính tới những nhân tố ảnh hưởng ch
ạt lớn (các bọt không khí, hạt lơ lửng) và sự hấp thụ ánh sáng bởi các phân tử và các chất hòa tan.
Khi nhìn theo phương thẳng đứng xuống biển, chủ yếu có một dòng ánh sáng tán xạ từ bề dày lớp nước đi lên phía trên tới mắt người quan sát. Theo các định luật hấp thụ và tán xạ, màu của các tia đó chủ yếu phụ thuộc
vào chỉ số tán xạ, chỉ số này thay đổi theo sự biến đổi của lượng chất lửng trong nước biển. Ở đây sự hiện diện của các hạt lơ lửng có thể làm tăng chỉ số tán xạ đôi khi lên hơn một bậc. Do đó, khi lượng hạt lửng ít thì màu biển tỏ ra xanh hơn, ở các vùng khơi đại dương thậm chí gần với màu tím. Trong các vùng ven bờ nước đục, hệ số tăng làm cho phần đóng góp của các tia bước sóng dài (lục và vàng) trong ánh sáng tán xạ tăng, và do đó, màu biển ở đây trở thành màu xanh lục, đôi khi lục thẫm.
Các quá trình hấp thụ và suy yếu ánh sáng của nước biển có tác động tới độ trong suốt của nó. Độ trong suốt được hiểu là tỉ lệ giữa dòng bức xạ đi qua một quãng đường bằng đơn vị không đổi hướng và dòng dòng bức xạ đi vào nước dưới dạng một chùm song song. Độ trong suốt của nước biển liên quan mật thiết với hệ số truyền qua T - là tỉ số giữa dòng bức mà một lớp nước nào đó cho đi qua và dòng bức xạ đi tới lớp đó. Đối với hệ số truyền qua tồn tại tương quan sau:
) ( exp c I T . 0 h I
Kết quả là độ trong suốt của nước biển sẽ bằng )
( exp c
,
tức bằng hệ số truyền qua đối với lớp đồng nhất độ dày đơn vị.
Bên cạnh định nghĩa vật lý về độ trong suốt vừa rồi, người ta còn sử dụng một định nghĩa khác, theo đó độ trong suốt của nước biển là độ sâu tới hạn tại đó một chiếc đĩa trắng tiêu chuẩn đường kính 30 cm bắt đầu không còn nhìn thấy được nữa. Người ta gọi đại lượng này là độ trong suốt tương đối.
Bản chất vật lý của việc chiếc đĩa trắng không còn nhìn thấy tại một độ sâu nhất định là ở chỗ: khi dòng ánh sáng thâm nhập vào bề dày lớp nước, nó bị suy yếu bởi sự tán xạ và sự hấp thụ. Tại một độ sâu nào đó, dòng tán xạ về các phía sẽ bằng năng lượng của ánh sáng trực xạ. Do đó, nếu thả chiếc đĩa xuống thấp hơn độ sâu đó, thì dòng tán xạ về các phía sẽ lớn hơn dòng cơ bản đi xuống dưới và sẽ “che khuất” chiếc đĩa. Kết quả là nó không còn nhìn thấy được nữa.
Hìn h 3.5. Phân b ố độ trong su ố t t ươ ng đố i c ủ a n ướ c Đạ i d ươ ng Th ế gi ớ i (theo K.S. Shifrin)
Độ trong suốt của nước phụ thuộc vào các điều kiện chiếu sáng, trạng thái biển, kích thước và bản chất các hạt lơ lửng trong nước cũng như một loạt các nhân tố khác. Hình 3.5 trình bày sự phân bố độ trong suốt tương đối của Đại dương Thế giới. Trước hết phải nhận thấy tính phân đới bao quanh lục địa: nổi lên đới nước ven bờ bị đục với độ sâu nhìn thấy đĩa trắng dưới 10 m, diện tích phân bố bằng khoảng 2 % diện tích Đại dương Thế giới.
Ở vùng khơi đại dương phân bố độ trong suốt liên quan tới quá trình hoàn lưu chung và hàm lượng phù du sinh vật, do đó nó tuân theo tính phân đới vĩ độ. Ở các vùng cực và vĩ độ trung bình, nơi sinh khối phù du sinh vật lớn, độ trong suốt bằng 10-20 m. Ngược lại, ở các vĩ độ nhiệt đới hàm lượng phù du sinh vật cực tiểu và độ trong suốt ở đây bằng 30-40 m. Độ trong suốt cao đặc trưng cho các vùng đại dương có dòng nước xoáy nghịch, độ trong suốt thấp - các vùng có dòng nước xoáy thuận. Những trị số độ trong suốt cao nhất đã được Kriummel quan trắc từ thế kỉ 19 ở vùng biển Sargass (62 m) và trong đới hội tụ nhiệt đới Thái Bình Dương (67 m) tháng 4 năm 1971 trong thời gian chuyến bơi của tầu nghiên cứu khoa học “Đmitri Menđeleev” tại tọa độ 19o04’S và 162o36’W. Trị số trung bình của độ trong suốt tương đối đối với các vùng khơi của Đại dương Thế giới bằng 27,5 m.