průnik světla je zdrojem energie pro fotosyntézu fytoplanktonem

sluneční světlo se skládá z celého spektra elektromagnetického záření, které zahrnuje gama, X, ultrafialové, viditelné, infračervené, mikro – a rádiové vlny. Hlavní část slunečního záření je ve formě viditelných a infračervených paprsků, které se liší vlnovou délkou.

sluneční světlo, které dopadá na zemský povrch, je buď absorbováno nebo odrazeno. Průhlednost vodních ploch se liší. Je to větší pro čistou vodu, když je vodní plocha hladká, a mezi polovinou rána a polovinou odpoledne, kdy jsou sluneční paprsky nejblíže svislé se zemským povrchem. Zeměpisná šířka a sezóna také ovlivňují úhel slunečních paprsků. Když je úhel dopadu slunečních paprsků 60 stupňů nebo méně, méně než 10 procent dopadajícího slunečního světla se normálně odráží vodní hladinou.

procento dopadajícího světla odraženého povrchem se nazývá albedo. Roční albedos vodních útvarů se pohybuje od 5 do 7 procent na rovníku do 12 až 13 procent při 60 stupních zeměpisné šířky. Na měsíční bázi, albedo vody se mění jen málo s ročním obdobím na rovníku, ale na 60 stupně zeměpisné šířky, albedo je kolem 5 procent při rovnodennosti v březnu a září, a kolem 55 procent na začátku zimy.

pronikání světla

světlo pronikající vodní hladinou je rozptýleno a absorbováno nebo uhaseno, když prochází dolů. Voda rozptyluje, ale neabsorbuje ultrafialové světlo. Rychle absorbuje infračervené světlo – malé infračervené světlo proniká více než 2 metry. Světlo je poměrně rychle uhaseno i v čisté vodě. Pouze asi 25 procent dopadajícího světla dosahuje hloubky 10 metrů v otevřeném oceánu, kde je voda velmi čistá.

viditelné spektrum se skládá z vlnových délek mezi 390 a 750 nanometry (nm, Tabulka 1). Jeden nanometr odpovídá 1 miliardtině metru. Rychlost útlumu vizuálního světla ve vodě je největší pro červené a oranžové paprsky, méně pro fialové paprsky a nejméně pro žluté, zelené a modré paprsky. Přítomnost rozpuštěné organické hmoty a nerozpuštěných pevných látek dále brání pronikání světla a různé typy pevných látek přednostně absorbují při různých vlnových délkách.

Boyd, Kategorie světelných paprsků a barev, Tabulka 1

celé spektrum typ paprsku	celé spektrum vlnová délka	viditelné spektrum Barva paprsku	viditelné spektrum vlnová délka
Gama	méně než 0,01 nm	–	–
X	0.01-10.00 nm	Violet	390-450 nm
ultrafialové	10.00-389.00 nm	Modrá	450-495 nm
viditelné	390.00-750.00 nm	Zelená	495-570 nm
infračervený	759.00-106 nm	žlutý	570-590 nm
mikro	106-109 nm	Oranžová	590-620 nm

Tabulka 1. Kategorie světelných paprsků a barev v elektromagnetickém spektru slunečního světla.

fytoplankton absorbuje světlo nejlépe v červené a oranžové části spektra, ale v menší míře absorbují jiné barvy. Rozpuštěná organická hmota nejsilněji absorbuje modré, fialové a ultrafialové světlo. Suspendovaná minerální hmota má tendenci absorbovat světlo rovnoměrně napříč viditelným spektrem, zatímco rozpuštěné anorganické látky neinterferují s absorpcí světla vodou. Slanost proto nemá významný dopad na podvodní světlo.

stratifikace

když jsou fotony světla absorbovány vodou, ohřívají vodu. Množství tepla dodávaného vodě klesá s rostoucí hloubkou. Voda samozřejmě znovu vyzařuje dlouhovlnné záření do atmosféry a má tendenci být dosaženo rovnováhy mezi příchozím a odchozím zářením, což omezuje změny teploty vody po dobu 24 hodin nebo delší.

v mnoha vodních útvarech se teplo získává v horní vrstvě rychleji, než může být smícháno do hlubší vody větrem poháněnými vodními proudy. To má za následek horní vrstvu teplé vody s nižší hustotou překrývající hlubší vrstvu chladnější vody s větší hustotou. Pokud se rozdíl v hustotě mezi oběma vrstvami stane tak velkým, že povrchová voda nemůže být smíchána s hlubší vodou působením větru, dojde k tepelné stratifikaci. V tepelně stratifikovaném vodním útvaru se horní vrstva nazývá epilimnion, spodní vrstva se označuje jako hypolimnion a vrstva, přes kterou se teplota rychle mění, je známá jako termoklin.

když se povrchová vrstva ochladí a zvýší se hustota nebo vítr a déšť způsobí silnější míchání, tepelná stratifikace zmizí. V závislosti na charakteristikách vodních útvarů a klimatických a povětrnostních podmínkách se může tepelná stratifikace vyvíjet a zhroutit na denní, sezónní nebo sporadický plán. Některá jezera v tropickém podnebí stratifikují po velmi dlouhou dobu.

akvakulturní rybníky jsou obvykle mělké a stratifikace, která se vyvíjí v teplých, klidných dnech, přetrvává v noci, kdy se teplo ztrácí na překrývajícím se vzduchu. V provzdušněných rybnících vodní proudy vytvářené provzdušňovačem samozřejmě udržují vody důkladně promíchané. Hypolimnion tepelně stratifikovaného vodního útvaru často postrádá rozpuštěný kyslík. Tepelná destratifikace-zejména pokud je náhlá-může způsobit vyčerpání rozpuštěného kyslíku a vést k usmrcení ryb. Náhlá destratifikace v jezerech obsahujících rybí klece představuje významné riziko.

fotosyntéza

pronikání světla do vody je také zdrojem energie pro fotosyntézu fytoplanktonem a dalšími vodními rostlinami. Rostliny používají nejlépe červené a oranžové světlo, ale také používají jiné části viditelného spektra. Vlnové délky mezi 400 a 700 nanometry se nazývají fotosynteticky aktivní záření (PAR) a jsou k dispozici Podvodní měřiče světla schopné měřit PAR.

vzhledem k tomu, že fotosyntéza je chemická reakce zprostředkovaná energií z fotonů světla zachycených chlorofylem a jinými pigmenty citlivými na světlo v rostlinných buňkách, jsou fotony považovány za molekuly při měření PAR.

Fotická zóna, Secchi disk

fytoplankton a další vodní rostliny zpravidla nemohou přežít při intenzitě světla pod 1% světla přijatého na povrchu-ať už měřeno jako celkové světlo nebo PAR. Vrstva vody přijímající 1 procento nebo více dopadajícího světla je známá jako fotická nebo eufotická zóna. Protože světlo je exponenciálně uhaseno hloubkou, procento dopadajícího PAR rychle klesá (obr. 1). Mimochodem, hloubkový profil pro útlum celkového světla by byl téměř totožný s profilem pro PAR.

Podvodní světelný profil znázorněný na obr. 1 je v poledne za jasného dne v tropickém rybníku akvakultury s květem fytoplanktonu. Průnik světla do různých hloubek byl odhadnut pomocí Lambertovy zákonné rovnice. Méně než 20 procent dopadajícího světla dosahuje 0, 50 m, o něco více než 2 procenta dosahuje 1, 00 metru a fotická zóna má tloušťku pouze 1, 35 metru – což je docela typická situace v rybníku akvakultury.

v rybnících s provzdušňováním indukovaná cirkulace vody nepřetržitě přivádí fytoplankton z hlubší vody do fotické zóny a naopak. Tento jev má v podstatě stejný účinek jako zvýšení tloušťky fotické zóny-zvyšuje množství fotosyntézy na jednotku plochy ve vodním útvaru.

v jezerech hloubka fotické zóny obvykle odpovídá hloubce, ve které dochází k tepelné stratifikaci. V hypolimnionu neexistuje fotosyntéza, která by poskytla rozpuštěný kyslík. Jezera, ve kterých dochází k hypolimnetickému vyčerpání rozpuštěného kyslíku, jsou klasifikována jako eutrofní-což znamená bohaté na živiny-na rozdíl od oligotrofních jezer chudých na živiny.

hloubku fotické zóny lze odhadnout pomocí viditelnosti disku Secchi. Hodnota 1.7 dělená viditelností disku Secchi v metrech byla hlášena několika výzkumníky, aby poskytla dobrý odhad koeficientu vyhynutí světla (K) pro použití v Lambertově zákonné rovnici.

použití této metody pro získání K a řešení rovnice Lambertova zákona pro hloubku průniku světla 1% naznačuje, že tloušťka fotické zóny je asi 2,7 násobek viditelnosti disku Secchi. Hloubka fotické zóny byla různě hlášena jako dvakrát až trojnásobek viditelnosti disku Secchi na základě studií růstu rostlin, ale hodnota 2.7 je dobrá pro obecné účely.

zákal vytvořený růstem fytoplanktonu v rybnících je často prostředkem k zabránění růstu podvodních makrofytů. Při typické viditelnosti disku Secchi 40 až 50 cm v rybnících akvakultury je nutná minimální hloubka 110 cm, aby se zabránilo dostatečnému osvětlení na dně pro růst rostlin.

(Poznámka redakce: Tento článek byl původně publikován v listopadu / prosinci 2014 tiskové vydání Global Aquaculture Advocate.)