海洋科学导论教案3-4章.ppt

第四章 海水的光学特性 第一节 光与海洋生物的关系 第二节 光在海水中的传播 第三节 海水的透明度和水色 第一节 光与海洋生物的关系 一、光照的必要性 光照是海洋环境中最重要的生态因素之一，它直接影响海洋中有机物质的生产。也是所有海洋植物和海洋动物能够生存的必要条件。太阳辐射是海水中热量的主要来源，不仅对海洋生物生活有重要影响，对地球上的生命活动都具有直接或间接的重要作用。 补偿点：海洋植物光合作用产氧量等于呼吸作用耗氧量时的光照强度。照度低于此值，植物不增重。它是植物生长的最低光照。 饱和光强 在低光照条件下，光合作用速率与光强成正比关系。随着光强的继续增加，光合作用速率逐渐达到最大值，这种光强称饱和光强，即光合作用速率不再随光强增加而上升。如果光强继续增加，光合作用会因光照过度而受到抑制，光合作用速率将下降。 二、光照与海洋植物的垂直分布 生活在浅海的植物由沿岸浅海向下依次为绿藻、褐藻和红藻。 带状分布的原因：植物对光照强度适应的结果；植物对水中光照性质即颜色适应的结果。 在沿岸，海面光照为1000w/m2，30m水深处光照约为10w/m2，是大多数浮游植物的感光极限。180m水深处光照约为10的7次方分之一w/m2，是鱼类的感光极限。 在大洋，150m水深是浮游植物感光极限，1000m是底栖鱼类的感光极限，仅有10的11次方分之一w/m2。 三、光照与海洋动物的垂直分布 光照条件的差异，可以改变浮游动物的分布水层。 浮游动物的垂直分布具有季节变化。 某些种类的海洋动物其 生活史的不同时期分布于不同水层。 海洋动物具有昼夜垂直移动现象。 “最适光强”：浮游动物停留在最适光强区，当光照超过其最适光强时，动物表现为负的向光性；低于最适光强时，表现为正的向光性。 水蜗牛的身体已经完全透明，壳已经退化，脚进化成肌肉发达的鳍。由于没有阳光，眼睛特别发达，突出在身体外，捕捉细微光线，观察所有经过的猎食对象。 水蜗牛 一只变色鱿鱼正在吞噬自己的同类，变色鱿鱼能随环境变化而改变身体颜色，在深海1800米以下，一些生物眼中的海水是淡红色的，因此它将自己变成红色。被吞噬的鱿鱼低级一些，它不仅不会改变颜色，还进化成致命的白色。在深海，白色是最危险的颜色。 变色鱿鱼 四、不同的光质对海洋生物的影响 不同光质（波长）对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态的形成影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区。 可见光对动物生殖、体色、迁徙、生长、发育都有影响；不可见光对生物的影响也是多方面的。 能变色的玫瑰毒鱼 第二节 光在海水中的传播 一、反射和折射 光线照射在海面上，一部分反射回空中，一部分折射入海水。入射角为i，折射角为r，则Sini=nSinr 式中n值随海水温度、 盐度而变化，一般在 1.34左右。太阳高度 大于5°，入射能即大 于反射能。 水中物体的弯折现象 二、光线在海水中的衰减 折射入海水的光线，一部分被水分子和悬浮物吸收（温度升高），一部分向四周散射，使得原方向光照减弱，称为衰减。 衰减系数k=吸收系数+散射系数，k越大，衰减约迅速。K值大小与光的波长和海水清洁度有关。 K的倒数约等于透明度的数值。 太阳辐射在海水中不同深度的光照强度： ID和I0分别表示在深度D处和海面的光强； K称衰减系数；e为自然对数的底；D是深度。 不同波长光线的衰减系数 由本图可见，波长0.5~0.6微米之间的蓝绿光衰减系数最小，也就是透过率最大，称为透明窗，尤其沿岸水更加明显。 海水为什么呈蓝色？ 站在岸边看海水的颜色称为海色，清洁的海水一般都呈蓝色，原因主要是散射光以蓝绿光居多。 雷莱定律：水中悬浮物周长大于波长时，散射系数反比于波长的2次方；悬浮物周长小于波长时，散射系数反比于波长的4次方。 清洁的海水悬浮物很小，蓝绿光散射极多，浑浊的沿岸水蓝绿光散射相对减少。 海面下不同水深光能的分布 水深cm 波长μ 0.0 0.1 1.0 100 1000 10000 0.3-0.6 23.7 23.7 23.7 22.9 17.2 1.4 0.6-0.9 36.0 35.9 35.3 12.9 1.0 -- 0.9-1.2 17.9 11.2 12.3 -- -- -- 1.2-1.5 8.7 6.3 1.7 -- -- -- 1.5-1.8 8.0 2.7 -- -- -- -- 1.8-2.1 2.5 -- -- -- -- -- 2.1-2.4 2.5 0.1 -- -- -- --