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Radiação e Penetração da luz na água Curso: Teoria e Métodos em Limnologia EPAMIG, 29 de Janeiro a 1 de fevereiro, 2008 Prof. José Fernandes Bezerra Neto.

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1 Radiação e Penetração da luz na água Curso: Teoria e Métodos em Limnologia EPAMIG, 29 de Janeiro a 1 de fevereiro, 2008 Prof. José Fernandes Bezerra Neto Prof. Ricardo Motta Pinto Coelho

2 A luz no ambiente aquático 1. Porque estudar a luz a quantidade de luz que penetra nos corpos aquáticos? 2. Quais são os fatores que determinam o quanto de luz alcança os lagos? 3.Quais os fatores que influenciam a atenuação da luz na água?

3 A luz traz a energia para fotossíntese fitoplâncton macrófitas A luz esquenta a água O zooplâncton usa a luz para orientação Visão para os predadores Porque estudar a luz em lagos?

4 Propriedades da luz (ou mais precisamente, da radiação solar): Nas reações fotoquímicas (fotossíntese e visão) É necessário considerar a luz como pacotes discretos de energia (quanta) Na atmosfera e na água, o comportamento da luz é melhor explicado assumindo ser esta uma onda Um quantum de luz é chamado fóton

5 n = frequência (Hz) O conteúdo de energia (E) de um fóton varia com a freqüência do comprimento de onda: E = hn h = constante de Planck (6.625 x J sec)

6 A freqüência e o comprimento de onda são relacionados por: n = c/l l = comprimento de onda c = velocidade da luz x (cm/s) no ar x (cm/s) na água n = freqüência

7 Radiação Solar RFA

8 Espectro da radiação solar:

9 Ultravioleta (UV) nm UV-C < 280 nm UV-B nm UV-A nm Causa danos aos organismos Pequeno comprimento de onda = alta frequência = Fótons de alta energia Pequena fração (~ 3 %) da distribuição diária da energia

10 Radiação fotossintéticamente ativa RFA Visível nm ~ 46 % da distribuição diária da energia Nesta faixa de radiação, a frequência varia de cerca de 400 trilhões de ciclos/seg ( luz vermelha) a quase 800 trilhõesde ciclos/seg (luz violeta)

11 Radiação infravermelha nm Transfere calor para a superfície da água Comprimento de onda longo=baixa freqüência= Fótons de baixa energia ~ 51 % da distribuição diária da energia

12 (1) Latitude A quantidade de luz que alcança a superfície de um lago depende de cinco fatores : (2) Estação do ano

13 (3) Hora do dia A quantidade de luz que alcança a superfície de um lago depende de cinco fatores: (4) Altitude (5) Condições meteorológicas Terra Atmosfera A atmosfera dispersa e absorve a luz

14 Uma parte é refletida O resto entra no lago Da luz que alcança a superfície de um lago:

15 Zona fótica e transparência da água A zona fótica é a porção iluminada da coluna dágua. O limite inferior da zona eufótica profundidade é considerado onde a intensidade da radiação corresponde a 1% da que atinge a superfície. Relembrando....

16 Características da superfície da água O que determina a quantidade de luz refletida? Ângulo de incidência Surface reflection (%) Pode aumentar a reflexão em 30-40%

17 O que acontece quando a luz entra na coluna de água? 1. Dispersa (água, partículas suspensas). 2. Absorvida (água, matéria dissolvida, matéria particulada ou o sedimento no fundo). 3. Refletida de volta para a superfície.

18 O que acontece quando a luz entra na coluna de água? Nas camadas profundas de um lago, há menos energia radiante Isto é chamado atenuação da luz Atenuação da luz = diminuição da energia radiante com a profundidade devido à dispersão e a absorção.

19 Prof. Luz x x x x Plotando perfis de luz Lei de Bouguer

20 Na água pura (sem dispersão, sem fotossíntese) Para um dado comprimento de onda Uma fração constante da luz é absorvida exponencialmente (transferida como calor) com a profundidade

21 Aonde: I 0 = Intensidade da luz na superfície da água I z = Intensidade da luz na prof. z k d = Coeficiente de atenuação vertical z = profundidade (m) A diminuição da quantidade da luz com a profundidade Pode ser estimada por: I z = I 0 e -k d z I 0 e I d são medidos com um radiômetro

22 k d = ln I 0 – ln I z z O decaimento da luz na água é exponencial e k d é a taxa deste decaimento Quanto maior k d Mais rápido a luz é atenuada com a profundidade

23 Neste exemplo, o coeficiente de extinção é 0.1 (i.e. 10%)

24 Coeficiente de extinção da luz Medida da taxa de atenuação da luz na água Medida da taxa de atenuação da luz na água Composto pelos fatores: Composto pelos fatores: η t = η w + η p + η c aonde: η t = coeficiente de extinção total η w = coeficiente de extinção da água η p = coeficiente de extinção de partículas η c = coeficiente de extinção de subst. dissolvidas

25 Relembrando: Quais os fatores que influenciam a atenuação da luz na água? A própria água Partículas suspensas (sólidos suspensos e algas) Clorofila a absorve em 2 picos: nm (vermelho-laranja, profundidades rasas) e 435 nm (azul-violeta, águas profundas) Substâncias dissolvidas (carbono orgânico dissolvido)

26 Absorção de luz pelos pigmentos das algas

27 Comparação de k d entre ambientes Qual dos dois lagos é o mais claro?

28 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Furnas – Minas Gerais N

29 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente 15 Km N Reservatório de Furnas – Minas Gerais

30 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Furnas – Minas Gerais N Reservatório de Três Marias – Variação do coeficiente de atenuação

31 Comparação de k d em áreas de um mesmo ambiente Reservatório de Três Marias – Minas Gerais

32 Análise da variação do coeficiente de atenuação da luz ao longo do ano (variação sazonal) Variação sazonal dos valores do coeficiente de atenuação escalar da luz (Ko) para os lagos estudados no período de julho de 2004 a junho de 2005.

33 A atenuação da luz depende do comprimento de onda: absorção da luz na água pura

34 A água é um filtro de cor Vermelho é absorvido mais rapidamente Azul penetra mais profundamente

35 UV IR % Absorvido Comprimento de onda (nm)

36 Atenuação da luz: um caso de estudo

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40 Disco de Secchi Estimativa barata da atenuação da luz

41 Varia entre lagos e com as estações do ano Lagoa Carioca 1,5 m Lagoa D. Helvécio3,5 m Lagoa Pampulha30 cm ljea.org/ljsecchi.html

42 Lagoa Gambazinho, PERD Lagoa Carioca, PERD

43 A avaliação da dispersão da luz A avaliação da dispersão da luz A turbidez da água é a medida de sua capacidade de dispersar a radiação A turbidez da água é a medida de sua capacidade de dispersar a radiação Avaliação da atenuação Avaliação da atenuação A atenuação é avaliada por meio da medida da redução da radiação com a profundidade na coluna dágua. A atenuação é avaliada por meio da medida da redução da radiação com a profundidade na coluna dágua. A luz

44 Radiômetro

45 Z SDA prof. do Secchi - Z SD corresponde grosseiramente a 10% da luz na superfície Zona eufótica = vezes a prof. do Secchi Zona eufótica = vezes a prof. do Secchi O coeficiente de extinção da luz corresponde a 1.7/Z SD O coeficiente de extinção da luz corresponde a 1.7/Z SD m/nps/waterquality.htm Luz e a relação com o disco de Secchi

46 QUESTÕES?


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