mursic

Солнечный физик из Сан-Франциско


Previous Entry Share Next Entry
mursic

Почему океан синий?

Главным действующим лицом нашего путешествия на "Джульетте" по Западной Полинезии безусловно был океан. Вдали от суши он обладает таким прекрасным темно синим цветом, что можно часами любоваться и все равно не заскучаешь. Он прекрасен!

DSC_6321
(яхту качает)

Почему же океан такой синий? Может быть, потому что он отражает синее небо? Так думал сам Лорд Рэлей, который объяснил, почему небо синее. Но нет, это не так. Ведь в пасмурную погоду океан тоже синий. Давайте разберемся.

Океан состоит из соленой воды. Сам он, если выбросить всякую светящуюся живность, не светится. То есть весь свет, который мы видим, приходящий из океана, это отраженный солнечный свет. Но ведь солнечный свет тоже не синий. Спектр солнечного света у поверхности океана вот такой.

Интенсивность падающего на Землю солнечного излучения в зависимости от длины волны на уровне моря. Как видите, максимум излучения приходится на зеленую и желтую часть видимого диапазона.
441299a-f1.2

Цвет океана определяется механизмом поглощения и рассеивания солнечного цвета молекулами воды. Механизм очень сложный. Полностью он был описан только 1923 году геофизиком Василием Шулейкиным. Оказалось, что молекулы воды совершают колебательные и вращательные движения и в результате этого по-разному поглощает разные длины волн. Более всего поглощаются красный, а менее всего - синий. Синий цвет рассеивается и отражается обратно в воздух, а красный так и остается поглощенным внутри океана. Это приводит к тому, что океан нам кажется синим, а под водой все фотографии отдают синевой. Так что если соберетесь фотографировать рыбок, не забудьте вспышку.

Диаграмма, показывающая, как солнечный свет проходит через океан. Красный почти сразу поглощается, поэтому уже на небольшой глубине красных цветов под водой почти нет. Зеленый доходит метров до ста. А синий - до 200-300 м.
spectral_light_absorption
Фото отсюда.

Прозрачность океана определяется не только молекулами воды, но и мелкими существами, что там живут. Планктон, взвеси, грязь - все это снижает прозрачность в океане. Недавно НАСА провела исследования и обнаружила, что самая низкая концентрация планктона находится у берегов Острова Пасхи. Именно поэтому океан там самый прозрачный в мире.

UPD: Если не видели, то рекомендую заглянуть на страничку проекта Земная обсерватория (НАСА) и посмотреть совершенно потрясающие наблюдения концентрации фитопланктона в мировом океане за последние десять лет. Там же - поведение температуры океана. Там видно, например, где на Земле самое теплое море, почему киты проводят лето в северных широтах у побережья Аляски и Алеутских островов, или почему за три недели плавания по Тихому океана мы почти никакой живности вдали от берега не видели. 

  • 1
по моему очевидно, что большинство излучения в видимом спектре

Почему и небо и глаза.

> самая низкая концентрация планктона находится у берегов Острова Пасхи

Почему?

О. Пасхи находится в центре океанской "супер-пустыни", которая изолирована от континентального стока и переноса взвесей и питательных веществ (которые притягивают планктон и "мутят" воду) из-за большого расстояния и мощной Южно-Тихоокеанской циркуляции.

Оппаньки... Нифига себе... А почему именно океан такой синий?

Из-за свойств воды.

Тем не менее в хорошую погоду море синее, а стоит появиться облакам - становится серым. Так что отражение все-таки важнее :-)

Отражаемый свет конечно серый. Ведь облака меняют спектр, который доходит до океана. :-) Но вода точно так же отфильтровывает фотоны красного, желтого и пр. И рыбки тоже кажутся синее.

Edited at 2013-09-18 10:27 pm (UTC)

Вода, конечно, отфильтровывает, но синий свет в основном рассеивается, а не отражается. Сравни эту фотку с той, которая в начале поста. А при плотной облачности синего остается еще меньше.

Я думаю, что если этот снимок сделать с поляриком, то отраженных лучей будет меньше и океан посинеет.

Мы-то не через фильтр смотрим.

Я думаю, что просто важно понимать, что свет, рассеянный океаном - это рассеянный свет солнца, состоящий из двух компонент: одна компонента просто отражается от поверхности океана и не меняет свою частоту, а другая отражается внутри океана и получается синей. Вопрос какая компонента важнее зависит от нескольких факторов - от гладкости поверхности океана, угла падения солнечного света и пр. Если посмотреть на оба пасмурных снимка выше, то мы увидим что океан одновременно и сероватый (рассеянный поверхностью океана свет) и зеленый (на твоей картинке) и синий (на моей) (рассеянный уже внутри океана свет).

хм, а как же закон Кирхгофа:

всякое вещество поглощает преимущественно свет тех длин волн, который оно само может испускать?


PS я уже дважды предложил вам законнектиться :)

вы чего-то испугались?

мне даже интересно: впервые в моей практике ;)

Edited at 2013-09-19 05:37 pm (UTC)

Re: хм, а как же закон Кирхгофа:

Где законнектиться-то?

посылаю прямо сейчас

в третий раз ;)

Re: в LinkedIn :)

А поняла. Вообще я не добавляю лично незнакомых людей, но ладно, сделаю исключение.

ну, вы, Маша, строги! :)

а как же шесть рукопожатий?

"Недавно НАСА провела исследования и обнаружила, что самая низкая концентрация планктона находится у берегов Острова Пасхи. Именно поэтому океан там самый прозрачный в мире."
Это довольно странно. Чем объясняется такая низкая концентрация в теплых водах?

Логично, если самая низкая концентрация планктона будет в Арктике и в Антарктике, полярной ночью - потому что фитопланктону для жизни нужен фотосинтез, а для этого нужен свет. Собственно, измерения это и подтверждают - видимость в воде Южной Атлантики, поблизости Антарктиды, около 80 метров. Это значение близко к пределу. Думаю, подо льдами в центре Арктики видимость примерно такая же.

Раньше самым чистыми считались воды северной Атлантики, Саргассово море. Около 65 метров. Это тоже ожидаемо - плотный слой макроводорослей на поверхности затеняет ниже расположенные участки, и лишает фитопланктон питательных веществ, конкурирует с ним. Поэтому концентрация фитопланктона там должна быть заметно меньше, чем в других климатически похожих регионах. Но вот концентрация хлорофилла там будет немаленькая - саргассы то его содержат.

Отсюда (http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/education-and-outreach/additional/science-focus/ocean-color/oceanblue.shtml)

Reason 1: This area is near the center of the South Pacific Gyre, so there is very little water movement – vertically in the water column, or the horizontal circulation of ocean currents – to provide nutrients which promote phytoplankton growth. The South Pacific Gyre is roughly defined by the westward flow of the South Equatorial Current on the north side, the northward flow of the Peru Current on the eastern side, the southward flow of the East Australian Current on the western side, and the eastward flow of the Antarctic Circumpolar Current defining the southern boundary. In the center of the South Pacific Gyre, there are no strong currents, and the surface winds are also very light. Only a tiny population of phytoplankton can survive on the low concentrations of nutrients in these still, calm, and clear waters.

Reason 2: The area is a long, long way from any major land areas, so that nutrients derived from the land, either delivered by rivers to the ocean or by dust (which is an important source of iron) are scarce. A paper by Behrenfeld and Kolber (1999) indicates that the availability of iron may be the main reason for the low phytoplankton productivity within the South Pacific Gyre. The distance from land also means that there are no sediments from rivers available to cloud the waters, either.

Reason 3: It’s very sunny here, and because it is in the tropics, the sunlight is particularly strong. The phytoplankton found here have to adapt to the intense sunlight by a process called “photo-acclimation” (or “photo-adaptation”, or “photo-inhibition”). These photo-processes mean that the phytoplankton produce other pigments, instead of chlorophyll that shade them internally from strong sunlight. This protective reaction reduces the chlorophyll concentration in each phytoplankton cell. Not all the chlorophyll escapes; some of it is destroyed by the powerful sunlight, in the same way that a color photograph will fade if it is left in the sun too long. And strong sunlight will also fade and destroy any remnants of colored organic matter in the water, making the water even more transparent.

Bottom line: Low nutrients + low phytoplankton + low chlorophyll = very clear, very blue water.

о, про цвета! актуально!
и поздравляю с редизайном))

а почему за три недели плавания по Тихому океана мы почти никакой живности вдали от берега не видели? в двух словах?

Спасибо, дорогая!

Мало планктона в открытом океане, поэтому вся живность у островов, где хоть что-то есть. Заметь, что всех рыбок мы поймали возле островов. :-)

Машенька, подскажите где взять данные по солнечным вспышкам ?

Вам статистику прошлым вспышкам или только на сегодня?

Если просто посмотреть, что сегодня на солнце, то проще всего здесь www.solarmonitor.org

Тут уже верно внизу подсказывают http://www.lmsal.com/solarsoft/latest_events_archive.html

:-) Есть очень много подобных подборок по разным аспектам вспышек. Самой общепринятой считается с рентгеновского спутника GOES.

При переходе из Средиземного моря в Черное бросается в глаза разница цвета воды (в Черном море вода намного темнее), это вроде как объясняют повышенным содержанием сероводорода в воде Черного моря (начиная с какой-то глубины).

я, вот, опять подумал про дисперсию :)

мы ведь смотрим на океан практически под нулевым углом к горизонту, а синие и фиолетовые лучи преломляются сильнее всего

потому он и кажется нам тёмно синим, а иногда даже тёмно серым ;)

из космоса океан - голубой



Edited at 2013-09-22 01:11 pm (UTC)

Что-то мне казалось, что это тут уже есть :)


Hahaha! That's the best hobbie indeed!

Как так получается что некий В. Шулейкин за три года до того как Шредингер написал свое уравнение уже описывал цвет воды колебательными овертонами?

А известно почему в горах ледниковый лед явно голубоватого цвета? На фоне белого снега это сразу бросается в глаза.

Вопрос хороший. Если в двух словах - в снеге больше воздушных зазоров, чем во льду. В результате этого свет отражается одинаково по всему спектру и снег выглядит белым. В леднике воздуха меньше и большая часть света проходит насквозь именно через молекулы воды и поглощается красная часть диапазона.

Видимо ключевой момент - это глубина проникновения света, схематически показанная на последней картинке. Забавно, что все ссылки на nasa.gov не работают :(

Ну, вообще-то океан вовсе не всегда синий. В пасмурную погоду океан свинцово-серый с синеватым отливом.

Получается, что и вода и воздух в солнечном свете не бесцветные, а слабо-слабо голубые?
И голубизна появляется только при очень больших объемах?

  • 1
?

Log in

No account? Create an account