a penetração da Luz é fonte de energia para a fotossíntese, o fitoplâncton

a luz solar consiste em todo o espectro de radiação eletromagnética, que inclui ondas gama, x, ultravioleta, visível, infravermelho, micro e rádio. A maior parte da radiação solar está na forma de raios visíveis e infravermelhos que variam em comprimento de onda.A luz solar que atinge a superfície da terra é absorvida ou refletida. A transparência das superfícies da água varia. É maior para a água limpa, quando a superfície da água é lisa, e entre o meio da manhã e o meio da tarde, quando os raios do sol estão mais próximos da vertical com a superfície da terra. Latitude e estação também afetam o ângulo dos raios do sol. Quando o ângulo de incidência dos raios solares é de 60 graus ou menos, menos de 10% da luz solar incidente normalmente é refletida por uma superfície da água.

a porcentagem de luz incidente refletida por uma superfície é chamada de albedo. Os albedos anuais de corpos d’água variam de 5 a 7 por cento no Equador a 12 a 13 por cento a 60 graus de latitude. Mensalmente, o albedo da água varia pouco com a época do ano no Equador, mas a 60 graus de latitude, O albedo é de cerca de 5% no equinócio em março e setembro, e cerca de 55% no início do inverno.

penetração de luz

a luz que penetra na superfície da água é espalhada e absorvida ou extinta à medida que passa para baixo. A água dispersa, mas não absorve a luz ultravioleta. Ele absorve a luz infravermelha rapidamente – pouca luz infravermelha penetra mais de 2 metros. A luz é apagada rapidamente, mesmo em água limpa. Apenas cerca de 25% da luz incidente atinge uma profundidade de 10 metros no oceano aberto, onde a água é muito clara.

O espectro visível consiste de comprimentos de onda entre 390 e 750 nanômetros (nm, Tabela 1). Um nanômetro é equivalente a 1 bilionésimo de metro. A taxa de atenuação da luz visual na água é maior para os raios vermelho e laranja, menos para os raios violeta e menos para os raios amarelo, verde e azul. A presença de matéria orgânica dissolvida e sólidos suspensos impede ainda mais a penetração da luz, e diferentes tipos de sólidos absorvem preferencialmente em diferentes comprimentos de onda.

Boyd, Categorias de raios de luz e cores, Tabela de 1

Todo o Espectro Tipo do Raio	Todo o Espectro comprimento de Onda	Espectro Visível Cores dos Raios	Espectro Visível comprimento de Onda
Gama	> Menos de 0,01 nm	–	–
X	0.01-10.00 nm	Violeta	390-450 nm
Ultravioleta	10.00-389.00 nm	Azul	450-495 nm
Visível	390.00-750.00 nm	Verde	495-570 nm
Infravermelho	759.00-106 nm	Amarelo	570-590 nm
Micro	106-109 nm	Laranja	590-620 nm

Tabela 1. Categorias de raios de luz e cores no espectro eletromagnético da luz solar.O fitoplâncton absorve melhor a luz na parte vermelha e laranja do espectro, mas absorve outras cores em menor grau. A matéria orgânica dissolvida absorve mais fortemente a luz azul, violeta e ultravioleta. A matéria mineral suspensa tende a absorver a luz uniformemente em todo o espectro visível, enquanto as substâncias inorgânicas dissolvidas não interferem na absorção de luz pela água. A salinidade, portanto, não tem um impacto significativo na luz subaquática.

estratificação

quando fótons de luz são absorvidos pela água, eles aquecem a água. A quantidade de calor transmitida à água diminui com o aumento da profundidade. Claro, a água re-irradia radiação de ondas longas para a atmosfera, e um equilíbrio entre a radiação de entrada e saída tende a ser alcançado, colocando limites nas mudanças de temperatura da água ao longo de um período de 24 horas ou mais.

em muitos corpos d’água, o calor é obtido na camada superior mais rápido do que pode ser misturado em águas mais profundas por correntes de água movidas pelo vento. Isso resulta em uma camada superior de água morna de menor densidade sobrepondo uma camada mais profunda de água mais fria de maior densidade. Se a diferença de densidade entre as duas camadas se tornar tão grande que a água da superfície não pode ser misturada com água mais profunda pela ação do vento, ocorre estratificação térmica. Em um corpo de água estratificado termicamente, a camada superior é chamada de epilimnion, a camada inferior é chamada de hipolimnion, e a camada através da qual a temperatura muda rapidamente é conhecida como termoclina.

quando a camada superficial esfria e aumenta de densidade, ou o vento e a chuva resultam em uma mistura mais forte, a estratificação térmica desaparece. Dependendo das características dos corpos d’água e das condições climáticas e climáticas, a estratificação térmica pode se desenvolver e entrar em colapso em um cronograma diário, sazonal ou esporádico. Alguns lagos em climas tropicais estratificam por períodos muito longos.As lagoas de aquicultura geralmente são rasas, e a estratificação que se desenvolve em dias quentes e calmos não persiste à noite, quando o calor é perdido para o ar sobreposto. É claro que, em lagoas arejadas, as correntes de água geradas pelo aerador mantêm as águas bem misturadas. O hipolimnio de um corpo de água termicamente estratificado geralmente é desprovido de oxigênio dissolvido. A destratificação térmica-especialmente se for repentina-pode causar depleção de oxigênio dissolvido e levar à morte de peixes. A destratificação repentina em Lagos contendo gaiolas de peixes é um risco significativo.

fotossíntese

a penetração da luz na água também é a fonte de energia para a fotossíntese por fitoplâncton e outras plantas aquáticas. As plantas usam melhor a luz vermelha e laranja, mas também usam outras partes do espectro visível. Comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros são chamados de radiação fotossinteticamente ativa (PAR), e medidores de luz subaquáticos capazes de medir PAR estão disponíveis.Como a fotossíntese é uma reação química mediada pela energia de fótons de luz capturados pela clorofila e outros pigmentos sensíveis à luz em células vegetais, os fótons são tratados como se fossem moléculas em PAR de medição.

zona fótica, disco Secchi

como regra geral, o fitoplâncton e outras plantas aquáticas não podem sobreviver em intensidades de luz abaixo de 1% da luz recebida na superfície – medida como luz total ou PAR. A camada de água que recebe 1% ou mais de luz incidente é conhecida como zona fótica ou eufótica. Como a luz é extinta exponencialmente com a profundidade, a porcentagem de PAR incidente diminui rapidamente (Fig. 1). Aliás, o perfil de profundidade para atenuação da luz total seria quase idêntico ao do PAR.

o perfil de luz subaquática ilustrado na Fig. 1 é para o meio-dia em um dia claro em uma lagoa de aquicultura tropical com uma flor de fitoplâncton. A penetração da luz em diferentes profundidades foi estimada com a equação da Lei de Lambert. Menos de 20% da luz incidente chega a 0,50 m, pouco mais de 2% chega a 1,00 metro, e a zona fótica tem apenas 1,35 metros de espessura – uma situação bastante típica em uma lagoa de aquicultura.

em lagoas com aeração, a circulação de água induzida continuamente traz fitoplâncton de águas mais profundas para a zona fótica e vice-versa. Esse fenômeno tem basicamente o mesmo efeito que aumentar a espessura da zona fótica – aumenta a quantidade de fotossíntese por unidade de área superficial em um corpo d’água.

em Lagos, a profundidade da zona fótica normalmente corresponde à profundidade na qual ocorre a estratificação térmica. Não há fotossíntese no hipolimônio para fornecer oxigênio dissolvido. Lagos em que ocorre depleção hipolimnética de oxigênio dissolvido são classificados como eutróficos-ou seja, ricos em nutrientes – em oposição a lagos oligotróficos que são pobres em nutrientes.

a profundidade da zona fótica pode ser estimada com a visibilidade do disco Secchi. O valor 1,7 dividido pela visibilidade do disco Secchi em metros foi relatado por vários pesquisadores para fornecer uma boa estimativa do coeficiente de extinção de luz (K) para uso na equação da Lei de Lambert.

usando este método para obter K e resolver a equação da Lei de Lambert para profundidade de 1 por cento de penetração de luz sugere que a espessura da zona fótica é cerca de 2,7 vezes a visibilidade do disco Secchi. A profundidade da zona fótica tem sido relatada de duas a três vezes a visibilidade do disco Secchi com base em estudos de crescimento de plantas, mas o valor de 2,7 é bom para fins gerais.

a turbidez criada pelo crescimento do fitoplâncton em lagoas geralmente é um meio de evitar o crescimento de macrófitas subaquáticas. Em uma visibilidade típica do disco Secchi de 40 a 50 cm em lagoas de aquicultura, é necessária uma profundidade mínima de 110 cm para evitar iluminação suficiente no fundo para o crescimento das plantas.

(Nota do Editor: Este artigo foi publicado originalmente na edição impressa de Novembro/Dezembro de 2014 do Global Aquaculture Advocate.)