Свет в море - [30]
Двигаясь к поверхности, этот свет подвергается фильтрующему действию морской воды. Максимум пропускания в чистых океанских водах приходится на синий-сине-зеленый участок спектра (см. рис. 33). В результате совместного действия рассеяния и поглощения световой поток, вышедший из моря, в чистых океанских водах имеет насыщенную синюю окраску.
В мутных водах, содержащих большое количество взвешенных частиц, роль молекулярного рассеяния невелика даже при больших углах рассеяния. Для угла 90° интенсивность молекулярного рассеяния составляет лишь 13 % общей интенсивности, а для угла 135° — 25 %. Восходящий световой шток в таких водах создается главным образом рассеянием на взвешенных частицах, которое неселективно. Максимум пропускания у мутных вод смещен в желто-зеленую область спектра. В результате совместного действия этих эффектов в менее прозрачных водах поверхность моря кажется серо-зеленой, а в очень мутных имеет даже желтоватую окраску.
Если синий цвет — это цвет «океанской пустыни», т. е. вод, бедных планктоном и питательными веществами, то желтовато-зеленая окраска морской поверхности свидетельствует о «плодородных океанских почвах». Многочисленные экспедиционные измерения на практике подтвердили существование самой тесной зависимости между цветом моря и его прозрачностью. Рис. 46 иллюстрирует эту зависимость.
Рис. 46. Спектральное распределение коэффициентов диффузного отражения
1 — открытый океан; 2 — залив Майзуру; 3 — река Юра
Рис. 47. Спектральная зависимость коэффициента яркости для вод Тихого океана 1, Средиземного 2 и Черного 3 морей
На нем изображены спектральные распределения коэффициента диффузного отражения моря ζ для чистых океанских вод, менее прозрачных вод залива Майзуру и очень мутных вод реки Юра. Кривые построены по данным измерений японского исследователя Хишида. Хорошо видно, как смещается максимум распределения от синего (у прозрачной воды) до желтого (у мутной). Подобным же образом изменяется и спектральная зависимость коэффициента яркости моря (рис. 47). Эта величина равна отношению яркости излучения В(θ, φ), выходящего из толщи моря в направлении, определяемом углами θ и φ (где θ — зенитное расстояние, а φ — азимут), к яркости В>0 идеально рассеивающей не погруженной в море горизонтальной поверхности, освещаемой естественным светом:
Спектральная зависимость коэффициента яркости точнее всего отображает «собственный» цвет моря. Эта величина не зависит от спектрального состава падающего на поверхность моря излучения и полностью определяется лишь значениями спектральных показателей поглощения и рассеяния света морокой водой.
Коэффициент яркости моря ρ весьма тесно связан с коэффициентом диффузного отражения моря ζ под поверхностью. Их спектральные зависимости почти совпадают друг с другом.
Мы упустили из виду еще один фактор, который может влиять на видимый цвет моря, — это отражение от морского дна. Если для глубин в несколько сотен метров его влиянием можно пренебречь, то на мелководье окраска дна оказывает существенное воздействие на цвет поверхности. Дно, покрытое зелеными водорослями, придает зеленоватый оттенок и цвету моря, светлая галька уменьшает насыщенность его окраски. Обычно в мелководных водоемах вода всегда сильно взмучена, так как волнение поднимает со дна ил, песок и другие мелкие частички. Окраска таких водоемов резко отличается от окраски глубоководных бассейнов. Например, Азовское море, глубина которого нигде не превышает 14 м, имеет бледный серо-зеленый цвет.
Измерение цвета моря
«…Замечать надлежит, в какой мере странный или переменный цвет моря происходит от перемены глубины, от цвета морского дна или неба и облаков, от света солнечного или же от находящихся на поверхности воды инородных веществ…»[26] — так записано в инструкции, составленной О. Е. Коцебу во время его кругосветного плавания. Однако если для прозрачности воды Коцебу придумал количественную характеристику — глубину исчезновения белого диска, погружаемого в море, то цвет моря он определял лишь качественно — по цвету волн.
Только в 90-х годах прошлого века швейцарский географ Форель предложил первый примитивный прибор для наблюдения за цветом водоемов. Изучая цвет воды горных озер в швейцарских Альпах, Форель использовал набор пробирок, заполненных смесью растворов: синего и желтого, взятых в различных соотношениях.
Его метод необычайно прост: наблюдатель на глаз устанавливает, цвет какого раствора в пробирке совпадает с видимым цветом водоема. Каждая пробирка имеет свой номер. Номер выбранной наблюдателем пробирки записывается в журнал наблюдений в качестве количественной характеристики цвета. Форель использовал 13 пробирок, в которых синий и желтый раствор находились в следующих соотношениях:
| № | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | XII |
| Синий | 100 | 98 | 95 | 91 | 86 | 80 | 73 | 65 | 56 | 46 | 35 | 23 | 10 |
| Желтый | 0 | 2 | 5 | 9 | 14 | 20 | 27 | 35 | 44 | 54 | 55 | 77 | 90 |
В качестве синего раствора он брал смесь медного купороса и аммиака, в качестве желтого — полпроцентный раствор хромпика.
Немецкий океанограф Уле приспособил шкалу Фореля специально для измерений цвета моря. Он изъял пробирки XII и XIII, так как эти цвета не встречались в морях, добавив 10 новых оттенков. Уле ввел третий вид раствора — коричневый, изготовив его путем добавления аммиака к сернокислому кобальту в присутствии воздуха. Соотношения растворов в пробирках Уле выглядят следующим образом:
