שדה האור בים

מתוך אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית

קפיצה אל: ניווט, חיפוש
 
אור הוא צורה של קרינה אלקטרומגנטית, שנעה במהירות של 2.2x108 m/s  במי ים. הקרינה חשובה למערכת האוקיאנוס הגלובלית משום שהיא מספקת אנרגיה המשפיעה על הזרמים באוקיינוס, על גלים המונעים על ידי הרוח, על הראייה מתחת למים ועל פוטוסינתזה. כמו כן היא מחממת את השכבה העליונה שתומכת במערכת החיים העיקרית באוקיאנוס.
הקרינה הנקלטת במים הים תלויה בקרינה הפוגעת בפניהם. עוצמת הקרינה הפוגעת תלויה בעונת השנה ובשעת היום ובגורמים כמו זיהום אוויר ועננים. בנוסף ברגע הפגיעה, חלק מהקרינה מוחזר לפי תלות בכמות הגלים.
 

תוכן עניינים

הקרינה הפוגעת

 
עוצמת הקרינה הפוגעת בפני השטח של האוקיינוס תלויה בעוצמה הקרינה המגיעה מהשמש, בתכונות האטמוספרה שמכילה אלמנטים מפזרים ובולעים - הגורמים להחלשת העוצמה, ובזווית בה הקרינה עוברת. כאשר הזווית היא בזנית העוצמה היא החזקה ביותר. ככל שהזווית גדלה ישנה פחות אנרגיה ליחידת שטח והעוצמה של הקרינה קטנה. לזווית יש תלות בעונות השנה, בזמן היממה ובקו הרוחב.
 
כמות מסוימת מן האור המגיע מהשמש, מוחזרת כאשר הוא פוגע בפני השטח של האוקיינוס. ההחזרה תלויה במצב המים. אם המים רגועים וחלקים פחות אור יוחזר מאשר במצב סוער.
האור מוחזר בגלל העובדה שמהירות התקדמות הגל האלקטרומגנטי באוויר גדולה יותר ממהירות ההתקדמות במים.
 

דעיכת האור

 
כאשר האור מתקדם במים עוצמתו דועכת בצורה אקספוננציאלית עם העומק. דעיכה זו נקראת התמעטות ונובעת ממספר גורמים:
 
בליעה/ספיגה:
הקרינה האלקטרומגנטית משנה את צורתה לצורות אחרות כמו חום או אנרגיה כימית.
הבולעים הם אצות, פיטופלנקטון, חלקיקים של חומרים אורגנים ואי אורגנים, תרכובות אורגניות מומסות והמים בעצמם.
פיזור:
השינוי בכיוון התקדמות הגל של הקרינה האלקטרומגנטית. כל חלקיק במים מסיט את הקרינה בזווית קטנה מהקרינה שפגעה בו, ולכן הדרך האור המפוזר מוסט מעט מכיוון הפגיעה המקורי.
 
ככול שיש יותר חלקיקים והמים עכורים יותר כך הפיזור והבליעה גדולים יותר.
 
 
 

חלוקת האור לאיזורים בהתאם לעוצמת האור

 
מים ליד החוף נוטים להיות עכורים יותר. הם מכילים חלקיקים שמגיעים מנהרות, ונשארים ליד החוף בגלל גלים וזרמים של גאות ושפל, ובנוסף מערבבים את הסדימנט שהצליח לשקוע. מי הנהרות מספקים תרכובות אורגניות מומסות ונוטריינטים שתורמים לגדילת פיטופלנקטון, ומגדילים את הבליעה באיזור.
 
המים באיזור המרכזי של האוקיינוס, נוטים להיות נקיים מחלקיקים. בייחוד במקומות בהם ריכוז הנוטריינטים נמוך ויש מעט פעילות ביולוגית. ולכן באיזורים אלו האור חודר עמוק יותר.
 
האיזור הפוטי הוא האיזור המואר בו עוצמת האור מספיקה לפוטוסינתזה המובילה לגדילה של פיטופלנקטון. ככל שהצלילות של המים גדולה יותר והשמש נמצאת גבוה יותר בשמים כך גדל העומק שבו האור חודר והעומק שבו הפוטוסינתזה מתרחשת. האיזור הפוטי יכול להיות עד עומק של 200 מטרים במים צלולים באוקיינוס העמוק, הוא מופחת ל40 מטר באיזורים של מדף היבשת, ול15 מטר באיזורים של מים חופיים.
 
בין האיזור הפוטי וקרקעית הים נמצא האיזור הא-פוטי בו צמחים לא יכולים לשרוד לזמן רב כי למרות הימצאות אור, עוצמתו לא מספיקה ליצירת תוצרי הפוטוסינתזה שמתאימים לדרישות הנשימה.
 
מתחת לכ1000 מטרים באוקיינוס האור לא מורגש. כלומר ברוב האוקיינוס אין אור חיצוני כלל. האור היחידי הוא זה שסופק ע"י דגים ואורגניזמים שונים  בתהליך שנקרא ביולומינייסנט – תהליך יצירת אור.
 

דעיכה וצבע

 
רוב הקרינה המגיעה מהשמש היא בתחום הנראה. מים מפזרים ובולעים בצורה סלקטיבית בתחום זה. אורכי גל ארוכים חודרים לעומקים רדודים. אדום 15 מטר, צהוב 30 מטר, כתום 50 מטר, ואורכי הגל הקצרים כמו סגול, ירוק וכחול חודרים לעומקים גדולים יותר, ויכולים להגיע עד לאיזור הא-פוטי התחתון. האור הכחול חודר הכי עמוק, ולכן מים עמוקים וצלולים במרכז האוקיינוס נראים לרוב כחולים, לעומת זאת בקרבת החוף המים מכילים יותר חלקיקים, ואורכי הגל מתפזרים באופן שונה כך שהמים עשויים להיראות ירוקים או חומים.
 

השפעות האור על פוטוסינתזה 

 
תהליך יצירת חומר אורגני מחומרים אנאורגניים תוך כדי שימוש באנרגית האור. יצורים פוטוסינתזיים הם בבסיס מארג המזון והם משפיעים על האקולוגיה של הסביבה. ולכן חשיבות האור בים היא גדולה.
יצורים המבצעים פוטוסינתזה מכילים פיגמנטים שבולעים חלק מקרינת האור באורכי גל מסוימים ומחזירים את האור שאינו נבלע, אותו אורך גל מוחזר קובע את צבעו של האורגניזם.
בכל עומק חלוקת האור היא אחרת, ולכן יהיו צמחים וחיידקים שונים שירצו לנצל את כל קרינת האור. בכדי לעשות זאת יכילו פיגמנטים, המעניקים להם צבע שונה. לדוגמא:
כלורופיל a– פיגמנט המעניק לצמח צבע ירוק, יש לו שני אזורי בליעה אחד באזור האדום באורך גל663 nm  והשני באזור הכחול באורך גל 430 nm.
כלורופיל b– בליעה באורכי גל של nm645 ו-nm435
כלורופיל c– בליעה באורכי גל של nm634, nm583, 635nm, nm586 ו-nm452
כלורופיל d- הבליעה באורכי nm696, nm456 ו- nm400.
קרטנואידים - הם פיגמנטים צהובים, כתומים ואדומים. כמו קרוטן, קסנתופילים ופוקוקסנתין.
פיקובילים הם פיגמנטים כחולים אדומים. כמו פיקואריתרין ופיקוציאנין.
 
 

התאמות של אורגניזמים ימיים לשדה האור בים

  בגלל שבים הצבעים הולכים ונעלמים עם העומק, ראייה והיראות של יצור הם עניין של בהירות. ולכן ליצורים שונים יש התאמות שונות.

לדוגמא:

עור – מראה שנותן להם את אותה הבהירות כמו של הרקע מצדדיהם כך שהם בלתי ניתנים לבחנה.

דגים רבים מפתחים עיניים גדולות בשביל להתמודד עם המחסור באור.

חלק משתמשים באור בכדי להרתיע והיראות גדולים יותר.

חלקם משנים את מיקומם בעומק בהתאם לכמות האור בכדי להיות פחות בולטים.

יש שימוש באור בתור פיתיון לטרף, בניסיון למשוך אותו.

נושא זה נחקר במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים http://earth.huji.ac.il

כלים אישיים