Lysforholdene på havbunden

I de danske farvande finder man kun en væsentlig fotosyntese på havbunden ved vanddybder under 20 m. Kalkrødalger kan klare sig med meget lidt lys og har dybderekorden på ca. 250 m i meget næringsfattige tropiske havområder, men i danske farvande når de ikke under ca. 40 m.

Nede i selve havbunden dæmpes lyset kraftigt pga. absorption og spredning. Ultraviolet og blåt lys dæmpes kraftigst, da det absorberes af organisk stof i havbunden, mens infrarødt lys trænger længst ned. Jo finere sediment desto stærkere er lysdæmpningen. I fint silt er den fotiske zone, dvs. det dybdeinterval i havbunden, hvor fotosyntese kan foregå, begrænset til den øverste halve millimeter, en tilsvarende zone i groft sand kan være 5-10 mm dyb.

Absorptionen sker i indlejret organisk materiale, herunder fotosyntetiserende mikroorganismer. Cellerne indeholder høje koncentrationer af forskellige pigmenter, der dels beskytter mod for kraftig solstråling på lavt vand (UV-beskyttelsespigmenter og karotenoider) og dels sikrer en god lysudnyttelse i mikroorganismernes fotosyntese (fykobiliner, klorofyl og bakterieklorofyl). Den intense spredning gør lyset diffust allerede en millimeter under overfladen. Fotosyntetiserende mikroorganismer i havbunden lever derfor i et miljø, hvor de modtager lyset til fotosyntesen som diffus stråling fra alle retninger. Kun ved at måle den totale lysindstråling fra alle retninger omkring cellerne – den såkaldte skalare irradians – kan det lys, der er tilgængeligt for fotosyntesen i havbunden, bestemmes.

Spredningen fører til, at lyset på sin vej ned i sedimentet afbøjes mange gange, hvorved det tager en omvej for at nå en given dybde. Jo større vejlængden er, jo større er også sandsynligheden for, at lyset bliver absorberet.

I overfladen af sandede sedimenter kan intens lysspredning dog også føre til det usædvanlige fænomen, at der på eller lige under sedimentoverfladen kan måles et maximum i den skalare irradians, som overstiger den direkte solindstråling. Dette skyldes, at der ved sedimentoverfladen er tale om dels direkte indstråling og dels diffust spredt lys, som pga. vejlængdeforøgelsen „forsinkes“ i sin færd mod dybere sedimentlag. Virkningen kan yderligere forstærkes af slimstoffer i sedimentet, som pga. et højt brydningsindeks i forhold til vand reflekterer en væsentlig del af det diffuse lys tilbage ned i sedimentet ved overgangen mellem slim og vand.

De nævnte spredningseffekter er mest udtalte for lys med bølgelængder, der ikke absorberes kraftigt i overfladezonen, og man ser derfor en særlig øgning af den skalare irradians i den infrarøde del af spektret. Mikroorganismer med forskellige fotopigmenter vil ændre spektralsammensætningen af det diffuse lys ved overfladen. Fotosyntesen ved sedimentoverfladen foregår således under lysforhold, der er væsentligt forskellige fra det indfaldende sollys både mht. intensitet og spektralsammensætning. Længere nede i havbunden dæmpes lyset eksponentielt med dybden, og styrken er typisk faldet til mindre end 0,1 % af det indfaldende lys i løbet af nogle få millimeter.

Som et eksempel viser figur 16-6 de spektrale lysforhold i et sandet kystsediment fra Limfjorden. Lysets intensitet og spektrale sammensætning er målt i forskellige dybder (angivet som mm på kurverne) og er udtrykt i procent af lysindstrålingen ved sedimentoverfladen. Både lysets farvesammensætning og intensitet i de øverste 0,5 mm er væsentligt forskellig fra det lys, som rammer sedimentoverfladen. Den skalare irradians af synligt lys er ca. en halv gang højere end indstrålingen, mens infrarødt lys når en skalar irradians, der er dobbelt så stor som indstrålingen ved sedimentoverfladen.

Der er tydelige dyk i spektrene, hvor kiselalgernes klorofyl (440 og 670 nm) og karotenoider (450-500 nm) og fotosyntetiske bakteriers bakterieklorofyl (800 og 860-900 nm) absorberer lyset. Desuden ses det, at lyset dæmpes kraftigt nede i sedimentet. I 1 mm's dybde er der mindre end 10 % af det synlige lys tilbage, mens der stadig er 30-40 % af det infrarøde lys.