Гидрофизика


Прозрачная вода Байкала

Чем вызывается изменение цвета воды в Байкале?

Что такое шкала Фореля?

Как измеряется прозрачность воды?

Почему в Байкале вода такая прозрачная?

Где в Байкале самая прозрачная вода ?

Почему граница между мутными паводковыми речными водами и озерной водой резко очерчена?

До какой глубины проникает свет в воду Байкала?

Что такое глубинный рассеивающий слой?

Почему подводные объекты кажутся аквалангистам более крупными, чем они есть на самом деле?

Какое влияние на Байкал оказывает солнечная радиация?

Какая часть солнечной радиации проникает в воду Байкала?

Какие факторы определяют глубину проникновения в водную толщу солнечного света?

Как изменяется спектральный состав проникающего в воду света?

Что такое эвфотическая зона?

Какова плотность байкальской воды?

Зачем лимнологам нужны исследования плотности воды?

Сжимаема ли озерная вода?

С какой скоростью распространяется звук в воде?

На какое расстояние может распространяться звук в воде?

Что такое звуковой канал?

 

 

 

Чем вызывается изменение цвета воды в Байкале?

Цвет воды в Байкале, как и в море, зависит от присутствия взвешенных в нем частиц, от глубины, состояния неба и характера облачного покрова, высоты стояния солнца и т.д. В открытом Байкале вода обычно синего цвета. Вблизи берегов или в придельтовых участках крупных рек - голубовато-серая либо зеленоватая из-за присутствия в ней частиц желтого цвета или буровато-коричневая за счет цвета речных вод, приносящих коричневые взвешенные илистые частицы или растворенные гуминовые вещества, как, например, в придельтовой части В. Ангары. Зеленоватый цвет воде придают зеленые и диатомовые водоросли, бурый цвет - массовое развитие водорослей бурого цвета в период их цветения, которое бывает обычно весной (часто под ледовым покровом). Цвет воды меняется также тогда, когда солнце скрывается за облаками или вновь появляется в просветах.

 

 

Что такое шкала Фореля?

Шкала Фореля - это эталон оттенков желтого, зеленого и голубого цветов. Она служит для визуального определения цвета озерной и морской воды. Цвет воды определяется сравнением с цветом эталонных растворов, запаянных в стеклянных ампулах, на белом фоне диска Секки. Эталонные растворы получают при смешивании в различных пропорциях двух солей: сульфат аммония меди (медный купорос с нашатырным спиртом) и нейтрального хромовокислого калия. В шкале Фореля было 11 ампул с различными эталонами цвета, в шкале, употребляемой в нашей стране - 22 ампулы, и ее называют шкалой цветов воды.

 

 

Как измеряется прозрачность воды?

В озерах для приблизительной оценки прозрачности пользуются диском Секки. Это белый металлический диск диаметром 30 сантиметров. Его опускают в воду до тех пор, пока он не скроется из виду. Эта глубина и считается прозрачностью. Впервые прозрачность воды с помощью белой фарфоровой тарелки измерили моряки ВМС США в 1803 г. в Средиземном море. Опущенная тарелка была видна до глубины 44 м. Русский военный моряк О. Коцебу, командир брига «Рюрик», в 1817 г. впервые измерял прозрачность с помощью белых и красных дисков (тарелок) в Тихом океане.

В последние годы для определения прозрачности применяется целый ряд электронных прозрачномеров, которые позволяют определить прозрачность воды на любой глубине, а результаты записать на самопишущих приборах.

 

 

Почему в Байкале вода такая прозрачная?

Байкальская вода содержит мало взвешенных веществ и растворенных, включая и растворенное органическое вещество, сильно поглощающее свет, поэтому прозрачность превосходит все озерные водоемы мира и приближается к прозрачности вод океанов.

 

 

Где в Байкале самая прозрачная вода ?

В районах больших глубин в южной и северной котловинах. В области максимальных глубин в средней котловине воды менее прозрачны. Причем, самая большая прозрачность или самый малый коэффициент ослабления светового потока, не в поверхностных слоях воды, а на глубинах от 250-300 м и до 1000-1200 м.

Эталоном самой высокой прозрачности считалась вода Саргассова моря, находящегося в западной части Северной Атлантики, приближающаяся к прозрачности дистиллированной воды. Здесь диск Секки исчезает из виду на рекордной глубине - 66,5 м. В последнее время в Тихом океане в море Кука также обнаружены очень прозрачные воды с прозрачностью по диску Секки 67 м. Однако исследования с помощью электронных прозрачномеров показали, что на глубинах 250-1200 м рекордная прозрачность байкальской воды (96%) лишь немного уступает рекордной прозрачности океанических вод (98%).

 

Прозрачная озерная вода байкальская

Почему граница между мутными паводковыми речными водами и озерной водой резко очерчена?

В момент когда температура речных вод выше +4 °С, а воды в Байкале меньше +4 °С, зона контакта этих вод не превышает одного-двух метров даже при шторме. Речная вода, охлаждающаяся в зоне контакта до температуры максимальной плотности, опускается вертикально вниз, образуя резкую границу раздела. При боковом освещении стена мутных паводковых вод видна со стороны прозрачной воды озера до глубины 10-15 м и более.

 

 

До какой глубины проникает свет в воду Байкала?

Измерения света с помощью высокочувствительных фотоумножителей, которые считают каждый фотон, показали, что свет от Солнца и Луны доходит до 500 м.

 

 

Что такое глубинный рассеивающий слой?

Это слой воды, в котором содержится большое количество живых организмов. В морях в дневное время глубинный рассеивающий слой фиксируют на глубине от 200 до 500 м и более, ночью он поднимается к поверхности. В Байкале также происходит скопление организмов в дневное время на глубинах до 150-200 м, а ночью они поднимаются к поверхности (суточные вертикальные миграции). При поисках косяков рыбы с помощью эхолота с фишлупой явно вырисовывались рассеивающие слои на глубинах 50-150 м. Вероятно, это скопление планктонных рачков и, возможно, промысловых пелагических рыб - омуля и бычка-желтокрылки, а, возможно, и молодых голомянок.

 

 

Почему подводные объекты кажутся аквалангистам более крупными, чем они есть на самом деле?

Аквалангистам, пользующимся маской с плоским стеклом, подводные объекты кажутся увеличенными примерно на 30 %. Это вызвано различием коэффициентов преломлениях света в воде и в воздухе, заключенном в маске. Аквалангист к этому привыкает и бессознательно вводит соответствующую поправку. Однако при подводной фотографии возникают серьезные трудности. Для того, чтобы устранить искажение объекта, стекла в подводных фотобоксах делают изогнутыми. Специальным подбором кривизны стекла можно добиться того, что искажения будут минимальными.

 

 

Какое влияние на Байкал оказывает солнечная радиация?

Она формирует погоду и климат котловины, обеспечивает фотосинтез и регулирует его скорость у водных растительных организмов, которые являются прямым или косвенным источником пищи для всех водных животных. Солнечная радиация влияет на размножение, поведение и миграции водных животных, дает им возможность видеть под водой и т.д.

 

 

Какая часть солнечной радиации проникает в воду Байкала?

Более 60% солнечной энергии поглощается в верхнем метровом слое воды, а более 80% — в верхних 10 метрах. На глубине 50 м интенсивность света составляет лишь 5 % освещенности на поверхности. В прибрежных и мутных водах поглощение значительно сильнее. Глубже всего проникает излучение как раз тех длин волн, которые нужны растениям для фотосинтеза.

 

 

Какие факторы определяют глубину проникновения в водную толщу солнечного света?

Важнейшим фактором является мутность, то есть количество взвешенных в воде твердых частей неорганического и органического происхождения, включая осадочный материал, фито- и зоопланктон и микроорганизмы. Большое значение имеет и высота солнца над горизонтом: глубже всего свет проникает в полдень.

Очень заметно влияют загрязнения, особенно нефтепродуктами. Нефтяная пленка на поверхности воды в десятки и сотни раз ослабляют интенсивность проникающего в водную толщу света.

 

 

Как изменяется спектральный состав проникающего в воду света?

Спектральный состав проникающего света зависит от чистоты и прозрачности воды. В поверхностных слоях задерживается длинноволновая радиация, глубже всего проникает коротковолновая радиация, поэтому в подводном пространстве, в первую очередь, исчезают тепловые инфракрасные, красные, оранжевые лучи. Наиболее глубоко проникают синие, фиолетовые и ультрафиолетовые излучения. При наличии взвешенных частиц происходит рассеивание света и снижается его глубина проникновения в толщу воды. Но даже тонкая корочка льда толщиной 1-2 мм на воде практически полностью задерживает все тепловые лучи. Это играет очень большую роль для нагревания воды подо льдом. Вода под ледяным покровом в Байкале прогревается до 1 °С и выше за счет задержки излучения из воды длинноволновой радиации, что ускоряет разрушения льда снизу.

В Байкале глубина проникновения света определяется интенсивностью развития зоо- и фитопланктона и количеством взвешенных частиц. В приустьевых участках крупных рек глубина проникновения света снижается из-за большого количества взвешенных частиц, выносимых реками.

 

 

Что такое эвфотическая зона?

Верхний слой воды в водоеме, куда проникает достаточное количество света, необходимого для фотосинтеза и размножения водорослей. В ее пределах фотосинтез ограничен наличием питательных веществ. При благоприятных условиях биомасса фитопланктона может увеличиться за сутки в два-три раза. Если предположить, что в эвфотической зоне утилизируется 99 % входящего в воду солнечного излучения, то на Байкале, где толщина фотиче-ской зоны в 2,8 раза больше прозрачности по диску Секки, ее максимальная толщина составляет 112 м.

 

 

Какова плотность байкальской воды?

Ее минерализация ничтожна (примерно 0,1 г/л) и плотность близка к плотности дистиллированной воды, равной 1 кг/дм3 при температуре +4 °С. Среднегодовая температура воды в озере около +4 °С, то есть близка к температуре максимальной плотности пресной воды. Плотность воды на дне Байкала в районе максимальных глубин на 0,80 % больше, чем на поверхности озера.

 

 

Зачем лимнологам нужны исследования плотности воды?

Знание вертикального распределения плотности воды в озере, как и в морских водоемах, позволяет рассчитывать направление и скорость течений. Оно также необходимо для определения устойчивости водной массы. Если более плотная вода лежит выше менее плотной, то совершенно естественно происходит перемешивание водных масс. Это особенно важно учитывать при прогнозировании состояния озер с разной концентрацией солей, биогенных элементов и органических веществ.

 

 

Сжимаема ли озерная вода?

Пресная вода, как и морская, практически несжимаема (коэффициент сжимаемости составляет всего 0,000046 на 1 бар при нормальных условиях). Под действием давления молекулы воды несколько сближаются друг с другом, вследствие чего ее плотность немного увеличивается. Если бы вода была абсолютно несжимаемой, то уровень воды в Байкале был бы на 4,5 м выше.

 

 

С какой скоростью распространяется звук в воде?

Скорость звука в воде зависит от температуры, солености и давления. При температуре 25 °С, например, она равна 1496 м/с. В морской воде звук распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе. С повышением любого из упомянутых факторов (температуры, солености, давления) скорость звука в воде возрастает. При действии всех причин в среднем скорость распространения звука в пресной воде при температуре 4 °С - 1421,55 м/с, а в морской при солености

35 %о - 1466,7м/с.

 

Прозрачность пресной воды Байкала

На какое расстояние может распространяться звук в воде?

Сведений об исследованиях подобного рода в пресной воде нет. В океанах звуковые колебания, возникшие при подводном взрыве, произведенном исследовательским судном Колумбийского университета «Вема» в 1960 г., были зарегистрированы на расстоянии 12 тыс. миль. В подводном звуковом канале у побережья Австралии была взорвана глубинная бомба, и примерно через 144 минуты звуковые колебания достигли Бермудских островов, то есть почти противоположной точки земного шара.

 

 

Что такое звуковой канал?

На некоторой глубине под поверхностью воды находится слой, в которой звук распространяется с наименьшей потерей энергии. Выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже увеличивается из-за повышения с глубиной гидростатического давления. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал. Звуковая волна, или луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз вследствие рефракции, стремится вернуться в канал. Возбуждаемые в канале волны, таким образом, не могут из него выйти. Попав в такой канал, звук может пройти тысячи миль. Звуковой канал используется для сверхдальней подводной связи. Есть предположение биологов, что крупные водные млекопитающие (киты) используют этот канал для связи со своими сородичами, находящимися на далеком расстоянии друг от друга. Не исключено, что байкальская нерпа, а, может быть, и рыбы в озере поддерживают связь, используя такой канал. В открытом Байкале при температурах воды свыше 4 °С возникает звуковой канал, который по мере прогрева поверхностных вод заглубляется до 200 м. При наличии льда образуется приповерхностный звуковой канал. Характеристики звуковых каналов на Байкале мало отличаются от океанических.



Рейтинг: 0 Голосов: 0 1541 просмотр