lyspenetrasjon er energikilde for fotosyntese av fytoplankton

Sollys består av hele spekteret av elektromagnetisk stråling, som inkluderer gamma, X, ultrafiolett, synlig, infrarød, mikro – og radiobølger. Størstedelen av solstråling er i form av synlige og infrarøde stråler som varierer i bølgelengde.

Sollys som treffer jordens overflate blir enten absorbert eller reflektert. Gjennomsiktigheten av vannoverflater varierer. Det er større for klart vann, når vannoverflaten er glatt, og mellom midt på morgenen og midt på ettermiddagen, når solens stråler er nærmest vertikal med jordens overflate. Breddegrad og sesong påvirker også vinkelen til solens stråler. Når innfallsvinkelen av solens stråler er 60 grader eller mindre, er mindre enn 10 prosent av hendelsen sollys normalt reflekteres av en vannoverflate.

prosentandelen av innfallende lys reflektert av en overflate kalles albedo. De årlige albedos av vannlegemer varierer fra 5 til 7 prosent Ved Ekvator til 12 til 13 prosent ved 60 grader breddegrad. På månedlig basis varierer albedo av vann lite med tiden på året Ved Ekvator, men ved 60 graders breddegrad er albedo rundt 5 prosent ved equinox I Mars og September, og rundt 55 prosent i begynnelsen av vinteren.

lyspenetrasjon

Lys som penetrerer en vannoverflate, blir spredt og absorbert eller slukket når den passerer nedover. Vann sprer seg, men absorberer ikke ultrafiolett lys. Det absorberer infrarødt lys raskt – lite infrarødt lys trenger mer enn 2 meter. Lyset slokkes ganske raskt, selv i klart vann. Bare om lag 25 prosent av hendelseslyset når en dybde på 10 meter i det åpne hav, hvor vannet er veldig klart.

det synlige spektret består av bølgelengder mellom 390 og 750 nanometer (nm, Tabell 1). En nanometer tilsvarer 1 milliarddel av en meter. Graden av visuell lysdemping i vann er størst for røde og oransje stråler, mindre for fiolette stråler og minst for gule, grønne og blå stråler. Tilstedeværelsen av oppløst organisk materiale og suspenderte faste stoffer hindrer ytterligere lyspenetrasjon, og forskjellige typer faste stoffer absorberer fortrinnsvis ved forskjellige bølgelengder.

Boyd, Kategorier av lysstråler og farger, Bord 1

Hele Spekteret Ray Type	Hele Spekteret Bølgelengde	Synlig Spektrum Ray Farge	Synlig Spektrum Bølgelengde
Gamma	Mindre enn 0,01 nm	–	–
X	0,01 – 10,00 nm	Fiolett	390-450 nm
Ultraviolet	10.00-389.00 nm	Blå	450-495 nm
Synlig	390.00-750.00 nm	Grønn	495-570 nm
Infrarød	759.00-106 nm	Gul	570-590 nm
Mikro	106-109 nm	Oransje	590-620 nm

Tabell 1. Kategorier av lysstråler og farger i det elektromagnetiske spekteret av sollys.

Fytoplankton absorberer lys best i den røde og oransje delen av spekteret, men de absorberer andre farger i mindre grad. Oppløst organisk materiale absorberer blått, fiolett og ultrafiolett lys sterkest. Suspendert mineralstoff har en tendens til å absorbere lys jevnt over det synlige spektret, mens oppløste uorganiske stoffer ikke forstyrrer lysabsorpsjonen av vann. Saltholdighet har derfor ingen betydelig innvirkning på undervannslys.

Stratifisering

når fotoner av lys absorberes av vann, oppvarmer de vannet. Mengden varme som overføres til vannet, reduseres med økende dybde. Selvfølgelig utstråler vann langbølgestråling til atmosfæren, og en likevekt mellom innkommende og utgående stråling har en tendens til å oppnås, og legger grenser for vanntemperaturendringer over en 24-timers eller lengre periode.

i mange vannlegemer oppnås varme i det øvre laget raskere enn det kan blandes inn i dypere vann ved vinddrevne vannstrømmer. Dette resulterer i et øvre lag med varmt vann med lavere tetthet overliggende et dypere lag av kjøligere vann med større tetthet. Hvis forskjellen i tetthet mellom de to lagene blir så stor at overflatevann ikke kan blandes med dypere vann ved vindvirkning, oppstår termisk stratifisering. I en termisk stratifisert vannkropp kalles det øvre laget epilimnion, det nedre laget kalles hypolimnion, og laget over hvilket temperatur endres raskt, kalles termoklinen.

når overflatelaget avkjøles og øker i tetthet, eller vind og regn resulterer i sterkere blanding, forsvinner termisk stratifisering. Avhengig av egenskapene til vannlegemer og klima og værforhold, kan termisk stratifisering utvikle seg og kollapse på en daglig, sesongmessig eller sporadisk tidsplan. Noen innsjøer i tropiske klima stratifisere i svært lange perioder.

akvakulturdammer er vanligvis grunne, og stratifisering som utvikler seg på varme, rolige dager, vedvarer ikke om natten, når varmen går tapt til den overliggende luften. Selvfølgelig, i luftede dammer, holder luftstrømgenererte vannstrømmer vannet grundig blandet. Hypolimnion av en termisk stratifisert vannkropp er ofte uten oppløst oksygen. Termisk destratifisering-spesielt hvis det er plutselig – kan forårsake oppløst oksygenmangel og føre til fiskedød. Plutselig destratifisering i innsjøer som inneholder fiskemerder er en betydelig risiko.

Fotosyntese

lysinntrengning i vann er også energikilden for fotosyntese av planteplankton og andre vannplanter. Planter bruker rødt og oransje lys best, men de bruker også andre deler av det synlige spektret. Bølgelengder mellom 400 og 700 nanometer kalles fotosyntetisk aktiv stråling (PAR), og undervanns lysmålere som er i stand TIL å måle PAR er tilgjengelige.

fordi fotosyntese er en kjemisk reaksjon mediert av energi fra fotoner av lys fanget av klorofyll og andre lysfølsomme pigmenter i planteceller, behandles fotoner som om de er molekyler i måling AV PAR.

Photic zone, Secchi disk

som en generell regel kan planteplankton og andre vannplanter ikke overleve ved lysintensiteter under 1 prosent av lys mottatt på overflaten – enten målt som totalt lys eller PAR. Laget av vann som mottar 1 prosent eller mer av innfallende lys er kjent som photic eller euphotic sonen. Fordi lyset slokkes eksponentielt med dybde, reduseres prosentandelen av hendelsespari raskt (Fig. 1). Forresten vil dybdeprofilen for demping av totalt lys være nesten identisk med DET FOR PAR.

undervannslysprofilen illustrert I Fig. 1 er for middag på en klar dag i en tropisk akvakultur dam med en fytoplankton blomst. Lyspenetrasjon til forskjellige dybder ble estimert med Lamberts lovligning. Mindre enn 20 prosent av hendelseslyset når 0, 50 m, litt over 2 prosent når 1, 00 meter, og den photiske sonen er bare 1, 35 meter tykk-en ganske typisk situasjon i en akvakulturdam.

i dammer med lufting fører indusert vannsirkulasjon kontinuerlig fytoplankton fra dypere vann inn i photic zone og omvendt. Dette fenomenet har i utgangspunktet samme effekt som å øke tykkelsen på den photiske sonen-det øker mengden fotosyntese per overflateareal i en vannkropp.

i innsjøer svarer dybden til den photic zone typisk til dybden der termisk stratifisering oppstår. Det er ingen fotosyntese i hypolimnion for å gi oppløst oksygen. Innsjøer der hypolimnetic oppløst oksygen uttømming oppstår er klassifisert som eutrophic-betyr rik på næringsstoffer – i motsetning til oligotrophic innsjøer som er næringsfattige.

dybden av den photic sonen kan estimeres Med Secchi disk synlighet. Verdien 1.7 dividert Med Secchi disk synlighet i meter har blitt rapportert av flere forskere for å gi et godt estimat av lys utryddelse koeffisient (K) for bruk I Lamberts lov ligningen.

Ved å bruke denne metoden for å oppnå K og løse Lamberts lovligning for dybde på 1 prosent lyspenetrasjon antyder at tykkelsen av den photiske sonen er omtrent 2,7 ganger Secchi – diskens synlighet. Dybden av den photic sonen har blitt rapportert som to til tre ganger Secchi disk synlighet basert på studier av plantevekst, men verdien av 2.7 er en god en for generelle formål.

Turbiditet skapt av planteplanktonvekst i dammer er ofte et middel for å unngå vekst av undervannsmakrofytter. Ved En Typisk Secchi disk synlighet på 40 til 50 cm i akvakultur dammer, er en minimumsdybde på 110 cm nødvendig for å unngå nok belysning på bunnen for plantevekst.

(Redaktørens Notat: Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i november / desember 2014-utgaven Av Global Aquaculture Advocate.)