1.2.7. Мутность
Мутность воды (Turbidity) зависит от концентрации взвешенных в ней веществ и является одним из основных параметров, характеризующих процессы трансформации взвешенного вещества при абразионно — аккумуляционных процессах. Мутность воды является информативным параметром при изучении потоков осадочного вещества в толще вод, вместе с изучением взвешенного вещества всех видов, при классификации водных масс и исследовании их трансформации. Мутность, непосредственно связанная с концентрацией взвешенного (тирригенного и органического) вещества, является эффективным природным трассером, позволяющая выявить основные потоки, включая от мест абразии (стока) – по максимальным концентрациям, по уменьшении его значений — оценить пути распространения и места накопления (седиментации).
Для исследования мутности воды применяются турбидиметры (мутномеры) позволяющие объективно проводить исследования пространственного распределения и вертикальной стратификации взвешенного вещества в районе исследований.
Такие измерители рассеяния проектируют луч света в воде, в то время, как расположенный рядом фотоприёмник следит за обратным рассеянием света. В турбидиметрах (LSS – light scattering sensor или OBS – optical backscatter sensor) используют инфракрасные светодиоды в качестве источника излучения, а приёмниками служат кремниевые фотодиоды.
Мутность измеряется в стандартных единицах и в зависимости от калибровочной суспензии (формазина или каолина) измеряется в единицах мутности по формазину (ЕМФ) или в FTU (Formazine Turbidity Unit), а также в весовых единицах мутности по каолину (мг/л). Единицы измерения взаимосвязаны между собой соотношением 1ЕМФ=0.87 мг/л. Однако природная взвесь по физическим и оптическим свойствам отличается от образцовой суспензии каолина и имеет региональные особенности. Поэтому необходимо индивидуальная калибровка используемого датчика мутности при работах в исследуемом районе.
1.2.8. Флюоресценция хлорофилла
Наличие в составе фитопланктона пигментов, способных в процессе реакций фотосинтеза излучать часть поглощенной энергии света, т.е. флюоресцировать, привело к широкому распространению флуоресцентных методов оценки характеристик фитопланктонных сообществ и их продукции.
Этот эффект проявляется при облучении водорослей светом в синей области. В результате, хлорофилл, входящий в их состав, возбуждается и испускает свечение в красной области светового спектра. Длительность эффекта составляет 10-9-10-7 с.
Измерения вынужденной линейной флюоресценции in situ в режиме вертикального зондирования позволяют оперативно оценивать тонкую структуру распределения фитопланктона для прицельного отбора проб. Измерения естественной и использование вынужденной нелинейной флюоресценции в сочетании с измерениями ФАР позволяют перейти к прямому расчету первичной продукции. Изучение спектральных особенностей флюоресценции разных пигментов дает возможность оценить и видовой состав водорослей.
Для измерения флюоресценции хлорофилла используются флюориметры. Принцип действия таких измерителей основан на регистрации величины вынужденного излучения хлорофилла в красной области светового спектра, при облучении фитопланктона импульсами света в синей области.
Однако, наряду с общей универсальностью организации пигментных комплексов, существует и определенная специфичность в количественном и качественном составе самих пигментов. У зеленых водорослей за фотосинтез в основном отвечает хлорофилл «b», коротковолновые формы хлорофилла «а» и каротиноиды; у диатомовых - хлорофиллы «а» и «с», а также водорастворимый фукоксантин; у сине-зеленых - фикобилипротеины.
В пределах каждой группы качественный состав пигментов генетически детерминирован, а количественное соотношение зависит от условий роста и развития водорослей (световой режим, содержание биогенных веществ и т.п.). Так как различные пигменты имеют свои собственные полосы поглощения (возбуждения) и флюоресценции (рис. 1.1), то появляется и возможность анализа таксономического состава фитопланктона по спектрам флюоресценции.
Кроме того, спектральные различия могут указывать на различные фазы и особенности жизнедеятельности водорослей. Это объясняется специфическими для основных такcoнoв водорослей различиями в фотохимических процессах и транспорте энергии. Отношение хлорофилла «с» к хлорофиллу «а», является важным показателем физиологического состояния водорослей. По мнению многих исследователей, величина этого отношения возрастает в «стареющем» планктоне и детритном материале, так как хлорофилл «а» разлагается быстрее, чем хлорофилл «с».
Рис. 1.1. Спектральные характеристики основных видов фитопланктона