Cahaya adalah energi penting bagi kehidupan di danau. Cahaya matahari mengalami reduksi dan perubahan susunan spektrumnya ketika melewati kolom air akibat proses pemantulan, penyebaran, dan penyerapan yang dipengaruhi oleh kedalaman, bahan terlarut, dan sifat optik air. Hal ini mempengaruhi transparansi, warna, dan kedalaman zona fotik danau.

2. III. Cahaya pada danau

3. Pentingkah cahaya?
• Elemen penting fotosintesis
• Sumber energi utama organisme akuatik
• Struktur panas
• Pola sirkulasi
• Distribusi gas terlarut dan biota

4. Bagaimana pengukuran cahaya?

5. Measuring Light in Lakes
• Percent Transmission
• Compares light at depth to light at surface
• %Transmission = 100 * ((I0 – Iz)/I0)
where: I0 = surface light
Iz = light at depth z
• Intensity of Radiation at depth
• Exponential decrease in light intensity
Iz = I0*e-ηz where: η = extinction coefficient
z = depth

6. Light Calculations
• Exponential Decay
• Beer’s Law
• Compute Ln(Iz) and
regress to get slope
• Slope = attenuation
coefficient, k [m-1]
• Secchi Disk Iz = I0 e - kz

7. Light Attenuation: Wolf Lake
• k = 0.477 m-1
• Secchi: 4.9 m
• Overcast, rain,
windy
• Pristine but w/ high
DOC content
Wolf Lake: Light Attenuation
0
2
4
6
8
10
12
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
Irradiance (E)
Depth(m)

8. Extinction Coefficient
• Measures how quickly light is attenuated
• Composite of factors:
ηt = ηw + ηp + ηc
where: ηt = total extinction coefficient
ηw = water extinction coefficient
ηp = particulate extinction coefficient
ηc = colored compounds extinction coeff.

9. Special Light Measures
• Photosynthetically Active Radiation (PAR)
• Portion of the EM spectrum available for Ps
• Approximately 400-700nm
• Measured using a PAR meter
• Compensation Depth
• Water depth at which photosynthesis and respiration are just balanced
• Approximately 1% Surface Light
• Measured using a PAR meter or Secchi Disk

10. Light Penetration, Secchi Depth, and Productivity
Secchi Disk

11. Cahaya adalah energi
• Radiasi sinar matahari
• Kemampuan untuk melakukan kerja
• Dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain
• Tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan

12. • Where: h = Plank’s constant (6.63x10-34J s)
c = speed of light (3x108 m s-1)
λ = wavelength of light
ν = frequency of light
•  wavelength  frequency  E
•  wavelength  frequency  E
Energy and Wavelength


h
c
hEnergy 

13. potentially
damaging
(PAR 400-700)
heat
Cahaya matahari cont.
• Radiasi sinar matahari
mempunyai panjang gelombang
yang berbeda-beda (100-
>3000nm)

14. Cahaya matahari cont.
Sebagian
kecil
Paling banyak
menembus danau,
Diserap uap air, O3
dan CO2

15. • Cahaya yg menembus kolom air mengalami :
- Reduksi
- Perubahan susunan spektrumnya
• Mengapa cahaya yg menembus kolom air mengalami
perubahan susunan spektrumnya?
Cahaya yang diserap
maupun yang di
despersikan adalah
tergantung pada panjang
gelombang dari cahaya
yang jatuh

16. Light is absorbed and scattered as it
passes through water, so less light
reaches greater depths.
Different wavelengths of light absorb
differently in pure water. Blues and
greens penetrate deepest and reds
the least. Why the “deep blue sea”?
Particles and colored dissolved organic
matter and further influence how
quickly different colors of light are
absorbed in natural waters.
Light greatly influences life!

17. Sebaran radiasi matahari
• Dipantulkan oleh atmosfer, permukaan bumi dan awan
• Diserap atmosfer
• Diserap permukaan bumi

18. Sebaran radiasi matahari cont

19. Pancaran cahaya-langsung di permukaan air
Dipengaruhi oleh:
• Latitude
• Musim
• Lama siang
• Kondisi atmosfer (O2, O3, CO2, Uap air, polusi)
• Altitude

20. Latitude dan altitude
• Altitude : Jarak antara matahari dan permukaan bumi
• Latitude : sudut antara matahari dan permukaan bumi
Latitude

21. Latitude dan altitude cont

22. Latitude dan altitude cont.
Radiasi
sinar
matahari
Jarak
penetrasi
Jarak
penetrasi
Jarak matahari-
atmosfer
meningkat,
intensitas menurun

23. Pancaran cahaya matahari tidak langsung di
permukaan air
Pancaran sinar tidak langsung disebabkan oleh proses penyebaran sinar
matahari saat melewati atmosfer
Jumlah pancaran tidak langsung di permukaan air dipengaruhi oleh:
• Latitude
• Altitude

24. Distribusi radisi matahari di perairan
• Pemantulan
• Penyebaran
• Penyerapan

25. Kesetimbangan energi cahaya di danau

26. Color: scattering/reflection

27. Pemantulan cahaya
Banyaknya cahaya dipantulkan dari permukaan air dipengaruhi:
• Sudut datang
• Sifat permukaan air
• Topografi lingkungan sekitar
• Kondisi meteorologi

28. Sudut datang dan gelombang
mempengaruhi pemantulan
cahaya

29. Color: scattering/reflection

30. Refraction:
• A fish in water looks bigger and closer than it really is
due to bending of light toward the surface as it leaves
the water to your eye.
PSYCH!

31. Penyebaran cahaya
Terjadi karena adanya pembelokan energi cahaya oleh molekul air dan
materi terlarut (organik dan inorganik) didalamnya, dipengaruhi:
• Jumlah materi terlarut
• Sifat optik materi terlarut
• Kedalaman
• Musim
• lokasi

32. Penyerapan cahaya
Berkurangnya energi cahaya seiring kedalaman air karena diubah
menjadi panas
• Penyerapan tidak sama
untuk setiap panjang
gelombang
• Bahan organik terlarut
meningkatkan penyerapan
cahaya

37. Warna danau
• Karena proses penyebaran dan penyerapan cahaya
• Danau jernih : warna biru
• CaCO3 : biru-hijau

38. Zona afotik
• Area afotik : permukaan air sampai kedalaman dimana masih
terdapat 1% cahaya permukaan
• 1% cahaya masih memungkinkan terjadinya fotosintesis

39. Transparansi air
• Diukur menggunakan secchi disk
• Kedalaman afotik:
3x pengukuran transparansi

40. QUESTIONS?