6.5: Luz

La energía radiante del sol es importante para varios procesos oceánicos importantes:

• El clima, los vientos y las principales corrientes oceánicas dependen en última instancia de la radiación solar que llega a la Tierra y calienta diferentes áreas en diferentes grados.
• La luz solar calienta las aguas superficiales donde vive mucha vida oceánica.
• La radiación solar proporciona luz para la fotosíntesis, que soporta todo el ecosistema oceánico.

La energía que llega a la Tierra desde el sol es una forma de radiación electromagnética, la cual está representada por el espectro electromagnético (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las ondas electromagnéticas varían en su frecuencia y longitud de onda. Las ondas de alta frecuencia tienen longitudes de onda muy cortas, y son formas de radiación de muy alta energía, como los rayos gamma y los rayos X. Estos rayos pueden penetrar fácilmente en los cuerpos de los organismos vivos e interferir con átomos y moléculas individuales. En el otro extremo del espectro se encuentran ondas de baja energía y longitud de onda larga como las ondas de radio, que no representan un peligro para los organismos vivos.

La mayor parte de la energía solar que llega a la Tierra está en el rango de la luz visible, con longitudes de onda entre aproximadamente 400-700 nm. Cada color de luz visible tiene una longitud de onda única, y juntos forman luz blanca. Las longitudes de onda más cortas están en el extremo violeta y ultravioleta del espectro, mientras que las longitudes de onda más largas están en el extremo rojo e infrarrojo. En el medio, los colores del espectro visible comprenden el familiar “ROYGBIV”; rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.

Figura\(\PageIndex{1}\) El espectro electromagnético. La frecuencia se expresa en Hertz (Hz), u ondas por segundo, mientras que las longitudes de onda se expresan en metros (Phillip Roman, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons).

El agua es muy efectiva para absorber la luz entrante, por lo que la cantidad de luz que penetra en el océano disminuye rápidamente (se atenúa) con la profundidad (Figura\(\PageIndex{2}\)). A 1 m de profundidad, solo queda 45% de la energía solar que cae sobre la superficie oceánica. A 10 m de profundidad solo el 16% de la luz sigue presente, y solo el 1% de la luz original queda a 100 m. Ninguna luz penetra más allá de 1000 m.

Además de la atenuación general, los océanos absorben las diferentes longitudes de onda de la luz a diferentes velocidades (Figura\(\PageIndex{2}\)). Las longitudes de onda en los extremos del espectro visible se atenúan más rápido que las longitudes de onda en el medio. Las longitudes de onda más largas se absorben primero; el rojo se absorbe en los 10 m superiores, el naranja aproximadamente 40 m y el amarillo desaparece antes de los 100 m. Las longitudes de onda más cortas penetran más, con luz azul y verde alcanzando las profundidades más profundas.

Figura Penetración de\(\PageIndex{2}\) luz en mar abierto y aguas costeras, mostrando las diferentes profundidades a las que penetrará cada color (Por NOAA — Administración Nacional Oceánica y Atmosférica [Dominio público], vía Wikimedia Commons).

Esto explica por qué todo parece azul bajo el agua. Los colores que percibimos dependen de las longitudes de onda de la luz que son recibidas por nuestros ojos. Si un objeto nos aparece rojo, eso es porque el objeto refleja la luz roja pero absorbe todos los demás colores. Entonces el único color que llega a nuestros ojos es el rojo. Bajo el agua, el azul es el único color de luz aún disponible a profundidad, por lo que ese es el único color que se puede reflejar de nuevo a nuestros ojos, y todo tiene un tinte azul bajo el agua. Un objeto rojo a profundidad no nos aparecerá rojo porque no hay luz roja disponible para reflejarse en el objeto. Los objetos en el agua solo aparecerán como sus colores reales cerca de la superficie donde todavía están disponibles todas las longitudes de onda de luz, o si las otras longitudes de onda de luz se proporcionan artificialmente, como iluminando el objeto con una luz de buceo.

El agua en el océano abierto parece clara y azul porque contiene mucha menos materia particulada, como el fitoplancton u otras partículas suspendidas, y cuanto más clara es el agua, más profunda es la penetración de la luz. La luz azul penetra profundamente y es dispersada por las moléculas de agua, mientras que todos los demás colores son absorbidos; así el agua aparece azul. Por otro lado, el agua costera suele aparecer verdosa (Figura\(\PageIndex{2}\)). El agua costera contiene mucho más limo suspendido y algas y organismos microscópicos que el océano abierto. Muchos de estos organismos, como el fitoplancton, absorben la luz en el rango azul y rojo a través de sus pigmentos fotosintéticos, dejando al verde como la longitud de onda dominante de la luz reflejada. Por lo tanto, cuanto mayor es la concentración de fitoplancton en el agua, más verde aparece. Las pequeñas partículas de limo también pueden absorber la luz azul, alejando aún más el color del agua del azul cuando hay altas concentraciones de partículas suspendidas.

El océano se puede dividir en capas de profundidad dependiendo de la cantidad de penetración de la luz, como se discute en la sección 1.3 (Figura\(\PageIndex{3}\)). Los 200 m superiores se conocen como la zona fótica o eufótica. Esto representa la región donde puede penetrar suficiente luz para apoyar la fotosíntesis, y corresponde a la zona epipelágica. De 200-1000 m se encuentra la zona disfótica, o la zona crepuscular (correspondiente a la zona mesopelágica). Todavía hay algo de luz a estas profundidades, pero no suficiente para apoyar la fotosíntesis. Por debajo de los 1000 m se encuentra la zona afótica (o medianoche), donde no penetra la luz. Esta región incluye la mayor parte del volumen oceánico, que existe en completa oscuridad.

Figura\(\PageIndex{3}\) Las zonas de la columna de agua definidas por la cantidad de penetración de luz (PW).