Оптические свойства природных вод
Прозрачность воды и ее цвет или окраска играют важную роль в жизни водоема.
Природные воды всегда содержат определенное количество растворенных веществ и взвешенного материала, которые поглощают и отражают солнечный свет. Поэтому в разных по трофности водоемах прозрачность существенно различается, поскольку в большинстве из них прозрачность воды определяется количеством взвешенного вещества и, в первую очередь, развитием планктона. Более того, в одном и том же водоеме прозрачность меняется в течение года: она больше всего в середине зимы и меньше всего летом.
Известно, что вода неодинаково поглощает цвета спектра, поэтому разные лучи проникают на разную глубину; на наибольшую глубину проникают синие и фиолетовые лучи, в то время как красные и желтые поглощаются поверхностным слоем. Это обстоятельство в значительной степени определяет вертикальное распределение растений в водоеме. Прозрачность воды имеет огромное значение для вертикального распределения фитопланктона и макрофитов в водоеме. Поэтому высшая водная растительность и прикрепленные макроводоросли обитают в прибрежной зоне — в сублиторали, где наиболее благоприятные условия освещения. Основная масса фитопланктона также сосредоточена в поверхностных слоях воды, причем разные виды водорослей определяют горизонты, мигрируя в течение суток, выбирая при этом наилучшие условия.
При гидробиологических исследованиях водоема наибольший интерес представляет сравнительное измерение прозрачности воды в прибрежной зоне и открытой части; в местах впадения протоков и вдали от них; в тихую ясную погоду и после шторма и т.д.
Для определения прозрачности воды используют различный инструментарий. Чаще всего пользуются диском Секки. При этом необходимо соблюдать некоторые правила. Во-первых, диск опускают в воду с затененной стороны и погружают до тех пор, пока он не исчезнет из виду. По исчезновении диска фиксируют глубину погружения. Затем, выдержав диск в течение нескольких минут ниже предела видимости, вновь поднимают диск до его появления, фиксируя глубину. Из двух наблюдений берут среднее арифметическое значение, которое и принимают за показатель прозрачности. Истинную прозрачность обычно выражают числом вдвое большим наблюдаемой глубины, поскольку световой луч проходит расстояние до диска и, отражаясь от него, до глаза наблюдателя, т.е. дважды.
Цвет природной воды обусловлен разнообразными причинами. Чистая вода имеет голубоватый оттенок. Другие оттенки свидетельствуют о присутствии в воде растворенных веществ и взвешенных примесей. Причинами, вызывающими изменение цвета воды, могут быть коллоидные соединения железа, гуминовые вещества, взвеси и массовое развитие фитопланктона. Присутствие солей и комплексов железа с гуминовыми соединениями придает воде бурую окраску и неприятный болотистый привкус. Наличие в воде гуминовых веществ изменяет окраску воды в зависимости от их концентрации от голубой в олиготрофных озерах до коричневой в гумусовых водоемах.
Окраска воды зависит также и от присутствия взвешенных частиц. При массовом развитии фитопланктона в зависимости от доминирующих видов водорослей вода приобретает тот или иной оттенок. Так, желтоватый оттенок весной и осенью связан обычно с максимумом развития диатомей, а летом — с появлением в планктоне водорослей рода Ceratium. «Цветение» воды синезелеными водорослями придает воде различные оттенки зеленого цвета. Необходимо отметить, что сама по себе окраска воды непосредственно не является существенной для гидробионтов. Цвет воды влияет на ее прозрачность, которая резко падает при изменении цвета от голубого к коричневому.