Влияние полидисперсности гидрозоля на спектральные свойства рассеяния света морской водой в малых углах

Для корректной интерпретации результатов измерений спектрально-угловой структуры однократно рассеянного света в природной и в искусственной воде высокой прозрачности ставилась задача аналитически и экспериментально определить влияние изменения дисперсного состава взвешенных частиц на спектральные свойства рассеяния света в малых углах, Считалось, что в воде всегда существует определенная корреляция в положениях рассеивающих центров, вследствие чего индикатриса рассеяния света водой имеет острый пик в нуле градусов. На основе алгоритмов то теории Ми рассчитывались суммы интенсивностей и амплитуд рассеяния света полидисперсной взвесью со степенным законом распределения частиц, максимальный размер которых варьировался. Квадрат суммы амплитуд рассеяния сопоставлялся с величиной классического слагаемого. Показано, что в коротковолновой области видимого диапазона спектра с увеличением максимального радиуса частиц, начиная примерно с 0,2 мкм, происходит существенная компенсация эффекта пространственной корреляции частиц. Причем вклад дополнительного слагаемого сильнее уменьшается в области больших углов рассеяния. Измерены спектральные свойства рассеяния света морской водой при последовательной фильтрации через нуклеопоровые фильтры с диаметром пор 2, 1, 0,45 мкм. Анализировалась область углов рассеяния от 6 до 90°. Брались пробы воды с поверхности Черного моря. Относительная прозрачность морской воды варьировалась от 16 до 19 м. Было обнаружено, что после фильтрации через фильтр с порами d = 1 мкм появляются спектральные особенности рассеяния света, с выраженным характерным минимумом спектральной кривой в окрестности 30°. Наиболее отчетливо эффект проявлялся на следующем этапе фильтрации, т. е. при d = 0,45 мкм. Показано, что угловая зависимость показателя степени спектрального наклона, полученного в результате обработки экспериментальных данных, соответствует теоретическим предсказаниям.

1. Ван де Хюлст. Г. Рассеяние света малыми частицами. Москва: ИЛ, 1961. 536 с.

2. Копелевич О.В., Буренков В.И. О нефелометрическом методе определения общего показателя рассеяния света морской водой // Известия АН СССР, ФАО. 1971. Т. 7. № 12. С. 1280–1289.

3. Маньковский В.И. О соотношении между интегральным показателем рассеяния света морской водой и показателем рассеяния в фиксированном направлении // Морские гидрофизические исследования. 1971. № 6 (56). С. 146–154.

4. Jonasz M., Fournier G.R. Light scattering by particles in water (Theoretical and experimental foundations). Academic Press is an imprint of Elsevier, 2007. 704 p.

5. Petzold T.J. Volume scattering functions for selected ocean waters // SIO Ref. 72–78, Scripps Institute of Oceanography, San Diego, CA, 1972. 79 p.

6. Morel A. Interpretation des variations de la forme de I’indicatrice de diffusion de la lumiere par les eaux der mer // Annals of Geophysics. 1965. Vol. 21, N2. P. 157–162.

7. Копелевич О.В. Малопараметрическая модель оптических свойств морской воды. Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана. М.: Наука, 1983. С. 208–234.

8. Voss K.J., Fry E.S. Measurement of the Mueller matrix for ocean water // Applied Optics. 1984. Vol. 23. P. 4427–4439. doi:10.1364/AO.23.004427

9. Бункин Н.Ф., Бункин Ф.В. Бабстоны — стабильные микроскопические газовые пузырьки в сильно разбавленных растворах электролитов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1992. Т. 101, № 2. С. 512–527.

10. Hampton M.A., Nguyen A.V. Nanobubbles and the nanobubble bridging capillary force // Advances in Colloid Interface Science. 2010. Vol. 154, Iss. 1–2. P. 30–55. doi:10.1016/j.cis.2010.01.006

11. Bunkin N.F. et al. Formation and dynamics of ion-stabilized gas nanobubble phase in the bulk of aqueous NaCl solutions // The Journal of Physical Chemistry. B. 2016. Vol. 120. P. 1291–1303. doi:10.1021/acs.jpcb.5b11103

12. Bunkin N.F. et al. Nanobubble clusters of dissolved gas in aqueous solutions of electrolyte: I. Experimental proof // The Journal of Physical Chemistry. 2012. Vol. 137. P. 054706. doi:10.1063/1.4739528

13. Шибанов Е.Б. и др. Гипотеза о пространственном согласовании оптических неоднородностей воды и ее подтверждение в экспериментах по измерению рассеяния света // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 92, Вып. 10. С. 741–745.

14. Шибанов Е.Б. Влияние мелкодисперсной примеси на рассеяние света ы «чистой» фильтрованной воде // Морской гидрофизический журнал 2008. № 2. С. 46–56.

15. Lee M.E., Lewis M. A new method for the measurement of the optical volume scattering function in the upper ocean // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2003. N20. P. 563–571. doi:10.1175/1520–0426(2003)20<563: ANMFTM>2.0.CO;2

16. Boss E. et al. The particulate backscattering ratio at LEO 15 and its use to study particle composition and distribution // Journal of Geophysical Research. 2004. Vol. 109. C01014, doi:10.1029/2002JC001514