Water Column optics and penetration of UVR

Aluna: Professor:

Gina Mantilla Ricardo M. Pinto-Coelho

Seminário de Ecologia Energética:

Introdução

• UV na coluna da água e alterações ecológicas Depende da profundidade e das mudanças espectrais Influencia visão, comportamento, sobrevivência e

produtividade

• Concentração e características ópticas de Matéria Orgânica Dissolvida- MOD

• Ambientes marinhos e águas continentais normalmente estudados separadamente

Introdução• A radiação solar é medida como

irradiação (Wm-2) e caracterizada pelo comprimento de onda (nm).

• O espectro de irradiação solar (UV, PAR, IR)

• Ozônio e MOD absorvem UV-B• Reflexão depende do ângulo de

incidência e segue a Lei de Fresnel

• A penetração de irradiação depende do Ângulo Solar Zenital - ASZ

Introdução

•O espectro da luz debaixo da água é caracterizado pela combinação da absorção de vermelho pela água (>600 nm), a de azul pelas células fotossintetizantes (450 nm) e de violeta e UV pela MOD.

Introdução

• A transparência de UV pode ser descrita empiricamente por duas medidas:

Coeficiente de Atenuação Difusa, Kd Profundidade de Atenuação Percentual, Zn%

Ed(Z,λ)= Ed(0-, λ)e(-Kd,λ*Z) (1)

- Ed é proporcional a concentração de substâncias que absorvem ou dispersam UV

- Z medido verticalmente em metros- Ed,0 downwelling na superfície- Ed(Z,λ) downwelling em Z e λ.

Introdução

•Maior atenuação na camada superior pois há maior concentração de fitoplâncton (35-40 m 42% menor)

•Atenuação por MOD e partículas não algais (1-30 minus phytoplankton)

• A partir da equação 1obtém-se a equação para a profundidade na qual irradiação de um comprimento de onda é reduzida de 100% na superfície para n% em um coluna não estratificada.

Zn%,λ= ζ/Kd,λ (2)

• ζ é profundidade óptica (ζ = Ln (f-1))• 1= 37%, 2.3= 10%, 4.6= 1%

Z37%,λ= 1/Kd,λ

• Representa melhor porque o Kd varia menos na superfície

Introdução

Introdução

• Propriedades Ópticas Aparentes (POAs) depende das características da luz incidente e das características ópticas da água

• Kd como padrão?

• Gordon propôs ajuste

Introdução

• Propriedades Ópticas Inerentes (POIs) depende somente da água e seus componentes óticos ativos.

• Coeficiente de absorção “α”, Coeficiente de dispersão “b” e Coeficiente de atenuação “c”.

c= α+b (3)

• “α” é a soma da absorção dos componentes e é proporcional à concentração dos mesmos

• Expressos em m-1

Classificação Ótica de Águas Naturais

• Variam em cor, transparência e composição

• Morel e Prieur (1977), classificaram águas oceânicas de acordo com componente ótico predominante:

Caso 1: Fitoplâncton e seus produtos

Caso 2: Partículas minerais ou MOD não associado a fitoplâncton

Classificação Ótica de Águas Naturais

• Kirk (1980), classificou águas continentais de acordo com componentes óticos:

Water Gilvin = CDOM Algae = Phytoplakton Tripton = Inorganic particles

• Usados sozinhos ou combinados

Classificação Ótica de Águas Naturais

• MOD: Matéria Orgânica Dissolvida não caracterizada (g m-3)

• COD: usado quando uma concentração específica é informada, por exemplo o Carbono (g C m-3)

• CMOD: “concentração ótica”de MOD ou concentração de substâncias como ácidos húmicos e fulvic (αcdom,λ)

Classificação Ótica de Águas Naturais

Ambiente marinho Águas continentais

Kd,380 0.03 - 0.8 m-1 0.02 – 32 m-1

Kd,320 0.07 – 37 m-1 0.05 – 165 m-1

• Os menores valores foram encontrados em mar aberto (Mar Sargasso e Mediterrâneo) e lagos profundos (Lago Crater e L. Vanda)

• Ambiente com “tempo de residência hidráulica grande”, isolados de fonte terrestre de MOD e nutrientes (distância, altitude, latitude)

Referências• HARGREAVES, B.R.  Water Column Optics and Penetration of

UVR. p.59-105  in:  UV Effects in Aquatic Organisms and Ecosystems, E.W. Helbling & H. E. Zagarese (eds), Comprehensive Series in Photochemical and Photobiological Sciences,  Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 2003. 575 p.

• http://asd-www.larc.nasa.gov/SCOOL/definition.html

• José E. P. TurcoI; Gilcileia S. Rizzatti Avaliação de modelo matemático para estimar a radiação solar incidente sobre superfícies com diferentes exposições e declividades Eng. Agríc. vol.26 no.1 Jaboticabal Jan./Apr. 2006