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Lexikon der Optik: Gewässeroptik

Gewässeroptik, Hydrooptik, ein Spezialgebiet der Optik. Die Hauptaufgabe besteht hier in der Messung und Berechnung der Änderungen, denen das Licht unterworfen ist, wenn es eine Wassermasse durchläuft oder an ihr reflektiert wird. In engerem Sinne zählen zur G. nur die Meeresoptik und die Optik der Binnengewässer, während die Optik des reinen Wassers theoretische Grundlagen für die Untersuchungen der Gewässer liefert. Die Gewässer sind durch organische und anorganische Substanzen mehr oder weniger gefärbt, wobei sich die Eigenfarbe eines Gewässers (Gewässerfarbe) durch die überlagerte Wirkung von spektraler Streuung und Absorption erklären läßt. Im Gegensatz dazu ist die Himmelsfarbe im sichtbaren Wellenlängenbereich überwiegend nur durch die spektral unterschiedliche Streuung des Sonnenlichtes bestimmt. Von der Eigenfarbe zu unterscheiden ist der Farbeindruck eines Gewässers, der sich aus der Eigenfarbe und der Farbe des reflektierten Sonnen- und Himmelslichtes sowie der Farbe des Gewässerbodens zusammensetzt. Optisch reines Wasser hat eine blaue Eigenfarbe, die sich auf eine geringe Extinktion des Lichtes zurückführen läßt. Der Absorptionskoeffizient hat bei der entsprechenden Wellenlänge ein Minimum, während der Streukoeffizient mit abnehmender Wellenlänge zunimmt und im Gebiet um 480 nm von derselben Größenordnung wie der Absorptionskoeffizient ist. Bei getrübten Gewässern sind sowohl die spektrale Absorption wie auch die spektrale Streuung – bedingt durch den zusätzlichen Anteil an großen Teilchen – mehr oder weniger stark abweichend von denen des reinen Wassers. Die spektrale Extinktion, die Unterwassersicht und die Beleuchtungsverhältnisse können mit unterschiedlichen Unterwasserphotometern erfaßt werden. Aus den Extinktionswerten kann die Unterwassersicht berechnet werden. In der Nordsee schwankt z.B. die Sichtweite zwischen wenigen Zentimetern und 10 m. Von der Sichtweite zu unterscheiden ist die Sichttiefe. Diese wird durch Beobachten einer vom Schiff aus versenkten weißen Scheibe, der Seechi-Scheibe, festgestellt. Die größte gemessene Sichttiefe betrug in der atlantischen Sargassosee 66,5 m. In diesem Gebiet ist die Gewässerfarbe tiefblau. Da die Meere und Binnengewässer etwa zwei Drittel der Erdoberfläche bedecken, sind die dortigen Strahlungsverhältnisse von besonderer Bedeutung für den gesamten Wärmehaushalt der Erde. Von der auf die Meeresoberfläche fallenden Sonnenstrahlung werden, im Mittel vorliegende Verhältnisse vorausgesetzt, etwa 10% an der Wasseroberfläche reflektiert. Die an die Atmosphäre abgegebene Streustrahlung und langwellige Ausstrahlung beträgt etwa 50% der einfallenden Gesamtstrahlung, während die restliche Energie hauptsächlich im Prozeß der Wasserverdunstung umgesetzt wird. Die Gesamtstrahlung, die nur aus dem oberen (unteren) Halbraum in einer bestimmten Wassertiefe auf ein horizontales Flächenelement fällt, wird als Oberlicht (Unterlicht) in dieser Tiefe bezeichnet. Das Oberlicht nimmt in der Regel mit zunehmender Tiefe exponentiell ab, dagegen kann das Unterlicht in flachen Gewässern mit der Tiefe, bedingt durch die Reflexion des Lichtes am Boden, wieder zunehmen.

Technische Nutzanwendung finden die Extinktions-, die Sicht- und die Beleuchtungsmessungen in der Unterwasserphotographie und beim Unterwasserfernsehen.

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